铅冰铜氧压酸浸—电积提铜工艺及理论研究

论文摘要

铅矿通常伴生有铜,在铅火法冶炼过程中,铜进入粗铅。粗铅火法精炼一般采用加硫除铜的方法脱铜,所产浮渣经反射炉溶析后产出三个产品：粗铅、铅冰铜和渣。铅冰铜除含铜外,还含铅、银等元素。迄今,通常采用火法冶金处理这类物料,然而,这种方法存在金属回收率低、环境污染严重、工艺流程长、投资大、成本高等缺点。所以,开发适合于处理该类物料的高效清洁冶金技术具有重要的现实意义。本论文以铅冰铜及铅冰铜与熔析渣混合料（简称混合料）为物料,在查阅大量资料、对比多种处理方法的基础上首次提出了氧压酸浸——直接电积提铜的全湿法清洁冶金新工艺,并对其中的关键技术进行了理论和试验研究。主要包括以下内容：1、绘制了423K下的Cu2S-H20系E-PH图和298K下的MeS-H2O系E-pH图,并对铅冰铜和混合料的氧压酸浸过程热力学进行了分析2、研究了铅冰铜浸出过程工艺条件。系统研究了铅冰铜用新液或电积废液返回氧压酸浸试验工艺条件：浸出时间、氧分压、液固比、矿样粒度、酸量、浸出温度、搅拌速度和浸出溶液中初始Cu2+浓度对铜浸出率和浸出液中铁含量的影响。结果表明：浸出时间、氧分压、酸量、浸出温度和搅拌速度对铜浸出率和浸出液中铁含量有很大影响,液固比、矿样粒度和用于浸出料样的浸出溶液初始Cu2+浓度对铜浸出率和浸出液中铁含量影响不明显。最佳浸出条件为：浸出时间2-3h,氧分压0.8MPa,总压1.2～1.3MPa,酸量理论量（T）,浸出温度140～150℃,搅拌速度600rpm,液固比10：1,料样粒度-100目占55%（粗磨料）。在最佳浸出条件下：铜浸出率≥97%,浸出液铁含量<5g/L。渣率～30%,铅入渣率100%,银入渣率>98%,铁入渣率>60%,单质硫产出率～25%。3、熔析渣中也含有铜,在生产中较难将铅冰铜与熔析渣彻底分开,故最好将铅冰铜与熔析渣合起来考虑（混合料）,系统研究了混合料浸出过程工艺条件。混合料含硅高,浸出后料浆过滤很困难。通过试验研究找到了提高过滤性能的方法。用新液浸出时,加复合絮凝剂A。废电积液返回浸出时需要在浸出后向料浆中加入CaC03,调pH至1.5左右,然后加复合絮凝剂A,能很好地解决料浆过滤难的问题。在最佳浸出条件下：矿浆过滤速度220～550 L/m2·h,Cu浸出率>90%,浸出液铁含量<2g/L,渣率55-75%,铅入渣率100%,银入渣率>95%,铁入渣率>80%,单质硫产出率～25%。4、研究了浸出液直接电积提铜试验。电积最佳工艺技术条件为：极间距4cm,温度25～40℃,电流密度220A/m2,电积液循环速度250L/m3·h,电积终点电积液铜浓度～25g/L,电积液铁含量<10g/L,添加剂20～70g/t·Cu。在此工艺技术条件下,电流效率>90%,槽电压2.0～2.1 V,并得到了符合国标CATH-2要求质量的阴极铜。5、为验证工艺的稳定性,进行了浸出——电积,电积废液返回浸出的循环试验,共进行了五个循环,取得的技术指标如下：（1）、铜回收率>97.48%（2）、渣率～30%（3）、铅入渣率100%（4）、银入渣率>97.55%（5）、铁入渣率>59.68%（6）、单质硫产出率～23%6、研究了铅冰铜氧压浸出动力学,建立了料样粒度、总压、浸出温度和酸度对其影响的动力学方程。计算了表观反应活化能：21.03KJ/mol,表明铅冰铜氧压酸浸过程受混合控制。最后建立了铅冰铜氧压浸出铜的数学模型：α（%）=100×{1-[1-r0/1exp（-1.5856-2608.46T/1+0.646lnP+0.228ln C）t]3}以65个试验结果检验此模型,吻合甚好。,论文的创新点为：（1）、提出了一条处理铅冰铜和混合料的技术路线,研发了从铅冰铜和混合料中回收铜的全湿法冶金新工艺,并申请了发明专利。（2）、系统研究了反射炉处理粗铅加硫除铜所产生的铅浮渣所产铅冰铜和混合料的氧压酸浸的工艺条件,并得到了高的铜浸出率。（3）、通过试验找到了解决高硅高铁混合料氧压酸浸料浆过滤难的方法。（4）、试验研究了低酸溶液体系的直接电积提铜,并获得了符合国标CATH-2要求的阴极铜。（5）、绘制了423K下的Cu2S-H2O系E-pH图；研究了铅冰铜氧压酸浸的动力学,并建立了料样粒度、总压、浸出温度和酸度对其影响的动力学方程,在此基础上建立了铅冰铜氧压浸出铜的数学模型。

