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从铅冰铜中高效选择性提取铜的工艺研究①

更新时间:2009-03-28

铅冰铜是硫化铅、硫化亚铜、硫化铜、硫化铁等硫化物的共熔体,其中尚含有硫化锌和少量硫化银等金属硫化物,同时也熔解了部分金属银、金、铂等贵金属[1],具有很高的综合回收价值。铅冰铜主要产生于火法炼铅过程,大部分企业所产铅冰铜一般作为含铜废渣直接出售给铜回收企业,铅冰铜中的铅金属不计价,金、银、铜等有价金属的计价系数较低,造成铅冶炼企业经济损失。处理铅冰铜传统方法之一是火法处理工艺,如作为铜冶炼原料直接进入转炉吹炼得到粗铜,再进一步精炼得到电铜[2]。该工艺生产流程长、能耗高,生产成本高、环境污染严重、操作条件恶劣等。也有些企业尝试采用湿法工艺处理铅冰铜,如氨水浸取再电积、空气氧化法酸浸再电积、碱浸氧压浸出⁃常压硫酸浸出⁃再电积、盐酸体系氧化法等[3-10],此类工艺各有其局限性。由于铅冰铜化学成分复杂,尚未有较好的处理铅冰铜的工艺,这一直以来是炼铅企业综合回收的“瓶颈”。因此,开发一种能够高效处理铅冰铜物料、实现其有价金属的综合回收且经济效益好、对环境无污染的新工艺对炼铅企业具有重要意义。

1 试 验

1.1 试验原料及设备

试验原料为某厂提供的铅冰铜,其化学成分分析结果见表1。由表1可知,铅冰铜中主要含有铅、铜、锑、金、银等有价元素,具有较高的综合回收价值。铅冰铜中的有价金属主要以硫化物形式存在,少量以金属单质形式存在。

 

表1 铅冰铜主要化学成分分析结果(质量分数)/%

  

1) 单位为 g/t。

 

Pb Cu Fe S As Sb Ag1) Au1)13.08 34.62 19.11 15.22 5.91 4.99 2 155 2.6

试验设备包括粉碎机、磨粉机、电子天平(2 kg)、高压反应釜(2 L)、烧杯若干、量筒、过滤系统一套、玻璃棒、精密酸度计、干燥箱、研钵以及旋流电解设备(5 L)。

1.2 试验流程及方法

采用高温高压纯氧氧化法提取铅冰铜中铜。取200 g经破碎、磨粉后的铅冰铜粉料倒入反应釜内,加入一定量的水、硫酸以及添加剂,加盖密封,开始升温,待温度升到设定值后持续通氧,通过控制适宜的技术条件,反应完成后进行液固分离,铅冰铜中的铜进入液相,绝大部分铁以赤铁矿的形式与铅、银、金等有价金属一起进入渣相,浸出后的硫酸铜溶液经调酸后直接进行旋流电解得到合格的阴极铜产品,浸出渣返回铅冶炼系统综合回收铅、银、金等有价元素。氧压浸出发生的主要反应有:

 

试验流程如图1所示。

  

图1 试验流程

2 试验结果与讨论

2.1 氧压浸出工序

搅拌的主要作用在于促进动量、热量和质量传递的进行。在浸出过程中搅拌能使固体反应物颗粒悬浮于溶液中,及时充分地与液相反应物发生作用,能使固体反应物的边界层厚度变薄,降低边界层扩散阻力,增加反应物的扩散速度和生成物的离散速度。浸出温度150℃,其他条件不变,搅拌速度对铜浸出率和浸出液中铁含量的影响见图7。从图7可以看出,铜浸出率随搅拌转速增加而升高。搅拌转速在500 r/min以下时,搅拌速度对铜浸出率影响非常明显,搅拌速度大于500 r/min时,搅拌转速对铜浸出率影响较小。浸出液中铁含量随搅拌转速增加而降低。综合考虑,搅拌速度控制在600 r/min较为适宜。

