金属溶液提纯用循环净化除杂釜及除杂方法与流程

本发明涉及冶金技术领域，具体的说是一种金属溶液提纯用循环净化除杂釜及除杂方法。

背景技术：

高纯铜电解金属提纯时所用的金属溶液原料在溶液净化方法主要有离子交换法、萃取法及电解法等。离子交换是溶液中的离子与某种离子交换剂上的离子进行交换的作用或现象，是借助于固体离子交换剂中的离子与稀溶液中的离子进行交换，以达到提取或去除溶液中某些离子的目的，是一种属于传质分离过程的单元操作。萃取法是利用溶质在互不相溶的溶剂里溶解度的不同，用一种溶剂把溶质从另一溶剂所组成的溶液里提取出来的操作方法。离子交换法和萃取法除杂均对杂质的针对性比较强，费用高，效率相对低。

电解法制取金属粉末的原理是：在电解质溶液中通以直流电流，产生正负离子的迁移，正离子移向阴极，负离子移向阳极，在阳极上发生氧化反应，在阴极上发生还原反应，电解质溶液中的金属正离子在阴极被还原并沉积在阴极板上。金属溶液动态电解时，对阳极泥的搅动较大，提纯后的金属纯度很难保障在6n5以上；金属溶液处于静态电解时，电解处理量小，周期长，工作量大，溶液浓度难均匀化，且溶液出现容差极化概率大，产品稳定性难易控制。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种金属溶液提纯用循环净化除杂釜及除杂方法，能够快速、大批量的进行金属溶液的循环净化除杂。

为解决达到上述目的，本发明所采取的技术方案为：

一种金属溶液提纯用循环净化除杂釜，包括上部为圆柱状、下部为漏斗状的釜体，所述釜体中自内向外依次设置有同中心轴的圆台状的阳极板和阴极板，阳极板的顶端高于阴极板顶端5-8cm，阳极板通过阳极接线柱与电源相连接，阴极板通过阴极接线柱与电源相连接，阳极板和阴极板之间的空隙构成环形电解区；阳极板和阴极板的底部均与支架相连接，支架固定在釜体的内壁上；阴极板的外壁与釜体的内壁之间填充有密封物；阳极板的内壁和阴极板的外壁上均涂覆有绝缘材料；

釜体通过进液管与原液储罐相连接，进液管上安装有计量泵，进液管与釜体的下部相连通；阴极板顶部的釜体侧壁上开设有溢流口，溢流口与出液管的一端相连通，出液管的另一端与净化液储罐相连通；釜体的底部通过排液管与颗粒物收集槽相连通，颗粒物收集槽中安装有滤网，颗粒物收集槽的底部通过循环管道与原液储罐相连通。

所述阳极接线柱贯穿绝缘卡套后与阳极板相连接，绝缘卡套位于阳极板和阴极板之间的空隙中。

所述进液管与惰性气体发生装置相连接，进液管与釜体的连接处设置有500目过滤筛。

所述釜体的顶部设置有盖板，盖板的中部安装有下部位于釜体内腔的搅拌轴，搅拌轴的底部安装有搅拌桨，搅拌轴与伺服电机电连接。

所述搅拌桨的中部安装有刮料板，刮料板包括两根对称设置的水平支杆，水平支杆的一端通过连接轴承安装在搅拌桨上，水平支杆的另一端与刮刀的顶端活动连接，刮刀位于阳极板和阴极板的间隙中。

所述刮刀顶端开设有安装孔，通过安装孔挂接在水平支杆上。

所述阳极板为表面镀有钌涂层的钛网制备而成，阴极板为钛材料制备而成。

一种金属溶液循环净化除杂方法，该方法利用上述的金属溶液提纯用循环净化除杂釜实现，包括以下步骤：

步骤一、配制金属溶液存储至原液储罐中，金属溶液的质量体积浓度为130-200g/l，其中主要杂质含量：na＜0.001g/l，k＜0.001g/l，pb＜0.001g/l，as＜0.001g/l，ag＜0.001g/l，fe＜0.001g/l，ni≤0.0001g/l，co≤0.0001g/l；

