2016年省賽答辯(定稿)

高砷鉛冰銅中銅的清潔高效提取工藝研究指導(dǎo)老師：李家元姓名：匡翦

黃瑤

傅荷峰

劉英澤

胡文杰單位：湘南學(xué)院化學(xué)生物與環(huán)境工程學(xué)院目錄高砷鉛冰銅中銅的清潔高效提取工藝研究實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)流程實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

2背景高砷鉛冰銅簡(jiǎn)介及處理現(xiàn)狀氧壓浸出-旋流電解工藝的優(yōu)點(diǎn)1結(jié)果實(shí)驗(yàn)結(jié)論最優(yōu)條件下結(jié)果展示

3實(shí)驗(yàn)掠影及致謝

4主要內(nèi)容背景高砷鉛冰銅是以銅浮渣為原料，加純堿、硼砂、焦粒,采用反射爐連續(xù)熔煉之后的鉛冰銅破碎后磨粉，經(jīng)過110目篩所得，在砷與鐵的含量上與傳統(tǒng)的純堿—鐵屑法生產(chǎn)的鉛冰銅差別較大。本課題高砷鉛冰銅主要來(lái)源于銅浮渣火法冶煉。銅浮渣是銅浮渣是粗鉛火法精煉時(shí)產(chǎn)出的副產(chǎn)物，一般含有銅15%～25%，鉛50%～80%，此外還含有鋅、砷、錫、鎳、鎘、鈷、銀、金等元素。1高砷鉛冰銅簡(jiǎn)介背景2高砷鉛冰銅處理現(xiàn)狀火法濕法氨水浸出法再電積空氣氧化法酸浸再電積堿浸加壓浸出法再電積操作條件惡劣，生產(chǎn)周期長(zhǎng)

物料消耗多，浸出率低電積過程存在相當(dāng)多的技術(shù)問題氧化極為緩慢，生產(chǎn)周期長(zhǎng)浸出率低、浸出液雜質(zhì)很多電積過程存在較多技術(shù)問題

工藝流程長(zhǎng)、金屬回收率低

能耗高、損失大、成本高環(huán)境污染嚴(yán)重、操作條件惡劣

工藝流程復(fù)雜

消耗大量片堿，生產(chǎn)成本高副產(chǎn)品硫酸鈉量大、純度低

綜上所述，目前還沒有一種具有金屬回收率高；環(huán)境污染少；工藝流程短；投資?。怀杀镜偷姆椒ㄌ幚砀呱殂U冰銅。因此，開發(fā)一種適合于處理高砷鉛冰銅物料、廣大鉛冶金企業(yè)適用、且經(jīng)濟(jì)效益好、對(duì)環(huán)境無(wú)污染的新工藝具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。投資規(guī)模靈活廣大鉛冶金企業(yè)適用工藝流程短環(huán)境污染少金屬回收率高生產(chǎn)成本低新工藝的優(yōu)點(diǎn)3氧壓浸出-旋流電解工藝的優(yōu)點(diǎn)背景實(shí)驗(yàn)1實(shí)驗(yàn)流程實(shí)驗(yàn)2實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析2.1氧壓浸出試驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)研究了液固比、硫酸用量、氧壓、浸出時(shí)間、反應(yīng)溫度、攪拌速度以及添加劑木質(zhì)磺酸鈉的用量等因素對(duì)銅、鐵浸出的影響。2.1.1

酸度對(duì)浸出效果的影響

浸出過程中，初始酸濃度對(duì)浸出的影響是非常顯著的，酸濃度過高或過低不僅僅對(duì)浸出過程十分不利，還會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的酸平衡，進(jìn)一步影響后續(xù)電積過程。而如果不加酸，直接用氧氣氧化原料的過程是相當(dāng)難以實(shí)現(xiàn)的。因此探究出最佳的初始酸濃度是十分重要的。圖1為浸出液中銅、鐵的含量與硫酸用量的關(guān)系實(shí)驗(yàn)2實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析2.1.2

浸出時(shí)間對(duì)浸出效果的影響浸出時(shí)間對(duì)浸出率有很大影響。浸出率一般隨著浸出時(shí)間的延長(zhǎng)而增加，當(dāng)浸出率達(dá)到較高值之后，繼續(xù)延長(zhǎng)時(shí)間，浸出率增加很小，但明顯增加了生產(chǎn)周期，降低了生產(chǎn)率。故選擇合適的浸出時(shí)間是很有必要的。圖2為浸出液中銅、鐵的含量與浸出時(shí)間的關(guān)系實(shí)驗(yàn)2實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析2.1.3

液固比對(duì)浸出效果的影響由圖3可知，液固比的大小對(duì)銅、鐵浸出的影響不大，但液固比也不能太小，液固比太小會(huì)導(dǎo)致酸度過高，以致溶液中鐵含量較高，不利于生產(chǎn)，綜合考慮，液固比選4～5：1比較合適。圖3為浸出液中銅、鐵的含量與液固比的關(guān)系實(shí)驗(yàn)2實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析2.1.4

