本发明涉及污水处理领域，具体而言，涉及一种金属铜、处理含铜离子废水的方法及电解金属离子的方法。
背景技术：
电解是电流通过物质而引起化学变化的过程，化学变化是物质失去或获得电子(氧化或还原)的过程。电解过程是在电解池中进行的，电解池是由分别浸没在含有正、负离子的溶液中的阴、阳两个电极构成，电流流进负电极(阴极)，溶液中带正电荷的正离子迁移到阴极，并与电子结合，变成中性的元素或分子；带负电荷的负离子迁移到另一电极(阳极)，给出电子，变成中性元素或分子。
传统电解金属离子的方法是将含有金属离子的溶液通入电解池中，向两个电极通电即可实现金属离子的电解。但这种传统电解方法在电解过程中会受多种情况的影响，如离子浓度、离子基本电位、阴阳极电位、浓差极化、pH值、超电位等，由于上述不利情况的存在使得传统电解方法不能在宽浓度范围以及高电流密度的情况下完成金属离子电解的问题。
芯片厂硫酸铜废水是一种高酸度、低浓度硫酸铜废水，这种废水的处理工艺大多是采用碱性物质调pH值的方法，将废水中的铜沉淀成碳酸铜沉淀或氢氧化铜沉淀，经过过滤分离后再进行进一步的处理。废水中酸度较高，会极大地提高碱性物质的用量，导致废水处理成本居高不下，并且产出的碳酸铜沉淀进行进一步加工的过程中极易造成二次污染，为废水处理带来极大的隐患。因此，采用此类方式处理高酸度、低浓度硫酸铜废水，不仅劳动强度较大、工作环境较差，而且人工成本高、金属回收率较低。
有鉴于此，特提出本发明。
技术实现要素：
本发明的第一目的在于提供一种电解金属离子的方法，该方法具有工艺简单、成本低和效率高的优点。
本发明的第二目的在于提供一种处理含铜离子废水的方法，该方法具有工艺简单、工艺流程短、成本低、处理效率高和处理浓度范围广的优点。
本发明的第三目的在于提供一种金属铜，该金属铜采用上述处理含铜离子废水的方法制备得到，采用上述方法制备而成的金属铜纯度高，制备效率高，并可根据需要制备成粉体或板材。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
本发明提供了一种电解金属离子的方法，包括以下步骤：
S1、提供含金属离子的溶液：所述溶液含有至少两种不同的金属离子，不同金属离子的理论析出电位不同；
S2、将所述溶液通入电解槽中，并在电解槽内加压快速流动，在电场作用下，即可逐渐在阴极析出具有最高理论析出电位的金属。
CSED电解技术，是一种利用溶液机械增压流动工作方式，对有价金属进行选择性电解(电积)的新技术。CSED电解技术是基于各金属离子理论析出电位的差异，即欲被提取的金属只要与溶液体系中其他金属离子有较大的电位差，则电位较高的金属易于在阴极优先析出，通过高速旋转液流，消除了对电解的不利因素，避免了传统电解(电积)方式在电解过程中受多种因素(离子浓度、离子基本电位、阴阳极电位、浓差极化、pH值、超电位等)影响的不利情况，可以通过简单的技术条件生产出高质量的金属产品，同时上述电解方法可完成传统电解方法不能完成的宽浓度范围(从零点零几克/升到几百克/升)、高电流密度(400A/m2以上)情况下的金属离子电解，并生产出类型不同的金属产品(板材或粉体)。
需要说明的是，上述快速流动是指流速在1000升/小时以上。
上述电解金属离子的方法能够用于对废水进行处理，所述废水中含有至少两种理论析出电位不同的金属，直接将废水通入电解槽中电解即可，上述方法特别适合于污水处理行业对低浓度、成份复杂溶液的选择性电解(电积)分离和提纯，可有效解决其它污水处理方式污染环境、废水除杂难度大、工艺流程长、生产成本高和总体效率低的问题。
本发明还提供了一种处理含铜离子废水的方法，包括以下步骤：
S1、将含铜离子废水固液分离；
S2、将固液分离后的含铜离子废水通入电解槽中，并以1000-15000升/小时的流速在电解槽内加压快速流动，在50-1200A/m2的电流密度形成的电场作用下，即可逐渐在阴极析出金属铜。
固液分离后的含铜离子废水在循环泵的作用下，以1000-15000升/小时的流速在电解槽内机械增加旋转向上流动；在电场的作用下，氢氧根阴离子向阳极定向移动，溶液中的铜离子向阴极定向移动，铜离子在阴极得到电子沉积析出金属铜，阴离子在阳极失去电子析出氧气。当阴极上的金属铜达到一定重量就可出槽经烫洗后包装入库。