步骤二、启动流量泵，使金属溶液从原液储罐通过进液管流入釜体中，流量为500-2000l/h，金属溶液的液面从釜体底部逐渐向阳极板和阴极板构成的环形电解区上升；启动电源，控制电流为2000-3500a；

步骤三、搅拌轴上不安装刮料板，启动搅拌轴，采用搅拌1min，停留0.5min的间歇式搅拌方法，搅拌速度为30-45r/min；同时启动惰性气体发生装置，向金属溶液中鼓入微量气泡，使金属溶液中的金属离子和杂质分布更加均匀，有利于在沉积在阴极板上的金属容易刮落；

步骤四、金属溶液进入环形电解区后，金属溶液中的杂质及部分金属离子电解沉积至阴极板的内壁上，形成颗粒状的沉积物；电解后的金属溶液从阴极板顶部的溢流口流出釜体，通过出液管进入净化液储罐；

步骤五、金属溶液电解一定时间后，阴极板上的沉积物达到一定厚度，关闭流量泵和电源，停止搅拌，在搅拌轴上安装刮料板，调整刮刀与阴极板之间的距离，启动搅拌轴，刮除阴极板上的沉积物，沉积物在重力作用下落入釜体的底部，打开排液管上的阀门，釜体内金属溶液连通沉积物一同流到颗粒物收集槽中，沉积物被滤网收集，金属溶液通过循环管道流入原液储罐中；

步骤六、待釜体中的金属溶液排放结束后，关闭排液管上的阀门，再次启动流量泵、电源，按照步骤一至步骤五继续进行金属溶液循环除杂作业，直至原液储罐中的金属液体全部电解除杂完毕。

优选的，所述金属溶液由硫酸铜溶液、硝酸铜溶液、氯化铜溶液中的一种或两种进行组合。

优选的，所述金属溶液由a级铜板溶解于硝酸溶液制备而成。

本发明的有益效果是：

（1）本发明采用相互套接的圆台状的阴极板和阳极板构成环形电解区，通过控制电流量，将杂质和部分金属离子电解沉积至阴极板，并定期进行沉积物的清除，使金属溶液循环净化，保证了净化除杂后金属溶液的品质；

（2）本发明采用流量泵将金属原液抽吸至釜体内，在电解的同时对金属溶液进行搅拌，搅拌方式采用间歇式，并且在金属溶液中充入微量的惰性气体气泡，有助于溶液中的金属离子和杂质均匀分布，提高了电解除杂的效果；

（3）本发明中阳极板高于阴极板，并且在阴极板与釜体内壁之间填充密封物，阴极板底端的釜体侧壁上开设溢流口，保证了只有经过电解净化后的金属溶液才能够从溢流口流出，收集至净化液储罐中，未经净化的金属溶液会被回收进入原液储罐；

（4）本发明在搅拌轴的中部通过连接轴承安装水平支杆和刮刀，刮刀的位置可根据沉积物的厚度进行调解，在需要刮除阴极板上的沉积物时才安装使用，结构简洁。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1中釜体的结构示意图；

图中：1、支架，2、绝缘卡套，3、阳极板，4、阴极板，5、阳极接线柱，6、阴极接线柱，7、刮料板，701、水平支杆，702、刮刀，703、连接轴承，8、釜体，9、出液管，10、净化液储罐，11、排液管，12、滤网，13、颗粒物收集槽，14、循环管道，15、原液储罐，16、流量泵，17、进液管，18、搅拌轴，19、伺服电机，20、溢流口，21、盖板，22、惰性气体发生装置。

具体实施方式

以下结合实施例和对比例对本发明做进一步详细的说明。

一种金属溶液提纯用循环净化除杂釜，包括上部为圆柱状、下部为漏斗状的釜体8，釜体8中自内向外依次设置有同中心轴的圆台状的阳极板3和阴极板4，阳极板3的顶端高于阴极板4顶端5-8cm，阳极板3通过阳极接线柱5与电源相连接，阴极板4通过阴极接线柱6与电源相连接，阳极板3和阴极板4之间的空隙构成环形电解区；阳极板3和阴极板4的底部均与支架1相连接，支架1固定在釜体8的内壁上；阴极板4的外壁与釜体8的内壁之间填充有密封物；阳极板3的内壁和阴极板4的外壁上均涂覆有绝缘材料；

