[发明专利]利用碳水化合物生物质还原CuO制备Cu的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用碳水化合物生物质还原CuO制备Cu的方法，属冶金工程技术领域和生物质资源化利用技术领域。

背景技术

传统的铜冶炼一般可以分为两种，即火法冶炼（Pyrometallurgy）和湿法冶炼（Hydrometallurgy）。前者又称为干式冶金，是把含铜矿石和必要的添加物一起在炉中加热至高温，熔化为液体，进行所需的化学反应，从而分离出粗铜，然后再将粗铜精炼。从节能环保的角度看，火法冶金存在的主要问题是需要较高的温度（一般大于1000 °C），在加热一些含硫等矿物时会有低浓度难处理的SO₂气体产生，粉尘也容易被排放到大气中，并使用氨水、重油、石油气、碳甚至氢气作为粗炼的还原剂，是一种高耗能高污染的冶炼方式。目前，火法冶炼的主导地位正逐步被湿法冶炼所取代。

传统湿法冶炼是用酸液从铜矿石中浸取铜，然后用溶液电积等方法制取铜，应用在低品位、难熔化或微粉状的矿石。典型的湿式冶炼的工艺流程是将开采后的铜矿石粉碎，用稀硫酸淋洗，然后用LIX-64（2-羟基-5-十二烷基苯甲酮肟）等有机萃取剂萃取以富集铜。电解富集后的铜液，铜在阴极沉积。控制酸度，可使90 %的铜循环于溶剂萃取-电积单元，最终得到高纯铜。这种湿法冶炼虽然不会有粉尘、SO₂产生，但是需要用硫酸作为浸取剂，酮肟类有机试剂作为萃取剂，存在环境污染风险，而且电积时电能消耗巨大，生产周期较火法长，工艺的适用性差。

随着环保与低碳观念的深入，人们对金属冶炼过程的高能耗和高污染越来越关注，迫切需要高效、低碳、环保的冶炼工艺。自然界中金属多以氧化物或硫化物的形式存在于矿石中，如果能用廉价的还原剂低温直接还原这些氧化物或硫化物，则有望实现金属绿色冶炼的突破。

生物质是地球上存量最为丰富的可再生资源，它来自于太阳能，通过植物的光合作用形成种类繁多的物质，其中以碳水化合物居多。由于生物质具有再生循环、用途广泛、碳中性的特点，其资源化利用研究逐渐受到人们的关注。碳水化合物生物质主要由糖类物质组成，它们是多羟基的醛或酮。显然，醛基、酮基、羟基都是具有还原性的官能团。因而，环境友好、存量丰富、可再生的碳水化合物生物质可以直接用作金属化合物的还原剂。

葡萄糖、果糖等糖类易溶于水，可以较快的参与到均相反应中。而纤维素分子结构有些特别，X射线衍射和电子显微镜研究表明，纤维素分子形成的分子束的直径大约是3 nm，分子之间通过氢键链接，每一个小束上大约有30个分子，具有很强的结晶性质。所以在常温下，纤维素几乎不溶于水，也没有还原性。水热技术可以很好的解决纤维素还原性的瓶颈。一方面，在高温水中，纤维素的氢键被有力的削弱，另一方面，高温水具有较高的离子积（K_w），可以促进纤维素水解为具有还原性的纤维二糖或葡萄糖。因此，水热技术可以扩大生物质还原金属化合物的应用范围。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用碳水化合物生物质还原CuO制备Cu的方法。该方法利用葡萄糖、纤维素等碳水化合物生物质，在150~400 °C反应1.5~6 h，可以得到纯度大于99%的Cu微米颗粒。同时，碳水化合物转变为乳酸、乙酸等有机酸及乙二醇、丙二醇等二元醇。