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铜的萃取

2008-06-22 15:28阅读：

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第一节 萃取的基本概念和原理
一,基本概念
1,萃取: 就是水相中的被萃取组分与有机相接触后,通过物理和化学作用,使被萃取物部分或者几乎全部进入有机相,以实现萃取组分的富集和分离的过程.
2,相比: 在萃取过程中,有机相与水相体积的比例.
3,萃取率: 萃入有机相中的元素离子总量占两相中元素离子总量的百分比.
4,萃取剂: M5640酮肟类高分子有机物.
主要物理性质:比重0.95
着火点:92.2ºC
毒性:低毒,对个别动物皮肤有中等刺激.
外观:琥珀色液体
闪点:>73ºC
铜络合物溶解度:(g·L-1)Cu >30(25ºC)
萃取性能指标(萃取剂10%体积百分比,PH=2的CuSO4溶液):
最大铜负载/(g.L-1) Cu
5.3∽5.9
萃取铜/铁选择性 ≥ 2000
萃取相分离时间/S ≤ 70S
铜的净传递量/(g.L-1) Cu ≥ 2.75
反萃取相分离时间/S ≤ 80S
5.260# 溶剂油,作用为萃取剂的稀释剂.
6.有机相,为萃取剂和260#溶剂油的混合物.
二,铜的溶剂萃取化学
羟肪萃取铜的化学反应为:
(2RH)org+(Cu2+ +SO2-)aq=====(R2Cu)org+(2H++SO42-)aq
这个反应式说明;
1. 每萃取1g/L的铜会产生1.54g/L的硫酸
2. 萃取和反萃是一个平衡反应.
3. 增加氢离子的活度会使反应从右向左运动;
4. 增加萃取剂的活度会使反应从左向右运动;
三,混合室效率
铜的回收率,取决于混合室效率,对于一个设计和操作都很好的萃取车间,混合室的效率应为:萃取:90—93%,反萃:98—100%
混合室效率=在混合室中实现的金属传递质量/达到平衡时间的金属传递质量×100%
在达到平衡时的金属传质量可通过从混合室中取乳液的样品并进一步将其混合6—10分钟,
以使体系达到平衡.
Qp-Of Af-Ap
萃取效率=____________×100=___________ ×100
Qe-Op Af-Ae



Of-Qp Ap-Af
反萃效率=___________×100=__________________ ×100
Of-Qe Ap-Ae
Af: 料液Cu, Of 空载有机相 Cu Ap 萃余液Cu
Oe 平衡后水相Cu Ae平衡后水相Cu
Oe 平衡后有机相Cu
四, 萃取系统中铜的质量平衡
在铜的萃取中,需要定期进行铜的质量平衡考查.
(F-R)Af =(Lo-So)Qf
或 Af/Qf=(F-R)/(Lo-So)=O/A
F: 料液Cu.g/L R:萃余液Cu.g/L, Lo负载有机相Cug/L
So:空载有机相Cug/L Af料液流量m3/h
Of: 有机相流量m3/h
从分析数据计算出来的化学反应的相比,应于由流量计读出的物理相比是相等的,如果这两个
相比不相等,则或者分析数据或者流量计读数有误,则需要进行核对,对反萃系统也有相似的质量
平衡.
这些数据应该定期核对,通过铜的质量平衡方程式可以计算出一些未知的数值.如你没有有机
相的流量计,可以计算有机相的流量.
五, 澄清室中的有机相厚度太小,有机相厚度低会导致:
1. 增加有机相的位移速度:
2. 减少有机相在澄清室中的停留时间;
3. 增大两相界面区的速度;
4. 这会导致相夹带水平提高;
六, 混合澄清槽中的空气
混合澄清槽中的空气有造成不良影响。
1. 空气在混合室中是第三相,它将减慢萃取和反萃取动力学.
2. 在澄清室中它会阻止分相.
3. 空气会让污物漂浮起来并传递到有机相的堰里。
空气的来源；
1. 相邻的混合室,提高在溜槽中有机相的厚度可以防止这个问题。
2. 混合室中的湍流,提高混合室的高度,采用折流障板.
七, 相夹带
1. 水相夹带有机相
水相夹带有机相,这会引起有机相在萃余液和电解液中的损失，有机相进入电解液中会造成阴极铜变色或阴极铜粘在不锈钢阴极板上难剥离,在电解车间中有机相会降解,因此不能返回到萃取车间。
2, 有机相夹带水相
负载有机相中夹带水相会将杂质元素,特别是铁传递到反萃段.夹带在空载有机相中的水相会把酸和铜传递到萃取液出口段，这会导致萃取段铜的回收率下降。
八, 相连续
1, 水相连续
就是水相是连续相,周围分布着有机相的小液滴..
2. 有机相连续
就是有机相是连续相,周围分布着水相的小液滴.
3, 相连续将确定有机相离开澄清室相堰时的行为:
当为水相连续时,有机相中不含水相,在水相中含有机相液滴.
当为有机相连续时,水相中不含有机相,在有机相中含有水相液滴.
