铜基多元合金的处理(Ⅰ)--组分优先分离的研究.pdf

8 有色金属 冶炼部分 2 0 0 5 年4 期 铜基多元合金的处理 工 组分优先分离的研究 李林波1 ，洪涛1 ，一，王玉芳3 1 ．西安建筑科技大学冶金工程学院，陕西西安7 1 0 0 5 5 ； 2 ．中科院过程工程所，北京1 0 0 0 8 0 ；3 ．北京矿冶研究总院，北京1 0 0 0 4 4 摘要针对C t e Z n - S n - P 四元舍金网废料，在分析其成分组成、物相结构的基础上，确定采用电化学溶解 的方式进行主金属分离；在测定其阳极电解电位的基础上，对电解的主要参数进行了初步研究。研究表 明对该四元合金采用电化学溶解、电解沉积的方式可以有效提取出不同组分，并为下一步生产锌、锡产 品创造了有利条件。 关键词C u Z n - S n P 四元合金；组分分离；电化学溶解 中图分类号T F 8 1 1文献标识码A 文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 0 5 0 4 0 0 0 8 0 3 T r e a t m e n to nC o p p e r - b a s eA l l o y I R e s e a r c h0 1 1C o m p o n e n tS e p a r a t i o n L IL i n b 0 1 ，H O N GT a 0 1 一，W A N Gy u - f a n 9 3 1 S c h o o lo fM e t a l l u r g i c a lE n g i n e e r i n g ．X i ’a 柏U n i v e r s i t yo fA r c h i t e c t u r ea n dT e c h n o l o 甜．X i ’a 丌7 1 0 0 5 5 ．C h i n a ； 2 ．I n s t i t u t eo fP r o c e s sE n g i n e e r i n g ．C h i n e z eA c a d e m yo fS c i e n c e s ，B e i j i n g1 0 0 0 8 0 ，C h i n a ； 3 ．B e i j i n g G e a e r a l R e s e a r c h I n s t i t u t eo f M i n i n g ＆M e t a l l u r g y ，B e i j i n 9 1 0 0 0 4 4 ．C h i n a A b s t r a c t O nt h eb a s i so ft h ec o m p o s i t i o na n dp h a s ea n a l y s i so fC u Z n - S n Pa l l o yg r i d ，t h ew a yo fe l e c t r o e h e m i c a ld i s s o l u t i o ni st a k e nt os e p a r a t et h ec h i e fm e t a l ．I na d d i t i o n ，b a s e do nm e n s u r a t i n gt h ea n o d ee l e c t r i cp o t e n t i a l ．t h eb a s i cp a r a m e t e r so fe l e c t r o l y z ea r er e s e a r c h e d ．T h i sr e s e a r c hi n d i c a t e st h a tt h ee l e c t r o c h e m i c a ld i s s o l v e e l e c t r o d e p o s i tc a ns e p a r a t et h ec o p p e rf r o mc o p p e r b a s ea l l o yg r i d ．B e s i d e s ，t h er e s e a r c ha l s oc r e a t e sf a v o r a b l e c o n d i t i o n sf o rf u r t h e rd i s p o s a lo fZ na n dS n ． K e y w o r d s C u - Z n - S n - Pa l l o y ；S e p a r a t i o no fc o m p o n e n t ；E l e c t r o c h e m i c a ld i s s o l v e 当前中国工业化的高速发展阶段正处于资源消 耗的高峰期，以资源大量投人拉动的经济增长仍是 中国经济的主要特征。