需要说明的是，上述含铜离子废水中除含有铜离子外，还含有其他理论析出电位与铜离子不同的金属，其中铜离子的理论析出电位最高。
本发明中，所述流速典型但非限制性的为1000升/小时、2000升/小时、3000升/小时、4000升/小时、5000升/小时、6000升/小时、7000升/小时、8000升/小时、9000升/小时、10000升/小时、11000升/小时、12000升/小时、13000升/小时、14000升/小时或15000升/小时。
本发明中，所述电流密度典型但非限制性的为50A/m2、100A/m2、200A/m2、300A/m2、400A/m2、500A/m2、600A/m2、700A/m2、800A/m2、900A/m2、1000A/m2、1100A/m2或1200A/m2。
上述处理含铜离子废水的方法具有工艺简单、成本低、处理效率高和处理浓度范围广的优点。利用上述方法处理含铜离子废水后，废水中的铜离子可降低至0.001g/L以下，电流效率可高达99％(电流效率是指实际析铜量占理论析铜量的百分比，或实际析出目标金属量占理论析出目标金属量的百分比)。20g/L以上的含铜废水可达到98％以上的电流效率，5g/L以上的含铜废水可达到90％以上的电流效率，在铜离子浓度降低到较低水平时，电流效率仍然较高。当废水中铜离子浓度在5-10g/L以上时，可以高效、高电流的电解生产纯度为99.9％以上阴极铜产品，在1-5g/L时，可以生产纯度99.5％以上阴极铜产品，最大限度的将铜资源变现。
进一步地，所述方法还包括向含铜离子废水中加入含非铜金属离子的溶液的步骤，所述非铜金属离子的理论析出电位比铜离子的理论析出电位低。上述步骤的作用是为确保含铜离子中含有其他非铜金属离子，且其他非铜金属离子的理论析出电位比铜离子的理论析出电位低，保证铜离子能够优先从阴极析出。
进一步地，所述非铜金属离子为K+、Ca2+、Mg2+、Na+、Zn2+和Fe2+中的任意一种或至少两种的混合。
进一步地，所述方法中还包括在S2后降低溶液体系流速和提高电流密度的步骤；
和/或，将析出的金属铜取出，并经烫洗后包装的步骤。
当溶液中铜离子浓度降低时，降低溶液体系流速并提高电流密度能够提高电流效率。
进一步地，降低后的废水流速为1000-5000升/小时，提高后的电流密度为400-1200A/m2。
进一步地，所述过滤的滤网为陶瓷滤网，所述陶瓷滤网的孔径为0.01-0.1微米。陶瓷主要由硅酸盐构成，耐酸碱性能优异，与金属或金属氧化物构成的特种功能陶瓷还具备良好的韧性、耐高温、高强度和抗氧化性能优异等优点，陶瓷过滤网能够有效过滤掉废水中的固体颗粒，0.01-0.1微米的陶瓷滤网的过滤精度较高。
进一步地，所述含铜离子废水为高酸度、低浓度的硫酸铜废水。高酸度、低浓度的硫酸铜废水采用上述方法处理，不仅工艺简单、操作简便，而且效率高、成本低。
进一步地，一种处理处理含铜离子废水的方法，包括以下步骤：
S1将高酸度、低浓度的硫酸铜废水经过孔径为0.01-0.1微米的陶瓷滤网过滤；
S2、向硫酸铜废水中加入含非铜金属离子的溶液，所述非铜金属离子为K+、Ca2+、Mg2+、Na+、Zn2+和Fe2+中的任意一种或至少两种的混合；
S3、将S2中的溶液体系通入电解槽中，并以1000-15000升/小时的流速在电解槽内加压快速流动，在50-1200A/m2的电流密度形成的电场作用下，即可逐渐在阴极析出金属铜；
S4、将S3中的溶液体系的流速降低至1000-5000升/小时，将电流密度提高至400-1200A/m2，继续在阴极析出金属铜；
S5、将S3和S4析出的金属铜取出，并经烫洗后包装。
需要说明的是，上述含铜离子废水经上述方法处理后，还需进行后续污水处理，以彻底将废水中的其他有害物质清除。
在本发明中，高酸度、低浓度的硫酸铜废水是指pH<4，铜离子浓度低于10克/升的硫酸铜废水。
本发明还提供了一种金属铜，所述金属铜是由上述处理含铜离子废水的方法制备得到的。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明提供的一种电解金属离子的方法，采用CSED电解技术，将同时含有至少两种不同金属离子的溶液体系通入电解槽中，溶液体系在电解槽内旋转流动，在电场的作用下，电极电位较高的金属离子优先析出，上述电解金属离子的方法能够完成宽浓度范围(从零点零几克/升到几百克/升)和高电流密度(400A/m2以上)下的金属离子电解，工艺简单、流程短、成本低且效率高。利用上述方法处理污水，能够有效解决其它污水处理方式污染环境、废水除杂难度大、工艺流程长、生产成本高和总体效率低的问题。
