铜电解液自净化沉淀机理及电解液As价态转化途径

基于一定价态的砷能诱发铜电解液中As、Sb、Bi共沉淀而除杂的新发现，对实现电解液自净化的两个关键问题进行深入研究：其一，采用X射线衍射、扫描电镜、X射线能谱、傅立叶红外光谱、核磁共振、X射线光电子能谱及热分析法等手段对自净化渣进行结构表征，结合无机物及杂多酸盐结构理论，提出铜电解液自净化沉淀机理；其二，对铜电解液As、Sb、Bi价态跟踪检测，掌握电解液As价态变化规律，通过电化学方法研究As氧化还原规律，提出铜电解液As价态转化途径。本项目针对目前铜冶炼厂As、Sb、Bi同时在高位运行的特点，通过对As价态转化，结合自净化沉淀机理，控制As、Sb、Bi共沉淀反应走向，最终实现铜电解液自净化，目标明确，预计研究成果可在近期内为铜电解液自净化的工业应用提供理论依据和技术支撑。

本项目针对当前铜冶炼过程电解液砷锑铋杂质含量高的问题，基于砷锑铋之间发生共沉淀反应从而实现杂质脱除的电解液自净化新工艺，重点研究砷、锑对铜电解液中砷锑铋杂质脱除影响机制，探索了铜电解液砷锑价态转化规律及价态转化可能途径。取得以下主要成果。.（1）通过研究三价砷、五价砷、总砷浓度、砷价态比例对铜电解液砷锑铋脱除的影响及脱除机理，发现As(III)对电解液砷锑铋杂质脱除作用显著强于As(V)，其中As(III)主要脱除方式为锑酸砷及砷锑氧化物。.（2）通过研究三价锑、五价锑、总锑浓度、锑价态比例对铜电解液砷锑铋脱除的影响及脱除机理，发现Sb(III)及Sb(V)均对电解液砷锑铋杂质具有脱除作用，但Sb(V)作用总体强于Sb(III)，后者的脱除方式主要为砷酸锑、砷锑氧化物及含砷锑铋的非晶体物质，前者的脱除方式主要为锑酸盐。.（3）通过模拟电解液沉淀反应及结构表征发现锑酸盐(AsSbO4和BiSbO4)可在铜电解液中生成，锑酸盐(尤其是AsSbO4)的形成很大程度上解释了为什么As(III)和Sb(V)在铜电解液砷锑铋除杂中具有明显作用。.（4）基于上述机理研究，对铜电解液Larox过滤渣表征，发现铜电解液砷锑铋杂质之所以被脱除主要是因为电解液中形成了锑酸盐（Bi3SbO7、BiSbO4、AsSbO4）、砷锑氧化物（(Sb,As)2O3）以及砷酸盐（SbAsO4、BiAsO4）的混合沉淀物，其中锑酸盐的形成，更是电解液自净化的重要原因。.（5）通过对砷锑价态转化规律研究发现，仅含As或Sb时，即使在电解条件下其氧化速率非常慢，但当As、Sb共存时，两者氧化速率显著加快，即砷锑能相互促进对方的氧化。.（6）适宜条件下，亚硫酸（钠）可以将As全部还原，双氧水可以将Sb全部氧化，从而实现砷锑价态转化。.（7）电化学测试表明，加入As(III)后，阴极过程在-0.23V出现还原峰，阳极过程未出现对应氧化峰；分别单独加入 As(V)，Sb(III)，Sb(V)后，阴极过程分别在-0.18V，-0.15 V和-0.12 V附近出现还原峰，阳极过程分别在-0.02 V，0.03 V，0.03 V附近出现氧化峰。.（8）已发表了密切相关论文10篇，其中SCI收录3篇，EI收录4篇，接受待发表外文论文2篇，培养2名硕士研究生。.（9）申报国家发明专利2项，已进入实审。