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【簡(jiǎn)介】
昆明理工大學(xué)冶金與能源工程學(xué)院,昆明 650093
摘要:以低品位氧化銅礦為原料,采用浸出、萃取、反萃、結(jié)晶和精制工藝制備電鍍級(jí)硫酸銅。重點(diǎn)考察了萃取劑濃度、相比(O/A)、萃取時(shí)間和水相中硫酸濃度等因素對(duì)銅萃取率的影響。結(jié)果表明,采用硫酸浸出氧化銅,銅浸出率可達(dá)65%。浸出液用萃取劑ACORGAM5640萃取銅,當(dāng)萃取劑濃度為20%,相比為1/3,萃取時(shí)間為120s,水相中硫酸濃度為1·5g/L,稀釋劑為煤油時(shí),銅萃取率可達(dá)90%以上。負(fù)載有機(jī)相經(jīng)反萃,反萃液經(jīng)結(jié)晶和精制后,可得到純度為99·35%的電鍍級(jí)硫酸銅。
關(guān)鍵詞:氧化銅礦;萃取;硫酸銅
中圖分類號(hào):TF811 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A DO I:10·3969/j·issn·1005-7854·2011·02·018
文章編號(hào):1005-7854(2011)02-0072-04
硫酸銅是重要的無機(jī)原料,廣泛地應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、飼料、水處理、電鍍、催化劑、油漆、選礦等行業(yè)。目前生產(chǎn)硫酸銅的原料和方法有:以海綿銅為原料生產(chǎn)硫酸銅〔1〕,以紫雜銅為原料生產(chǎn)硫酸銅〔2〕,以硫化銅精礦為原料生產(chǎn)硫酸銅〔3〕,以黃銅精礦為原料生產(chǎn)硫酸銅〔4〕,以輝銅精礦為原料生產(chǎn)硫酸銅〔5〕,以氧化銅礦為原料生產(chǎn)硫酸銅〔6〕,以銅鎳廢渣為原料生產(chǎn)硫酸銅〔7〕。但這些方法都存在一些弊端,工序能耗大、時(shí)耗長(zhǎng)、生產(chǎn)速度慢,在循環(huán)生產(chǎn)中,還會(huì)出現(xiàn)雜質(zhì)的富集問題。為了克服這些弊端,本研究開發(fā)了直接采用低品位氧化銅礦生產(chǎn)硫酸銅的新工藝,徹底改變了原流程能耗高、處理速度慢、產(chǎn)品質(zhì)量差的不足,整個(gè)工藝不會(huì)產(chǎn)生對(duì)環(huán)境有污染的外排三廢,符合環(huán)保的要求。
1試驗(yàn)
1·1試驗(yàn)原料
本試驗(yàn)原料為云南個(gè)舊礦山原礦經(jīng)破碎后的粗顆粒礦,該礦石中銅的品位較低,屬于低品位氧化銅礦,礦石所含銅礦物較復(fù)雜,以氧化銅礦物為主,大部分為孔雀石和硅孔雀石。硫化銅礦主要為輝銅礦、銅藍(lán)、斑銅礦等。其它金屬礦物主要為褐鐵礦、赤鐵礦、黃鐵礦及磁鐵礦等含鐵礦物。礦石中脈石礦物主要為石英、白云石等,其主要成分如表1所示,銅物相組成如表2所示。
由表1和表2可知,該礦石含銅僅為0·95%屬于低品位礦,其中鐵含量為10·35%,鈣和鎂的氧化物總含量為8%,SiO2含量為42%,礦石中銅主要以自由氧化銅和硫化銅存在,適合用酸性浸出。
1·2試驗(yàn)步驟
采用硫酸浸出氧化銅礦,得到含銅的浸出液。用萃取劑ACORGAM5640萃取浸出液中的銅,并反萃到硫酸溶液中。反萃液經(jīng)結(jié)晶得到粗硫酸銅晶體,該晶體經(jīng)過精制得到電鍍級(jí)的硫酸銅。其工藝流程如圖1所示。
1·3分析方法
高含量的銅采用化學(xué)分析方法分析,低含量的銅采用原子吸收分光光度計(jì)(AA-6300,日本島津儀器公司)分析,固體成分采用PW2424型X熒光分析儀(XRF)分析。
2結(jié)果與討論
2·1硫酸浸出