本发明提供的处理含铜离子废水的方法，具有工艺简单、成本低、处理效率高和处理浓度范围广的优点，能够完成宽浓度范围(从零点零几克/升到几百克/升)和高电流密度(400A/m2以上)下的铜离子电解。利用上述方法处理含铜离子废水后，废水中的铜离子可降低至0.001g/L以下，电流效率可高达99％。该方法可以从低浓度溶液中直接进行金属离子的电解，可选择性的电解金属，对溶液成份要求不高，可以直接从高酸度、低浓度硫酸铜溶液中生产出合格的电积铜产品。
本发明提供的金属铜，采用上述处理含铜离子废水的方法制备得到，制备工艺简单、成本低、制得的金属铜纯度高，且可以制备出粉状或板状两种不同形态的金属铜。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。
本发明提供的一种电解金属离子的方法，包括以下步骤：S1、提供含金属离子的溶液：所述溶液含有至少两种不同的金属离子，不同金属离子的理论析出电位不同；
S2、将所述混合溶液体系通入电解槽中，并在电解槽内旋转流动，在电场作用下，即可逐渐在阴极析出具有最高理论析出电位的金属。
本发明提供的一种处理含铜离子废水的方法，包括以下步骤：
S1、将含铜离子废水固液分离；
S2、将固液分离后的含铜离子废水通入电解槽中，并以1000-15000升/小时的流速在电解槽内加压快速流动，在50-1200A/m2的电流密度形成的电场作用下，即可逐渐在阴极析出金属铜。
本发明提供的一种金属铜，由上述处理含铜离子废水的方法制备得到。
下面将结合实施例和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。
实施例1
一种电解金属离子的方法，包括以下步骤：S1、提供含Zn2+和K+的溶液；
S2、将上述溶液系通入电解槽中，并以3000升/小时的流速在电解槽内加压快速流动，在电流密度为400A/m2形成的电场作用下，即可逐渐在阴极析出金属铁。
实施例2
一种电解金属离子的方法，包括以下步骤：S1、提供含Cd2+、K+和Na+的溶液；
S2、将上述溶液通入电解槽中，并以3000升/小时的流速在电解槽内加压快速流动，在电流密度为300A/m2形成的电场作用下，即可逐渐在阴极析出金属镉。
实施例3
一种处理含铜离子废水的方法，包括以下步骤：S1、将含铜离子废水通过孔径为0.01微米的陶瓷过滤网过滤；
S2、将过滤后的含铜离子废水通入电解槽中，并以1000升/小时的流速在电解槽内加压快速流动，在电流密度50A/m2形成的电场作用下，即可逐渐在阴极析出金属铜。
实施例4
一种处理含铜离子废水的方法，包括以下步骤：S1、将含铜离子废水通过孔径为0.05微米的陶瓷过滤网过滤；
S2、将过滤后的含铜离子废水通入电解槽中，并以7000升/小时的流速在电解槽内加压快速流动，在电流密度400A/m2形成的电场作用下，即可逐渐在阴极析出金属铜。
实施例5
一种处理含铜离子废水的方法，包括以下步骤：S1、将含铜离子废水通过孔径为0.05微米的陶瓷过滤网过滤；
S2、向过滤后的含铜离子废水中加入含K+的溶液；
S3、将上述混合溶液体系通入电解槽中，并以7000升/小时的流速在电解槽内加压快速流动，在电流密度400A/m2形成的电场作用下，即可逐渐在阴极析出金属铜。
实施例6
一种处理含铜离子废水的方法，包括以下步骤：S1、将高酸度、低浓度的硫酸铜废水通过孔径为0.05微米的陶瓷过滤网过滤；
S2、向过滤后的含铜离子废水中加入含K+和Ca2+的溶液；
S3、将上述混合溶液体系通入电解槽中，并以1000升/小时的流速在电解槽内加压快速流动，在电流密度400A/m2形成的电场作用下，即可逐渐在阴极析出金属铜。
实施例7
一种处理含铜离子废水的方法，包括以下步骤：S1、将高酸度、低浓度的硫酸铜废水通过孔径为0.1微米的陶瓷过滤网过滤；
S2、将过滤后的含铜离子废水通入电解槽中，并以9000升/小时的流速在电解槽内加压快速流动，在电流密度200A/m2形成的电场作用下，即可逐渐在阴极析出金属铜；