氧壓對(duì)浸出效果的影響

氧壓浸出，氧氣是先溶解在溶液中然后才與固體反應(yīng)物作用的，提高氧壓可以提高氧氣在溶液中的溶解度，從而提高其對(duì)硫化礦物的氧化速率，提高氧壓同時(shí)可以增大氧電極電位，從而增大其與硫化物氧化反應(yīng)之間的電位差，使得氧壓浸出更容易進(jìn)行。圖4為浸出液中銅、鐵的含量與氧壓的關(guān)系實(shí)驗(yàn)2實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析2.1.5

溫度對(duì)浸出效果的影響溫度在加壓氧浸過程中起著重要的作用，通常升高溫度能夠使浸出率增加。但溫度太高，將增加能耗，同時(shí)增加蒸汽壓力，加大加壓釜的操作難度。圖5為浸出液中銅、鐵的含量與浸出溫度的關(guān)系實(shí)驗(yàn)2實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析2.1.6

攪拌速度對(duì)浸出效果的影響

攪拌的主要作用在于促進(jìn)“三傳”即動(dòng)量、熱量、和質(zhì)量傳遞的進(jìn)行。在浸出過程中攪拌能使固體反應(yīng)物顆粒懸浮于溶液中，能使其及時(shí)充分地與液相反物發(fā)生作用，能使固體反應(yīng)物的邊界層厚度變薄，降低邊界層擴(kuò)散阻力，增加反應(yīng)物的擴(kuò)散速度和生成物的離散速度。圖6為浸出液中銅、鐵的含量與攪拌速度的關(guān)系實(shí)驗(yàn)2實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析2.1.7

添加劑木質(zhì)磺酸鈉用量對(duì)浸出效果的影響在鉛冰銅氧化浸出階段，由于PbSO4和單質(zhì)S的生成，容易形成膠結(jié)，將部分鉛冰銅物料夾帶及包裹于其中，導(dǎo)致物料反應(yīng)不完全，大幅度降低了銅的浸出率。添加劑木質(zhì)磺酸鈉的加入較好地解決了硫酸鉛夾帶和元素硫包裹物料的問題。圖7為浸出液中銅、鐵的含量與木質(zhì)磺酸鈉用量的關(guān)系實(shí)驗(yàn)2實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析2.1.8

硫鐵礦對(duì)浸出液中砷的影響在前期探索實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)高砷鉛冰銅中因?yàn)殍F含量低，砷含量較高，在氧壓酸浸時(shí)，浸出液中砷的濃度總是較高，影響后續(xù)銅的旋流電解工藝，產(chǎn)生的陰極銅難以達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，為了使浸出液中砷的濃度維持在較低水平，考慮添加一些硫鐵礦，在浸出過程中產(chǎn)生一定量的鐵離子，從而將砷沉淀下來(lái)，同時(shí)在反應(yīng)完成后，多余的鐵離子應(yīng)該最終會(huì)沉淀下來(lái)，從而維持浸出液中較低的鐵離子濃度。圖5為浸出液中砷、鐵的含量與添加的硫鐵礦的關(guān)系實(shí)驗(yàn)2實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析2.2鉛冰銅浸出液旋流電積實(shí)驗(yàn)時(shí)間輸入電流（A）輸入電壓（V）槽電壓（V）陰極銅質(zhì)量（g）電流效率(%)陰極銅含量(%)2:1520.02.01.9545.9296.999.972:3020.02.01.962:4520.02.11.983:0020.02.11.983:2020.02.12.003:4520.02.22.014:0020.02.22.014:1520.02.22.01一次電解實(shí)驗(yàn)2實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析時(shí)間輸入電流（A）輸入電壓（V）槽電壓（V）陰極銅質(zhì)量（g）電流效率(%)陰極銅含量(%)4:3520.02.11.9545.8796.799.954:5020.02.22.085:1020.02.22.055:2520.02.22.065:4220.02.22.086:0520.02.32.096:3520.02.32.10二次電解實(shí)驗(yàn)2實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析三次電解時(shí)間輸入電流（A）輸入電壓（V）槽電壓（V）陰極銅質(zhì)量（g）電流效率(%)陰極銅含量(%)7:2520.02.22.1245.4395.899.907:4020.02.11.958:0520.02.21.988:3020.02.22.108:5820.02.32.159:2520.02.22.15實(shí)驗(yàn)2實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析四次電解時(shí)間輸入電流（A）輸入電壓（V）槽電壓（V）陰極銅質(zhì)量（g）電流效率(%)陰極銅含量(%)9:4020.02.22.1343.8792.5399.509:5520.02.22.1510:1020.02.32.1810:2520.02.32.1510:4020.02.32.2010:5520.02.32.2111:1020.02.22.0011:2520.02.22.1211:4020.02.32.20結(jié)論1通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，得出氧壓浸出的最優(yōu)條件。在此條件下，銅的浸出率達(dá)到90%以上，鉛、銀、金100%入渣，鐵90%以上入渣，砷的脫除率達(dá)到%。并較好地解決了硫酸鉛夾帶和元素硫包裹銅的問題。2采用氧壓酸浸工藝，有效實(shí)現(xiàn)了鉛冰銅物料中的Cu與其他有價(jià)金屬（Pb、Ag、Au等）的選擇性分離，銅與其他有價(jià)金屬分別富集于浸出液和浸出渣中，通過硫鐵礦的添加，有效實(shí)現(xiàn)了砷與鐵的共沉積。3采用旋流電積，與傳統(tǒng)平行板電積比較可以采用較大電流密度，并且電