2.1.4 氧压对铜、铁浸出的影响

在氧压浸出过程中,控制硫酸浓度非常关键,硫酸浓度过高或过低都达不到理想的浸出效果。不加酸直接用氧气氧化铅冰铜物料非常困难。因此控制酸量尤为重要。

在铅冰铜氧压浸出试验中,木质素的加入至关重要。在铅冰铜物料氧化反应过程中,由于硫酸铅和单质硫的生成,容易结团,将部分铅冰铜物料包裹于其中,导致反应不彻底,严重影响铜浸出率。添加剂木质素的加入很好地解决了硫酸铅和元素硫包裹物料的问题。搅拌速度600 r/min,其他条件不变,木质素用量对铜浸出率和浸出液中铁含量的影响见图8。由图8可以看出,若不加入木质素,氧压浸出试验中有大量黑渣产生,由于元素硫对物料包裹的影响,铜浸出率仅为62.37%。随着木质素用量增加,铜浸出率上升趋势非常明显。木质素用量小于4 g时,有或多或少的黑渣产生,木质素用量大于4 g后,无黑渣产生,此时,铜浸出率达到93.95%。综合考虑,木质素的加入量4 g(即2%)较为合适。

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图2 硫酸用量对铜浸出率及浸出液中铁含量的影响

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2)通过加入分散剂,较好地解决了硫酸铅夹带和元素硫包裹铜的问题。

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2.1.3 浸出时间对铜、铁浸出的影响

液固比4∶1,其他条件不变,浸出时间对铜浸出率和浸出液中铁含量的影响见图4。从图4可以看出,铜浸出率随浸出时间延长而增加。在试验前2 h,铜浸出率呈快速上升趋势,2 h以后,铜浸出率没有明显变化。而浸出液中铁含量随浸出时间延长先快速下降后缓慢下降。综合考虑,浸出时间控制在2 h较为合适。

  

图3 液固比对铜浸出率及浸出液中铁含量的影响

  

图4 浸出时间对铜浸出率及浸出液中铁含量的影响

(一)死记硬背,理解不到位。学生在学习物理知识时,只是单纯的死记硬背,没有真正的理解知识。这使学生在解题的时候,出现无从下手的情形。而且死记硬背的知识在一段时间后,会出现记忆混乱的情况,导致学生做题时,用错公式,张冠李戴。

氧压浸出过程中,氧气是先溶解在溶液中然后才与固体反应物反应的,提高氧气压力可以提高氧气在溶液中的溶解度,从而提高反应过程中的氧化速率。浸出时间2 h,其他条件不变,氧压对铜浸出率和浸出液中铁含量的影响见图5。从图5可以看出,随着氧压升高,铜浸出率升高,在氧压为1.6 MPa时,铜浸出率达到93.95%,而继续增加氧压,铜浸出率增加不再明显。溶液中铁含量随氧压增大明显降低,当氧压为1.6 MPa时,浸出液中铁含量为1.56 g/L。综合考虑,氧压选择1.6 MPa较为合适。

  

图5 氧压对铜浸出率及浸出液中铁含量的影响

2.1.5 浸出温度对铜、铁浸出的影响

温度是加压氧浸过程中影响反应速度的重要因素,一般来说浸出率随温度升高而上升,但温度过高,一方面增加能耗,另一方面饱和蒸气压也随之增大,增加了反应釜的操作难度。氧压1.6 MPa,其他条件不变,浸出温度对铜浸出率和浸出液中铁含量的影响见图6。从图6可以看出,铜浸出率随浸出温度升高而增加。当浸出温度140℃时,铜浸出率已达到93%以上。浸出液铁含量随浸出温度升高而降低,原因是随着浸出温度升高,铁离子发生了水解沉淀。综合考虑,加压浸出温度控制在140~150℃较适宜。

  

图6 浸出温度对铜浸出率及浸出液中铁含量的影响

2.1.6 搅拌速度对铜、铁浸出的影响

2.1.1 硫酸用量对铜、铁浸出的影响

  