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摘要

Abstract

第一章概述

1.1 铜的性质、用途、产量和消费

1.1.1 铜的性质

1.1.2 铜的用途

1.1.3 铜的产量和消费

1.2 铜资源

1.2.1 铜的矿物

1.2.2 铜矿床

1.3 铜的生产方法

1.3.1 火法炼铜

1.3.2 湿法炼铜

1.4 铅冰铜处理工艺的研究现状及进展

1.5 加压湿法冶金研究历史沿革

1.6 本课题提出的意义及技术方案

1.7 本课题研究的主要内容和主要创新点

1.7.1 本课题研究的主要内容

1.7.2 本课题的主要创新点

第二章浸出过程热力学研究

2S-H₂O系E-pH图'>2.1 Cu₂S-H₂O系E-pH图

2O系E-pH图'>2.2 MeS-H₂O系E-pH图

2.3 除铁过程理论分析

2.4 小结

第三章铅冰铜浸出试验研究

3.1 试验研究方法

3.1.1 试验物料

3.1.2 试验试剂、仪器和设备

3.1.3 试验操作过程

3.1.4 试验结果分析方法

3.2 浸出试验结果与讨论

3.2.1 氧压浸出条件试验研究

3.2.2 在较低温度与氧压下的浸出试验研究

3.2.3 常压氧浸探索试验研究

3.2.4 电积废液返回氧压浸出试验研究

3.2.5 酸量的控制

3.3 小结

第四章铅冰铜与熔析渣混合料氧压浸出试验研究

4.1 试验物料

4.2 矿浆过滤性能研究

4.2.1 加酸量对过滤性能的影响

4.2.2 一次浸出加絮凝剂试验

4.2.3 二次浸出中和-絮凝试验

4.3 最佳工艺条件试验

4.4 浸出-电积-浸出循环试验浸出结果

4.5 浸出渣的处理

4.6 小结

第五章电积试验研究

5.1 电积试验研究方法

5.1.1 试验用电积液

5.1.2 试验设备

5.1.3 试验操作过程

5.2 电积试验结果与讨论

5.2.1 铁浓度的影响

5.2.2 电积终点Cu浓度

5.2.3 电积液始酸浓度

5.2.4 电积液的循环速度

5.2.5 电积的工艺技术条件

5.2.6 阴极铜的质量

5.3 工艺流程及全流程物料平衡

5.4 小结

第六章铅冰铜氧压浸出动力学研究

6.1 液-固反应动力学研究的原理与方法

6.2 动力学试验

6.2.1 试验原料

6.2.2 试验装置及方法

6.3 试验研究结果与讨论

6.3.1 矿样粒度对Cu浸出率的影响

6.3.2 温度对Cu浸出率的影响

6.3.3 压力对Cu浸出率的影响

6.3.4 酸度对Cu浸出率的的影响

6.4 Cu氧压浸出数学模型的建立

6.5 小结

第七章结论与展望

7.1 结论

7.2 展望

致谢

参考文献

附录A （学习期间发表的论文、专利及获奖）

附录B （阴极铜照片）

附录C （动力学方程回归数据及方法）

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