专利名称：硫酸铜溶液催化空气氧化法净化除铁工艺及设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及铜精矿湿法冶金及硫酸铜生产中硫酸铜溶液催化空气氧化法的净化除铁工艺及设备。
本发明的
背景技术：
在铜精矿湿法冶金及硫酸铜生产中硫酸铜溶液的净化除铁的现有工艺是以二氧化锰(MnO2)、或双氧水(H2O2)，作为氧化剂，其清耗量大，生产成本高。
本发明的设计目的避免背景技术中的不足之处，设计一种以空气氧化剂赤对硫酸铜溶液净化除铁的硫酸铜溶液催化空气氧化法净化除铁工艺及设备。
本发明的设计方案本发明采用催化空气氧化法，以空气为氧化剂来对硫酸铜溶液净化除铁，其不但生产成本低，而且有利于硫酸铜母液循环使用和提高各种含铜制品的产品质量。
本发明的基本原理是基于下列化学反应①②③④⑤根据上述反应式，当往含有硫酸亚铁的酸性溶液(PH＜7)中加入少量含氮的化合物，例如销酸盐，如KNO3、NaNO3、Mg(NO3)2、Ca(NO3)2、NH4NO3等硝酸盐，并有少量氧化还原引发剂(如过氧化苯甲酰、双氧水、过硫酸盐、过氧化物、过碳酸盐等)存在时，氧化还原反应就会迅速开始。这时若再向溶液中鼓入空气，空气将使被还原的氮氧化物再氧化成高价氮氧化物，其与水作用又可生成硝酸或亚硝酸，可再去将二价铁氧化成三价铁，如此反复循环，直到氮氧化物自溶液跑入空气中。跑入空气中的氮氧化物则采用与天津化工研究院编《无机盐工业手册》(上册)(第二版，化学工业出版社，北京，19951014-1094)上生产硝酸盐类的相关工艺及设备即可生产成相应的硝酸盐，但这里由于其吸收液可再作为氧化剂(仅需添加少量引发剂)使用，故生产成中和吸收液即可而不必生产成固体盐类。如此不断对硫酸铜溶液鼓入空气和加入催化剂溶液，直到溶液中的亚铁离子经检验符合生产相应含铜制品的要求时为止，然后以碱类(如NaOH、氮水、KOH、Ca(OH)2、石灰等)溶液调溶液PH值为3.0左右，就可使三价铁生成沉淀，澄清后或过滤后清液即为进一步生产相应含铜制品的合格的硫酸铜溶液。其技术方案硫酸铜溶液净化除铁技术，①、采用催化空气氧化法；②、往硫酸铜溶液中鼓入空气，其鼓入的空气为a、采用空气增压设备增压，如空气压缩机、罗茨风机、多级小流量风机、鼓风机、引风机等；b、空气增压设备的吸入温度为环境温度，或-40℃～100℃；c、空气增压设备对空气的增压为1KPa～10MPa；d、对硫酸铜溶液鼓入的空气量为每m3硫酸铜溶液为0～1000m3/h；e、增压空气吹入硫酸铜溶液的深度为0～10000mm(即吹气管的插入深度)；f、增压空气也可完全从溶液底部吹入，即可采用气体分布器也可采用钻孔的板使空气分散开。③、往硫酸铜溶液中加入催化剂溶液，所采用的催化剂溶液为a、溶液为水溶液，其中含有含氮化合物和引发剂；b、其中含氮化合物可为天津化工研究院编《无机盐工业手册》(上册)(第二版，化学工业出版社，北京，19951014～1094)中所列的各类含氮化合物，如硝酸和亚硝酸的钾、钠、铵、钙、镁、钼、铋、铜等各种金属的盐类；c、其引发剂为各类过氧化物、过硫酸盐、过碳酸盐，如过氧化钠、过氧化钙、过硫酸铵、过硫酸钠、过硫酸钾、过碳酸钠、过碳酸钾、过氧化苯甲酰等等；d、溶液中含催化剂浓度为0～1000g/L，含引发剂浓度为0～500g/L；e、催化剂溶液温度为0～100℃；f、催化剂溶液加入速度为对1m3硫酸铜溶液为0～10m3／h，加入时间为0～24h。其催化剂溶液与鼓入空气同时进行，且催化剂加完后可再鼓一段时间的空气。
