一种从再生铜熔炼飞灰中回收铜的方法
文献发布时间：2023-06-19 13:48:08
技术领域
本发明涉及湿法冶金技术领域，尤其涉及一种从再生铜熔炼飞灰中回收铜的方法。
背景技术
铜具有良好的导电性能、耐腐蚀性和延展性，因而被广泛应用于电气、轻工、建筑工业、机械制造和国防工业等领域。2020年，中国精炼铜产量为1002.5万吨，约占全球产量的42.6％。2020年前10个月，我国精炼铜表观消费量达到了1217.89万吨，约占全球消费的60％。2020年受疫情影响，消费量有所下降，预计2021年会有所回升。
近年来，我国铜资源短缺、消耗大，对铜的需求在很大程度上需要依靠再生铜来满足。随着再生铜冶炼工业的发展，产生的环境问题也在不断增加。再生铜熔炼飞灰是精炼铜固体废物在熔融过程中产生的残余物，其中含有铜、锌、铅等重金属，若不对其进行处理而直接堆放在环境中，会对环境造成污染，从而影响动植物的生长发育、影响人类的身心健康。因此，对再生铜熔炼飞灰中重金属的回收具有十分重要的经济效益和社会效益，在改善环境的同时还可实现再生铜的资源化利用。
国内外从再生铜熔炼飞灰中回收铜的方法主要包括火法和湿法。其中，火法冶金是将再生铜熔炼飞灰放置在焚烧炉内熔融，但是在熔融过程中会产生额外的能耗和污染，如二噁英。湿法冶金是将再生铜熔炼飞灰中的有用组分转入酸性或者碱性溶液中，然后对浸提的溶液进行纯化与富集，进而实现对净化溶液中的目标金属或化合物进行提取回收。
目前，国内外有关从再生铜熔炼飞灰中回收铜的研究还相对较少，其中，公开号为CN102212701A的专利中，公开了一种从铜冶炼烟灰中回收金属铜与锌的方法，采用浸出、选择性萃取、反萃取和电积生产金属铜，易于操作，但流程较为复杂。公开号为CN112609082A的专利中，公开了一种利用含铜烟灰和酸性废液制备高纯阴极铜的方法，采用中浸、低浸、萃铜和铜电解，得到铜含量大于99.99％的阴极铜板，但在电解前的处理过程较为复杂且耗时较长。公开号为CN109735700A的专利中，公开了一种微波还原焙烧硫酸浸出回收铜烟灰中铜锌元素的方法，采用微波还原焙烧，硫酸浸出铜锌，其浸出率均可高达95％，生产成本相对较低，但能耗较高(焙烧温度较高且时间较长)。公告号为CN108034830B的专利中，公开了一种综合回收铜冶炼烟灰中有价金属的方法，采用磁选、酸浸、中浸、还原、低浸和电积得阴极纯铜，降低了酸浸渣中的砷含量，但流程较为复杂。
因此，提供一种工艺简便的从再生铜熔炼飞灰中回收铜的方法，成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的其中一个目的是提出一种从再生铜熔炼飞灰中回收铜的方法，解决了现有技术中从再生铜熔炼飞灰中回收铜的方法存在工艺复杂、耗时长和能耗高的技术问题。本发明优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。
为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：
本发明从再生铜熔炼飞灰中回收铜的方法，包括如下步骤：将再生铜熔炼飞灰放置于电解槽的阳极室中；按比例向电解槽中加入电解液，所述电解液为碱性电解液，并且所述电解液包括NH
根据一个优选实施方式，所述电解液中NH
根据一个优选实施方式，所述电解液中NH
根据一个优选实施方式，所述电解液中Cu
根据一个优选实施方式，所述电解液中Cu
根据一个优选实施方式，所述电解液的加入量至少满足：再生铜熔炼飞灰在所述电解液中的含量为50-125g/L。优选的，所述电解液的加入量至少满足：再生铜熔炼飞灰在所述电解液中的含量为50g/L。
根据一个优选实施方式，再生铜熔炼飞灰在电解槽中发生电解反应的电流密度为10-18mA/cm