S3、将含铜离子废水的流速降低至3000升/小时，将电流密度提高至1200A/m2继续电解，继续在阴极上析出金属铜；
S4、将上述S2和S3析出的金属铜取出，经烫洗后包装。
实施例8
一种处理含铜离子废水的方法，包括以下步骤：S1、将含铜离子废水通过孔径为0.1微米的陶瓷过滤网过滤；
S2、向过滤后的含铜离子废水中加入含Zn2+的溶液；
S3、将上述混合溶液体系通入电解槽中，并以9000升/小时的流速在电解槽内加压快速流动，在电流密度200A/m2形成的电场作用下，即可逐渐在阴极析出金属铜；
S4、将含铜离子废水的流速降低至3000升/小时，将电流密度提高至1200A/m2继续电解，继续在阴极上析出金属铜；
S5、将上述S3和S4析出的金属铜取出，经烫洗后包装。
实施例9
一种处理含铜离子废水的方法，包括以下步骤：S1、将高酸度、低浓度的硫酸铜废水通过孔径为0.05微米的陶瓷过滤网过滤；
S2、将过滤后的含铜离子废水通入电解槽中，并以1000升/小时的流速在电解槽内加压快速流动，在电流密度500A/m2形成的电场作用下，即可逐渐在阴极析出金属铜；
S3、将上述析出的金属铜取出，并经烫洗后包装。
实施例10
一种金属铜，采用实施例8的处理含铜离子废水的方法制备得到。
实施例11
一种金属铜，采用实施例9的处理含铜离子废水的方法制备得到。
对比例1
一种电解金属离子的方法，包括以下步骤：S1、提供含Zn2+和K+的溶液；
S2、将上述溶液通入电解槽中，并以700升/小时的流速在电解槽内流动，在电流密度为1500A/m2形成的电场作用下，即可逐渐在阴极析出金属铁。
对比例2
一种处理含铜离子废水的方法，包括以下步骤：S1、将含铜离子废水通过孔径为0.01微米的陶瓷过滤网过滤；
S2、将过滤后的含铜离子废水通入电解槽中，并以500升/小时的流速在电解槽内流动，在电流密度10A/m2形成的电场作用下，即可逐渐在阴极析出金属铜。
对比例3
一种处理含铜离子废水的方法，包括以下步骤：S1、将高酸度、低浓度的硫酸铜废水通过孔径为0.05微米的陶瓷过滤网过滤；
S2、将过滤后的含铜离子废水通入电解槽中，并以600升/小时的流速在电解槽内流动，在电流密度1250A/m2形成的电场作用下，即可逐渐在阴极析出金属铜；
S3、将上述析出的金属铜取出，并经烫洗后包装。
对比例4
一种处理含铜离子废水的方法，包括以下步骤：S1、将含铜离子废水通过孔径为0.1微米的陶瓷过滤网过滤；
S2、向过滤后的含铜离子废水中加入含Zn2+的溶液；
S3、将上述混合溶液体系通入电解槽中，并以20000升/小时的流速在电解槽内加压快速流动，在电流密度10A/m2形成的电场作用下，即可逐渐在阴极析出金属铜；
S4、将含铜离子废水的流速降低至3000升/小时，将电流密度提高至1200A/m2继续电解，继续在阴极上析出金属铜；
S5、将上述S3和S4析出的金属铜取出，经烫洗后包装。
为了明确上述各实施例和各对比例中的电流效率，在方法开始前测定初始溶液中金属离子浓度，并于方法结束后测定剩余溶液中金属离子，通过实际析出量和计算得到的理论系统量得到各电流效率，测试和计算结果如表1所示。
表1 实施例1-9和对比例1-4电流效率比较表
通过以上测试数据可知，采用本发明提供的电解金属离子和处理含铜离子废水的方法，能够完成宽浓度范围(从零点零几克/升到几百克/升)和高电流密度(400A/m2以上)下的金属离子电解，当初始浓度高于1g/L时，电流效率在90％以上，最高可达99％；同时工艺简单、流程短、成本低。对比例1-4提供的电解金属离子和处理含铜离子废水的方法的电流效率均在85％以下，明显低于本发明的电解金属离子和处理含铜离子废水的方法的电流效率。除此之外，将本发明所提供的电解金属离子和处理含铜离子废水的方法的处理浓度范围和电流效率与传统电解方法的浓度范围和电流效率比较，发现本发明的方法的处理浓度范围和电流效率均优于传统方法。
通过观察可知，实施例10所得金属铜为板材，实施例11所得金属铜为粉体。
尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以作出许多其它的更改和修改。因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些变化和修改。