本发明涉及的设备为1、空气增压设备。可为空气压缩机、罗茨风机、多机小流量风机、鼓风机、引风机等，升压(表压)为1KPa以上，对1m3硫酸铜溶液来讲其气体流量为0～1000m3／h，气体吸入温度为环境温度(如-10～100℃)。
2、导管将增压的空气以导管引导至插入硫酸铜溶液中的吹气管。
3、吹气管形状如
图1。导入管部分是将由导管引来的增压空气引导至气体分布器，导入管也可为直管或按盛装硫酸铜溶液的容器壁垂直部分形状的弯曲管，气体分布器形状可如董大勤编的《化工设备机械基础》(中央广播电视大学出版社，北京，1993377～382)中液体分布器的各种形式相同，也可按图1之例用一根圆管盛装硫酸铜溶液的按容器的横截面内部形状处理(图1为以圆形容器为例的示意图)，其管子的材料可为塑料或金属(不锈钢，1G18N9T)，其管子的直径可按吹气的气速为0～100m/s设计。吹气管内直径为φ2～φ1000。同时也可采用空气从硫酸铜溶液底部吹入(吹气管可自容器内插入，也自在容器外而自容器底部吹入)，再用铝孔的板将空气分布开。
4、催化剂储槽。配制好的催化剂可储存于各种容器中，如塑料桶、不锈钢桶、木桶等中，可用导管虹吸加入加料管中，此时在导管上可用某种夹子，如塑料夹、鳄鱼夹、铁夹等来控制流量。也可以在储槽下部装一阀门，以控制其流入加料管的流量。
5、加料管如图2。可用其孔为φ2～φ100的不锈钢管，钛管或塑料管，一头固定于反应容器上，并从这一端加催化剂溶液，而另一端需插入硫酸铜溶液中，其插入深度为10～10000mm，其插入液层部分开有小孔。
本发明的操作工艺条件为将需净化除铁的硫酸铜溶液(也可以在硫酸铜溶液中含有矿渣或其它不溶于稀硫酸的固体颗粒)加入装有吹气管和加料管的反应容器中，开动搅拌器(也可以采用加大吹气量用空气搅拌)，开动空气增压设备，并开始吹气，其吹气量为每1m3硫酸铜溶液为0～1000m3/h，吹气增压在1KPa～10MPa，吹气温度为-40～100℃(即空压机吸入空气温度为环境温度)，然后开始加入催化剂溶液，催化剂溶液的组成为含氮化合物如NaNO3为0～1000g/L，引发剂(如过氧化苯甲酰等)的浓度为0～500g/L，催化剂溶液温度为0～100℃(即为周围环境温度)，对1m3硫酸铜溶液来讲催化剂溶液加入速度为0～10m3/h，加入时间为0～24h硫酸铜溶液温度为0～100℃，并维持硫酸铜溶液为酸性，即其PH＜7，尾气用引风机抽至吸收塔，以Na2CO3溶液吸收，生成NaNO2和NaNO3溶液，如此一直吹空气和加入催化剂，直到溶液中的亚铁含量经检验后符合生产工艺要求为准，一般需将亚铁离子浓度降低到0～25g/L的范围，并以碱类(如NaOH等)溶液调节溶液PH值为3.0左右，使三价铁沉淀。经澄清或过滤后的清液，即液固分离后的清液即为符合生产相应含铜制品工艺要求的硫酸铜溶液。
实施例1由铜精粉直接生产硫酸铜工艺中的硫酸铜溶液的净化除铁，铜精粉经按专利技术99115724.9催化沸腾焙烧后的焙砂，用稀硫酸浸出，浸出液固比为1.8∶1，矿渣与硫酸铜溶液均在装有鼓空气(吹气管插入深度为2m)和加料设备(加料管插入深度为1m)的浸出槽中，溶液体积为3m3，85℃，含铜150g/L，含亚铁30g/L，PH2。开动浸出槽的搅拌器。鼓入空气，40℃，表压25KPa，流量10m3/h。并开动尾气吸收装置，然后加入含氮化合物(这里为NaNO3(浓度20％))和引发剂(这里为过氧化苯甲酰(浓度为0.1％))的催化剂水溶液，35℃，流量为60L/h。催化剂加料2h，然后继续鼓入空气1h。这样经测定，硫酸铜溶液中的亚铁降至2.5g/L，以NaOH溶液(含NaOH为40g/L)调溶液PH2.9。该硫酸铜溶液即可进行液固分离浓缩结晶，可得到符合G B 43793优等品的硫酸铜产品。