根据一个优选实施方式，再生铜熔炼飞灰在电解槽中发生电解反应的电解时间为0.5-1.5h。优选的，再生铜熔炼飞灰在电解槽中发生电解反应的电解时间为1.5h。
根据一个优选实施方式，所述电解槽的阳极室和阴极室由双层耐酸碱滤布分隔。
根据一个优选实施方式，所述电解槽的阳极板为DSA电极板或石墨电极板；所述电解槽的阴极板为DSA电极板、钛板或铜板。优选的，阳极板为DSA电极板，阴极板为钛板。
本发明提供的从再生铜熔炼飞灰中回收铜的方法至少具有如下有益技术效果：
本发明从再生铜熔炼飞灰中回收铜的方法，将再生铜熔炼飞灰放置于电解槽的阳极室中，按比例向电解槽中加入电解液，在搅拌状态下，再生铜熔炼飞灰在电解槽中发生电解反应，电解反应完成后，收集阴极产物，即得到铜产品，例如铜箔或铜粉。本发明从再生铜熔炼飞灰中回收铜的方法，电解液包括NH
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
下面结合实施例1～15以及对比例1～6对本发明从再生铜熔炼飞灰中回收铜的方法进行详细说明。
实施例1
(1)称取5kg烘干后的再生铜熔炼飞灰放置于电解槽的阳极室中，电解槽的阳极板和阴极板分别选用DSA板和钛板。向电解槽中加入40L配制好的电解液，其中电解液的组成为：1mol/L NH
(2)电解反应完成后，阴极板可得到阴极产物，采用去离子水进行冲洗，干燥后收集并称重；阳极渣同样采用去离子水冲洗，干燥后收集并称重，收集电解液保存。
(3)对干燥后的阴极产物和阳极渣完全消解，测定阴极产物和阳极渣的消解液以及电解液中的铜浓度，计算得出：再生铜熔炼飞灰中Cu的回收率为85.22％，电流效率为20.48％。
实施例2
(1)称取5kg烘干后的再生铜熔炼飞灰放置于电解槽的阳极室中，电解槽的阳极板和阴极板分别选用DSA板和钛板。向电解槽中加入40L配制好的电解液，其中电解液的组成为：1.0mol/L NH
(2)电解反应完成后，阴极板可得到阴极产物，采用去离子水进行冲洗，干燥后收集并称重；阳极渣同样采用去离子水冲洗，干燥后收集并称重，收集电解液保存。
(3)对干燥后的阴极产物和阳极渣完全消解，测定阴极产物和阳极渣的消解液以及电解液中的铜浓度，计算得出：再生铜熔炼飞灰中Cu的回收率为88.34％，电流效率为22.18％。
实施例3
(1)称取5kg烘干后的再生铜熔炼飞灰放置于电解槽的阳极室中，电解槽的阳极板和阴极板分别选用DSA板和钛板。向电解槽中加入40L配制好的电解液，其中电解液的组成为：1.0mol/L NH
(2)电解反应完成后，阴极板可得到阴极产物，采用去离子水进行冲洗，干燥后收集并称重；阳极渣同样采用去离子水冲洗，干燥后收集并称重，收集电解液保存。
(3)对干燥后的阴极产物和阳极渣完全消解，测定阴极产物和阳极渣的消解液以及电解液中的铜浓度，计算得出：再生铜熔炼飞灰中Cu的回收率为91.15％，电流效率为24.27％。
实施例4
(1)称取2kg烘干后的再生铜熔炼飞灰放置于电解槽的阳极室中，电解槽的阳极板和阴极板分别选用DSA板和钛板。向电解槽中加入40L配制好的电解液，其中电解液的组成为：1.0mol/L NH
(2)电解反应完成后，阴极板可得到阴极产物，采用去离子水进行冲洗，干燥后收集并称重；阳极渣同样采用去离子水冲洗，干燥后收集并称重，收集电解液保存。
(3)对干燥后的阴极产物和阳极渣完全消解，测定阴极产物和阳极渣的消解液以及电解液中的铜浓度，计算得出：再生铜熔炼飞灰中Cu的回收率为95.11％，电流效率为12.37％。
实施例5
(1)称取4kg烘干后的再生铜熔炼飞灰放置于电解槽的阳极室中，电解槽的阳极板和阴极板分别选用DSA板和钛板。向电解槽中加入40L配制好的电解液，其中电解液的组成为：1.0mol/L NH
(2)电解反应完成后，阴极板可得到阴极产物，采用去离子水进行冲洗，干燥后收集并称重；阳极渣同样采用去离子水冲洗，干燥后收集并称重，收集电解液保存。
