碱式硫酸铜制备工艺的研究

碱式硫酸铜制备工艺的研究

中国铜矿储量丰富，世界第四位，但大部分为贫矿，平均等级为0.71%，大于1%的仅为1.5%。锡矿平均等级为0.69%，仍需建设的铜山平均等级为0.62%，且不发达。随着我国铜产量的逐年增加，矿山铜和精炼铜的常年不足，月供率约为65%，长期依赖进口补充。因此，在低等级矿、尾矿、表外矿和铜矿渣的开采和利用中，不仅可以满足铜的需求，还可以处理和保护浪费，为生态环境带来显著的经济效益和经济效益。1原料、试剂和机器1.1原料和试剂含铜废渣为桂林某冶炼厂提供,其主要成份见表1;氨水、硫酸铵均为化学纯,复铁盐催化剂:天津天大化工实验厂.1.2仪器79-1型加热磁力搅拌器,WFX-IF型原子吸收光谱仪.2实验原理和操作方法2.1天蓝色碱式硫酸铜的分离纯化根据配位理论,Cu2+的电子组态为d9,与氨配位时,将一个d电子激发到4pz轨道,用空下来的dx2-y2轨道与空的4s,4px,4py轨道形成dsp2杂化轨道,并分别与氨中氮原子的非键轨道重叠,接受其弧对电子形成σ-共价配键,生成四配位的平面正方形络合物,所以铜氨络合物容易生成,且很稳定,在此条件下,Fe,Al,Mg,Ca等均不与氨发生配位作用,仍残留在固相,从而达到分离的目的.[Cu(NH3)4]2+容易和自然铜发生歧化反应,使金属铜氧化为Cu+,生成[Cu(NH3)2]+,从而使自然铜溶解.铁离子在碱性条件下生成絮状沉淀及多羟基络合离子,生成絮状沉淀物一般不会结块附结于铜粒表面,并且Fe(OH)3会离解并有去极化作用,可以加速铜的溶解,接着生成的Fe2+会发生氧化反应,生成Fe(OH)3.浸出主要反应如下:CuO+2NH3⋅H2O+2NH+4==[Cu(NH3)4]2++3H2OCu+[Cu(NH3)4]2+==2[Cu(NH3)2]+2[Cu(NH3)2]++2NH+4+12O2+2NH3⋅H2O==2[Cu(NH3)4]2++3H2OCuΟ+2ΝΗ3⋅Η2Ο+2ΝΗ4+=[Cu(ΝΗ3)4]2++3Η2ΟCu+[Cu(ΝΗ3)4]2+=2[Cu(ΝΗ3)2]+2[Cu(ΝΗ3)2]++2ΝΗ4++12Ο2+2ΝΗ3⋅Η2Ο=2[Cu(ΝΗ3)4]2++3Η2Ο2Fe3++Cu==Cu2++2Fe2+4Fe(OH)2+2H2O+O2==4Fe(OH)3⏐↓⏐2Fe3++Cu=Cu2++2Fe2+4Fe(ΟΗ)2+2Η2Ο+Ο2=4Fe(ΟΗ)3↓铜氨络合物在受热条件下不稳定,分解放出氨,析出天蓝色碱式硫酸铜沉淀,反应方程式如下:2[Cu(NH3)4]2++2H2O+SO2−4==△Cu2(OH)2SO4⏐↓⏐+2NH+4+6NH3↑⏐⏐(ΝΗ3)4]2++2Η2Ο+SΟ42-=△Cu2(ΟΗ)2SΟ4↓+2ΝΗ4++6ΝΗ3↑2.2浸取液的制备准确称取一定量的含铜废渣投入到内装浸取液的三口烧瓶中,置于磁力搅拌器搅拌一定时间后,自然沉积,过滤,余渣用1∶20的稀氨水洗涤2～3次,然后用原子吸收测定浸取液中铜的含量,计算浸取率.在一定温度下加热浸取液一段时间,有天蓝色沉淀生成,过滤,洗涤,干燥即得产品.3结果与讨论3.1矿渣种化学法水泥砂浆正交试验由于影响浸取率的因素较多,而且各因素之间又互相影响,因此,为了寻求浸取的最佳工艺条件,我们选择浸取温度、浸取时间、氨水浓度及铵盐浓度4个影响浸取率较大的因素,每个因素选取3个水平,组成4因素3水平正交试验表,实验中固定矿渣粒度为100目,固液比为1∶3,较快的搅拌速度及一定的鼓风速度.实验结果见表2.通过正交试验和极差分析可知,反应温度和时间是影响反应的主要因素,NH3浓度和NH+4浓度对反应速度的影响居次要地位。通过正交试验结果的数据处理分析,确定最佳试验条件为:反应温度35℃,反应时间3h,NH3浓度15%,NH+4浓度20%.为了验证最优条件浸取率,对优化条件进行重复试验,效果良好,平均浸取率达95%以上.结果见表3.3.2不同复铁盐对浸取率的影响为了验证催化剂在反应中所起的作用,我们对加入2%～3%的复铁盐与不加复铁盐对浸取率的影响分别做了比较,结果见表4.从表4可以看出,复铁盐有激活铜渣中的铜的作用,使其中的铜更容易浸出,能明显地提高浸取率.3.3蒸氨coa影响蒸氨的因素有温度、时间、搅拌等.温度高,蒸氨速度快,但Cu(OH)2在80～90℃易分解为CuO,因此,蒸氨温度不能超过80℃.实验证明在70～80℃下蒸馏1.5～2h,并进行搅拌,氨基本蒸发完毕.抽滤干燥得碱式硫酸铜,蒸出的气氨和过滤结晶的母液送回浸取工序循环使用.4多张滤液萃取工艺试验研究表明,