CN1299995C - 一种由硫化铜矿制取硫酸铜的生产工艺 - Google Patents
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Abstract
一种由硫化铜矿制取硫酸铜的生产工艺，是不加任何添加剂，直接把硫化铜矿粉放入卢奇式沸腾焙烧炉中，在660-710℃下焙烧成焙砂铜，其酸溶率达到98%以上，水溶率60-70%。焙烧炉中排出的SO2可直接用于制酸。焙砂铜与萃取工序返回的淡硫酸铜溶液混合，并补加硫酸调整液固比为1-2∶1，控制浸出终酸H2SO4浓度≤20g/L。浸出时也不添加任何氧化剂。铜的浸出率≥98%，结晶后的二次母液，用一种螯合萃取剂萃取净化，直接以硫酸铜形式回收利用铜。其萃取液用稀硫酸反萃取后，将反萃取液返回浸取工序用于焙砂铜浸出，含萃取剂的有机相返回二次母液萃取工序。本发明工艺简单，生产成本低，硫酸铜的总收率可达96%以上。
Description
技术领域
本发明与硫酸铜的生产技术有关，更具体地说是关于由硫化铜矿制取硫酸铜生产技术的改进。
背景技术
现有技术中硫酸铜的生产，一种是以一些铜的下脚料为原料来制取硫酸铜。CN1067454A、CN1127221A等专利也公开了直接用铜矿石制取硫酸铜。而CN1079207A专利则报导了以硫化铜为原料生产硫酸铜的生产技术。CN1079207A专利是在硫化铜矿中加入硫酸盐或硝酸盐、碳酸盐等无机盐，经焙烧制成焙砂铜，尔后通过浸取制得硫酸铜。
上述的生产工艺中，在浸出液里分别加入了铁粉或硝酸、亚硝酸盐等氧化剂来消除浸出液中的铁，尔后沉淀分离。多种助剂的加入，不仅增加了生产成本，也增加了浸出液中的杂质，并影响硫酸铜后续生产工序的难度和产品的纯度。尤其是硫酸铜生产的二次结晶母液，由于母液中所含杂质较多，现有技术中只能把二次母液中存留的硫酸铜转化成海绵铜或氧化亚铜等形式回收母液中的铜。这样不仅增加了设备与生产成本，而且也降低了硫酸铜的实际总收率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种工艺简单、能耗低、铜的利用率高、生产成本低，可制取高纯度和高硫酸铜收率的生产技术。
本发明的解决方案是采用以下工艺制取硫酸铜，它包括以下主要步骤：
1、硫化铜矿粉直接用卢奇式沸腾焙烧炉焙烧成焙砂铜，焙烧温度为660-710℃，控制通过风帽的气体流速为35-45m/s，沸腾床气体流速为0.5-0.8m/s，焙烧时间为7-9小时；
2、在浸出槽中放入焙砂铜与从萃取工段返回含硫酸的淡硫酸铜溶液混合，并补加硫酸，调整其液固比为1-2∶1，控制浸出终止时含硫酸(H2SO4)≤20g/L，在80-90℃下浸出硫酸铜，使浸出液中含Cu++在150-300g/L，铜的浸出率在98％以上；
3、浸出液经过滤去除残渣，滤液冷却结晶得到成品硫酸铜，其硫酸铜含量为96％以上；
4、一次结晶后母液经浓缩至含Cu++150-300g/L后，再次冷却结晶得到含量为94％以上的成品硫酸铜；
5、二次结晶后母液用通式(I)螯合萃取剂萃取，去除其中杂质，回收母液中的硫酸铜；
6、萃取液用稀硫酸反萃取后，得到的含硫酸铜反萃取液，返回浸出工序用于焙砂铜浸出。
本发明的首要特征在于不加任何添加剂，直接把硫化铜矿粉放入卢奇式沸腾焙烧炉中焙烧成焙砂铜。这一改进使得气体通过风帽的气体流速由原来18m/s提高到45m/s，强化了沸腾和传热传质过程，使空气和硫化铜矿粉得到均匀地混合接触，反应速度加快，焙烧停留时间缩短到7-9小时，提高了炉床的生产能力。烧成的焙砂铜其酸溶率达到98％以上；本发明焙烧温度控制在660-710℃，不仅可以提高炉床的生产能力，而且可以使焙砂中的二价铁最大限度地转化成三价铁，不需要添加任何氧化剂，既降低了生产成本又可以获得优质的浸出液，减轻了后续工序的除杂净化的负担。浸出液只需经过强制过滤，即可得到较为纯净、含铜量较高的浸出液，不需要其他除杂净化处理和浓缩，即可直接冷却结晶，获得含量≥96％的硫酸铜成品。