(3)对干燥后的阴极产物和阳极渣完全消解，测定阴极产物和阳极渣的消解液以及电解液中的铜浓度，计算得出：再生铜熔炼飞灰中Cu的回收率为92.78％，电流效率为24.07％。
实施例6
(1)称取2kg烘干后的再生铜熔炼飞灰放置于电解槽的阳极室中，电解槽的阳极板和阴极板分别选用DSA板和钛板。向电解槽中加入40L配制好的电解液，其中电解液的组成为：0.3mol/L NH
(2)电解反应完成后，阴极板可得到阴极产物，采用去离子水进行冲洗，干燥后收集并称重；阳极渣同样采用去离子水冲洗，干燥后收集并称重，收集电解液保存。
(3)对干燥后的阴极产物和阳极渣完全消解，测定阴极产物和阳极渣的消解液以及电解液中的铜浓度，计算得出：再生铜熔炼飞灰中Cu的回收率为93.74％，电流效率为4.53％。
实施例7
(1)称取2kg烘干后的再生铜熔炼飞灰放置于电解槽的阳极室中，电解槽的阳极板和阴极板分别选用DSA板和钛板。向电解槽中加入40L配制好的电解液，其中电解液的组成为：2.0mol/L NH
(2)电解反应完成后，阴极板可得到阴极产物，采用去离子水进行冲洗，干燥后收集并称重；阳极渣同样采用去离子水冲洗，干燥后收集并称重，收集电解液保存。
(3)对干燥后的阴极产物和阳极渣完全消解，测定阴极产物和阳极渣的消解液以及电解液中的铜浓度，计算得出：再生铜熔炼飞灰中Cu的回收率为96.22％，电流效率为28.74％。
实施例8
(1)称取2kg烘干后的再生铜熔炼飞灰放置于电解槽的阳极室中，电解槽的阳极板和阴极板分别选用DSA板和钛板。向电解槽中加入40L配制好的电解液，其中电解液的组成为：2.8mol/L NH
(2)电解反应完成后，阴极板可得到阴极产物，采用去离子水进行冲洗，干燥后收集并称重；阳极渣同样采用去离子水冲洗，干燥后收集并称重，收集电解液保存。
(3)对干燥后的阴极产物和阳极渣完全消解，测定阴极产物和阳极渣的消解液以及电解液中的铜浓度，计算得出：再生铜熔炼飞灰中Cu的回收率为96.68％，电流效率为32.89％。
实施例9
(1)称取2kg烘干后的再生铜熔炼飞灰放置于电解槽的阳极室中，电解槽的阳极板和阴极板分别选用DSA板和钛板。向电解槽中加入40L配制好的电解液，其中电解液的组成为：2.0mol/L NH
(2)电解反应完成后，阴极板可得到阴极产物，采用去离子水进行冲洗，干燥后收集并称重；阳极渣同样采用去离子水冲洗，干燥后收集并称重，收集电解液保存。
(3)对干燥后的阴极产物和阳极渣完全消解，测定阴极产物和阳极渣的消解液以及电解液中的铜浓度，计算得出：再生铜熔炼飞灰中Cu的回收率为96.68％，电流效率为38.02％。
实施例10
(1)称取2kg烘干后的再生铜熔炼飞灰放置于电解槽的阳极室中，电解槽的阳极板和阴极板分别选用DSA板和钛板。向电解槽中加入40L配制好的电解液，其中电解液的组成为：2.0mol/L NH
(2)电解反应完成后，阴极板可得到阴极产物，采用去离子水进行冲洗，干燥后收集并称重；阳极渣同样采用去离子水冲洗，干燥后收集并称重，收集电解液保存。
(3)对干燥后的阴极产物和阳极渣完全消解，测定阴极产物和阳极渣的消解液以及电解液中的铜浓度，计算得出：再生铜熔炼飞灰中Cu的回收率为97.00％，电流效率为63.86％。
实施例11
(1)称取2kg烘干后的再生铜熔炼飞灰放置于电解槽的阳极室中，电解槽的阳极板和阴极板分别选用DSA板和钛板。向电解槽中加入40L配制好的电解液，其中电解液的组成为：2.0mol/L NH
(2)电解反应完成后，阴极板可得到阴极产物，采用去离子水进行冲洗，干燥后收集并称重；阳极渣同样采用去离子水冲洗，干燥后收集并称重，收集电解液保存。
(3)对干燥后的阴极产物和阳极渣完全消解，测定阴极产物和阳极渣的消解液以及电解液中的铜浓度，计算得出：再生铜熔炼飞灰中Cu的回收率为97.93％，电流效率为98.72％。
