[发明专利]用反应氢搅拌与气浮法提取铜粉及置换装置

说明书

本发明涉及一种在冶金工业中以废铁屑置换铜溶液中的铜提取铜粉的方法及置换装置。

从低含铜溶液中提取铜粉，目前国内外广泛采用废铁置换法。此法存在着成本高，产出铜不纯，需要再熔炼，废铁耗量大等缺点。此法采用的设备一般使用“敞口流槽”、“圆锥置换沉淀器”，最近报导的“氮搅拌置换槽”、日本专利“水平置换器等”，上述方法及采用的设备分别存在劳动强度大、置换速度慢、需要氮气气源，铁耗、酸耗大，操作繁琐和造价高等不足，且所产铜粉的品位在90%以下，很难提高经济效益。

本发明的目的是提供一种利用置换反应得到的氢气作为搅拌介质并气浮提取金属铜粉的方法及与之配套的置换装置。

以废铁屑置换含铜溶液中的铜主反应为：

Cu²⁺+Fe＝Cu+Fe²⁺……①

反应自由能为：

△G＝-nFE＝-nf[（E⁰Cu/Cu²⁺-E⁰Fe/Fe²⁺）-RT/nFln·aFe²⁺/aCu²⁺]

当温度为298K，反应达到平衡时，△G＝0，则

ln·aFe²⁺/aCu²⁺＝（E⁰Cu/Cu²⁺-E⁰Fe/Fe²⁺）·nF/RT＝[0.037-（-0.44）]×2×96500/8.31×298＝60.5aFe²⁺/aCu²⁺＝2×10²⁶

上述比值表明，溶液中的铜几乎全部可以被铁置换出来。所以合理的工艺，就可以进一步提高铜的回收率，降低能耗和原材料消耗。

另外，整个置换过程还有如下副反应发生。

Fe+2H⁺＝Fe²⁺+H₂↑……②

Fe+1/2O₂+2H⁺＝Fe²⁺+H₂O……③

Cu+1/2O₂+2H⁺＝Cu²⁺+H₂O……④

2Fe²⁺+1/2O₂+2H⁺＝2Fe³⁺+H²O……⑤

2Fe³⁺+Cu＝2Fe²⁺+Cu²⁺……⑥

2Fe³⁺+Fe＝3Fe²⁺……⑦

由于被置换的含铜溶液中通常含有酸，②式是不可避免的，③……⑦式是因为空气中氧的参与而产生的，式③、⑤、⑦使置换反应铁耗增加，式④、⑥使已置换出的铜重新溶解。所以副反应的综合结果除造成铁耗、酸耗增大、置换效率下降外，因过多的铁带进的杂质也会影响铜粉的质量。

基于上述分析，根据如下原理产生本发明。

1.选择合适的搅拌方式，以保证反应的动力过程;

2.利用反应中产生的还原性氢气作为搅拌气源;

3.利用微气泡的悬浮作用使铜粉与铁屑分离;

4.利用连续磁选分离部分杂质，提出铜粉的品位。

整个反应尽量避免空气参与。

本发明的工艺过程如下：

在反应器内装满铁屑，待置换的含铜溶液从反应器进液口进入，耐酸离心泵从反应器下部吸出部分铜溶液加压后经循环管道进入水力喷射器，在喷嘴附近高速液流携带反应器液面上方由置换反应产生的氢气一道进入水力喷射器的混合管，形成微气泡，喷入反应液中，在微气泡不断上升的过程中实现了对溶液的搅拌，同时使已置换出来的铜粉与铁屑分离上浮，氢气通过气液介面重新回到反应器上部容腔，被置换出的铜粉和残液一道经磁选器磁选后从溢流口放出。落入反应器底部的铜粉经离心泵和回渣管返回反应器中部，反应基本在隔绝空气的条件下进行。