釜体8通过进液管17与原液储罐15相连接，进液管17上安装有计量泵16，进液管17与釜体8的下部相连通；阴极板4顶部的釜体8侧壁上开设有溢流口20，溢流口20与出液管9的一端相连通，出液管9的另一端与净化液储罐10相连通；釜体8的底部通过排液管11与颗粒物收集槽13相连通，颗粒物收集槽13中安装有滤网12，颗粒物收集槽13的底部通过循环管道14与原液储罐15相连通。

阳极接线柱5贯穿绝缘卡套2后与阳极板3相连接，绝缘卡套2位于阳极板3和阴极板4之间的空隙中。

进液管17与惰性气体发生装置22相连接，进液管17与釜体8的连接处设置有500目过滤筛。

釜体8的顶部设置有盖板21，盖板21的中部安装有下部位于釜体8内腔的搅拌轴18，搅拌轴18的底部安装有搅拌桨，搅拌轴18与伺服电机19电连接。

搅拌桨18的中部安装有刮料板7，刮料板7包括两根对称设置的水平支杆701，水平支杆701的一端通过连接轴承703安装在搅拌桨18上，水平支杆701的另一端与刮刀702的顶端活动连接，刮刀702位于阳极板3和阴极板4的间隙中。

刮刀702顶端开设有安装孔，通过安装孔挂接在水平支杆701上。

阳极板3为表面镀有钌涂层的钛网制备而成，阴极板4为钛材料制备而成。

实施例1

一种金属溶液循环净化除杂方法，该方法上述的金属溶液提纯用循环净化除杂釜实现，包括以下步骤：

步骤一、称取质量体积浓度为55.9g/l的硫酸铜溶液500l，质量体积浓度为233g/l的硝酸铜溶液360l，混合混匀后存储至原液储罐15中，金属原液的质量体积浓度为130g/l，其中主要杂质含量：na为0.0009g/l，k为0.00085g/l，pb为0.00092g/l，as为0.00091g/l，ag为0.00094g/l，fe为0.00092g/l，ni为0.0001g/l，co为0.0001g/l；

步骤二、启动流量泵6，使金属溶液从原液储罐15通过进液管17流入釜体8中，流量为500l/h，金属溶液的液面从釜体8底部逐渐向阳极板3和阴极板4构成的环形电解区上升；启动电源，控制电流为2000a；

步骤三、搅拌轴18上不安装刮料板7，启动搅拌轴18，采用搅拌1min，停留0.5min的间歇式搅拌方法，搅拌速度为30r/min；同时启动惰性气体发生装置22，向金属溶液中鼓入微量气泡，使金属溶液中的金属离子和杂质分布更加均匀，有利于在沉积在阴极板4上的金属容易刮落；

步骤四、金属溶液进入环形电解区后，金属溶液中的杂质及部分金属离子电解沉积至阴极板4的内壁上，形成颗粒状的沉积物；电解后的金属溶液从阴极板4顶部的溢流口20流出釜体8，通过出液管9进入净化液储罐10；

步骤五、金属溶液电解一定时间后，阴极板4上的沉积物达到一定厚度，关闭流量泵和电源，停止搅拌，在搅拌轴18上安装刮料板7，调整刮刀702与阴极板4之间的距离，启动搅拌轴18，刮除阴极板4上的沉积物，沉积物在重力作用下落入釜体8的底部，打开排液管11上的阀门，釜体8内金属溶液连通沉积物一同流到颗粒物收集槽13中，沉积物被滤网收集，金属溶液通过循环管道14流入原液储罐中；

步骤六、待釜体中的金属溶液排放结束后，关闭排液管11上的阀门，再次启动流量泵16、电源，按照步骤一至步骤五继续进行金属溶液循环除杂作业，直至原液储罐15中的金属液体全部电解除杂完毕。

经过本实施例除杂净化后的金属溶液送电解槽电解，可生产7n级纯度的高纯铜产品，制备的高纯铜经辉光放电质谱仪（gdms）分析结果：铜含量≥99.99999%，34种主控杂质元素（ag、al、as、au、b、ba、bi、ca、cd、co、cr、fe、ga、ge、k、li、mg、mn、mo、na、nb、ni、p、pb、sb、si、sn、th、ti、u、v、w、zn、zr）总量≤100ppb。

