一种在含铜铁液中脱除并回收铜的方法技术

本发明专利技术涉及一种在含铜铁液中脱除并回收铜的方法，包括步骤：S1:配制脱铜熔盐渣系：将FeS与MS混合，得到脱铜熔盐渣系；所述M为选自Na、K、Li、Ba、Sr和La中一种或几种；S2:脱铜反应：将脱铜熔盐渣系投入含铜铁液中进行脱铜反应，含铜铁液温度为1300‑1500℃，脱铜熔盐渣系与含铜铁液质量比1:4‑2:1；脱铜反应包括反应式：FeS+Cu＝Cu

A method of removing and recovering copper from copper bearing iron liquid

【技术实现步骤摘要】
一种在含铜铁液中脱除并回收铜的方法
本专利技术涉及钢铁冶金
，具体涉及一种对含铜铁液进行深脱铜与铜资源回收的方法。
技术介绍
对于大多数钢种而言，铜是一种主要的残余元素，其残留于钢中，易造成晶界弱化，在加工过程中诱发热脆、裂纹等缺陷，同时还将严重影响钢的深冲性能和电镀性能。铜主要来源于共伴生铁矿和废钢。随着共伴生铁矿资源综合利用技术的发展和社会废钢数量的不断增加、冶炼过程中提高废钢入炉的现实需求增加，铜大量进入铁基熔体中，对高品质钢和特殊钢的性能造成不同程度的危害。为有效降低铜对钢材性能的危害，必须对铁液中的铜进行有效脱除。由于铜自身的化学稳定性比铁要高，在铁中将其脱除具有较大的难度。现有方法中，气化蒸发法脱铜对设备要求很高，对处理环境要求苛刻；陶瓷过滤法脱铜受限于高温铁液的冲刷与腐蚀，工艺的持续性和稳定性难以保证。比较而言，硫化物渣系法是一种可以应用于铁液脱铜的处理方法，但目前该方法也存在着硫化物渣系脱铜时渣金间铜的分配比例较低需要较大渣量来保障脱铜效果，且在脱铜后期渣系脱铜能力下降明显，不能满足铁中深度脱铜的需求，该方法的脱铜效率尤其是后期脱铜效率仍有待于进一步提升。因此，寻找或开发一种简单高效、适用性强的铁液深脱铜方法有十分重要的意义。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题为了解决现有技术的上述问题，本专利技术提供一种简单高效、适用性强的铁液深脱铜方法，该方法通过施加直流电场强化硫化物渣系对含铜铁液的脱铜效率，从而进一步降低铁液中的铜含量，将铁液中的Cu有效分离出来，以作为有色金属资源加以利用。(二)技术方案为了达到上述目的，本专利技术采用的主要技术方案包括：一种在含铜铁液中脱除并回收铜的方法，包括步骤：S1:配制脱铜熔盐渣系：将FeS与MS混合，得到脱铜熔盐渣系；所述M为选自Na、K、Li、Ba、Sr和La中一种或几种；S2:脱铜反应：将所述脱铜熔盐渣系投入含铜铁液中进行脱铜反应；其中含铜铁液温度为1300-1500℃，脱铜熔盐渣系与含铜铁液质量比为1:4-2:1；所述脱铜反应包括反应式：FeS+Cu＝Cu2S+Fe；生成的Cu2S溶于MS中形成硫化物熔盐电解质；S3：施加直流电场强化脱铜：将阴极插入所述硫化物熔盐电解质中，将阳极插入铁液中，在阴、阳极之间施加直流电场；电压设置为0.2V-2V，电流密度在0.05A/cm2以上，通电处理时间不低于30min；电极反应为：阴极：2Cu++2e-＝Cu、阳极：S2--2e-＝S；S4:分离脱铜铁液和硫化物熔盐渣系：断电后取出电极，将硫化物熔盐电解质与铁液分离，得到含铜硫化物熔盐渣系和脱铜铁液。根据本专利技术的较佳实施例，还包括步骤S5:回收阴极产物：将阴极上得到的铜或铜铁合金回收，与含铜硫化物熔盐渣系合并作为回收的铜资源。根据本专利技术的较佳实施例，步骤S3中，所述阴极为石墨、纯铁、钨和导电陶瓷材料中的一种或几种；所述阳极为纯铁、石墨或导电陶瓷材料中的一种或几种。优选地，所述阴极为石墨，所述阳极为石墨。在进行步骤S3时，需使用耐高温耐腐蚀的电极材料；故优选地，石墨、导电陶瓷作为阴极电极材料，而纯铁、石墨或导电陶瓷作为阳极电极材料。根据本专利技术的较佳实施例，步骤S3中，在所述石墨阴极、石墨阳极的表面均套设有绝缘高温陶瓷保护套管，以起到绝缘和保护石墨不被氧化的作用。根据本专利技术的较佳实施例，步骤S1中，脱铜熔盐渣系中，FeS的摩尔百分比为20-60％，MS的摩尔百分比为80-40％。将FeS与其他几种添加剂Na2S、Li2S、K2S、BaS、La2S3等按前述摩尔百分比混合，可以保障硫化物熔盐渣系在含铜铁液内拥有较好的脱铜能力。根据本专利技术的较佳实施例，步骤S1中，所述脱铜熔盐渣系为FeS-Na2S、FeS-K2S、FeS-Li2S、FeS-Na2S-BaS和FeS-Na2S-La2S3熔盐渣系中的一种或几种。根据本专利技术的较佳实施例，在进行脱铜反应时，若含铜铁液处于1300-1400℃的较低温度段，则投加的所述脱铜熔盐渣系为FeS-Na2S、FeS-K2S、FeS-Li2S中的一种或几种；若含铜铁液处于1400-1500℃的较高温度段，则投加的所述脱铜熔盐渣系为FeS-BaS或FeS-La2S3。根据本专利技术的较佳实施例，所述步骤S3在电解槽中进行，在步骤S4中分离脱铜铁液和硫化物熔盐渣系的方法包括但不限于：扒渣、挡渣、在电解槽底部设置除渣机构。根据本专利技术的较佳实施例，步骤S1中，是将将FeS与MS混合后、研磨过200目筛，得到脱铜熔盐渣系。(三)有益效果本专利技术的有益效果是：本专利技术提出的脱除及回收含铜铁液中铜元素的方法，是将熔盐电化学方法与冶炼中传统的渣系处理方法相结合，相较于现有对铁基熔体脱铜的方法，本专利技术具有以下优势：(1)本专利技术提出的脱铜方法具有持续和稳定的脱除铁液中铜的能力，且工艺操作简单，对设备和环境的要求较低，反应可控，工艺成本低，综合来看取得了优于现有方法的脱铜效果。(2)本专利技术提出的脱除及回收含铜铁液中铜元素的方法，在实现含铜铁液脱铜的同时，可以实现铜元素的定向传质和富集，最终实现脱除并回收铁液中铜元素的目的，获得可加以利用的铜资源。附图说明图1为本专利技术脱除及回收含铜铁液中铜元素的方法示意图。图2的a为实施例1的阴极上回收的铜合金的SEM图；图2的b为实施例1的阴极上回收的铜合金的EDS分析结果。【附图标记说明】1、导线；2、阴极；3、阳极；4、陶瓷保护套管；5、含铜铁液；6、硫化物脱铜渣系(硫化物熔盐电解质)；7、电解槽。a、电极产物金属颗粒SEM形貌图；b、电极产物金属颗粒宏观形貌(制金相样后)具体实施方式为了更好的解释本专利技术，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本专利技术作详细描述。本专利技术提供一种在含铜铁液中脱除并回收铜的方法，主要构思和改进点在于：将熔盐电化学方法与冶炼中传统的渣系处理方法相结合，一方面脱铜熔盐渣系与铁液反应，将铁液中的Cu生成硫化亚铜Cu2S，硫化亚铜Cu2S溶于Na2S、K2S等添加剂中(来自脱铜熔盐渣系)形成硫化物熔盐电解质；另一方面，向铁液中插入阳极，向硫化物熔盐电解质插入阴极以此构建电解池，向该电解池输入直流电，阳极不断从铁液中的S2-获得电子，电子传递到阴极，将硫化物熔盐电解质中的硫化亚铜Cu2S还原成Cu，不断降低脱铜熔盐渣系中Cu2S含量，使脱铜熔盐渣系对铁液具有持续和稳定的脱铜的能力。本专利技术的具体步骤包括：S1:配制脱铜熔盐渣系：将FeS与MS混合研磨后过筛(优选为过200目筛)，得到脱铜熔盐渣系；所述M为选自Na、K、Li、Ba、Sr、La中的一种或几种；在配制脱铜熔盐渣系时，FeS的摩尔百分比为20-60％，MS的摩尔百分比为80-40％。将FeS与其他几种添加剂Na2S、Li2S、K2S、BaS、La2S3等按前述摩尔百分比混合，可以保障硫化本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种在含铜铁液中脱除并回收铜的方法，其特征在于，包括步骤：/nS1:配制脱铜熔盐渣系：将FeS与MS混合，得到脱铜熔盐渣系；所述M为选自Na、K、Li、Ba、Sr和La中一种或几种；/nS2:脱铜反应：将所述脱铜熔盐渣系投入含铜铁液中进行脱铜反应；其中含铜铁液温度为1300-1500℃，脱铜熔盐渣系与含铜铁液质量比为1:4-2:1；所述脱铜反应包括反应式：FeS+Cu＝Cu

