黑铜泥综合利用技术研究

摘要

砷作为铜精矿中伴生的有害元素,在铜冶炼的每一个工艺环节都会产生大量含砷的中间物料,砷的存在不仅对冶炼过程带来不利影响,同时也会带来环境的污染问题。本研究以铜电解液净化环节产出的黑铜泥为原料,制备在木材防腐上有着广泛应用的砷酸铜产品。探讨研究了黑铜泥碱浸和酸浸的工艺条件及其碱浸过程的动力学机理,主要完成了以下几个方面的工作:
　　 (1)通过单因素实验,确定碱浸黑铜泥的最佳工艺条件为:浸出温度85℃,液固比为10:1,NaOH浓度为1 mol/L,反应时间为6 h,通入空气量为0.8 Nm3/h,搅拌速度为400 r/min。在最佳工艺条件下浸出,黑铜泥中As的浸出率在92％以上,Cu、Bi的浸出率均在2％以下,Sb的浸出率在3％左右。浸出渣中Cu、As、Sb的含量分别为:68％～73％、4％～9％、3％～5％。由实验结果可知:碱浸后Cu、As实现了分离,Cu在浸出渣中富集,Sb、Bi也有不同程度的富集。
　　 (2)黑铜泥的碱浸反应过程是气—液—固多相反应,符合液—固反应的收缩性未反应核模型,反应由3个步骤组成,浸出速率不是由单独一个步骤控制,而是外扩散、内扩散和界面化学反应三个步骤混合控制。
　　 (3)通过单因素实验,确定黑铜泥酸浸的最佳工艺条件:浸出温度80℃,液固比为10:1,H2SO4浓度为1 mol/L,反应时间为4 h,通入空气量为0.8 Nm3/h,搅拌速度为400 r/min。在最佳工艺条件下浸出,Cu和As的浸出率均超过88％,酸浸渣率在20％左右;浸出液中Cu的浓度在45 g/L左右,As的浓度在16 g/L左右。
　　 (4)确定制备砷酸铜的工艺条件:酸浸液和碱浸液混合后Cu/As=1.1,pH=3.5,反应温度T=60℃,反应时间t=1 h,得到的砷酸铜沉淀经过至少3次搅拌水洗。经XRD分析,砷酸铜产品的主要结构为Cu5As4O15·9H2O。砷酸铜产品的成分基本达到新西兰国家标准,Cu、总As、As3+、Fe、Na、水分和酸不溶物的含量分别为:31.22％、29.86％、0.14％、0.0073％、2.91.％、0.32％、3.26％,其中Na的含量超出了要求,应该是沉淀的洗涤次数不够,可以通过增加洗涤的次数来降低砷酸铜产品中Na的含量。

目录

文摘

英文文摘

第一章.绪论

1.1 前言

1.2 铜电解液的净化和黑铜泥的产生

1.2.1 渗析法

1.2.2 离子交换法

1.2.3 萃取法脱砷

1.2.4 共沉淀法除砷、锑、铋

1.2.5 氧化法除砷、锑、铋

1.2.6 电解沉积法脱铜及脱砷锑铋

1.3 As的危害、应用及治理现状

1.3.1 As的危害

1.3.2 As的应用

1.3.3 砷的产品形式及治理现状

1.4 黑铜泥的回收利用

1.4.1 黑铜泥碱性浸出生产As2O3

1.4.2 黑铜泥酸性浸出制备AS2O3和单质砷

1.4.3 黑铜泥酸性浸出与砷滤饼碱性浸出生产砷酸铜

1.4.4 黑铜泥酸性浸出生产硫酸铜和砷酸铜工艺

1.4.5 黑铜泥为原料生产硫酸铜和亚砷酸

1.5 本课题研究的主要内容、目的及意义

第二章.实验原理及方法

2.1 实验原理

2.2 实验所用原料、药品及设备

2.2.1 实验所用黑铜泥的成分和物相分析

2.2.2 试验过程所用的化学试剂如下

2.2.3 实验设备及仪器如下

2.3 实验方法

2.3.1 实验流程图

2.3.2 实验装置图

2.4 分析与测试

2.4.1 浸出液和浸出渣中Cu含量的测定

2.4.2 其它

第三章 黑铜泥的碱浸实验

3.1 引言

3.2 实验原理

3.3 黑铜泥碱浸实验研究

3.3.1 温度对As浸出率的影响

3.3.2 液固比对As浸出率的影响

3.3.3 反应初始碱浓度对As浸出率的影响

3.3.4 反应时间对As浸出率的影响

3.3.5 碱浸过程综合实验条件

3.4 黑铜泥碱浸过程动力学分析

3.5 小结

第四章 黑铜泥的酸浸实验

4.1 引言

4.2 黑铜泥酸浸实验原理

4.3 黑铜泥酸浸实验研究

4.3.1 初始酸浓度对Cu、As浸出率影响

4.3.2 温度对Cu、As浸出率影响

4.3.3 液固比对Cu、As浸出率影响

4.3.4 浸出时间对Cu、As浸出率影响

4.3.5 黑铜泥酸浸过程综合条件实验

4.4 小结

第五章 制备砷酸铜工艺研究

5.1 引言

5.2 实验原理

5.3 砷酸铜的制备

5.4 小结

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢

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