一步法超重力选择性电解转化废铜电解液中有毒粗硫酸铜制备高纯度细铜粉

为解决铜电解精炼废液中粗硫酸铜(含Fe、As、Ni等杂质)难以高值化利用的问题，研究人员提出超重力选择性电解新策略，通过协同调控电流密度、H2SO4浓度、转速等参数，实现Cu2+高效选择性电沉积，获得纯度99.91%、粒径7μm的铜粉，提取率达72%。该技术为铜冶金废弃物资源化提供可持续解决方案，潜在全球产值预计2035年达39.55亿美元。

　　

铜作为全球第三大消费金属，其电解精炼过程每年产生数百万吨含杂质的废电解液，其中粗硫酸铜因含Fe、As、Zn等杂质难以直接利用。传统净化工艺存在流程长、成本高的问题，而直接电解制备铜粉又面临杂质共沉积的难题。面对这一挑战，中国的研究团队在《Separation and Purification Technology》发表创新成果，开发出超重力场辅助的一步法电解技术，成功将有毒粗硫酸铜转化为高附加值铜粉。

研究采用旋转电极构建超重力场，通过循环伏安法(CV)和线性扫描伏安法(LSV)分析Cu²⁺电化学行为，结合X射线衍射(XRD)和X射线荧光光谱(EDX)表征原料成分。关键创新在于利用超重力场加速离子迁移，使扩散层厚度从常规的120μm降至20μm，显著提升Cu²⁺传质速率，在电流密度400A/m²、转速1500rpm、温度40℃条件下实现杂质选择性抑制。

化学试剂与原料特性
粗硫酸铜取自工业废电解液蒸发结晶产物，含21.06wt% Cu及As(0.43wt%)等杂质。XRD显示其主要成分为CuSO₄·5H₂O(82.83wt%)，EDX证实Fe、Ni等金属杂质以硫酸盐形式存在。

电化学行为研究
CV曲线显示超重力场使Cu²⁺还原峰电流提升2.3倍，LSV证实极限电流密度从常规的287A/m²增至612A/m²。理论计算表明As与Cu的还原电位差最小(0.12V)，而超重力场可将Cu/As选择性系数从8.7提升至142.6。

工艺参数优化
四因素协同实验表明：电流密度通过影响成核速率控制粒径，400A/m²时粒径最小(7μm)；H₂SO₄浓度150g/L能平衡Cu²⁺活度与杂质抑制；转速1500rpm实现最佳传质与选择性；40℃兼顾反应动力学与能耗。

产品性能与经济性
所得铜粉经ICP-MS检测纯度达99.91%，粒径分布(D₅₀)7μm，电流效率92.3%。按全球粗硫酸铜2035年预测产量178万吨计，可产电解铜粉37.4万吨，创造产值39.55亿美元。

该研究突破传统冶金废弃物处理范式，通过超重力场(centrifugal acceleration≈15g)强化传质与选择性，建立"废电解液→粗硫酸铜→高纯铜粉"的短流程闭环。技术优势体现在：①省去多级净化步骤；②直接获得高附加值产品；③每吨铜粉降低原料成本约680美元。研究为有色金属冶金行业的可持续发展提供新思路，被作者团队评价为"兼具环境效益与经济效益的范式转变"。