【技术特征摘要】
1.一种在含铜铁液中脱除并回收铜的方法，其特征在于，包括步骤：
S1:配制脱铜熔盐渣系：将FeS与MS混合，得到脱铜熔盐渣系；所述M为选自Na、K、Li、Ba、Sr和La中一种或几种；
S2:脱铜反应：将所述脱铜熔盐渣系投入含铜铁液中进行脱铜反应；其中含铜铁液温度为1300-1500℃，脱铜熔盐渣系与含铜铁液质量比为1:4-2:1；所述脱铜反应包括反应式：FeS+Cu＝Cu2S+Fe；生成的Cu2S溶于MS中形成硫化物熔盐电解质；
S3：施加直流电场强化脱铜：将阴极插入所述硫化物熔盐电解质中、阳极插入铁液中，在阴、阳极之间施加直流电场；电压设置为0.2V-2V，电流密度在0.05A/cm2以上，通电处理时间不低于30min；电极反应为：阴极：2Cu++2e-＝Cu、阳极：S2--2e-＝S；
S4:分离脱铜铁液和硫化物熔盐渣系：断电后取出电极，将硫化物熔盐电解质与铁液分离，得到含铜硫化物熔盐渣系和脱铜铁液。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括步骤S5:回收阴极产物：将阴极上得到的铜或铜铁合金回收，与含铜硫化物熔盐渣系合并作为回收的铜资源。


3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤S3中，所述阴极为石墨、纯铁、钨和导电陶瓷材料中的一种或几种；所述阳极为纯铁、石墨或导电陶瓷材料中的一种或几种。优选地，所述阴极为...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘承军，陆志豪，姜茂发，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21