專利名稱：硫酸銅溶液催化空氣氧化法凈化除鐵工藝及設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及銅精礦濕法冶金及硫酸銅生產中硫酸銅溶液催化空氣氧化法的凈化除鐵工藝及設備。
本發明的
背景技術：
在銅精礦濕法冶金及硫酸銅生產中硫酸銅溶液的凈化除鐵的現有工藝是以二氧化錳(MnO2)、或雙氧水(H2O2)，作為氧化劑，其清耗量大，生產成本高。
本發明的設計目的避免背景技術中的不足之處，設計一種以空氣氧化劑赤對硫酸銅溶液凈化除鐵的硫酸銅溶液催化空氣氧化法凈化除鐵工藝及設備。
本發明的設計方案本發明采用催化空氣氧化法，以空氣為氧化劑來對硫酸銅溶液凈化除鐵，其不但生產成本低，而且有利于硫酸銅母液循環使用和提高各種含銅制品的產品質量。
本發明的基本原理是基于下列化學反應①②③④⑤根據上述反應式，當往含有硫酸亞鐵的酸性溶液(PH＜7)中加入少量含氮的化合物，例如銷酸鹽，如KNO3、NaNO3、Mg(NO3)2、Ca(NO3)2、NH4NO3等硝酸鹽，并有少量氧化還原引發劑(如過氧化苯甲酰、雙氧水、過硫酸鹽、過氧化物、過碳酸鹽等)存在時，氧化還原反應就會迅速開始。這時若再向溶液中鼓入空氣，空氣將使被還原的氮氧化物再氧化成高價氮氧化物，其與水作用又可生成硝酸或亞硝酸，可再去將二價鐵氧化成三價鐵，如此反復循環，直到氮氧化物自溶液跑入空氣中。跑入空氣中的氮氧化物則采用與天津化工研究院編《無機鹽工業手冊》(上冊)(第二版，化學工業出版社，北京，19951014-1094)上生產硝酸鹽類的相關工藝及設備即可生產成相應的硝酸鹽，但這里由于其吸收液可再作為氧化劑(僅需添加少量引發劑)使用，故生產成中和吸收液即可而不必生產成固體鹽類。如此不斷對硫酸銅溶液鼓入空氣和加入催化劑溶液，直到溶液中的亞鐵離子經檢驗符合生產相應含銅制品的要求時為止，然后以堿類(如NaOH、氮水、KOH、Ca(OH)2、石灰等)溶液調溶液PH值為3.0左右，就可使三價鐵生成沉淀，澄清后或過濾后清液即為進一步生產相應含銅制品的合格的硫酸銅溶液。其技術方案硫酸銅溶液凈化除鐵技術，①、采用催化空氣氧化法；②、往硫酸銅溶液中鼓入空氣，其鼓入的空氣為a、采用空氣增壓設備增壓，如空氣壓縮機、羅茨風機、多級小流量風機、鼓風機、引風機等；b、空氣增壓設備的吸入溫度為環境溫度，或-40℃～100℃；c、空氣增壓設備對空氣的增壓為1KPa～10MPa；d、對硫酸銅溶液鼓入的空氣量為每m3硫酸銅溶液為0～1000m3/h；e、增壓空氣吹入硫酸銅溶液的深度為0～10000mm(即吹氣管的插入深度)；f、增壓空氣也可完全從溶液底部吹入，即可采用氣體分布器也可采用鉆孔的板使空氣分散開。③、往硫酸銅溶液中加入催化劑溶液，所采用的催化劑溶液為a、溶液為水溶液，其中含有含氮化合物和引發劑；b、其中含氮化合物可為天津化工研究院編《無機鹽工業手冊》(上冊)(第二版，化學工業出版社，北京，19951014～1094)中所列的各類含氮化合物，如硝酸和亞硝酸的鉀、鈉、銨、鈣、鎂、鉬、鉍、銅等各種金屬的鹽類；c、其引發劑為各類過氧化物、過硫酸鹽、過碳酸鹽，如過氧化鈉、過氧化鈣、過硫酸銨、過硫酸鈉、過硫酸鉀、過碳酸鈉、過碳酸鉀、過氧化苯甲酰等等；d、溶液中含催化劑濃度為0～1000g/L，含引發劑濃度為0～500g/L；e、催化劑溶液溫度為0～100℃；f、催化劑溶液加入速度為對1m3硫酸銅溶液為0～10m3／h，加入時間為0～24h。其催化劑溶液與鼓入空氣同時進行，且催化劑加完后可再鼓一段時間的空氣。