本发明使用卢奇式焙烧炉焙烧焙砂铜的另一特点是进入焙烧炉的硫化铜矿粉只需稍加干燥，使水份低于8％即可。由于焙烧工序不需要加任何添加剂，因此焙烧焙砂铜排出的SO2，其浓度为3.5-5％，还可以直接用于制硫酸，既达到了综合利用之目的，降低了生产成本，亦减少了SO2尾气对环境的污染。
本发明的另一个重要特征是对二次母液的净化处理技术。焙砂铜的浸出液经两次结晶后的母液中富集了多种杂质，它主要有Fe+++、Fe++、Zn++、Mn++、Ni++、Ca++、Mg++等，如果再循环使用，会影响硫酸铜产品质量。因此现有技术中是用铁屑把Cu++置换成海绵铜或以葡萄糖将Cu++还原成氧化亚铜等方法回收二次母液中的铜。这些方法，母液中的铜虽然得以回收再利用，但实质上仍影响了硫酸铜的实际收率，也增加了生产设备与成本。
本发明处理二次母液的特点就在于采用溶剂萃取法直接以硫酸铜形式回收二次母液中的硫酸铜，并将萃取回收的纯净硫酸铜溶液返回浸出工序再次用于焙砂铜的浸取，形成一种封闭循环。既节约了能源、加工成本，亦提高了硫酸铜的收率。
本发明在萃取工艺中所用的螯合萃取剂为如下通式(I)表示的化合物及其衍生物：
式中：R1选自C9-12的烃基；
R2选自氢；C1-2的烃基或芳基。
本发明优先选用的萃取剂是：5-壬基水杨醛肟、2-羟基-5-壬基乙酰苯肟和2-羟基-5-十二烷基二苯甲酮肟中的一种或其混合物。
本发明的萃取工艺包括以下主要步骤：
1、二次母液调至含Cu++8-12g/L，用通式(I)的螯合萃取剂作三级逆流萃取，萃取相比为：有机相∶水相＝1-1.5∶1，PH为1.8-2.0；
2、萃取后的有机相再用稀硫酸作二级逆流反萃取，反萃取相比为：有机相∶水相＝2-2.5∶1。
按本发明所述的萃取工艺可以得到含Cu++50g/L的反萃取液，萃取铜的回收率≥98％，萃取余液中含铜＜0.2g/L。
采用本发明的萃取工艺，可以获得高纯度的硫酸铜溶液，这种溶液可以用于生产试剂级和饲料级硫酸铜，也可以作为生产纯铜粉、铜箔等高附加值产品的原料。本发明则直接将这种高纯度的硫酸铜溶液返回浸出工序用于新一轮焙砂铜的浸出。所以本发明生产工艺硫酸铜的生产成本低，收率高，其总收率在96％以上。
附图说明
图1为本发明生产工艺流程示意图。
图中，1为硫化铜矿粉焙烧成焙砂铜，从焙烧炉排的低浓度SO2气体用于制硫酸；2是焙砂铜用返回含硫酸的淡硫酸铜溶液与补加的稀硫酸浆化浸出硫酸铜；3是浸出液滤去残渣后第一次冷却结晶得到含96％以上成品硫酸铜；；4是一次母液经浓缩后第二次结晶得到含94％以上硫酸铜成品；5是二次母液用萃取剂萃取铜；6是用稀硫酸进行反萃取，含淡硫酸铜的水相返回浸出工序用于焙砂铜浸出，含萃取剂的有机相返回二次母液萃取工序。
具体实施方式
一、实例1、2、3是硫化铜矿粉用卢奇式沸腾焙烧炉焙烧成焙砂铜的实施例，硫化铜矿粉的含水量低于8％。
| 实施例 | 1 | 2 | 3 | |
| 焙烧条件 | 焙烧温度，℃ | 670 | 690 | 710 |
| 气流速度，m/s | 0.55 | 0.65 | 0.75 | |
| 焙烧时间，h | 8.5 | 8 | 7.5 | |
| 焙砂性能 | 铜酸溶率，％ | 98.30 | 98.15 | 98.06 |
| 铜水溶率，％ | 67.25 | 64.30 | 61.25 | |
二、实例4、5为焙砂铜浸出的实施例
实施例4：取含铜19.80％的焙砂1000g，控制液固比1.2∶1，在80-90℃下搅拌浸出60分钟，终酸浓度控制在20g/L以下，铜的浸出率为98.10％，浸出液析出硫酸铜晶体778g，回收率96.07％。
