以粗结晶为原料生产电镀硫酸铜的试验研究

钟志燕

（江西铜业集团公司 贵溪冶炼厂，江西 贵溪 335424）

以粗结晶为原料生产电镀硫酸铜的试验研究

钟志燕

（江西铜业集团公司 贵溪冶炼厂，江西 贵溪 335424）

粗结晶硫酸铜含有大量镍、砷等杂质，简单溶解——结晶工艺产出的硫酸铜产品镍、砷杂质含量超出国家标准较多，限制了其应用领域，硫酸铜品质提升迫在眉睫。通过试验来研究采用粗结晶为原料，生产符合国家标准的电镀硫酸铜的工艺流程及关键控制参数。

粗结晶；电镀硫酸铜；镍；砷；控制参数

1 引言

硫酸铜广泛地应用于电镀、饲料、催化剂等行业，尤其是在电镀领域对品质好、纯度高的电镀级硫酸铜需求量日益增加［1］。贵溪冶炼厂硫酸铜生产线主要以铜电解过程脱杂物料粗结晶为原料生产硫酸铜［2］。粗结晶是电解液经过浓缩结晶的产物，电解液中含有大量杂质［3］，其中镍、砷杂质浓度较高。

2016年1-8月份粗结晶镍、砷杂质成份如表1所示。

表1 2016年1-8月粗结晶镍、砷杂质成份

以上原料简单溶解—结晶生产的硫酸铜主要化学成份与电镀硫酸铜国家标准［4］对比如表2所示，由表2可知主要差距在于砷和镍：

表2 简单溶解—结晶生产的硫酸主要化学成份与电镀硫酸铜国家标准的对比

2 试验

2.1 硫酸铜中砷、镍分离方法评估

由表1、表2可知，由于原料粗结晶含砷、镍较高，产出的硫酸铜砷含量为电镀硫酸铜一级品标准的60倍，镍含量为电镀硫酸铜一级品标准的35.6倍。

砷含量是衡量硫酸铜产品质量的重要指标之一［5］。化工工艺学上一般采用重结晶的方法来提纯产品和除去杂质［6］。砷采取简单重溶再结晶可大幅下降，再辅以水解除杂的工序，可与铁、锌、铅等杂质一道得到深度的脱除。

由于镍与铜诸多性质相似，目前分离铜镍的工艺如萃取、离子交换等，虽然可以实现铜镍深度分离，但均为先萃取铜或先交换铜的模式，对于粗结晶这类高含铜的物料要分离铜镍来说，经济上不合算。由于原料高镍的背景，在当前技术条件下，从高含铜溶液选择性脱镍较难实现，因此只能考虑控制母液含镍来控制镍进入硫酸铜。

由表1可知，2016年1-8月份粗结晶含镍均值为0.98%，含砷均值为0.53%，而电镀级硫酸铜一等品对镍含量要求≤0.005%，对砷含量的要求为≤0.0005%。因此如何降低产品中镍、砷含量是试验的重点研究方向。

2.2 工艺流程

结合贵溪冶炼厂新材料车间现有工艺，试验拟定的工艺流程见图1。

图1 电镀硫酸铜生产工艺流程

3 结果与讨论

3.1 重溶结晶工序试验

重溶母液镍浓度控制在6～22g/L，重溶液中砷浓度控制在5～22g/L，重溶渣中镍、砷含量见表3。

在分别用不同镍含量的重溶硫酸铜进行一次结晶工序后，发现在不进行净化工序的条件下，重溶硫酸铜镍含量在0.06%以下时，产出的产品可稳定达到电镀硫酸铜一级品国家标准的≤0.005%，即控制重溶母液镍浓度应在8～9g/L以下。根据2016年1-8月份粗结晶镍含量均略高于砷含量的结果来看，当重溶母液镍浓度在8～9g/L以下时，砷浓度亦在8～9g/L以下，此时重溶硫酸铜砷含量在0.003%以下。

3.2 一次结晶工序试验

一次母液浓度镍浓度控制在0.2～2g/L，砷浓度控制在0.05～1.5g/L，对应的硫酸铜产品镍、砷含量见表4。

表4 一次母液镍、砷浓度与对应的硫酸铜产品镍、砷含量 %

从表4中可以看出，随着一次母液镍浓度的升高，硫酸铜产品含镍量也随之上升。当一次母液镍浓度在0.8～0.9g/L以下时，产出的硫酸铜产品镍含量可稳定达到电镀硫酸铜一等品国家标准。根据重溶硫酸铜中镍、砷含量相差一个数量级的关系可知，一次母液中砷浓度在0.1～0.2g/L以下，此时硫酸铜产品中的砷含量＜0.0004%，可达到电镀硫酸铜优等品国家标准。