采用硫酸浸出氧化銅礦,當(dāng)液固比為4∶1,H2SO4質(zhì)量濃度為30g/L,溫度為20℃,礦石粒度為-0·15mm占80%,反應(yīng)時(shí)間為50min時(shí),銅浸出率可達(dá)65%以上,所得銅礦物浸出結(jié)果和浸出渣中銅含量如表3所示。
由表3可知,氧化銅礦中的自由氧化銅浸出率可達(dá)93·5%,而結(jié)合氧化銅和硫化銅浸出率較低,銅總浸出率可達(dá)65%。
2·2萃取
采用ACORGAM5640萃取硫酸浸出液中的銅,考察了萃取劑濃度、萃取時(shí)間、相比和水相中硫酸濃度對(duì)銅萃取率的影響,結(jié)果分別如圖2~5所示。
由圖2和圖3可知,銅的萃取率隨萃取劑濃度和萃取時(shí)間增加而增大。由圖4和圖5可知,銅的萃取率隨相比和水相中硫酸濃度增加而減少。根據(jù)上述試驗(yàn)結(jié)果,選取了銅萃取的最優(yōu)試驗(yàn)條件,當(dāng)萃取劑濃度為20%,相比(O/A)為1∶3,萃取時(shí)間為120s,水相中硫酸濃度為1·5g/L,稀釋劑為煤油時(shí),銅萃取率可達(dá)90%以上。
2·3反萃
采用硫酸溶液反萃進(jìn)入負(fù)載有機(jī)相的銅離子,考察了反萃劑硫酸濃度、反萃時(shí)間、反萃溫度和反萃相比對(duì)反萃率的影響。當(dāng)反萃初始酸度為400g/L,反萃時(shí)間為8min,反萃溫度為50℃,反萃相比為(O/A)4∶1時(shí),反萃液經(jīng)反復(fù)循環(huán)反萃后,銅的反萃率在88%以上,反萃液成分如表4所示。
2·4結(jié)晶和精制
在反萃后的液體中加硫酸調(diào)節(jié)硫酸濃度至400g/L,在電動(dòng)攪拌下冷卻至室溫結(jié)晶。由于溶液中硫酸濃度的升高和溶液溫度的降低,硫酸銅的飽和溶解度降低,反萃液中的硫酸銅會(huì)以晶體狀態(tài)析出,析出的粗硫酸銅晶體成分如表5所示,反萃液析出晶體后成分如表6所示。
由表6可知,反萃液經(jīng)結(jié)晶后還含有鐵、鋅、鈣等雜質(zhì),與表4反萃液結(jié)晶前的雜質(zhì)含量相比,結(jié)晶后溶液中的雜質(zhì)含量明顯高于結(jié)晶前的含量,分析其原因是硫酸銅結(jié)晶時(shí)會(huì)帶走5個(gè)結(jié)晶水,使結(jié)晶后溶液中水的體積減少,雜質(zhì)含量升高。
由于反萃液中還含有少量的鐵、鈣、鋅等雜質(zhì)元素,硫酸銅在溶液中結(jié)晶時(shí),不可避免地內(nèi)部包裹或表面黏附這些雜質(zhì)元素。而高品質(zhì)的硫酸銅產(chǎn)品不僅對(duì)硫酸銅的含量有要求,對(duì)雜質(zhì)的含量也有明確的規(guī)定,為了提高硫酸銅的品質(zhì),對(duì)粗硫酸銅晶體進(jìn)行精制除雜。
將粗硫酸銅晶體加入自配的硫酸銅飽和液中,控溫80℃,電動(dòng)攪拌30min后,用自來水強(qiáng)制冷卻至室溫結(jié)晶,得到的硫酸銅成分如表7所示。
由表7可知,粗硫酸銅晶體經(jīng)精制后,可得到純度為99·35%的硫酸銅,其含量達(dá)到了國(guó)標(biāo)HG/T3592-1999對(duì)電鍍級(jí)硫酸銅指標(biāo)的要求。
3結(jié)論
(1)采用浸出、萃取、反萃、結(jié)晶和精制工藝處理低品位氧化銅,可得到純度為99·35%的電鍍級(jí)硫酸銅。
(2)硫酸浸出氧化銅礦的適宜條件為:液固比為4∶1,H2SO4質(zhì)量濃度為30g/L,溫度為20℃,礦石粒度為-0·15mm80%,反應(yīng)時(shí)間為50min,在此條件下,銅浸出率可達(dá)65%。
(3)ACORGAM5640萃取硫酸浸出液中的銅的適宜條件為:萃取劑濃度為20%,相比(O/A)為1∶3,萃取時(shí)間為120s,水相中硫酸濃度為1·5g/L,稀釋劑為煤油,在此條件下,銅萃取率可達(dá)90%以上。
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