溶铜方法及装置与流程

本发明涉及电解铜生产过程中的溶铜方法及装置。

背景技术：

生产电解铜的首道工序是硫酸铜电解液的制备，方法是将符合电解铜箔生产质量要求的电解铜板溶解成硫酸铜溶液。由于Cu²⁺/Cu的标准电极电位为0.337伏，一般情况下单质铜很难置换溶液中H₂SO₄的氢离子而溶于溶液中。为了达到金属铜的溶解，一般采用氧化溶铜法：

Cu+1/2O₂+H₂SO₄＝Cu²⁺+SO₄^2-+H₂O。

首先将经过清洗的铜料及硫酸、去离子水加入到溶铜罐中，加热条件下使铜发生氧化，生成氧化铜与硫酸发生反应，生成硫酸铜水溶液。然而现有方法的溶铜速度较低，并且需要较高的加热温度。

技术实现要素：

基于此，有必要提供一种溶铜方法及装置，能够在较低温度条件下提高溶铜速度。

一种溶铜方法，包括以下步骤：

S1，提供组合物，该组合物的固相包括金属铜，该组合物的液相包括硫酸，该硫酸在该液相中的质量分数为45％至85％；以及

S2，加热并搅拌该组合物，同时向该液相中通入含氧气体，使该液相乳化。

在其中一个实施例中，该硫酸在该液相中的质量分数为65％至85％。

在其中一个实施例中，该搅拌的速度为30rpm至200rpm。

在其中一个实施例中，该含氧气体为压缩空气。

在其中一个实施例中，该含氧气体在通入该液相时的气体压力为0.1Mpa至1Mpa。

在其中一个实施例中，该金属铜与该液相的体积比为1:1至1:10。

在其中一个实施例中，该金属铜与该液相的体积比为1:1至1:2，该硫酸在该液相中的质量分数为65％至85％。

在其中一个实施例中，该金属铜反应后从该液相中析出无水硫酸铜沉淀。

在其中一个实施例中，该加热的温度为30℃至70℃。

一种溶铜装置，包括溶铜罐、加热装置、含氧气体通入装置及搅拌装置，该搅拌装置用于对溶铜罐中的组合物进行搅拌，该组合物的固相包括金属铜，该组合物的液相包括硫酸，该硫酸在该液相中的质量分数为45％至85％。

在其中一个实施例中，该搅拌装置用于对溶铜罐中的组合物进行搅拌，该组合物的固相包括金属铜，该组合物的液相包括硫酸，该硫酸在该液相中的质量分数为45％至85％。

在其中一个实施例中，该含氧气体通入装置包括通气管、阀门及压缩气罐，该通气管一端与该压缩气罐连接，另一端与该溶铜罐内部连接，用于将含氧气体直接通入该组合物中的液相中，该阀门用于控制该通气管中的气体压力。

相较于现有技术，本发明提供的溶铜方法及装置通过将较高浓度的硫酸与加热搅拌相配合，由于较高浓度的硫酸溶液粘度相对较高，饱和蒸汽压小，搅拌过程通入含氧气体后极易形成乳化，该气液乳化步骤可充分利用氧气，并且乳化现象持续时间长，气、固、液三相接触面积增大，达到铜快速浸出的目的。

附图说明

图1为本发明实施例溶铜方法的流程图；

图2为本发明实施例溶铜装置的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本发明的溶铜方法及装置进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1，本发明实施例提供一种溶铜方法，包括以下步骤：

S1，提供组合物，该组合物的固相包括金属铜，该组合物的液相包括硫酸，该硫酸在该液相中的质量分数为45％至85％；以及

S2，加热并搅拌该组合物，同时向该液相中通入含氧气体，使该液相乳化。

该组合物包括固相和液相，该固相主要包括金属铜，优选的，该固相由金属铜组成。该金属铜可以是铜条、铜板、铜块、铜粉、铜颗粒及铜碎屑中的至少一种。为便于搅拌，该金属铜优选为铜粉、铜颗粒及铜碎屑中的至少一种。可以理解，该固相除金属铜外还可以包括其他材料，例如该固相可以是破碎研磨的线路板粉。该液相可至少包括硫酸和水，也可以包括硫酸铜。在优选的实施例中，该液相由硫酸和水组成。该硫酸在该液相中的质量分数为45％至85％，更优选为65％。高浓度的硫酸使液相具有较高的粘度，饱和蒸汽压小，在搅拌过程中极易形成乳化，并且乳化现象持续时间长，乳化使气、液、固三相接触面积增大，达到快速溶铜的目的。