3.3 净化工序试验

在试验过程中，硫酸铜产品中的砷可达到电镀硫酸铜优等品要求，但镍仅可达到一等品要求，为了使产品中的镍争取达到优等品要求，在一次结晶工序前尝试增加一道净化工序进行试验。

净化工序是在重溶硫酸铜水溶解后加入某种化合物发生化学反应以求达到将一部分镍、砷等杂志留在净化渣中，以降低净化液中镍、砷浓度，从而达到降低硫酸铜产品中镍、砷含量的目的。

不同净化方法对硫酸铜产品镍、砷含量的影响见表5。从表5中可以看出，净化工序引入其它化合物对降低硫酸铜产品中的砷含量有一定作用，可降低0.0001%～0.0002%，但并不能达到降低硫酸铜产品中镍含量的目的，因而试验工艺流程可省略净化工序，重溶结晶后可直接进行一次结晶工序。

表5 不同净化方法与对应的硫酸铜产品镍、砷含量 %

3.4 工业试验

工业试验中的主要杂质元素含量见表6。

从表6数据可见，工业试验产出的硫酸铜产品镍含量均在0.005%以下，砷在0.0005%以下，其它主要杂质元素及pH也均能达到电镀硫酸铜一级品的国标要求。

表6 工业试验主要杂质元素含量 %

4 结论

（1）以电解粗结晶为原料生产符合国家标准的电镀硫酸铜产品需经过两次溶解结晶工序。关键控制参数为：在重溶结晶工序应控制重溶母液镍浓度在8～9g/L以下，可保证重溶硫酸铜含镍在0.06%以下，此时重溶硫酸铜含砷在0.003%以下；在一次结晶工序应控制一次母液镍浓度在0.8～0.9g/L以下，以保证硫酸铜产品镍含量在0.005%以下，此时硫酸铜含砷在0.0004以下。

（2）通过控制母液砷、镍浓度，有效地解决了高砷、镍粗结晶生产电镀硫酸铜的砷、镍分离问题，所产出的硫酸铜产品镍含量在0.005%以下，砷在0.0005%以下，其它主要杂质元素及pH也均能达到电镀硫酸铜一等品的国标要求。

［1］韩福勇, 吴阳东, 王永成. PCB酸蚀刻废液制备电镀级硫酸铜方法研究[J]. 广东科技, 2014(12):226-227.

［2］曾晓冬. 采用粗结晶生产新国家标准硫酸铜的工业试验[J]. 铜业工程, 2013(1):15-17.

［3］张析, 王进龙. 粗品硫酸铜提纯工艺研究[J]. 甘肃冶金, 2013, 35(5): 63-65.

［4］汪浩， 陈世荣， 杨琼. PCB用硫酸铜的制备及有机物杂质的影响与处理方法[J]. 印制电路信息, 2013(增刊):120-124.

［5］朱军, 许万祥. 硫酸铜制备工艺及研究现状[J]. 湿法冶金, 2013, 32(1):1-4.

［6］葛兆伟. 从酸性蚀刻废液中回收盐酸及生产高纯电镀硫酸铜的研究、应用[J]. 广东化工, 2014, 41(1):115-116.

Experimental Study on Producing ElectroplatingCopper Sulfate Using Crude Crystal as Raw Material

ZHONG Zhi-yan
（Guixi Smelt, Jiangxi Copper Corporation, Guixi 335424, Jiangxi, China）

Crude crystal copper sulfate contains a large amount of nickel and arsenic and other impurities,the content of nickel and arsenic in copper sulfate which produced by simple dissolution- crystallization process exceed the national standards so much, it makes the application field of copper sulfate limited,so copper sulfate quality need to be upgraded imminently. Through the experiment to study the process and the key control parameters of producing copper sulfate for electroplating in line with national standards using crude crystal as raw material.

crude crystallization；electroplating copper sulfate；nickel；arsenic；control parameters

TF811

A

1009-3842（2016）06-0060-03

2016-09-06

钟志燕（1985-），女，江西南丰人，学士学位，主要从事有色金属冶炼工作。E-mail:623334055@qq.com