为减少相夹带水平，通常要运行的混合室相连续为:
一萃: 水相连续,减少水相在负载有机相中夹带(当有污物时,可采用有机相).
二萃: 有机相连续,减少有机相在萃余液中的损失:
反萃: 有机相连续,减少有机相在电解中的损失:
4, 如何实现所须的相连续
要减少有机相在水中的夹带,要运行有机相连续.主要设置一个有机相回流管,以增加混合室中的相比O/A在1以上。
要减少水相在有机相中的夹带,要运行水相连续,就要设置一个水相回流管,将混合室中的相比O/A降到小于1.
第二节 萃取工艺流程及工艺指标
工艺流程简述:
萃取工艺流程有三条相对独立的流程路线，料液,有机相和废电解液.
1, 料液 一萃 二萃 萃余液
2, 有机相 反萃 二萃 一萃 有机相
3, 废电解液 反萃 富铜液
有机相池为负载有机相的汇集池,负载有机相经有机相泵输送到反萃搅拌槽的假底内与反萃液充分混合后，混合液经澄清池后分为两层,上层为空载有机相,下层为富铜液,富铜液经过浮油槽流进富铜液池,空栽有机相与一萃水相同时被二萃搅拌箱的叶轮吸到假底内经充分混合后，混合液经澄清池分为两层,上层为有机相,下层为萃余液,萃余液经萃余液缓冲池进入萃余液池,有机相被吸入一萃搅拌箱的假底内与料液泵从二次料液池打来的料液混合,混合液经澄清池分为两层,上层为富载有机相进入有机相池,下层为水相进入二萃搅拌箱.
工艺指标:
1,萃余液含铜小于0.2克/L
2,料液酸浓小于4克/L
3废电解液酸浓大于180克/L
4料液固体悬浮物小于50PPM
第三节 萃取与电积和浸出的关系
铜的溶剂萃取/反萃是湿法炼铜的三个工序中的一个工序,它将浸出和电积工序连接起来，其主要作用是:
1, 铜的富集,将浸出液中的铜浓度提高到50克/L,用于电积生产.
2, 铜的提纯,除掉如Fe,Mn,Co,Zn,Ca,Al等杂质.
因为浸出,萃取,电积三个工序是通过水相溶液关联的，任何一个工序操作条件的改变，都会影响到其它两个工序.由于水相溢液中杂质和过剩的酸会逐渐积累,因此，需要开路部分溶液从流程中除掉这些杂质或多余的酸，采用萃余液和电解液部分开路来控制杂质水平和过剩的酸。
在任一工序改变操作都会引起其他工序发生变化。
如果电解车间电积后产生的废电解液酸浓下降，达不到180克/L则会发生:
1 )负载有机相的铜不能完全反萃下来.
2 )进入二萃的再生有机相仍会有较高的铜;
3 )萃余液中的含铜量会增加而酸度会降低.
4 )萃取工序的铜回收率会下降;
5 )由于返回的萃余液酸度不够，铜的浸出率将下降，料液中铜的浓度会下降，结果从浸出传递到粗浅的铜量下降。
萃余液开路主要是为了控制总体溶液中杂质水平和过剩的酸。
电解液开路的主要目的是控制电解液中铁浓度在一定的水平，铁的浓度每升高1克/升,电流效率大约降低3%,一般电积效率约为92%,在电解车间铁的浓度一般控制在2克/生以下,铁通过物理夹带和化学反应的方式在反萃时进入电解,因为铁不会在电解槽中吸出金属铁，所以在电解液中铁浓度会不断增加.
第四节 影响萃余液指标的因素
一, 料液品位:
当料液品位达到6克/升以上时,萃余液的指标将恶化,因为有机相铜传递量的最大值约为5.5克/升左右,因为当料液升高，要加大稀释,将料液品位降低。
二, 料液酸浓:
料液酸浓的最大极限值为4.5克/升,否则萃余液中的铜含量将上升,处理的办法为:
1, 减少浸铜的用酸;
2, 通过加大洗水量,增加外排量来减少总酸量;
3, 直接加水降低料液酸浓.
三, 废电解液酸浓:
当废电解液酸浓降低到180克/升以下时,负载有机相中铜不能完全反萃下来,进入二萃的空载有机相仍含有较高的铜,造成萃余液超标处理的办法是电积岗位补酸,使酸浓达到180克/升以上.
四, 控制好相比;
一萃和二萃的相比为1:1,反萃的相比为1.2:1.5:1.
第五节 萃取岗位应注意的几个问题
一, 定期(每个星期一次)抽滤有机相池内的水，抽滤的水相视情况而定,如果是料液则抽到一萃的混合室内，如果是富铜液,将要抽到反萃混合室或者富铜液缓冲池,然后再用桶捞回有机相,抽滤后，吸管应该进萃余液池内冲洗有机相,以免有机相损失.
二, 当浓密机停车,不应向浓密机打萃余液,而又需要倒空料液池时,要减少料液的处理量,使外排量和处理量相等.
三, 协调压渣和浓密机岗的洗水量,因为洗水量即为外排萃余液量,不能使料液池和室内萃余液池跑冒.
