[发明专利]从包括电解液预先脱铜后的用于铜电解精炼的废电解液的工业电解液电解沉积砷的方法

说明书

本发明的主题是一种新的从铜电解精炼的废电解液中电解分离砷的方法、通过其脱铜而制备电解液的方法以及从预先脱铜的铜工业电解液中分离砷的方法。

在2009年，全球通过铜的电解精炼方式而产生的铜电解液的年产量超过15000000吨。据由W.H.Davenport，MKing和M.Schlesinger，Extractive Metallurgy of Copper，Elsevier Science Ltd.Oxford，Great Britain于2002年所公布的数据显示，电解精炼所得到的铜产品具有非常高的纯度，高于99.9质量％的铜。在铜的生产中，一种废产物是砷。

根据Andrzej Chmielarz，Copper Metallurgy，50th Anniversary of KGHM PolskaSA Kraków2011.87-88页的公开，砷是波兰铜精矿的一个重要组分。每年，材料加工补充约2500吨的砷。根据同一文献源，存在至少两种材料流，从中砷的回收和稳定还未完全掌握。一种是砷化铜Cu₃As(所谓的铜砷海绵体)，其在精炼后的电解液的脱铜过程中形成，另一种是硫酸镍的脱铜和结晶后剩余的精炼后的酸。这些溶液中砷的含量高达20克/升。根据其它文献数据，还已知在目前所使用的脱铜方法中，有毒的气态砷，AsH₃，被排放到大气中。

因此，从铜工业电精炼中使用的溶液中分离并稳定砷的问题是脱铜工业中的重要的技术、经济和生态问题。所需解决的第二个问题是，在电解液脱铜过程中，形成所谓铜-砷海绵体需要进一步脱砷。出乎预料地是，上述问题已经被本发明所解决。

本发明的第一个主题是一种从精炼后的电解液中电解分离砷的方法，其特征在于，包括优选在钢阴极上使用单级恒电位砷分离过程，相对于阳极的阴极电位范围为-1.20V至-1.70V，所述阳极优选为耐酸钢，其中不对电解液进行化学处理。进行所述分离而不对电解液进行任何的化学处理，相反地，在目前从精炼后的溶液中分离铜盐时所使用的溶剂萃取(SX)中需要该化学处理。同样优选地，根据本发明的方法的特征在于，电沉积在18℃-50℃，优选在18℃-30℃的室温下进行。

更优选地，根据本发明的方法的特征在于电沉积过程使用铅合金阳极，或者基于氧化钛和铱的阳极，其中阴极和阳极表面积相当。

示例性的阳极已经在电镀工业中用于铜的电沉积。更优选地，根据本发明的方法的特征在于，电沉积过程使用耐酸钢阳极进行并且阳极表面积至少是阴极表面积的5倍。同样优选地，根据本发明的方法的特征在于，电沉积使用耐酸钢阴极或铜阴极进行。最优选地，根据本发明的方法的特征在于，电沉积过程具有持续的电解液循环或电解液混合而进行。

本发明的第二个主题是一种精炼后的电解液脱铜的方法，其特征在于包括在阴极上使用单级恒电位铜分离过程，相对于耐酸钢阳极的阴极电位范围为-1.00V至-1.50V，其中不对电解液进行化学处理。同样优选地，根据本发明的方法的特征在于，电沉积过程在18℃-50℃，优选在18℃-30℃的室温下进行。同样优选地，根据本发明的方法的特征在于电沉积过程使用铅合金阳极，或者基于氧化钛和铱的阳极，其中阴极和阳极的表面积相当。更优选地，根据本发明的方法的特征在于，电沉积过程使用耐酸钢阳极进行，其中阳极表面积至少是阴极表面积的5倍大。在本发明的另一个优选的实施方式中，方法的特征在于，电沉积过程使用耐酸钢阴极或铜阴极进行。同样优选地，根据本发明的方法的特征在于，电沉积过程具有持续的电解液循环或混合而进行。

本发明的第三个主题是一种从精炼后的电解液中电解分离砷的方法，其特征在于包括：

-根据本发明第二个主题中限定的方法制备精炼后的电解液；

-根据本发明第一个主题中限定的方法分离砷。

结果是，在按照本发明的第二个主题脱铜至约1毫克/毫升的浓度时，可以在阴极上恒电位分离出纯度大于99.5％的砷。本发明涉及一种由电解液进行砷的电解和恒电位生产的方法，其中铜的浓度为约1毫克/升。

本发明相对于上述方法的优点在于，提出了电解分离砷的新方法，原因是其仅基于恒电位电沉积方法，其中：

-优选按照本发明第二个主题，将精炼后的电解液脱铜至约1毫克/升的浓度；

-在优选按照本发明第二个主题脱铜之后，更换阴极，以及提高阴极电位至少-200mV，以使砷的分离在商业上有效的速率下进行，

-在砷的恒电位分离过程中，所沉积的砷是可以商用的产品，而不是需要进一步处理的棘手的废产物铜-砷海绵体，