本發明涉及的設備為1、空氣增壓設備。可為空氣壓縮機、羅茨風機、多機小流量風機、鼓風機、引風機等，升壓(表壓)為1KPa以上，對1m3硫酸銅溶液來講其氣體流量為0～1000m3／h，氣體吸入溫度為環境溫度(如-10～100℃)。
2、導管將增壓的空氣以導管引導至插入硫酸銅溶液中的吹氣管。
3、吹氣管形狀如
圖1。導入管部分是將由導管引來的增壓空氣引導至氣體分布器，導入管也可為直管或按盛裝硫酸銅溶液的容器壁垂直部分形狀的彎曲管，氣體分布器形狀可如董大勤編的《化工設備機械基礎》(中央廣播電視大學出版社，北京，1993377～382)中液體分布器的各種形式相同，也可按圖1之例用一根圓管盛裝硫酸銅溶液的按容器的橫截面內部形狀處理(圖1為以圓形容器為例的示意圖)，其管子的材料可為塑料或金屬(不銹鋼，1G18N9T)，其管子的直徑可按吹氣的氣速為0～100m/s設計。吹氣管內直徑為φ2～φ1000。同時也可采用空氣從硫酸銅溶液底部吹入(吹氣管可自容器內插入，也自在容器外而自容器底部吹入)，再用鋁孔的板將空氣分布開。
4、催化劑儲槽。配制好的催化劑可儲存于各種容器中，如塑料桶、不銹鋼桶、木桶等中，可用導管虹吸加入加料管中，此時在導管上可用某種夾子，如塑料夾、鱷魚夾、鐵夾等來控制流量。也可以在儲槽下部裝一閥門，以控制其流入加料管的流量。
5、加料管如圖2。可用其孔為φ2～φ100的不銹鋼管，鈦管或塑料管，一頭固定于反應容器上，并從這一端加催化劑溶液，而另一端需插入硫酸銅溶液中，其插入深度為10～10000mm，其插入液層部分開有小孔。
本發明的操作工藝條件為將需凈化除鐵的硫酸銅溶液(也可以在硫酸銅溶液中含有礦渣或其它不溶于稀硫酸的固體顆粒)加入裝有吹氣管和加料管的反應容器中，開動攪拌器(也可以采用加大吹氣量用空氣攪拌)，開動空氣增壓設備，并開始吹氣，其吹氣量為每1m3硫酸銅溶液為0～1000m3/h，吹氣增壓在1KPa～10MPa，吹氣溫度為-40～100℃(即空壓機吸入空氣溫度為環境溫度)，然后開始加入催化劑溶液，催化劑溶液的組成為含氮化合物如NaNO3為0～1000g/L，引發劑(如過氧化苯甲酰等)的濃度為0～500g/L，催化劑溶液溫度為0～100℃(即為周圍環境溫度)，對1m3硫酸銅溶液來講催化劑溶液加入速度為0～10m3/h，加入時間為0～24h硫酸銅溶液溫度為0～100℃，并維持硫酸銅溶液為酸性，即其PH＜7，尾氣用引風機抽至吸收塔，以Na2CO3溶液吸收，生成NaNO2和NaNO3溶液，如此一直吹空氣和加入催化劑，直到溶液中的亞鐵含量經檢驗后符合生產工藝要求為準，一般需將亞鐵離子濃度降低到0～25g/L的范圍，并以堿類(如NaOH等)溶液調節溶液PH值為3.0左右，使三價鐵沉淀。經澄清或過濾后的清液，即液固分離后的清液即為符合生產相應含銅制品工藝要求的硫酸銅溶液。
實施例1由銅精粉直接生產硫酸銅工藝中的硫酸銅溶液的凈化除鐵，銅精粉經按專利技術99115724.9催化沸騰焙燒后的焙砂，用稀硫酸浸出，浸出液固比為1.8∶1，礦渣與硫酸銅溶液均在裝有鼓空氣(吹氣管插入深度為2m)和加料設備(加料管插入深度為1m)的浸出槽中，溶液體積為3m3，85℃，含銅150g/L，含亞鐵30g/L，PH2。開動浸出槽的攪拌器。鼓入空氣，40℃，表壓25KPa，流量10m3/h。并開動尾氣吸收裝置，然后加入含氮化合物(這里為NaNO3(濃度20％))和引發劑(這里為過氧化苯甲酰(濃度為0.1％))的催化劑水溶液，35℃，流量為60L/h。催化劑加料2h，然后繼續鼓入空氣1h。這樣經測定，硫酸銅溶液中的亞鐵降至2.5g/L，以NaOH溶液(含NaOH為40g/L)調溶液PH2.9。該硫酸銅溶液即可進行液固分離濃縮結晶，可得到符合G B 43793優等品的硫酸銅產品。
