酸浸法从铁氟龙废料中回收铜.pdf

1 8 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 2 0 1 5 年第6 期 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．1 0 0 7 - 7 5 4 5 ．2 0 1 5 ．0 6 ．0 0 5 酸浸法从铁氟龙废料中回收铜 周爱国，陈冬英，彭少华 赣州有色冶金研究所，江西赣州3 4 1 0 0 0 摘要采用常压酸浸法从铁氟龙废料中回收铜，考察了初始酸浓度、浸出助剂浓度、温度、时间对铜浸出 率的影响。结果表明，在常压下，初始硫酸浓度为3 ．5m o l ／L ，助浸剂为原料质量的1 5 ％，浸出5h ，铜浸 出率可达9 8 ％以上，浸出液中其它金属杂质含量较少。 关键词铜；铁氟龙；废料；酸浸 中图分类号T F 8 1 1文献标志码A 文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 1 5 0 6 0 0 1 8 0 3 C o p p e rR e c o v e r yf r o mW a s t eT e f l o nb yA c i dL e a c h i n g Z H O UA i G a n z h o uN o n f e r r o u s g u o ，C H E N GD o n g y i n g ，P E N GS h a o h u a M e t a l l u r g yR e s e a r c hI n s t i t u t e ，G a n z h o u3 4 1 0 0 0 ，J i a n g x i ，C h i n a A b s t r a c t C o p p e rw a sr e c o v e r e df r o mw a s t eT e f l o n P T F E b ya c i dl e a c h i n gu n d e ra t m o s p h e r i cp r e s s u r e ． T h ee f f e c t so fi n i t i a lc o n c e n t r a t i o no fs u l f u r i ca c i d 。i n i t i a lc o n c e n t r a t i o no fa s s i s t a n tl e a c h i n ga g e n t ， l e a c h i n gt e m p e r a t u r ea n dt i m eo nc o p p e rl e a c h i n gr a t ew e r ei n v e s t i g a t e d ．T h er e s u l t ss h o wt h a tc o p p e r l e a c h i n gr a t ei s9 8 ％w i t hl o wi m p u r i t yc o n t e n ti nl e a c h i n gs o l u t i o nu n d e rt h eo p t i m u mc o n d i t i o n si n c l u d i n g i n i t i a lc o n c e n t r a t i o no fs u l f u r i ca c i d o f3 ．5m o l ／L ．m a s sf r a c t i o no fa s s i s t a n tl e a c h i n ga g e n to f15 ％， l e a c h i n gt e m p e r a t u r eo f4 5 ℃。a n dt i m eo f5h ． K e yw o r d s c o p p e r ；T e f l o n P T F E ；w a s t e ；a c i dl e a c h i n g 填充铜粉使聚四氟乙烯 P T F E 复合材料的硬 度、承载能力以及耐磨损性得到了极大的提高，填充 铜、铅、镍的P T F E 复合材料的磨损量比纯P T F E 降低1 ～2 个数量级[ 1 屯] 。