实施例2由铜精粉生产电解铜工艺中的硫酸铜溶液净化除铁，铜精粉经催化沸腾焙烧后的大焙砂，用稀硫酸或电解母液浸取铜，浸出液固比为2.2∶1，矿渣和硫酸铜溶液均在装有鼓空气(吹气管插入深度为3m)及加料设备(加料管插入深度为2m)的反应釜中，溶液体积为10m3，溶液温度为90℃，溶液含铜为120g/L，含亚铁为28g/L，溶液PH为1.8。开动反应釜的搅拌器，鼓入空气，温度为38℃，增压(表压)为36KPa，流量为28m3/h，并开动尾部吸收装置。然后加入催化剂溶液(含NH4NO3为18％，含过氧化苯甲酰为0.2％)，温度为30℃，流量为150L/h，催化剂加料为2.3h。催化剂加完后继续鼓入空气1.5h，这样得到硫酸铜溶液含亚铁为1.0g/L，以NaOH调PH2.8后，进行液固分离即可得到符合生产电解铜的硫酸铜溶液，以下按湿法冶金中生产电解铜的工艺步骤进行。
实施例3一般硫酸铜溶液的净化除铁，硫酸铜溶液含铜为140g/L，含亚铁为30g/L，溶液温度为60℃，溶液体积为4m3，将其装入安装有吹气(吹气管插入液层为1.8m)及加料装置(插入液层为1m)的反应釜内，开始吹压缩空气，温度为20℃，吹气量为30m3／h，增压为23KPa，并开动尾气吸收装置。然后打开加料装置，以100L/h的速度加入含NaNO2(浓度为15％)和过硫酸铵(浓度为1％)的溶液，加料2.8h后停止加料，继续吹气2.5h，可得溶液中亚铁浓度为0.25g/h，调PH 3.1，液固分离后该溶液符合生产结晶硫酸铜，电解铜或生产各种含铜制品的要求。
权利要求
1.一种硫酸铜溶液净化除铁技术，其特征是a、采用催化空气氧化法；b、往硫酸铜溶液中鼓入空气；c、往硫酸铜溶液中加入催化剂溶液；
2.根据权利要求1所述的硫酸铜溶液净化除铁技术，其特征是其鼓入的空气为a、采用空气增压设备增压，如空气压缩机、罗茨风机、多级小流量风机、鼓风机、引风机等；b、空气增压设备的吸入温度为环境温度，或-40℃～100℃；c、空气增压设备对空气的增压为1KPa～10MPa；d、对硫酸铜溶液鼓入的空气量为每m3硫酸铜溶液为0～1000m3/h；e、增压空气吹入硫酸铜溶液的深度为0～10000mm(即吹气管的插入深度)；f、增压空气也可完全从溶液底部吹入，即可采用气体分布器也可采用钻孔的板使空气分散开。
3.根据权利要求1所述的硫酸铜溶液净化除铁技术，其特征是所采用的催化剂溶液为a、溶液为水溶液，其中含有含氮化合物和引发剂；b、其中含氮化合物可为各类含氮化合物，如硝酸和亚硝酸的钾、钠、铵、钙、镁、钼、铋、铜等各种金属的盐类；c、其引发剂为各类过氧化物、过硫酸盐、过碳酸盐，如过氧化钠、过氧化钙、过硫酸铵、过硫酸钠、过硫酸钾、过碳酸钠、过碳酸钾、过氧化苯甲酰等等；d、溶液中含催化剂浓度为0～1000g/L，含引发剂浓度为0～500g/L；e、催化剂溶液温度为0～100℃；f、催化剂溶液加入速度为对1m3硫酸铜溶液为0～10m3／h，加入时间为0～24h。
4.根据权利要求1所述的硫酸铜溶液净化除铁技术，其特征是其催化剂溶液与鼓入空气同时进行，且催化剂加完后可再鼓一段时间的空气。
全文摘要
本发明涉及铜精矿湿法冶金及硫酸铜生产中硫酸铜溶液的净化除铁及设备。本发明采用空气催化剂氧化法将硫酸铜溶液中的二价铁氧化成三价铁,然后调节pH3.0左右使铁沉淀,从而达到硫酸铜溶液净化除铁的要求。
文档编号C22B3/00GK1285416SQ9911174
公开日2001年2月28日 申请日期1999年8月18日 优先权日1999年8月18日
发明者何柱生 申请人:何柱生