[发明专利]一种提高铜电解液净化工艺中硫酸铜产品质量的方法

说明书

技术领域

本发明属于化工技术领域，涉及一种提高铜电解液净化工艺中硫酸铜产品质量的方法。

背景技术

铜电解精炼过程中，电解液成分不断变化，铜离子浓度不断上升，杂质不断积累，而硫酸浓度却逐渐降低，为生产合格质量的阴极铜，使电解液中铜离子、硫酸及杂质浓度维持在规定范围内，就必须对电解液进行净化处理，脱除多余的铜以及杂质。目前，电解液净化大都采用如下工序：抽取一部分电解液或废电解液进行蒸发浓缩，通过冷却结晶，使大部分的铜以结晶硫酸铜（CuSO₄·5H₂O）形态产出，得到杂质富集的一次母液，然后将一次母液进行脱杂处理。

然而，通过长期生产实践我们发现，在电解液净化工序中，使用真空蒸发系统生产出的硫酸铜产品品级率均不高。原工艺中，由于冷却结晶过程中晶核生成速度不易控制，晶核形成过多，造成硫酸铜结晶颗粒过细。过细的硫酸铜产品中易夹杂游离酸，而且产品中所含水和砷锑铋等杂质不易通过洗涤、过滤的方式去除，从而造成产品杂质含量超标，其主品位一直在88%左右，距离96%的品级率有较大差距。以白银公司净化生产为例，传统工艺得到的硫酸铜产品质量如下表所示：

发明内容

本发明的目的在于提供一种采用二次结晶法提高铜电解液净化工艺中硫酸铜产品质量的方法，以解决现有电解液净化工艺中硫酸铜产品主品位低的问题。

为此，本发明采用如下技术方案：

一种采用二次结晶法提高铜电解液净化工艺中硫酸铜产品质量的方法，包括如下工艺步骤：

（1）采用常规蒸发浓缩工艺将铜电解液浓缩至比重为1.40-1.42g/cm³，得到浓缩电解液，然后用泵将浓缩电解液打入水冷结晶槽内进行循环水冷却并不断搅拌，使其温度由60℃降至30-40℃，时间为1-1.5小时，电解液中硫酸铜以五水合硫酸铜的形态析出，以此进行一次结晶，形成较为细小的硫酸铜结晶颗粒；

（2）停止循环水冷却和搅拌， 静置10-20分钟，使步骤（1）得到的晶体自然沉降至罐底，使用真空泵将水冷结晶槽内上清液及电解液中悬浮的杂质抽出，当液面距离罐底沉积硫酸铜结晶10—15cm时，停止抽液，将硫酸铜结晶留在罐底；

（3）向水冷结晶槽中补充加入60℃的浓缩电解液，不断搅拌并进行循环水冷却，以此进行二次结晶，当温度降至35℃时进行过滤作业，得到硫酸铜结晶产品。

进一步地，步骤（3）中，补充加入的浓缩电解液的体积不超过原浓缩电解液即步骤（1）一次结晶时浓缩电解液加入体积的50%。

本发明的原理如下：

晶核的形成有两种情况：一种是均相成核作用，在过饱和溶液中，组成沉淀物的构晶离子，由于相互碰撞及靠静电作用而缔合起来，自发地形成晶核，称为均相成核；另一种是异相成核作用，在进行沉淀的溶剂、试剂以及容器内壁上存在大量固体微粒，这些微粒在沉淀过程中起着晶种的作用，诱导沉淀形成，称为异相成核。

溶液中有晶核形成之后，溶液中的构晶离子随即向晶核表面扩散，并沉积到晶核上，晶核逐渐长大成微粒。溶液中的构晶离子继续在沉淀微粒周围定向排列，微粒晶体不断增大，则生成颗粒较大的晶形沉淀。这种沉淀微粒有聚集更大的聚集体的倾向，若沉淀微粒互相凝聚，就生成无定形沉淀。

晶体颗粒的形态和大小，主要由聚集速度和定向速度相对大小所决定。从微观看，构晶离子聚集成晶核，晶核成长为沉淀微粒，沉淀进一步聚集成聚集体。在聚集的同时，构晶离子又在自己的晶核上按一定的顺序排序于晶格内，晶核就渐渐增大，形成晶体。在沉淀过程中，如果聚集速度大于定向速度，生成晶核数量过多，却来不及进行晶格排列，得到小颗粒的晶体之间有形成较大聚集体的倾向，将互相粘连形成无定形沉淀。反之，如果定向速度大于聚集，构晶离子在自己的晶核上有足够时间进行晶格排列，能得到较大颗粒的晶形沉淀。

具体到本发明中，由于在一次结晶过程中，不但电解液中的硫酸铜作为构晶离子凝聚成晶核，另外有较多细小杂质作为晶核，在冷却结晶过程中聚集速度大于定向速度，生成晶核数量过多，晶体来不及形成较大颗粒的晶形沉淀。二次结晶利用第一次结晶形成的细小硫酸铜颗粒作为晶核，通过二次结晶，使得硫酸铜在沉淀微粒（细小硫酸铜颗粒）周围定向排列，微粒晶体不断增大，以此获得大颗粒硫酸铜结晶产品。

    由于大颗粒硫酸铜结晶产品间隙少，不易夹杂游离酸，而且产品中所含水和砷锑铋等杂质易于通过洗涤、过滤的方式去除，从而可提高硫酸铜产品质量。

本发明的有益效果在于：