实际生产数据表明，P T F E 的合成、加工、二次加工和应用过程均会产生3 0 ％ ～5 0 ％的P T F E 废料，随着铁氟复合材料的大量应 用，含铜废料量也日益增多。含铜量在3 0 ％以上的 P T F E 废料是一种价值极高的铜原料，且从铁氟龙 废料中回收铜符合国家节能减排的产业政策。当前 从二次资源中回收铜等有价金属的方法主要有氧 压酸浸、氧化焙烧酸浸、氨浸、氯化浸出、微生物浸出 等[ 3 。9 ] 。本文采用酸加助浸剂直接浸出的方法回收 铜，与焚烧再浸出相比，避免产生含氟废气。 收稿日期2 0 1 5 - O l 一0 7 基金项目江西钨业集团公司科技计划项目 J W 一1 2 B - 0 作者简介周爱国 1 9 8 4 一 ，男，江西余干人，工程师，硕士研究生 1 试验部分 1 ．1 原材料和试剂 原材料来自某铁氟龙复合材料加工厂的废料， 呈黑色粉末状，细磨至一0 ．0 7 4m m 。废料中的铜主 要以铜单质、氧化铜等形态存在。主要成分 ％ C u3 2 ．2 0 、Z n3 ．5 2 、S n1 ．2 0 、P b1 ．7 2 、C5 ．0 0 、F e 0 ．1 0 、N i 盐酸；锌浸出率在9 9 ％以上、且相差不大。锌的标 准电极电位比铜更负，所以锌优先于铜进入水溶液 中。锡的浸出率都很低，因为锡容易氧化成四价锡 而生成沉淀进入渣中[ 】”1 1 ] 。硝酸铅溶于水，硫酸铅 不溶于水，氯化铅不溶于水，但是在有过量盐酸存在 的情况会生成溶于水的络合物r l “。因此硫酸作为 浸出剂可以使铜与铅实现良好的分离。 参照当前市场价格，理论上浸出1t 铜需要酸 的成本 假设H 完全反应 分别为盐酸21 7 1 ～ 23 9 2 元，硝酸39 0 9 ～55 0 0 元，硫酸9 2 2 ～10 1 6 元， 综合考虑成本与浸出效果，选择硫酸作为浸出剂。 2 ．2 初始酸度对浸出率的影响 试验条件温度3 5 ℃、搅拌速度3 0 0r ／r a i n 、铁 氟龙废料2 0 0g 、硫酸用量1 8 0g 、浸出时间6h ，分别 用不同初始浓度的硫酸浸出，结果如图1 所示。 由图l 可见，在硫酸用量一定的前提下，随着酸 浓度的增大，铜浸出率先增大后减小。硫酸浓度在 2 ．5 ～4 ．5m o l ／L 范围内对铜的浸出效果好 浸出率 大于7 5 ％ ，硫酸浓度为3 ．5m o l ／L 时，铜浸出率最 高为8 4 ．2 1 ％。固定酸总量，当酸浓度升高时，液固 比变小，参与反应的固体颗粒少，固液相接触面小， 图1 硫酸浓度对铜浸出率的影响 F i g ．1 E f f e c to fc o n c e n t r a t i o no fs u l f u r i c a c i do nc o p p e rl e a c h i n gr a t e 浸出率降低。同时在原料颗粒表面锌会将铜离子还 原成铜单质。所以当硫酸浓度大于3 ．5m o l ／L 时， 铜浸出率随着硫酸浓度的升高而减小。 2 ．3 浸出助剂对浸出率的影晌 试验条件温度3 5 ℃、搅拌速度3 0 0r ／m i n 、铁 氟龙废料2 0 0g 、硫酸用量1 8 0g 、硫酸浓度3 ．5 m o l ／L 、浸出时间6h ，加人不同原料质量百分比的 助浸剂 M n O 。一含量1 ．6 ～4 ．8g ／L 、F e 3 含量小于 0 ．1g ／L 的水溶液 进行浸出，结果如图2 所示。 图2 助浸剂添加量对铜浸出率的影响 F i g ．2 E f f e c to fi n i t i a lc o n c e n t r a t i o no f a s s i s t a n tl e a c h i n ga g e n to nc o p p e rl e a c h i n gr a t e 图2 表明，在一定初始酸浓度下，加入助浸剂使 铜浸出率提高了8 个百分点以上，并且铜的浸出率 随助浸剂浓度的增加而变大。助浸剂加快铜浸出化 学反应速率的主要原因是助浸剂中的离子会与铜发 生下列反应 5 C u 2 M n O 。一十1 6 H 十一5 C u 2 2 M n 2 8 H 2 0 1 C u 2 F e 3 } C u 2 - I - 2 F e 2 2 万方数据 2 0 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 2 0 1 5 年第6 期 当助浸剂添加量大于原料质量的1 5 ％时，浸出 率增大趋势减弱。