本發(fā)明公開了一種沉積海綿銅的方法，特別涉及一種從鋅-氨-銨鹽溶液體系中通過化學方法和電化學方法相結合置換沉積海綿銅粉的方法，屬于濕法冶金技術領域。

背景技術：

銅是與人類關系非常密切的有色金屬，被廣泛地應用于電氣、輕工、機械制造、建筑工業(yè)、國防工業(yè)等領域，在中國有色金屬材料的消費中僅次于鋁?；鸱ㄔ偕~產(chǎn)生的渣灰中含有高的鋅和銅，為了滿足鋅電積的要求，需要對溶液進行除雜，同時回收銅。

常見的從鋅浸出液除銅(回收銅)方法有鋅粉置換銅，萃取銅，電積除銅等。應用最廣的是鋅粉置換，利用鋅的活性大于銅，鋅失去電子進入溶液，而銅得到電子轉化成單質銅從溶液中析出，被置換出來。傳統(tǒng)的鋅粉置換銅有許多的問題，該方法只適用于處理溶液含銅離子小于1g/l的浸出液，且置換過程鋅粉消耗量大，因為部分鋅粉包裹在銅粉里，影響銅粉純度，含雜質多，銅含量低于60％。而采用溶劑萃取提銅的方法，存在萃取劑價格高、流程長、氨的夾帶與投資大的問題，成本上不合算。在鋅-氨-銨鹽溶液體系，單純采用電積的方法脫除銅，難以有效脫除溶液中的銅離子，因為電沉積過程中：

陰極：cu(nh3)n²⁺+e^-→cu(nh3)m⁺+(n-m)nh3(1)

cu(nh3)m⁺+e^-→cu+mnh3(2)

cu(nh3)n²⁺+2e^-→cu+nnh3(3)

陽極：cu(nh3)m⁺+(n–m)nh3–e^-→cu(nh3)n²⁺(4)

2nh3–6e^-→6h⁺+n2(5)

導致電沉積銅的電流效率低；因此需要采用隔膜電積來提高電流效率，導致設備復雜，操作難。

技術實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有從濕法浸出液中回收銅的工藝存在的不足之處，本發(fā)明的目的是在于提供一種在通直流電作用下利用鋅置換銅獲得海綿銅粉的方法，該方法能耗低，置換效率高，操作簡單，流程短，銅粉純度高，易滿足工業(yè)生產(chǎn)要求。

為了實現(xiàn)上述技術目的，本發(fā)明提供了一種鋅-氨-銨鹽溶液體系置換沉積海綿銅粉的方法，該方法是將鋅陽極與陰極浸入含銅離子的鋅-氨-銨鹽溶液中，通直流電進行置換反應，固液分離，得到海綿銅粉。

現(xiàn)有技術中，普通鋅置換銅的方法，存在鋅用量大，且反應慢，只能達到溶液除雜而不能得到純度高的銅粉。而一般的電沉積采用惰性陽極，銅離子在陰極和陽極之間來回反應，電流效率降低，且當銅離子濃度降低至一定程度后，鋅也會在陰極沉積，造成銅粉純度不高。本發(fā)明的技術方案，通過使用鋅陽極，防止銅離子的來回反應與鋅的沉積，從而得到純度高的銅粉，同時大大提高了電流效率。

主要電化學反應如下：

陰極：cu(nh3)n²⁺+2e^-→cu+nnh3(6)

cu(nh3)m⁺+e^-→cu+mnh3(7)

陽極：zn–e^-+nnh3→zn(nh3)n²⁺(8)

本發(fā)明的鋅-氨-銨鹽溶液體系置換沉積海綿銅粉的方法還包括以下優(yōu)選方案：

優(yōu)選的方案，所述含銅離子的鋅-氨-銨鹽溶液中鋅離子濃度在30g/l以上，銅離子濃度在2g/l以上。

較優(yōu)選的方案，所述含銅離子的鋅-氨-銨鹽溶液中的銨鹽包括氯化銨、硫酸銨、碳酸銨中至少一種。

優(yōu)選的方案，鋅陽極與陰極之間的電勢差為0.1～0.5v、間距為3～12cm，鋅陽極上的電流密度為20～300a/m²，置換反應的溫度為25～70℃。在優(yōu)選的工藝條件下能高效、低能耗置換沉積銅，實現(xiàn)銅的回收，獲得純度高的海綿銅粉。

較優(yōu)選的方案，所述陰極的有效面積大于鋅陽極的有效面積。一般陰極周邊比陽極周邊大1～5cm。極板邊緣的電流密度較極板中心的電流密度更大，陰極邊緣相對較寬，使得鋅陽極能夠充分參與反應，加速反應的進行。

較優(yōu)選的方案，所述鋅陽極為鋅板或鋅片。

較優(yōu)選的方案，所述陰極為鈦板、鈦網(wǎng)、鋁板或銅板。

較優(yōu)選的方案，置換反應的終點為鋅-氨-銨鹽溶液中cu離子含量≤0.2g/l。

本發(fā)明的含銅離子的鋅-氨-銨鹽溶液是用氯化銨、硫酸銨、碳酸銨等銨鹽浸出含鋅、銅的物料，其含zn²⁺30g/l以上，含銅離子(包含cu²⁺與cu⁺)2g/l以上。