图7 搅拌速度对铜浸出率及浸出液中铁含量的影响

2.1.7 木质素用量对铜、铁浸出的影响

铅冰铜200 g、液固比6∶1、氧压1.6 MPa、温度150 ℃、搅拌速度600 r/min、浸出时间3 h、木质素用量5 g条件下,硫酸用量对铜浸出率和浸出液中铁含量的影响见图2。由图2可以看出,硫酸用量为100 mL时铜浸出率最高,而此时浸出液中铁含量为1.03 g/L。硫酸用量小于100 mL时铜浸出率偏低,浸出液中铁含量基本无变化;硫酸用量大于100 mL时,溶液中铁含量明显升高,铜浸出率明显降低,浸出渣中出现黑色球状小颗粒,用火点燃时可轻易燃烧,火焰呈兰色,烟气有明显的刺激性气味,对其进行化学成分分析,其中含Cu 35.64%、含S 45.37%。从其成分及反应现象可以看出,黑色球状小颗粒应该是单质硫与尚未完全浸出的铅冰铜物料粘结抱团而成,形成机理尚不清楚,经多次试验结果表明,只有在酸浓度偏高时才有这种情况出现。因此硫酸用量最优值为100 mL(硫酸理论值的1.8倍,硫酸理论值以铅冰铜中铜含量计算而得)。

  

图8 木质素用量对铜浸出率的影响

2.2 旋流电解提取铜

将经氧压浸出得到的硫酸铜溶液进行旋流电解试验,硫酸铜溶液中铜含量为63.29 g/L,电解工艺条件为:电流密度600 A/m2,电压2.80 V,此时电流效率达93%,电耗约 2 100 kW·h/t阴极铜。 随着电解液的循环,最终电解液中铜含量低至10 g/L,废电解液可返回氧压浸出工序。旋流电解提取铜得到的阴极铜的化学成分符合 GB/T 467-2010(Cu-CATH-2)[11]1 号标准铜要求,其成分见表2。

从CNKI收集的文献研究资料显示,把书法作为一种休闲的生活方式的研究显得非常少,笔者仅找到两篇文章,可见从这个角度切入,我们会有新的发现和新的期待。其中一篇是金学智先生《寿从毫端来——书法养生功能简论》,在第二部分专门讲述了从养生美学的视角看书法的功能,并从书学史角度追索了书法与休闲绾结在东汉的源头,并重点从宋朝欧阳修为代表的休闲养生的书法观,及其理论和实践两个层面证明了书法休闲功能,但是该文的休闲多指古代文人的书法休闲,与本文所关注的大众参与的休闲活动尚有差别。

 

表2 阴极铜产品化学成分分析结果(质量分数)/%

  

Cu Bi S Ag Pb Sb As Fe 99.975 0.000 4 0.002 1 0.000 8 0.001 3 0.000 9 0.001 1 0.001 6

3 结 论

1)氧压浸出的最优条件为:硫酸用量为理论值的1.8 倍,液固比(4~5) ∶1,氧压1.4~1.6 MPa,温度150±5℃,浸出时间2~2.5 h,木质素用量2%。在该条件下,铜浸出率可达93.5%,绝大部分铅、银、金进入渣相,铁90%以上进入渣相。

一花引得百花开。之后,有孩子受此鼓舞,陆续成诗几首,有模有样;虽未必佳,却也可喜可贺。因为,这可是格律诗的雏形啊!

硫酸用量100 mL,其他条件不变,液固比对铜浸出率和浸出液中铁含量的影响见图3。由图3可知,液固比对铜浸出影响不大,但随液固比增大,浸出液中铁含量明显下降。考虑到实际生产,液固比选(4~5)∶1较适宜。

3)旋流电解提取铜时,其电流效率高达93%,阴极铜产品符合 GB/T 467-2010(Cu-CATH-2)1号标准铜要求。

2.1.2 液固比对铜、铁浸出的影响

4)采用氧压酸浸工艺,有效实现了铅冰铜物料中主金属铜与其他有价金属的选择性分离。同时简化了工艺流程,投资规模灵活,对环境友好、生产成本低、无“三废”排放,符合“清洁生产”的环保原则。

参考文献:

[1]包晓波,肖 峰,杨天足.碱性高压处理铅冰铜过程中铜的行为研究[J].金属材料与冶金工程, 2011,39(2):7-11.