实施例2

一种金属溶液循环净化除杂方法，该方法上述的金属溶液提纯用循环净化除杂釜实现，包括以下步骤：

步骤一、称取质量体积浓度为44g/l的氯化铜溶液1000l，质量体积浓度为330g/l的硝酸铜溶液1200l混合混匀后存储至原液储罐15中，金属原液的质量体积浓度为200g/l，其中主要杂质含量：na为0.00096g/l，k为0.00094g/l，pb为0.00085g/l，as为0.00089g/l，ag为0.00093g/l，fe为0.00095g/l，ni为0.000097g/l，co为0.000096g/l；

步骤二、启动流量泵6，使金属溶液从原液储罐15通过进液管17流入釜体8中，流量为2000l/h，金属溶液的液面从釜体8底部逐渐向阳极板3和阴极板4构成的环形电解区上升；启动电源，控制电流为3500a；

步骤三、搅拌轴18上不安装刮料板7，启动搅拌轴18，采用搅拌1min，停留0.5min的间歇式搅拌方法，搅拌速度为45r/min；同时启动惰性气体发生装置22，向金属溶液中鼓入微量气泡，使金属溶液中的金属离子和杂质分布更加均匀，有利于在沉积在阴极板4上的金属容易刮落；

步骤四、金属溶液进入环形电解区后，金属溶液中的杂质及部分金属离子电解沉积至阴极板4的内壁上，形成颗粒状的沉积物；电解后的金属溶液从阴极板4顶部的溢流口20流出釜体8，通过出液管9进入净化液储罐10；

步骤五、金属溶液电解一定时间后，阴极板4上的沉积物达到一定厚度，关闭流量泵和电源，停止搅拌，在搅拌轴18上安装刮料板7，调整刮刀702与阴极板4之间的距离，启动搅拌轴18，刮除阴极板4上的沉积物，沉积物在重力作用下落入釜体8的底部，打开排液管11上的阀门，釜体8内金属溶液连通沉积物一同流到颗粒物收集槽13中，沉积物被滤网收集，金属溶液通过循环管道14流入原液储罐中；

步骤六、待釜体中的金属溶液排放结束后，关闭排液管11上的阀门，再次启动流量泵16、电源，按照步骤一至步骤五继续进行金属溶液循环除杂作业，直至原液储罐15中的金属液体全部电解除杂完毕。

经过本实施例除杂净化后的金属溶液送电解槽电解，可生产6n5级纯度的高纯铜产品，制备的高纯铜经辉光放电质谱仪（gdms）分析结果：铜含量≥99.99995%，34种主控杂质元素（ag、al、as、au、b、ba、bi、ca、cd、co、cr、fe、ga、ge、k、li、mg、mn、mo、na、nb、ni、p、pb、sb、si、sn、th、ti、u、v、w、zn、zr）总量≤100ppb。

实施例3

一种金属溶液循环净化除杂方法，该方法上述的金属溶液提纯用循环净化除杂釜实现，包括以下步骤：

步骤一、称取质量体积浓度为150g/l的硫酸铜溶液3000l存储至原液储罐15中，金属原液中主要杂质含量：na为0.00089g/l，k为0.00092g/l，pb为0.00094g/l，as为0.00097g/l，ag为0.00087g/l，fe为0.00091g/l，ni为0.000087g/l，co为0.000094g/l；

步骤二、启动流量泵6，使金属溶液从原液储罐15通过进液管17流入釜体8中，流量为1000l/h，金属溶液的液面从釜体8底部逐渐向阳极板3和阴极板4构成的环形电解区上升；启动电源，控制电流为2500a；

步骤三、搅拌轴18上不安装刮料板7，启动搅拌轴18，采用搅拌1min，停留0.5min的间歇式搅拌方法，搅拌速度为40r/min；同时启动惰性气体发生装置22，向金属溶液中鼓入微量气泡，使金属溶液中的金属离子和杂质分布更加均匀，有利于在沉积在阴极板4上的金属容易刮落；

步骤四、金属溶液进入环形电解区后，金属溶液中的杂质及部分金属离子电解沉积至阴极板4的内壁上，形成颗粒状的沉积物；电解后的金属溶液从阴极板4顶部的溢流口20流出釜体8，通过出液管9进入净化液储罐10；

