硫酸铜溶液深度脱钙的试验研究

摘要

硫酸铜是重要基础工业原料。硫酸铜的制备方法随原料来源不同有所差异,影响其产品品质因素很多,控制浸出液的杂质含量是关键问题之一。铜生产企业多采用含铜废料制备硫酸铜,铜浸出液成分复杂,净化工艺要求高,特别是深度脱除钙离子困难,直接影响硫酸铜产品的纯度和结晶粒度。本文以含钙硫酸铜料液为对象,对硫酸铜制备萃取过程深度脱钙的可能性进行了试验,提出了改变铜价态的深度脱钙方法,研究出较为经济可行的高品质硫酸铜制备工艺。
　　本文通过不同级数的萃取工艺,研究了萃取过程中不同P204浓度、相比、萃取时间及溶液pH等因素对脱钙效果的影响;采用改变铜离子价态的方法进行深度脱钙,研究了硫酸铜溶液中不同价态铜离子对脱钙效果的改性作用,分别试验研究了不同时间、温度、NaCl和NaOH用量、溶液pH、CuCl晶种加入量、液固比等因素对CuCl沉淀率、CuCl转型率、Cu2O浸出率及Ca2+脱除的影响。研究结果表明:
　　1.萃取试验条件:C(P204)=1.2mol/L、O/A=6:1,3min、pH=2.0,采用单级萃取时,Ca2+由1.0g/L降到0.2g/L左右,铜萃取率3％;同样条件下三级错流萃取时,硫酸铜液中Ca2+由0.7g/L降至0.01g/L,铜萃取率17%;条件同上三级逆流萃取时,Ca2+降至0.1g/L,铜萃取率8%;提高C(P204)为1.4mol/L,相比为8:1时,四级逆流萃取至第三级萃余液中Ca2+低于0.05g/L,铜萃取率20%。通过改变萃取工艺较难实现经济的深度脱钙。
　　2.在80℃、40min、pH值1.5~2.0、添加NaCl,SO2为还原剂,可生产CuCl沉淀,含钙:小于0.004%,沉淀率96%,实现了Ca2+分离;在100℃,NaOH10%,液固比5:1,2h的条件下,CuCl转型为Cu2O,转化率大于99%,受化学反应步骤控制;在90℃,液固比8:1,1h,硫酸浸出Cu2O,浸出率96%,受外扩散步骤控制,表观活化能为4.11kJ/mol;Cu2O溶出液经冷却结晶,制得高纯CuSO4·5H2O。采用改变铜离子价态可实现料液Ca2+的深度去除,并可实现CuCl、Cu2O、CuSO4·5H2O等的多品种生产。

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1 绪论

1.1 概述

1.2 硫酸铜生产工艺简介

1.3 硫酸铜生产中杂质脱除技术简介

1.4 硫酸铜溶液深度脱钙技术研究现状

1.5 研究内容与研究目标

2 脱钙技术路线及原理和方法

2.1 脱钙技术路线

2.2 溶剂萃取脱钙基本理论和方法

2.3 基于铜价态变化的脱钙原理和方法

2.4 分析方法

2.5 原料、试剂及仪器

3 溶剂萃取脱钙试验研究

3.1 pH对P204萃取金属离子顺序影响的理论分析

3.2 铜钙萃取分配比的测定及分离系数βCa/Cu计算

3.3 单级萃取深度脱钙的试验

3.4 正交试验

3.5 单因素验证性试验

3.6 P204多级萃取深度脱钙的试验

3.7 本章小结

4 基于变铜价态的深度脱钙工艺试验研究

4.1 热力学分析

4.2 SO2还原沉淀CuCl试验研究

4.3 CuCl转型Cu2O的试验研究

4.4 Cu2O溶出试验研究

4.5 Cu2O溶出液结晶硫酸铜试验

4.6 本章小结

5 结论与建议

5.1 结论

5.2 建议

致谢

参考文献

研究生期间发表的论文