硫酸铜杂质脱除工艺

硫酸铜杂质脱除工艺

杨喜云1,李景升1,龚竹青1,刘昌勇2,刘卫东2

(11中南大学冶金科学与工程系,湖南长沙 410083;

21贵溪冶炼厂,江西贵溪 335300)

摘要:采用中和沉淀法,以Na 2CO 3作脱杂剂一次性脱除农用硫酸铜中Pb,Zn,Co ,Ca,Ni 杂质,使之达到电镀用硫酸铜的质量要求.讨论了pH 值、溶液起始浓度、溶液浓缩密度和过滤速度对除杂的影响.结果表明:控制pH 值为4.0,溶液CuSO 4起始质量分数为30%,浓缩液密度为1.320g/cm 3和慢速过滤的条件下,可使产品中的w (Pb)[0.0005%,w (Zn)[0.0005%,w (Co)[0.0005%,w (Ca)[0.0010%,w (N i)[0.0020%.同时采用与小试验相同的工艺流程与条件进行了现场工业试验,产品质量达到小试验产品指标,产品为蓝色有光泽晶体,结晶颗粒均匀,符合电镀用硫酸铜要求,证明该脱杂工艺路线是合理可行的,操作方便,容易实现工业生产.关键词:电镀;硫酸铜;杂质中图分类号:O611.65

文献标识码:A

文章编号:1005-9792(2001)04-0376-03

铜具有许多优良特性,在生产实践中应用十分广泛.在镀铜时,对镀层性质和电镀用硫酸铜要求特别严格,尤其是要求杂质Ca,Ni,As,Co,Fe,Pb 等允许含量极低[1]

.目前,我国电镀用硫酸铜主要靠进口.因此,研究低成本条件下由农用硫酸铜经过脱杂处理,制备电镀用硫酸铜很有必要.

近年来,大多数是通过除杂来制备饲料级或试剂硫酸铜[2-6]

,未见据此制备电镀用硫酸铜的报道.龚竹青等对除去农用硫酸铜中的杂质砷和铁已进行了研究[1],在此,作者就脱除农用硫酸铜中Pb,Zn,Co,Ca,Ni 杂质进行探讨,用Na 2CO 3作中和沉淀剂一次性脱除这些杂质以制备电镀用硫酸铜,并进行现场工业试验.

1 实 验

1.1 实验原理

原料中含杂质Pb,Zn,Ni,Ca,Co,它们的碳酸盐溶度积都很小[7],分别为:PbC O 37.4@10-14,ZnC O 31.4@10-11,NiCO 36.6@10-9,CaCO 32.8@10-9,CoC O 31.4@10-13,因此,可通过加入Na 2C O 3调节溶液pH 值,使它们形成碳酸盐沉淀而除去.当溶液pH 值达到4.0时,溶液中Na 2CO 3的总浓度范围为0.02

~0.03mol/L,Pb,Zn,Ni,Ca,Co 等杂质沉淀后残留在溶液中的质量浓度都在1.0@10-5g/L 以下,所以,可采用Na 2CO 3作脱杂剂.此外,PbSO 4不溶于水,用水溶解原料可除掉部分Pb [2].需指出的是,CuC O 3的溶度积也较小,在上述杂质沉淀时,也必然会有少量铜一起沉淀[8]

.为此,要严格控制Na 2CO 3

的用量,减少铜的损失,并从沉渣中再回收铜.1.2 工艺流程

硫酸铜除杂工艺流程见图

1.

图1 硫酸铜除杂工艺流程

收稿日期:2000-08-04

作者简介:杨喜云(1974-),女,湖南邵东人,中南大学讲师,从事湿法冶金和电化学研究.

第32卷第4期2001年8月 中南工业大学学报J.CENT.SOUTH UNIV.TECHNOL.

Vol.32 No.4

Aug. 2001

2 条件试验

2.1 pH 值对脱杂的影响

将硫酸铜配成质量分数为20%的溶液,氧化除As,Fe 后溶液pH 值在2.5左右,在此基础上于室温下用Na 2C O 3溶液中和,过滤除去沉淀物后,经浓缩结晶得到产品.溶液pH 值对脱杂的影响见表1.