时间要素中的基准指代与环境要素是类似的,有别于传统意义上的指代,并且对其识别也与环境要素类似.在已标注语料中,具有此类指代关系的两个时间要素,其照应要素大多是“昨天”“今天”等抽象时间词,可通过构建一个抽象时间要素词典进行识别,再找出其对应的先行要素.对于同一时间的指代,在标注中发现,具有此类指代关系的两个时间要素,照应要素也是一些抽象的时间词,比如“现”“当时”等,因为语料都是新闻题材类的文本,所以“目前”和“现”大多指代的是新闻的报道时间,而对于“当时”,其先行时间一般出现在前一个事件中或与其最近的且包含时间要素的事件中.

[2]黄海飞,谢兆凤,刘万里,等.一种铅冰铜火法处理工艺[P].中国专利:CN103320614A,2013-09-25.

[3]李晓晖,艾仙斌,胡 淼,等.红土铜矿硫酸化浸出工艺研究[J].矿冶工程, 2017(3):90-93.

(2)核心层:提供高速数据转发,并部署计费认证、网络防火墙、流量控制、上网行为管理和安全系统等设备用以进行集中安全管理控制。

[4]朱 军,白苗苗,李 凡,等.硫化镍矿氧压浸出试验研究[J].矿冶工程, 2016(2):71-74.

(1)孔口设置鼓风机进行孔内通风,风管管口距孔底不大于2m。作业前先进行通风,且爆破后通风排烟时间不少于30min,空气质量检测结果满足要求时再进入孔内作业。

[5]周 韫,廖 乾,解振朝,等.氧化铜钴精矿浸出试验研究[J].矿冶工程, 2016(6):84-86.

[6]金嗣水.铅冰铜的湿法处理[J].有色金属(冶炼部分),1982(2):76-78.

[7]杨天足,文剑峰.碱性加压处理铅铜锍的工艺研究[D].长沙:中南大学冶金科学与工程学院,2011.

[8]蒋朝金,黄海飞.铅冰铜盐酸浸出试验研究[J].湖南有色金属,2015,31(4):36-38.

[9]邓 涛.旋流电解技术及其应用[J].世界有色金属(技术装备),2012(12):34-37.

诗中“积雨金铺”所写的连绵不断的大雨引发了诗人的担忧,故而诗人“盼放晴”;“钧天”为传说中天帝居住的地方,暗含了诗人祈盼天帝能够及时停雨的心愿;诗后的注文叙述了乾隆皇帝盼望天气放晴,命乐工奏《月殿云开曲》止雨的举措,与诗歌内容相合。《清实录》记载,乾隆五十九年(1794年)七月,永定河决堤,加之暴雨连绵不断,泺阳洪水泛滥,民不聊生,乾隆忧心民生,前往泺阳巡视,管世铭伴驾[8]405。管世铭的诗歌所写的正是他陪王伴驾的见闻与感受,诗中的“直庐不隔钧天听,月殿云开字最明”不仅传递了诗人的心声,也反映了最高统治者对民生疾苦的关切。《甲寅扈跸泺阳,往返恭纪六首》其四云:

[10]胡 雷,沈李奇,佟永明,等.旋流电解技术在处理铜阳极泥过程中的运用[J].有色冶金设计与研究, 2015,36(4):33-35.

[11]GB/T 467-2010, 阴极铜[S].

 
蒋朝金,谢兆凤,蒋兆慧,黄前军,覃小龙,谭代娣,李家元
《矿冶工程》 2018年第02期
《矿冶工程》2018年第02期文献

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