一种超高纯铜的制备方法与流程

本发明涉及金属冶炼，尤其涉及一种超高纯铜的制备方法。

背景技术：

1、金属铜是有色金属使用比较广泛的金属之一，随着工业的不断进步发展，对金属铜的需求越来越大，特别对高质量的金属铜的需求也越来越大，2021年中国时长的精铜需求量已超过1300万吨/年。其中5n以上的高纯铜需求量接近万吨规模。1#、0#精铜主要用于导电及铜合金制造，5n以上高纯铜主要应高端的半导体芯片及电子行业。

2、目前1#(99.95％)、0#(99.995％)金属铜的生产均采用硫酸体系电解精炼法，受制于工艺的特点一次电解还不能突破5n高纯锌的质量标准，5n以上的高纯铜均采用1#或0#金属铜经过多次电解精炼而成，质量不太稳定，电解液精华难度大，难以大工业化生产，生产成本过高，加工成本高达5～7万元/吨，目前销售价格高达15万元/吨以上，对于大部分中高端制造业难以接受，限制了5n铜以上市场的拓展。所以目前市场上大规模生产5n以上的高纯铜单线生产能力不足500吨规模。

3、传统的硫酸体系铜精炼工艺由于工艺的特点，硫元素杂质含量难以降低一定的痕量，难以达到6n铜以上标准，需在经过硝酸体系再次电解精炼，同时难以解决精炼过程杂质在电解液富集的问题，造成产品质量不稳定，同时，由于引入硝酸体系，大量的含硝酸的洗涤水难以处置，带来较为严重的环保问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种超高纯铜的制备方法，所述制备方法能耗低、产品质量稳定且好，绿色环保无废水排放。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、本发明提供了一种超高纯铜的制备方法，包括以下步骤：

4、将金属铜置于隔膜法电解铜阳极尾液与结晶母液的混合液中，通入氧化剂，进行溶解转换后，结晶，得到固液混合浆料；

5、将所述固液混合浆料进行第一固液分离，得到氟化铜和氯化铵的混合物以及第一分离母液；

6、将所述第一分离母液进行中和后，通入硫化氢气体，进行第二固液分离，得到第二分离母液；

7、将所述氟化铜和氯化铵的混合物与隔膜法电解铜的阴极尾液混合进行返溶，过滤，得到铜离子新液；

8、将所述铜离子新液置于隔膜电解槽的阴极室，以超高纯铜板为阴极板，以石墨为阳极板，进行电解后，对得到的阴极板进行熔铸，得到超高纯铜；

9、所述超高纯铜板和超高纯铜的纯度独立的为99.999％～99.999999％；

10、所述隔膜法电解铜阳极尾液与结晶母液的混合液中的结晶母液包括第一分离母液和/或第二分离母液。

11、优选的，所述隔膜法电解铜阳极尾液与结晶母液的混合液中隔膜电解铜的阳极尾液和阴极尾液均为氯化铵、铜离子和氟化铵的混合溶液；

12、所述结晶母液中氯化铵的浓度为150～350克/升，二价铜离子的浓度为1～10克/升，一价铜离子的浓度为1～5克/升，氟化铵的浓度为10～300克/升；

13、所述阴极尾液中氯化铵浓度为150～350克/升，二价铜离子的浓度为1～10克/升，一价铜离子的浓度为10～50克/升，氟化铵的浓度为10～300克/升；

14、所述阳极尾液中氯化铵的浓度为150～350克/升，二价铜离子的浓度为10～50克/升，一价铜离子的浓度为1～10克/升，氟化铵的浓度为10～300克/升。

15、优选的，所述金属铜与所述隔膜法电解铜阳极尾液和结晶母液的混合液的质量比为1:(5～200)；

16、所述隔膜电解铜阳极尾液与母液的混合液中氯化铵浓度为150～350克/升，氟化铵浓度为10～300克/升。

17、优选的，所述氧化剂为氯气、双氧水或氧气；

18、所述溶解转换的温度为30～100℃，时间为60～200min，ph值为0～4。

19、优选的，所述氟化铜和氯化铵的混合物与所述隔膜法电解铜的阴极尾液的质量比为1:(5～50)。

20、优选的，所述返溶的温度为40～60℃，时间为30～200分钟，ph值为1～3。

21、优选的，所述铜离子新液的浓度≥50克/升。

22、优选的，所述铜离子新液包括一价铜离子和二价铜离子；

23、所述铜离子新液中的二价铜离子和一价铜离子的摩尔比≥1:1。

24、优选的，所述电解的过程中，阳极室和阴极室的温度独立的为40～80℃，阳极室的ph值为1～4，阴极室的ph值为1～3，所述电解的电流密度为100～500a/m2。