该搅拌步骤是将含氧气体分散在液相中的步骤，该搅拌的速度优选为30rpm至200rpm。在具体的实施例中，可使用旋转搅拌桨对该组合物进行搅拌，旋转搅拌桨的转速优选为30rpm至200rpm。该旋转搅拌桨将通入的含氧气体打碎在液相中，在液相中形成大量气孔，使温度较低时仍可得到较快的溶铜速度。该乳化现象持续时间长是指乳化后的液相在一段时间稳定存在。该加热的温度可以较低，优选为30℃至70℃。

当搅拌速度较大时，该含氧气体可以是常压。该含氧气体可以是空气或氧气。在优选的实施例中，该含氧气体为压缩气体，从而能够快速使液相乳化。该含氧气体在通入该液相时的气体压力优选为0.1Mpa至1Mpa。在一实施例中，该高压含氧气体直接通入该液相中。

该金属铜与该液相的体积比优选为1:1至1:10，更优选为1:1至1:5。当该金属铜与该液相的体积比为1:1至1:2时，且液相中硫酸浓度为65％至85％时，该金属铜反应生成的硫酸铜能够无需浓缩或萃取的步骤，直接从该液相中析出无水硫酸铜沉淀。相比于现有的溶铜方法中溶出液中铜浓度较低，往往还需要进行萃取富集后再反萃的工序，本方法可以产出高浓度的硫酸铜，可根据需要调整铜浓度。另外，采用较大的固液体积比，可以大大减小液体的体积，从而使溶铜设备的体积减小。

请参阅图2，本发明实施例还提供一种溶铜装置10，包括溶铜罐12、加热装置14及含氧气体通入装置16，进一步包括设置在该溶铜罐12中的搅拌装置18，用于对溶铜罐12中的组合物20进行搅拌，该组合物的固相包括金属铜，该组合物的液相包括硫酸，该硫酸在该液相中的质量分数为45％至85％。

该含氧气体通入装置16包括通气管162、阀门164及压缩气罐166，该通气管162一端与该压缩气罐166连接，另一端与该溶铜罐12内部连接，并插入该组合物20中，优选为伸入该溶铜罐12底部，用于将含氧气体直接通入该组合物20的液相中，该阀门164用于控制该通气管162中的气体压力。

实施例1

组合物中固相为金属铜，液相为65％硫酸溶液，固液体积比为1:2，组合物加热至70℃，在搅拌条件下通入压缩空气使液相乳化，气液的乳化效果达到最佳，溶铜速度可达到48g/h/L，由于组合物中液相体积小，酸浓度高，铜溶解度小，浸出的铜以无水硫酸铜的形式沉淀析出。

实施例2

组合物中固相为金属铜，液相为45％硫酸溶液，固液体积比为1:2，组合物加热至70℃，在搅拌条件下通入压缩空气使液相乳化，溶铜速度可达到10g/h/L。

实施例3

组合物中固相为金属铜，液相为65％硫酸溶液，固液体积比为1:5，组合物加热至70℃，在搅拌条件下通入压缩空气使液相乳化，气液的乳化效果较好，溶铜速度可达到40g/h/L。

实施例4

组合物中固相为金属铜，液相为65％硫酸溶液，固液体积比为1:2，组合物加热至30℃，在搅拌条件下通入压缩空气使液相乳化，气液的乳化效果较好，溶铜速度可达到6g/h/L，由于组合物中液相体积小，酸浓度高，铜溶解度小，浸出的铜以无水硫酸铜的形式沉淀析出。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。