中国人均优质自然资源紧 缺，矿物资源以难加工的低品位复杂矿为主。因此， 回收和利用有色金属废料就成为有效缓解和解决不 可再生资源缺口的重要手段。 1 原料和分离方法的分析 实验研究的铜基多元合金为造纸工业用废旧铜 网。经线为C u S n P 合金，其中含C u9 0 ％、S n8 ％ - 1 0 ％、P1 ％，为典型的n 相固溶体青铜；纬线为 C u Z n 合金，其中含C u8 0 ％、Z n2 0 ％，为典型的d 作者简介李林渡 1 9 7 3 一 ，男．讲师，在读博士 相固溶体黄铜。由原料可知，此合金铜网具有较好 的物理规格，主要成分是C u ．Z n S n - P ，几乎不含其 它杂质。因此，若采用此材料作为阳极直接电解，则 较铜为负电性的金属锌、锡将优先溶解进入溶液，并 不在阴极析出；而铜在阴极析出，产出电铜。含锌、 锡的电解液经净化后得锌、锡产品，以达到台金分 离、综合利用的目的。 假定各负电性杂质和铜按阳极成分均匀溶解， 但因阴极上只有铜析出，加上锌和锡对铜的置换，必 将导致电解液中铜浓度迅速贫化，同时大量铜粉进 入阳极泥，而锌和锡在电解液中迅速积累。因此，锕 阳极直接电解的主要矛盾在于电解液中含铜浓度的 万方数据 有色金属 冶炼部分 2 0 0 5 年4 期 9 变化和杂质的迅速积累。 综上，为使电化学溶液、选择性分离铜的工艺可 行，采用合金铜网硫酸氧化浸出而得的硫酸铜溶液 对电解液成分进行有效调整以保证工艺稳定。 2 实验研究 合金铜网的电化学溶解是工艺成功的关键，为 此我们进行了深人研究。实验采用E D T A 法测定 溶液中的c u 2 、Z n 2 浓度，采用深圳蓝利科公司 L K ．Ⅱ型电化学测试仪进行电化学测试。 2 ．1 阳极电位的测定 由表1 数据可知，在电化学溶解条件下，纬线可 以优先溶解，同时c u 2 和1 - 1 2 s 0 4 浓度对阳极电位 有很大影响，随着c u 2 和H 2 S 0 4 浓度的增加，电极 电位不断升高；原因在于二者浓度的提高导致溶液 的离子化程度降低。 表1 合金铜网阳极电极电位 T a b l e1A n o d ee l e c t r o d ep o t e n t i a lo f c o p p e r - b a s ea l l o yg r i d ／m V 2 ．2 电流密度对电极电位的影响 控制c c u 2 4 0 9 ／L ，c H 2 s 0 4 2 0 0 9 ／L ， 2 5 “ C ，改变阴极电流密度，测定经、纬线阳极电极电 位，结果如图1 所示。 图1 电流密度对电极电位的影响 F i g ．1 T h ee f f e c to fc u r r e n td e n s i t y o ne l e c t r i cp o t e n t i a l 由图1 可知，在此条件下，当D A 2 5 A ／m 2 时， 经线的电极电位小于纬线的电极电位，经线优先电 化学溶解。 实际过程中随着电解的进行，溶液成分不断变 化，此时阳极电极电位也在小幅波动，经、纬线电位 相差很小，通过控制电解条件使某一种合金优先电 解完全，其可能性很小。因此利用两合金在电解条 件下的电位不能同步电解分离金属。 2 ．3 单片台金网电解实验 控制c C u 2 2 5 ～4 0 9 ／L ，c 1 4 2 S 0 4 1 0 0 ～ 2 0 0 9 ／L ，2 5 ～5 5 ℃，D A 1 5 0 ～2 0 0 A ／m 2 ，对单片合 金网进行多次电解，都因合金阳极与电解液接界处 断裂而使电解无法持久，这是因为在接界处不仅发 生电化学溶解，而且有化学溶解现象，该处溶解速率 大于电解液内部铜的溶解速率。 2 ．4 电解实验 采用钛阳极筐，将合金网装入筐中，进行电解实 验研究。控制c H 2 S 0 4 1 5 0 9 ／L ，2 5 ℃，D A 1 6 0 A ／ 矗，3 6 h ，对C u 2 、Z n 2 、S d 的浓度变化速率进行研 究结果见图2 ～4 ，其浓度变化速率表达式见1 - - 3 式。 图2电解时间对溶液中c u 2 浓度的影响 F i g ．