四, 萃余液池和料液池内的有机相要及时清理.
五, 电积岗洗过料液中留下的有机相,不能再返回到萃取系统中.
第八章 电 积
第一节 电积的基本原理
电积是从含铜溶液中提取金属铜的主要方法。.
电积过程:
阴极过程:Cu2+ 在极片上获得电子面析出金属铜
Cu2+-2E=Cu E=0.34V
阳极过程:在阳极上进行水解析O
H2O-2E=1/2O2+2O2+2H+
电积就是在阴极上沉积铜而在阳极上，由于水解而析出O2的过程，反应式为:
Cu2++H2O=Cu+1/2O2+2H+
每沉积1克分子铜产生1克分子硫酸.
第二节 铜量计算及阴极电流效率
1, 理论铜的产量
根据拉第定律,通过1安培.小时电量时,在阴极上沉积1.186克铜.
2, 阴极电流效率:实际铜产量与理论铜产量的比值叫做阴极电流效率.
阴极效率，一般在77---92%之间,我厂定为>85%
3, 计算铜产量
日铜产量=电流*1.186*阴极电流效率*通电时间*电积槽个数.
4, 影响电流效率的因素.
(1) 电解液中的Fe3+可以溶解已沉积的阴极铜,从而使电流效率降低大约1%.
(2) 漏电入地损失1-3%.
(3) 阴阳极间断路损失1-3%在操作过程中,要保持槽面及周围干净,对极板和铜排的接触点，要经常用细砂布打磨，除去氧化层保证接触良好，防止短路和断路发生.
第三节 影响电积的因素
一, 电解液
1,电解液的净化程度
电解液中某些杂质影响电积效果，CI Fe3+ 和SiO2等.
2, 电解液中主要成分浓度的影响.
Cu2+和硫酸H2SO4含量直接影响电积效果，影响电解铜质量，Cu2+一般在45—50克/升, Cu2+浓度高时,增大电解液电阻,阳极表面Cu2+浓度升高，当电解液温度低时,有CuSO4.5H2O 析出堵塞管路, H2SO4 的作用是提高电解野的导电性,起波动含量为160---250克/升,我厂认为180—210克/升, H2SO4含量升高，电解液中的CuSO4溶解度则响应降低，其它杂质数量(Ni, As ,Sb,Fe)多时,将增大电解液电解电阻,降低CuSO4溶解度和影响阴极质量。
3, 电解液的温度，电解液要保持一定温度,适当提高温度有利于加快Cu2+的扩散,从而减少电极附近Cu2+浓度差,降低电解液的比电阻及电耗,电解液的温度一般为55--60℃.
4, 添加剂,添加剂的补充直接影响电解铜的质量，我厂加的是硫酸钴和瓜尔胶,硫酸钴的作用是保护阳极不被腐蚀,延长阳极寿命的作用，一般增加钴100—150PPm, 瓜尔胶的作用是使阴极铜表面光滑.阻止来自阳极的PbO,小颗粒在阴极沉积,还可以减少铜金属树枝状结晶的产生，加入的方法是在中等搅拌强度的条件下，缓慢地加入电解液储槽中,加入量为0.23—0.33千克/吨铜.
二, 电流密度和槽电压
铜在阴极上的沉积速度与阴极电流密度成正比，电流密度大，沉积速度快，过大的电流密度使析出的晶粒粗大，影响电解铜的质量,过小的电流密度影响电解铜的产量，电流以密度大引起阴极附近的 贫化，使极面结晶粗糙,浓差极化还将导致槽电压提高,槽电压是保证电积的必要条件，电压太底,电化学难以实现，高则电耗大;
第四节 影响电解铜质量的几个问题
一,始极尺寸,按现有阳极的实际尺寸稍大制作，78*70比原粮66*62提高了始极片面积，既在相同的条件下,降低了电流密度。
二, 规范阳极，阴极间的距离，同极距离为10.2CMM,使阴极与两个阳极之间的距离相等,则在相同浓度下铜离子沉积到阴极的距离一样，减少了表面粗糙.
三,平整阳极,阴极板必须是平整，放进槽内垂直，才能使极间距相等.
四,检查阴极短路情况，以及铜棒与铜排的接触点，保证接触良好。
五, 用热水清洗,浸泡新出的电解铜,洗去铜表面的酸液.
第四节 电积工作中应注意的几个问题
一,电解槽不能有渗漏的现象，发现要及时处理，汇报.
二,废电解液的酸浓一定要大于180克/升以上。
三,电解槽个槽的流量要均衡，要达到满负荷,否则在电流高时会出现烧极板的现象。
四,瓜尔胶和硫酸钴要按规定的用量，用温水搅拌开后加入.
五,料粒清洗,每个星期要清洗两次.
六, 电积送电流要根据富铜液品位，45克/升以上时送电流 A35---45克/升时送 A
30—35克/升时送 A30克/升以下时送 A
七,送电流时一定要缓慢，不可一次送的过大或降低的过快,,每次以 A为一档,稳定一小时后再降低或升高一档.

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