因为M n 0 4 一和F e 抖在酸性溶液中 表现强氧化性，能快速将铜将氧化成离子态，当化学 反应速率达到最大时，铜浸出反应速率受扩散控制， 此时增加助浸剂的量对铜浸出率提高的影响不大。 2 ．4 浸出温度对浸出率的影响 试验条件铁氟龙废料2 0 0g 、硫酸用量1 8 0g 、 硫酸浓度3 ．5m o l ／L 、搅拌速度3 0 0r ／m i n 、浸出时 间6h ，添加原料质量1 5 ％的助浸剂在不同温度下 浸出，结果如图3 所示。 图3 浸出温度对铜浸出率的影响 F i g ．3 E f f e c to ft e m p e r a t u r eo nc o p p e r l e a c h i n gr a t e 由图3 可知，随着温度的升高，铜浸出率增大， 因为升温提高了浸出化学反应的速率。当温度高于 4 5 ℃时，浸出率增幅减小。说明温度大于4 5 ℃时， 反应的活化能已经达到最大。 2 ．5 浸出时间对浸出率的影响 试验条件铁氟龙废料2 0 0g 、硫酸用量1 8 0g 、 硫酸浓度3 ．5m o l ／L 、搅拌速度3 0 0r ／m i n 、浸出温 度4 5 ℃，添加原料质量1 5 ％的助浸剂浸出不同时 间，结果见图4 。 图4 浸出时间对铜浸出率的影响 F i g ．4 E f f e c to ft i m eo nc o p p e rl e a c h i n gr a t e 从图4 可看出，铜浸出率随浸出时间的延长而 提高，在浸出时间大于5h 后，随时间的增加铜浸出 率增大的趋势减小，说明此时浸出反应已经接近平 衡状态。考虑生产效率，选择5h 浸出比较好。 2 ．6 综合试验 根据单因素试验结果，确定最佳试验条件如下 铁氟龙废料2 0 0g 、硫酸用量1 8 0g 、硫酸浓度3 ．5 m o l ／L 、搅拌速度3 0 0r ／m i n 、4 5 ℃、浸出时间5h 、 加入原料质量1 5 ％的助浸剂，在上述最佳试验条件 下进行综合验证试验，结果如表2 所示。 表2 综合试验结果 T a b l e2R e s u l t so fc o m p r e h e n s i v et e s t 编号 浸出液／ g L 一1 Z n z 2 ．4 0 2 ．5 3 2 ．4 6 铜浸出 率／％ 0 ．0 0 5 0 ．0 0 7 0 ．0 0 5 9 8 ．7 0 9 9 ．0 7 9 8 ．6 5 由表2 可知，试验的重复性好，铜浸出率全都大 于9 8 ％。浸出液中主要成分为铜与锌，其它杂质含 量少，有利于下一步的分离提纯。 3结论 1 与硝酸和盐酸相比，使用硫酸浸出铁氟龙废 料回收铜的经济技术指标最好。 2 助浸剂能快速将铜氧化，有效地提高了铜的 浸出率。 3 浸出铜的最佳工艺条件为铁氟龙废料2 0 0 g 、硫酸用量1 8 0g 、硫酸浓度3 ．5m o l ／L 、搅拌速度 3 0 0r ／m i n 、4 5 ℃、浸出时间5h 、加原料质量1 5 ％的 助浸剂。在最佳工艺条件下铜浸出率高达9 8 ％以 上，浸出液中其它金属含量较低，有利于下一步的分 离提纯。 参考文猷 [ 1 ] 张招柱，薛群基，沈维长，等．金属填充P T F E 复合材料 万方数据 2 0 1 5 年第6 期有色金属 冶炼部分 h t t p ] ／y s y l ．b g r i m m ．c n 2 1 的摩擦磨损性能研究[ J ] ．高分子材料科学与工程， 1 9 9 9 ，1 5 1 6 8 7 2 ． [ 2 ] 周劭萍．青铜粉对聚四氟乙烯基复合材料摩擦学性能 影响的研究口] ．润滑与密封，2 0 0 6 ，3 1 1 9 4 9 6 ． [ 3 ] 钟清慎，贺秀珍，马玉天，等．铜阳极泥氧压酸浸预处理 工艺研究[ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 1 4 7 1 4 2 1 ． [ 4 ] 李运刚．湿法处理铜阳极泥工艺研究 I [ J 3 ．湿法冶 金，2 0 0 0 ，1 9 1 4 1 4 5 ． [ 5 ] 吴跃东，范兴祥，董海刚，等．氧化焙烧一酸浸法从铜浮 渣中提取铜i - 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