2 T h ee f f e c to ft i m eo fe l e c t r o l y s i so nt h e c o n c e n t r a t i o no fC u 2 i ns o l u t i o n 圈3电解时间对溶液中z n 2 浓度的影响 F i g ．3 T h ee f f e c to ft i m ee l e c t r o l y s i so nt h e c o n c e n t r a t i o no fZ Ⅱ2 i ns o l u t i o n 下转第3 9 页 一一■3、越第ju 一1_一篁剐搓_-N 万方数据 有色金属 冶炼部分 2 0 0 5 年4 期 3 9 大的促进作用更大，则将生成粗颗粒晶体而不是细 颗粒晶体，并且很容易结团，钴粉的粒度将更大∽j 。 而表面活性剂的加入对钴粉性能有一定影响，阴离 子活性剂没有非离子和阳离子活性剂效果好。由此 可以看出，超细钴粉的制备受C o O H ，、乙 醇和 N a O H 的相对比例影响，同时还受反应温度、反应时 间和表面活性剂的影响。由于有机醇能够在钴粉表 面有效吸附，因此图2 的X R D 谱线中没有发现有钴 粉的氧化物衍射峰。 3结论 1 乙二醇还原法对原料的适应性较强， C o o H 2 的制备途径对钴粉质量影响不大。钴粉的 粒径形貌几乎不受c 0 O H ，粒貌形态的影响。 2 单位体积乙二醇中N a O H 的量对钴粉的粒 径和形貌有较大影响。当C o O H 2 、N a O H 和乙二 醇达到某一配比时，钴粉综合性能最优。 3 钴粉质量也受反应时间、反应温度及添加剂 的影响，当反应时问为2 ．5 h ，温度达到1 9 7 ℃，添加 阴离子或非离子型表面活性剂所制取的钴粉粒度分 布较窄，平均粒径为0 ．8 且m ，纯度可达9 9 ．5 ％以上。 参考文献 [ 1 ] 卢寿慈．耪体加工技术C M j ．北京冶金工业出版社， 1 9 9 9 [ 2 ] 李维，赵秦生．纳米钴粉的特性研究[ J ] ．中南工业大学 学报，1 9 9 8 ，2 5 5 4 6 1 4 6 3 【3 ] 张健．硬质合金用钴粉的生产工艺比较[ J ] 有色金属， 1 9 9 8 ．5 0 3 1 0 9 1 1 3 [ 4 ] 赵振声，吴明忠，何华辉多元醇还原法制备高纯度金属 磁粉[ J ] ．磁性材料及器件，1 9 9 8 ，2 9 3 l 一4 [ 5 ] 吴琳琳，湛菁，黎昌俊，等．超细钴粉制备的研究进展 [ J ] 四川有色冶金，2 0 0 1 2 3 0 3 3 ． [ 6 ] 杨声海，潘泽强，张保平，等乙二醇还原生产硬质合盘 用钴粉f J ] ．矿冶工程，2 0 0 2 ，2 2 4 6 1 6 3 [ 7 ] 陈宗淇．S m o l u c h o w s k i 粒子碰撞凝并理论[ M ] ．北京 高等教育出版社．1 9 8 4 8 】曾效舒，韩丽芬，刘文在高粘度介质中制各纳米钴橱 [ J ] 江西冶金，2 0 0 3 ，2 3 5 71 0 ． [ 9 ] C h o iH y u n g s o o ，P o c kS u n g h o ．C h e m i c a lV a p o rD e p o s i t i o n o fC o b a l tU s i n gN o r m a lC o b a l tP r e c u r s o r [ J ] R a p i dC O m m u a i c a t i o n ，J ．M a t e rR e s ．，2 0 0 2 ，1 7 2 2 6 7 2 7 0 上接第9 页 图4 电解时间对溶液中S n 2 浓度的影响 F i g ．4 T h ee f f e c to ft i m eo fe l e c t r o l y s i so nt h e c o n c e n t r a t i o no fS n 2 i ns o l u t i o n 鸳芦 一0 1 0 5 0 2 7 眇h - l 1 呼p 砘0 6 2 4 0 4 9g m h 。1 2 嗡P 砘0 3 5 7 3 9 3 眇『1 3 分析结果可知，采用惰性阳极筐结合合金网进 行电解处理，可使各组分充分溶于电解液中，同时只 有铜组分从阴极析出。 3 结论 通过对原料的分析，采用电化学溶解、电解沉积 可以有效对c u ．z n S n P 四元台金进行有效的主金 属铜的分离，达到了使铜电解沉积，锌、锡进入电解 液的目的。 枷“㈨“蛐㈨耋。 一T J 3、剐链jc； 万方数据