实施例12
(1)称取2kg烘干后的再生铜熔炼飞灰放置于电解槽的阳极室中，电解槽的阳极板和阴极板分别选用DSA板和钛板。向电解槽中加入40L配制好的电解液，其中电解液的组成为：2.0mol/L NH
(2)电解反应完成后，阴极板可得到阴极产物，采用去离子水进行冲洗，干燥后收集并称重；阳极渣同样采用去离子水冲洗，干燥后收集并称重，收集电解液保存。
(3)对干燥后的阴极产物和阳极渣完全消解，测定阴极产物和阳极渣的消解液以及电解液中的铜浓度，计算得出：再生铜熔炼飞灰中Cu的回收率为92.24％，电流效率为76.31％。
实施例13
(1)称取2kg烘干后的再生铜熔炼飞灰放置于电解槽的阳极室中，电解槽的阳极板和阴极板分别选用DSA板和钛板。向电解槽中加入40L配制好的电解液，其中电解液的组成为：2.0mol/L NH
(2)电解反应完成后，阴极板可得到阴极产物，采用去离子水进行冲洗，干燥后收集并称重；阳极渣同样采用去离子水冲洗，干燥后收集并称重，收集电解液保存。
(3)对干燥后的阴极产物和阳极渣完全消解，测定阴极产物和阳极渣的消解液以及电解液中的铜浓度，计算得出：再生铜熔炼飞灰中Cu的回收率为94.51％，电流效率为88.82％。
实施例14
(1)称取2kg烘干后的再生铜熔炼飞灰放置于电解槽的阳极室中，电解槽的阳极板和阴极板分别选用DSA板和钛板。向电解槽中加入40L配制好的电解液，其中电解液的组成为：2.0mol/L NH
(2)电解反应完成后，阴极板可得到阴极产物，采用去离子水进行冲洗，干燥后收集并称重；阳极渣同样采用去离子水冲洗，干燥后收集并称重，收集电解液保存。
(3)对干燥后的阴极产物和阳极渣完全消解，测定阴极产物和阳极渣的消解液以及电解液中的铜浓度，计算得出：再生铜熔炼飞灰中Cu的回收率为96.04％，电流效率为89.27％。
实施例15
(1)称取2kg烘干后的再生铜熔炼飞灰放置于电解槽的阳极室中，电解槽的阳极板和阴极板分别选用DSA板和钛板。向电解槽中加入40L配制好的电解液，其中电解液的组成为：2.0mol/L NH
(2)电解反应完成后，阴极板可得到阴极产物，采用去离子水进行冲洗，干燥后收集并称重；阳极渣同样采用去离子水冲洗，干燥后收集并称重，收集电解液保存。
(3)对干燥后的阴极产物和阳极渣完全消解，测定阴极产物和阳极渣的消解液以及电解液中的铜浓度，计算得出：再生铜熔炼飞灰中Cu的回收率为96.35％，电流效率为92.96％。
对比例1
(1)称取5kg烘干后的再生铜熔炼飞灰放置于电解槽的阳极室中，电解槽的阳极板和阴极板分别选用DSA板和钛板。向电解槽中加入40L配制好的电解液，其中电解液的组成为：1mol/L NH
(2)电解反应完成后，阴极板可得到阴极产物，采用去离子水进行冲洗，干燥后收集并称重；阳极渣同样采用去离子水冲洗，干燥后收集并称重，收集电解液保存。
(3)对干燥后的阴极产物和阳极渣完全消解，测定阴极产物和阳极渣的消解液以及电解液中的铜浓度，计算得出：再生铜熔炼飞灰中Cu的回收率为77.91％，电流效率为30.60％。
对比例2
(1)称取1kg烘干后的再生铜熔炼飞灰放置于电解槽的阳极室中，电解槽的阳极板和阴极板分别选用DSA板和钛板。向电解槽中加入40L配制好的电解液，其中电解液的组成为：1.0mol/L NH
(2)电解反应完成后，阴极板可得到阴极产物，采用去离子水进行冲洗，干燥后收集并称重；阳极渣同样采用去离子水冲洗，干燥后收集并称重，收集电解液保存。
(3)对干燥后的阴极产物和阳极渣完全消解，测定阴极产物和阳极渣的消解液以及电解液中的铜浓度，计算得出：再生铜熔炼飞灰中Cu的回收率为95.13％，电流效率为6.66％。
对比例3
(1)称取2kg烘干后的再生铜熔炼飞灰放置于电解槽的阳极室中，电解槽的阳极板和阴极板分别选用DSA板和钛板。向电解槽中加入40L配制好的电解液，其中电解液的组成为：3mol/L NH