實施例2由銅精粉生產電解銅工藝中的硫酸銅溶液凈化除鐵，銅精粉經催化沸騰焙燒后的大焙砂，用稀硫酸或電解母液浸取銅，浸出液固比為2.2∶1，礦渣和硫酸銅溶液均在裝有鼓空氣(吹氣管插入深度為3m)及加料設備(加料管插入深度為2m)的反應釜中，溶液體積為10m3，溶液溫度為90℃，溶液含銅為120g/L，含亞鐵為28g/L，溶液PH為1.8。開動反應釜的攪拌器，鼓入空氣，溫度為38℃，增壓(表壓)為36KPa，流量為28m3/h，并開動尾部吸收裝置。然后加入催化劑溶液(含NH4NO3為18％，含過氧化苯甲酰為0.2％)，溫度為30℃，流量為150L/h，催化劑加料為2.3h。催化劑加完后繼續鼓入空氣1.5h，這樣得到硫酸銅溶液含亞鐵為1.0g/L，以NaOH調PH2.8后，進行液固分離即可得到符合生產電解銅的硫酸銅溶液，以下按濕法冶金中生產電解銅的工藝步驟進行。
實施例3一般硫酸銅溶液的凈化除鐵，硫酸銅溶液含銅為140g/L，含亞鐵為30g/L，溶液溫度為60℃，溶液體積為4m3，將其裝入安裝有吹氣(吹氣管插入液層為1.8m)及加料裝置(插入液層為1m)的反應釜內，開始吹壓縮空氣，溫度為20℃，吹氣量為30m3／h，增壓為23KPa，并開動尾氣吸收裝置。然后打開加料裝置，以100L/h的速度加入含NaNO2(濃度為15％)和過硫酸銨(濃度為1％)的溶液，加料2.8h后停止加料，繼續吹氣2.5h，可得溶液中亞鐵濃度為0.25g/h，調PH 3.1，液固分離后該溶液符合生產結晶硫酸銅，電解銅或生產各種含銅制品的要求。
權利要求
1.一種硫酸銅溶液凈化除鐵技術，其特征是a、采用催化空氣氧化法；b、往硫酸銅溶液中鼓入空氣；c、往硫酸銅溶液中加入催化劑溶液；
2.根據權利要求1所述的硫酸銅溶液凈化除鐵技術，其特征是其鼓入的空氣為a、采用空氣增壓設備增壓，如空氣壓縮機、羅茨風機、多級小流量風機、鼓風機、引風機等；b、空氣增壓設備的吸入溫度為環境溫度，或-40℃～100℃；c、空氣增壓設備對空氣的增壓為1KPa～10MPa；d、對硫酸銅溶液鼓入的空氣量為每m3硫酸銅溶液為0～1000m3/h；e、增壓空氣吹入硫酸銅溶液的深度為0～10000mm(即吹氣管的插入深度)；f、增壓空氣也可完全從溶液底部吹入，即可采用氣體分布器也可采用鉆孔的板使空氣分散開。
3.根據權利要求1所述的硫酸銅溶液凈化除鐵技術，其特征是所采用的催化劑溶液為a、溶液為水溶液，其中含有含氮化合物和引發劑；b、其中含氮化合物可為各類含氮化合物，如硝酸和亞硝酸的鉀、鈉、銨、鈣、鎂、鉬、鉍、銅等各種金屬的鹽類；c、其引發劑為各類過氧化物、過硫酸鹽、過碳酸鹽，如過氧化鈉、過氧化鈣、過硫酸銨、過硫酸鈉、過硫酸鉀、過碳酸鈉、過碳酸鉀、過氧化苯甲酰等等；d、溶液中含催化劑濃度為0～1000g/L，含引發劑濃度為0～500g/L；e、催化劑溶液溫度為0～100℃；f、催化劑溶液加入速度為對1m3硫酸銅溶液為0～10m3／h，加入時間為0～24h。
4.根據權利要求1所述的硫酸銅溶液凈化除鐵技術，其特征是其催化劑溶液與鼓入空氣同時進行，且催化劑加完后可再鼓一段時間的空氣。
全文摘要
本發明涉及銅精礦濕法冶金及硫酸銅生產中硫酸銅溶液的凈化除鐵及設備。本發明采用空氣催化劑氧化法將硫酸銅溶液中的二價鐵氧化成三價鐵,然后調節pH3.0左右使鐵沉淀,從而達到硫酸銅溶液凈化除鐵的要求。
文檔編號C22B3/00GK1285416SQ9911174
公開日2001年2月28日 申請日期1999年8月18日 優先權日1999年8月18日
發明者何柱生 申請人:何柱生