25、优选的，所述熔铸的真空度为-0.02～-0.098mpa，温度为1000～1500℃，时间为1～4h。

26、本发明提供了一种超高纯铜的制备方法，包括以下步骤：将金属铜置于隔膜法电解铜阳极尾液与结晶母液的混合液中，通入氧化剂，进行溶解转换后，结晶，得到固液混合浆料；将所述固液混合浆料进行第一固液分离，得到氟化铜和氯化铵的混合物以及第一分离母液；将所述第一分离母液进行中和后，通入硫化氢气体，进行第二固液分离，得到第二分离母液；将所述氟化铜和氯化铵的混合物与隔膜法电解铜的阴极尾液混合进行返溶，过滤，得到铜离子新液；将所述铜离子新液置于隔膜电解槽的阴极室，以超高纯铜板为阴极板，以石墨为阳极板，进行电解后，对得到的阴极板进行熔铸，得到超高纯铜；所述超高纯铜板和超高纯铜的纯度独立的为99.999％～99.999999％；所述隔膜法电解铜阳极尾液与结晶母液的混合液中的结晶母液包括第一分离母液和/或第二分离母液。本发明所述制备方法能把粗金属铜中的各种杂质元素与铜切底分离，得到高纯的铜离子新溶液。本发明适合用金属铜生产超高纯铜的工艺，从粗金属铜或精金属铜中直接生产出纯度为99.999％～99.999999％以上超高纯铜的工业化生产工艺。

技术特征：

1.一种超高纯铜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述隔膜法电解铜阳极尾液与结晶母液的混合液中隔膜电解铜的阳极尾液和阴极尾液均为氯化铵、铜离子和氟化铵的混合溶液；

3.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述金属铜与所述隔膜法电解铜阳极尾液和结晶母液的混合液的质量比为1:(5～200)；

4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述氧化剂为氯气、双氧水或氧气；

5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述氟化铜和氯化铵的混合物与所述隔膜法电解铜的阴极尾液的质量比为1:(5～50)。

6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述返溶的温度为40～60℃，时间为30～200分钟，ph值为1～3。

7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述铜离子新液的浓度≥50克/升。

8.如权利要求1或7所述的制备方法，其特征在于，所述铜离子新液包括一价铜离子和二价铜离子；

9.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述电解的过程中，阳极室和阴极室的温度独立的为40～80℃，阳极室的ph值为1～4，阴极室的ph值为1～3，所述电解的电流密度为100～500a/m2。

10.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述熔铸的真空度为-0.02～-0.098mpa，温度为1000～1500℃，时间为1～4h。

技术总结
本发明涉及金属冶炼技术领域，尤其涉及一种超高纯铜的制备方法。本发明的制备方法包括将金属铜置于隔膜法电解铜阳极尾液与结晶母液的混合液中，加入氧化剂进行溶解转换，结晶，得到固液混合浆料；将固液混合浆料进行第一固液分离，得到氟化铜和氯化铵的混合物以及第一分离母液；将第一分离母液进行中和后，通入硫化氢气体，进行第二固液分离，得到第二分离母液；将氟化铜和氯化铵的混合物与隔膜法电解铜的阴极尾液混合进行返溶，过滤，得到铜离子新液；将铜离子新液置于隔膜电解槽的阴极室，以超高纯铜板为阴极板，以石墨为阳极板，进行电解后，对得到的阴极板进行熔铸，得到超高纯铜。该制备方法能耗低、产品质量稳定好，绿色环保无废水排放。

技术研发人员：陈东升,龚达卿,汤小梨
受保护的技术使用者：上海科菲鑫锐科技合伙企业（有限合伙）
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16