相比于現(xiàn)有技術，本發(fā)明的技術方案帶來的有益效果：

1)本發(fā)明的鋅-氨-銨鹽溶液體系置換沉積海綿銅粉的方法與單純用鋅粉置換銅相比，直流電作用促進置換過程，加速置換，置換的效率大大提高，且置換用的鋅消耗量大大減少，降低成本。

2)本發(fā)明的鋅-氨-銨鹽溶液體系置換沉積海綿銅粉的方法能獲得純度高于96％的海綿銅粉，所得海綿銅粉與傳統(tǒng)鋅粉置換所得銅渣相比，銅粉沒有包裹鋅、純度高、雜質少，可以直接用于黃銅制造。

3)本發(fā)明的鋅-氨-銨鹽溶液體系置換沉積海綿銅粉的方法銅脫除效率高，溶液中的銅濃度可以降低至0.2g/l以下，置換后溶液經(jīng)過深度凈化后可直接電積金屬鋅板。

4)本發(fā)明制備工藝簡單、易控，銅可回收用于制造黃銅，適于產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。

附圖說明

【圖1】為實例2中置換沉積的海綿銅粉xrd圖譜。

具體實施方式

下面結合實例進一步說明，以下實例旨在進一步說明本發(fā)明內容，而并非對發(fā)明權利要求保護的范圍進一步限定。

實施例1：

1.以某廠再生黃銅冶煉渣為原料，用5mol/l的氯化銨和2mol/l的氨水溶液作為浸出劑，浸出液的化學成分(g/l)為：zn²⁺57.87，cu²⁺+cu⁺14.71，ni²⁺0.04，co²⁺0.05，pb²⁺0.01。取該料液2000ml置于2500ml的反應槽，長20cm，寬10cm，厚1mm的鋅板為陽極，長24cm，寬14cm，厚2mm的鈦板為陰極。

2.將反應槽放入35℃水浴鍋內，鋅板接入直流電源正極，鈦板接入直流電源負極。

3.調節(jié)鋅板上電流密度至200a/m²，鋅板與鈦板的間距10cm，鋅板與鈦板間的電勢差為0.46v，脫銅至終點溶液含cu²⁺0.18g/l，所得銅粉的品位為96.55％，脫銅率為98.78％，電流效率96.57％。

表1置換電積海綿銅粉的xrf分析/％

對比實施例1：

1.以某廠再生黃銅冶煉渣為原料，用5mol/l的氯化銨和2mol/l的氨水溶液作為浸出劑，浸出液的化學成分(g/l)為：zn²⁺57.87，cu²⁺+cu⁺14.71，ni²⁺0.04，co²⁺0.05，pb²⁺0.01。取該料液2000ml置于2500ml的反應槽，長20cm，寬10cm，厚2mm的涂釕鈦板為陽極，長24cm，寬14cm，厚2mm的鈦板為陰極。

2.將反應槽放入35℃水浴鍋內，涂釕鈦板接入直流電源正極，鈦板接入直流電源負極。

3.調節(jié)鋅板上電流密度至200a/m²，涂釕鈦板與鈦網(wǎng)的間距10cm，涂釕鈦板與鈦板間的電勢差為1.50v，脫銅至終點溶液含cu²⁺0.55g/l，脫銅率為93.20％，但電流效率僅76.57％。

實施例2：

1.以某廠再生黃銅冶煉渣為原料，用5mol/l的氯化銨溶液作為浸出劑，浸出液的化學成分(g/l)為：zn²⁺114.5，cu²⁺+cu⁺6.76，ni²⁺0.06，co²⁺0.045，sb³⁺0.01，cd²⁺0.01，pb²⁺0.02。取該料液2000ml置于2500ml的反應槽，長20cm，寬10cm，厚1mm的鋅板為陽極，長22cm，寬12cm，厚2mm的鈦網(wǎng)為陰極，使用砂紙將陽極和陰極打磨光滑。

2.將反應槽放入70℃水浴鍋內，鋅板接入直流電源正極，鈦網(wǎng)接入直流電源負極。

3.調節(jié)鋅板上電流密度至70a/m²，鋅板與鈦網(wǎng)的間距5cm，鋅板與鈦網(wǎng)間的電勢差為0.17v，脫銅至終點溶液含cu²⁺0.05g/l，所得銅粉的品位為98.17％，脫銅率為99.92％。圖1表示了置換電積產(chǎn)物的xrd圖譜，主要成分為銅。

表2置換電積海綿銅粉的xrf分析/％

對比實施例2：

1.以某廠再生黃銅冶煉渣為原料，用5mol/l的氯化銨溶液作為浸出劑，浸出液的化學成分(g/l)為：zn²⁺114.5，cu²⁺+cu⁺6.76，ni²⁺0.06，co²⁺0.045，sb³⁺0.01，cd²⁺0.01，pb²⁺0.02。

2.加鋅粉15g/l，時間1小時，溫度70℃。

3.過濾后溶液含cu離子0.15g/l，脫銅率為97.19％，但所得置換渣含銅品位為52.19％。