步骤五、金属溶液电解一定时间后，阴极板4上的沉积物达到一定厚度，关闭流量泵和电源，停止搅拌，在搅拌轴18上安装刮料板7，调整刮刀702与阴极板4之间的距离，启动搅拌轴18，刮除阴极板4上的沉积物，沉积物在重力作用下落入釜体8的底部，打开排液管11上的阀门，釜体8内金属溶液连通沉积物一同流到颗粒物收集槽13中，沉积物被滤网收集，金属溶液通过循环管道14流入原液储罐中；

步骤六、待釜体中的金属溶液排放结束后，关闭排液管11上的阀门，再次启动流量泵16、电源，按照步骤一至步骤五继续进行金属溶液循环除杂作业，直至原液储罐15中的金属液体全部电解除杂完毕。

经过本实施例除杂净化后的金属溶液送电解槽电解，可生产7n级纯度的高纯铜产品，制备的高纯铜经辉光放电质谱仪（gdms）分析结果：铜含量≥99.99999%，34种主控杂质元素（ag、al、as、au、b、ba、bi、ca、cd、co、cr、fe、ga、ge、k、li、mg、mn、mo、na、nb、ni、p、pb、sb、si、sn、th、ti、u、v、w、zn、zr）总量≤100ppb。

实施例4

一种金属溶液循环净化除杂方法，该方法上述的金属溶液提纯用循环净化除杂釜实现，包括以下步骤：

步骤一、称取a级铜板500kg，溶解至2540l稀硝酸溶液中，得到质量体积浓度为160g/l的金属铜溶液3000l，其中主要杂质含量：na为0.00092g/l，k为0.00091g/l，pb为0.00086g/l，as为0.00087g/l，ag为0.00094g/l，fe为0.00091g/l，ni为0.0001g/l，co为0.000091g/l；

步骤二、启动流量泵6，使金属溶液从原液储罐15通过进液管17流入釜体8中，流量为1500l/h，金属溶液的液面从釜体8底部逐渐向阳极板3和阴极板4构成的环形电解区上升；启动电源，控制电流为3000a；

步骤三、搅拌轴18上不安装刮料板7，启动搅拌轴18，采用搅拌1min，停留0.5min的间歇式搅拌方法，搅拌速度为35r/min；同时启动惰性气体发生装置22，向金属溶液中鼓入微量气泡，使金属溶液中的金属离子和杂质分布更加均匀；

步骤四、金属溶液进入环形电解区后，金属溶液中的杂质及部分金属离子电解沉积至阴极板4的内壁上，形成颗粒状的沉积物；电解后的金属溶液从阴极板4顶部的溢流口20流出釜体8，通过出液管9进入净化液储罐10；

步骤五、金属溶液电解一定时间后，阴极板4上的沉积物达到一定厚度，关闭流量泵和电源，停止搅拌，在搅拌轴18上安装刮料板7，调整刮刀702与阴极板4之间的距离，启动搅拌轴18，刮除阴极板4上的沉积物，沉积物在重力作用下落入釜体8的底部，打开排液管11上的阀门，釜体8内金属溶液连通沉积物一同流到颗粒物收集槽13中，沉积物被滤网收集，金属溶液通过循环管道14流入原液储罐中；

步骤六、待釜体中的金属溶液排放结束后，关闭排液管11上的阀门，再次启动流量泵16、电源，按照步骤一至步骤五继续进行金属溶液循环除杂作业，直至原液储罐15中的金属液体全部电解除杂完毕。

经过本实施例除杂净化后的金属溶液送电解槽电解，可生产6n5级纯度的高纯铜产品，制备的高纯铜经辉光放电质谱仪（gdms）分析结果：铜含量≥99.99995%，34种主控杂质元素（ag、al、as、au、b、ba、bi、ca、cd、co、cr、fe、ga、ge、k、li、mg、mn、mo、na、nb、ni、p、pb、sb、si、sn、th、ti、u、v、w、zn、zr）总量≤100ppb。

上述实施例中a级铜板指符合国标gb/t467-1997规定的高纯阴极铜，铜的纯度可达99.9935%。