一种由含铜硫化矿直接电沉积提取铜的方法

本发明涉及铜提取工艺领域，尤其涉及一种由含铜硫化矿直接电沉积提取铜的方法。

背景技术：

1、铜是重要的战略有色金属，在国防建设及国民经济中占有极其重要的地位。到目前为止，火法炼铜在铜工业中仍然占有主导地位，尤其是对以黄铜矿为主要矿物的铜精矿，选矿和火法冶炼仍然是唯一工业化的技术路线。虽然近年来，随着冶炼技术的发展，铜冶金过程得到了强化，但是火法炼铜工艺污染大、能耗高、原料适应性差等缺点仍不能完全根除，尤其是不能单独处理品质低或杂质不合格的铜精矿。随着我国金属矿产的不断开采，富矿资源迅速下降，大量低品位、复杂难选铜矿已成为重要的可持续资源。这类资源中矿石和矿物组成复杂、有价金属种类繁多，传统的火法冶炼技术已不适应金属提取的需要。

2、在这样的背景下，湿法冶金技术因为成本低、资源利用率高、生产投资少等优点越来越受到广泛的关注。对低品位、复杂难选金属矿的湿法冶金工艺主要有直接化学浸出法、微生物冶金、加压浸出、焙烧法等。其中直接化学浸出法主要处理氧化矿物，原料适应性差；微生物冶金作用速度慢，对环境的依赖性很大；加压浸出技术虽然可处理较为复杂的矿石类型，但一次性投资较大，对设备腐蚀较严重。相对于这些工艺，焙烧法是我国应用范围较广、适应性较强、工业化经验较为丰富的一种方法。尤其相较于其他火法冶金过程，氯化冶金工艺处理铜矿有着原料适应性强、作业温度低、目标元素分离和提取效率高、有价金属元素富集比高和矿物综合利用好等优点。

3、可以预见的是氯化焙烧预处理－湿法电镀工艺是铜冶金未来重要的发展方向。传统的铜电镀工艺主要使用水溶液或有机溶剂体系，但是水溶液的电化学窗口相对较窄且在电镀时通常要加入缓冲剂、光亮剂、络合剂等，其中不乏剧毒的氰化物添加剂。有机溶剂体系也存在电化学窗口相对较窄、易挥发、易燃、操作困难、镀层的质量不稳定等缺点。针对传统溶剂的应用，离子液体在电化学应用中所具有的独特性质使得绿色电化学成为可能。与传统的水溶液和有机溶剂相比，离子液体在电沉积方面显示出更宽的电化学窗口和更好的电化学稳定性，近年来离子液体中电沉积制备金属及合金在国内外受到了越来越广泛的关注，特别是以氯化物为原料在离子液体中电沉积金属及合金研究最为广泛和深入。

4、因此，针对特定难处理混合矿，进行有价元素的选择性氯化预处理，形成氯化中间体再通过特定离子液体对氯化矿物组分进行选择性溶解，最后结合电化学沉积可以实现有价组元的可控提取。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种由含铜硫化矿直接电沉积提取铜的方法，本发明方法具有过程可控、能耗低、效率高、成本低廉等特点。

2、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种由含铜硫化矿直接电沉积提取铜的方法，其特征在于具有如下步骤：

3、a.离子液体电解质溶液的配制：以氯化胆碱和尿素为初始原料，按摩尔比1:2(氯化胆碱为1)进行混合，在60～90℃下恒温搅拌10～12小时直至形成均匀、无色透明状离子液体作为电解质溶液；

4、b.含铜硫化矿预处理：对矿石进行磨细并通过200目标准筛后烘干，按磨好的矿物质量添加15～25％的固体氯化剂(kcl/nacl/mgcl2/cacl2等)混合均匀，将混合后的矿粉在氧化性气氛中于300～400℃焙烧0.5～1小时后随炉冷却至室温；

5、c.电解质溶液的配制：将上述步骤b中预处理后的焙烧矿物置于步骤a所配制的离子液体中，在60～90℃下恒温搅拌8～10小时，获得铜饱和离子液体电解质；

6、d.电解池系统的构成：以聚四氟乙烯烧杯作为电解槽，铂片电极为对电极，铂丝电极为参比电极，经抛光、酸性活化的钛片等待镀金属基体为工作电极构成电解池，进行电沉积；

7、e.铜的电沉积制备工艺过程：将上述步骤d中所构成的电解池系统温度控制在50～90℃，然后施加阴极电势为-1.30～-1.70v，控制电沉积时间为10～60分钟；在铜的电沉积制备工艺过程中，通过有效地调控温度、阴极电势和时间参数中的任意几项工艺参数，实现在沉积过程中对铜的有效控制；

8、f.将经过上述步骤e电沉积所得的产物从电解槽中取出，先用蒸馏水进行清洗，再用无水乙醇多次洗净，最后进行低温烘干，即在阴极基体表面得到铜，实现了从含铜硫化矿直接富集提取金属铜。

9、本发明的原理：通过电化学三电极体系精确控制工作电极的电势使电解质中溶解的氯化(亚)铜在工作电极被还原成金属铜。

10、与现有技术相比较，本发明方法具有如下实质性特点和显著的优点：

11、1.本发明通过将含铜硫化矿中有价组元选择性转化为金属氯化物，进而选择性溶解于离子液体并通过电沉积制备得到铜；

12、2.本发明采用氯化焙烧工艺，固体氯化剂价格低廉且易于获得，有价组元氯化转化效率高，控制反应条件可以实现目标组元的选择性氯化；

13、3.本发明采用氯化胆碱/尿素离子液体作为电解液，具有经济、环保、配制简单、可重复循环使用的优点。通过调节电化学工艺参数，可以精确控制沉积金属铜的形核生长过程；

14、4.本发明解决了含铜硫化矿综合利用的难题，采用该工艺处理硫化矿操作便捷、流程简单、过程可控且无其他副反应，是一种低温处理含铜硫化矿的高效低耗、绿色环保的新工艺。

技术特征：

1.一种由含铜硫化矿直接电沉积提取铜的方法，其特征在于具有如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种由含铜硫化矿直接电沉积提取铜的方法，其特征在于：针对特定含铜硫化矿，首先进行选择性氯化，形成铜的氯化中间体再溶解于离子液体，最后通过电化学可控沉积方法提取出金属铜。离子液体电解质溶液配置简单，可循环使用，电解过程无其他副反应，原料及中间处理过程简单，反应条件容易实现。

技术总结
本发明公开了一种由含铜硫化矿直接电沉积提取铜的方法，以含铜硫化矿为原料，在300～400℃下以KCl为氯化剂选择性氯化0.5～1小时后制得铜电解前驱体；以氯化胆碱/尿素(摩尔比1：2)离子液体为电解质；将过量的铜电解前驱体置于离子液体中并在60～90℃下恒温搅拌8～10小时形成离子液体－铜盐复合电解液；采用三电极体系进行电沉积，即铂片电极为对电极，铂丝电极为参比电极，经抛光、酸性活化的钛片等待镀金属基体为工作电极；电沉积反应在50～90℃和‑1.30～‑1.70V条件下进行，时间为10～60分钟。通过调控反应温度、阴极电势和沉积时间，实现对铜生长形貌、尺寸等参数的有效控制。本发明具有装置简单、流程短、能耗低、原料价格低廉等特点。

技术研发人员：路长远,陈西良,王雪平,黄帅,张哲
受保护的技术使用者：黄河水利职业技术学院
技术研发日：
技术公布日：2024/8/20