表1 溶液p H 值对脱杂的影响

w /%

杂质pH

2.6

3.3 3.7

4.0 4.3 4.5Pb 0.0006<0.0006<0.0005<0.0005<0.0005<0.0005

Ca 0.0013

0.0015

0.0007

0.0007

0.0009

0.0008

Zn <0.0005<0.0005<0.0005<0.0005<0.0005Co

<0.0005<0.0005<0.0005<0.0005<0.0005

由表1可以看出,当pH>3.7时,杂质含量都接近或超过电镀用硫酸铜优等品的要求,但pH 值超过4.4时,Cu 2+

就会水解生成Cu(OH )2沉淀而造成铜

的损失.因此,最佳pH 值范围为3.7~4.3.2.2 溶液起始浓度对脱杂的影响

在pH=4的条件下,考察了硫酸铜起始浓度的影响.从表1可知,产品中杂质Zn 和Co 的含量较低,所以,后面的实验只需分析杂质Ca,Ni 和Pb 的含量.溶液起始浓度对脱杂的影响见表2.

表2 Cu SO 4溶液起始浓度对脱杂的影响w /%

杂质w (CuSO 4)/%

20283032Ca 0.00130.00180.00160.0015Ni 0.00250.0027

0.0027

0.0030Pb <0.0005

<0.0005<0.0005

<0.0005杂质w (CuSO 4)/%

343638Ca 0.00170.00190.0018Ni 0.00320.00340.0037Pb

<0.0005

<0.0005

<0.0005

由表2可见,CuSO 4溶液浓度越高,越不利于脱

镍,而对脱除其它杂质并无明显影响,但若其起始浓度高,会给后面浓缩、结晶带来很大方便,也利于节约能源,降低生产成本.因此,在提纯时使原液浓度保持在30%以上是合适的.

2.3 结晶浓缩液密度对脱杂的影响

除杂后的溶液,浓缩液密度越高,硫酸铜产率越高,但结晶时析出的杂质也会越多.为此,在pH =4,溶液起始质量分数为30%的条件下,进行了结晶浓缩的试验,所得杂质分析结果见表3.

表3 浓缩液密度Q 对脱杂的影响

w /%

杂质Q /(g #c m -3)1.262 1.285 1.320 1.332Ca 0.00130.00150.00160.0019Ni

0.0025

0.0026

0.0029

0.0034

因为Pb,C o,Zn 的碳酸盐溶度积都极小,经中和沉淀过滤后,溶液中残存很少,因此,溶液浓缩液密度对这些元素在产品中的含量不会造成明显影响.试验结果表明,Ca 和Ni 在产品中的含量受浓缩液密度影响比较明显,浓缩液密度越高,产品中Ca 和Ni 含量越高,反复试验证明取结晶浓缩液密度为1.320g/cm 3为宜.

此外,通过试验发现,过滤对除Ca 2+

效果有较大影响.过滤速度越慢,产品中Ca 2+含量就越低.在进行pH 值对脱杂的影响试验时,采用的是2层滤纸过滤,过滤速度慢,Ca 的含量相对就低.

3 现场工业试验

现场工业试验采用了与小试验基本相同的工艺流程和条件,除杂剂的用量按比例扩大,所用原材料为工业级,所得实验结果见表4所示.

表4 产品检验结果

试验编号原料质量/kg 过滤方式浓缩液密度/(g #c m -3)产品质量/kg

w /%

Cu As

Fe

Zn

Pb

Ni

Co

Ca

1300抽滤 1.3494.7525.52<0.00050.0010<0.00050.00160.0074<0.0005<0.00052300抽滤 1.34120.7525.44<0.00050.0009<0.00050.00180.0058<0.0005<0.00053500抽滤 1.40254.0024.84<0.00050.0010<0.00050.00140.0068<0.0005<0.00054500抽滤 1.40289.0024.88<0.00050.0010<0.00050.00170.0080<0.0005<0.00055300抽滤 1.40211.5825.46<0.00050.00100.00060.00100.0096<0.0005<0.00056300抽滤50% 1.40200.0025.39<0.00050.00140.00070.00160.0110<0.0005<0.00057

1000

抽滤50%

1.40420.0025.82<0.00050.00340.00060.00060.0120<0.0002<0.0005压滤后再抽滤

1.40

420.60

25.53

<0.00050.0030

0.0006

0.0006

0.0116<0.0002<0.0005

注:4~7号试验运用了部分或全部结晶母液溶解原料农用硫酸铜,不够部分加自来水.

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第4期 杨喜云,等:硫酸铜杂质脱除工艺