实施例5，取含铜23.78％的焙砂1000g，控制液固比1.5∶1，在80-90℃下搅拌浸出60分钟，终酸浓度控制在15g/L以下，铜的浸出率为98.21％，浸出液析出硫酸铜晶体934g，回收率96.03％。
三、实例6、7、8为二次母液萃取净化处理的实施例。
实施例6，用5-壬基水杨醛肟萃取处理二次母液。
取二次母液1升，调节母液中含Cu++为12g/L，PH为1.8，加入15％萃取剂的煤油溶液，控制萃取相比为1.5∶1作三级逆流萃取。含铜的有机相用180g/L的稀硫酸进行二级反萃取，控制相比为2.5∶1反萃取液中含铜50g/L，萃余液中含铜少于0.2g/L，铜的回收率为98.16％。
实施例7，用2-羟基-5-十二烷基二苯甲酮肟萃取处理二次母液。
取二次母液1升，调节母液中含Cu++为8g/L，PH为2，加入20％萃取剂的煤油溶液，控制萃取相比为1∶1作三级逆流萃取。含铜的有机相用180g/L的稀硫酸进行二级反萃取，控制相比为2∶1，反萃取液中含铜42g/L，萃余液中含铜少于0.2g/L，铜的回收率为98.08％。
实施例8，用2-羟基-5-壬基乙酰苯肟萃取处理二次母液。
取二次母液1升，调节母液中含Cu++为10g/L，PH为2，加入20％萃取剂的煤油溶液，控制萃取相比为1.5∶1作三级逆流萃取。含铜的有机相用180g/L的稀硫酸进行二级反萃取，控制相比为2.5∶1，反萃取液中含铜49g/L，萃余液中含铜少于0.2g/L，铜的回收率为98.12％。
实施例9，用5-壬基水杨醛肟与2-羟基-5壬基乙酰苯肟1∶1混合物萃取处理二次母液。
取二次母液1升，萃取时调至母液中含Cu++10-12g/L，PH值为1.8，萃取相比为1.5∶1，作三级逆流萃取。含铜的有机相用180g/L的稀硫酸进行二级反萃取，控制相比为2.5∶1，反萃取液中含铜50g/L萃余液中含铜少于0.2g/L，铜的回收率98.36％。
Claims (3)
1、一种由硫化铜矿制取硫酸铜的生产工艺，包括矿粉焙烧、焙砂铜浸出、冷却结晶、结晶母液处理过程，其特征在于依次包括以下主要步骤：
1-1硫化铜矿粉直接用于卢奇式沸腾焙烧炉焙烧成焙砂铜，焙烧温度为660-710℃，控制沸腾炉气流速度为0.5-0.8m/s，焙烧时间为7-9小时；
1-2在浸出槽中放入焙砂铜与从萃取工段返回的含硫酸的淡硫酸铜溶液混合，并补加硫酸，调整液固比为1-2∶1，控制浸出终止时含硫酸≤20g/L，在80-90℃下浸出硫酸铜，使浸出液中含Cu2+在150-300g/L；
1-3浸出液经过滤去除残渣，滤液冷却结晶得到硫酸铜成品；
1-4一次结晶后母液经浓缩至含铜150-300g/L后，再次冷却结晶得到硫酸铜成品；
1-5二次结晶后母液，用通式(I)螯合萃取剂萃取，去除杂质，回收母液中的硫酸铜；所说的通式(I)为：
式中：R1选自C9-12的烃基；R2选自氢，C1-2的烃基或芳基；
1-6萃取液用稀硫酸反萃取后，得到含硫酸铜反萃取溶液，返回浸出工序用于焙砂铜的浸出。
2、依据权利要求1所述的硫酸铜生产工艺，其特征在于在操作步骤1-5中所说的萃取工艺还包括以下步骤：
2-1二次母液调至含Cu2+8-12g/L，在PH值1.8-2.0的条件下用通式(I)螯合萃取剂萃取，萃取相比为：有机相∶水相＝1-1.5∶1；
2-2萃取后的有机相再用稀硫酸反萃取，反萃取相比为：有机相∶水相＝2-2.5∶1。
3、依照权利要求2所述的硫酸铜生产工艺，其特征在于所说的通式(I)螯合萃取剂它选自5-壬基水杨醛肟、2-羟基-5-壬基乙酰苯肟、2-羟基-5-十二烷基二苯甲酮肟中的一种，或其混合物。
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