(2)电解反应完成后，阴极板可得到阴极产物，采用去离子水进行冲洗，干燥后收集并称重；阳极渣同样采用去离子水冲洗，干燥后收集并称重，收集电解液保存。
(3)对干燥后的阴极产物和阳极渣完全消解，测定阴极产物和阳极渣的消解液以及电解液中的铜浓度，计算得出：再生铜熔炼飞灰中Cu的回收率为96.82％，电流效率为23.69％。
对比例4
(1)称取2kg烘干后的再生铜熔炼飞灰放置于电解槽的阳极室中，电解槽的阳极板和阴极板分别选用DSA板和钛板。向电解槽中加入40L配制好的电解液，其中电解液的组成为：2.0mol/L NH
(2)电解反应完成后，阴极板可得到阴极产物，采用去离子水进行冲洗，干燥后收集并称重；阳极渣同样采用去离子水冲洗，干燥后收集并称重，收集电解液保存。
(3)对干燥后的阴极产物和阳极渣完全消解，测定阴极产物和阳极渣的消解液以及电解液中的铜浓度，计算得出：再生铜熔炼飞灰中Cu的回收率为95.40％，电流效率为86.43％。
对比例5
(1)称取2kg烘干后的再生铜熔炼飞灰放置于电解槽的阳极室中，电解槽的阳极板和阴极板分别选用DSA板和钛板。向电解槽中加入40L配制好的电解液，其中电解液的组成为：2.0mol/L NH
(2)电解反应完成后，阴极板可得到阴极产物，采用去离子水进行冲洗，干燥后收集并称重；阳极渣同样采用去离子水冲洗，干燥后收集并称重，收集电解液保存。
(3)对干燥后的阴极产物和阳极渣完全消解，测定阴极产物和阳极渣的消解液以及电解液中的铜浓度，计算得出：再生铜熔炼飞灰中Cu的回收率为97.78％，电流效率为77.16％。
对比例6
(1)称取2kg烘干后的再生铜熔炼飞灰放置于电解槽的阳极室中，电解槽的阳极板和阴极板分别选用DSA板和钛板。向电解槽中加入40L配制好的电解液，其中电解液的组成为：2.0mol/L NH
(2)电解反应完成后，阴极板可得到阴极产物，采用去离子水进行冲洗，干燥后收集并称重；阳极渣同样采用去离子水冲洗，干燥后收集并称重，收集电解液保存。
(3)对干燥后的阴极产物和阳极渣完全消解，测定阴极产物和阳极渣的消解液以及电解液中的铜浓度，计算得出：再生铜熔炼飞灰中Cu的回收率为95.26％，电流效率为86.14％。
分析上述实施例1～15以及对比例1～6可得如下结论：
(1)分析实施例1～3以及对比例1可知：电流密度在10-18mA/cm
(2)分析实施例3～5以及对比例2可知：固液比(再生铜熔炼飞灰在电解液中的含量)在50-125g/L范围内变化时，Cu的回收率随固液比的增加而减小，电流效率随固液比的增加而增加；当固液比降低至25g/L时，Cu的回收率虽有增加，但电流效率下降明显，表明固液比较小时，进入电解液中的铜也较少，不利于同在阴极沉积。因此，本发明从再生铜熔炼飞灰中回收铜的方法，固液比不能小于25g/L，优选固液比为50g/L。
(3)分析实施例4、实施例6～8以及对比例3可知：NH
(4)分析实施例7、实施例9～11以及对比例4可知：电解液中增加Cu
(5)分析实施例11～13以及对比例5可知：电解时间在0.5-1.5h范围内增加时，Cu的回收率和电流效率都逐渐增加；当电解时间增加至3h时，Cu的回收率有所减小，电流效率下降明显，表明电解时间较长，阴极区铜氨离子浓度不断降低，致使Cu的回收率和电流效率减小。因此，本发明从再生铜熔炼飞灰中回收铜的方法，电解时间不能大于3h，优选电解时间为1.5h。
(6)分析实施例11、14、15以及对比例6可知：NH
(7)本发明从再生铜熔炼飞灰中回收铜的方法，在选用DSA板作为阳极板，钛板作为阴极板的电解槽中，并且在固液比为50g/L，电解液的组成为：2.0mol/L NH
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。