金铜精矿压氧浸出料液铜铁的萃取分离.pdf

8 有色金属 冶炼部分 2 0 0 7 年4 期 金铜精矿压氧浸出料液铜铁的萃取分离 刘占芳1 ，李滦宁1 ，赵树杰1 ，陈博1 ，马忠诚2 ，刘铁3 1 ．吉林大学化学院，长春1 3 0 0 2 6 ；2 ．吉林冶金研究院，长春1 3 0 0 1 2 ； 3 ．南方航空公司，北京1 0 1 3 1 2 摘要研究了金铜精矿压氧浸出后高铜低铁料液中铜铁的萃取分离。利用P 5 0 7 萃取浸出液中的铁， 0 ．0 1m o l ／L 硫酸洗涤有机相，6 ．0m o l ／L 盐酸反萃，萃铁后液以N a 。C 0 3 沉铜，硫酸溶解该沉淀后，可送 铜的精练。铜铁分离系数为10 3 0 ，铜回收率可达9 6 ．2 6 ％。 关键诃P 5 0 7 ；铜；铁；萃取 中图分类号T F 8 1 l 文献标识码A 文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 0 7 0 4 一0 0 0 8 一0 4 S e p a r a t i n go fC o p p e ra n dI r o nf r o mL e a c h i n gS o l u t i o no fG o l dB e a r i n g C o p p e rC o n c e n t r a t eb yP r e s s u r eO x i d a t i o n L I UZ h a n f a n 9 1 ，L IL u a n - n i n 9 1 ，Z H A OS h u - j i e l ，C H E NB 0 1 ，M AZ h o n g c h e n 9 2 ，L I UT i e 3 1 ．C h e m i s t r yC o l l e g eo fJ i t i nU n i v e r s i t y ，C h a n g e h u n1 3 0 0 2 6 ，C h i n a ；2 ．M e t a l l u r g yR e s e a r c hI n s t i t u t eo f ． 1 i l i nP r o v i n c e ，C h a n g e h u n1 3 0 0 1 2 tC h i n a ；3 ．C h i n aS o u t h e r nA i rH o l d i n gC o m p a n y ，B e i j i n g1 0 1 3 1 2 ，C h i n a A b s t r a c t T h es e p a r a t i o no fc o p p e ra n di r o nf r o mh i g hc o p p e ra n dl o wi r o ns u l f a t e ds o l u t i o nw i t hP 50 7 ， w h i c hw a s1 e a c h e du n d e rp r e s s u r ef r o mg o l dc o p p e rc o n c e n t r a t e ，w a si n v e s t i g a t e d ．I r o nw a se x t r a c t e df r o m c o n c e n t r a t el e a c h i n gs o l u t i o nw i t hP 5 0 7 ，t h e nu s e0 ．01m o l ／LH 2S 0 4t ow a s ht h eo r g a n i cp h a s e ，a n ds t r i p p i n gw i t h6 ．0 m o ／LH C l ．T h eN a 2C 0 3s o l u t i o nw a su s e dt os e p e r a t ec o p p e r ，a n dt h ed e p o s i t i o nw a sd i s s o l v e db yH 2S 0 4w h i c hc a nb ee l e c t r o l y z e ds t r a i g h t l y ．T h ec o e f f i c i e n to fi r o na n dc o p p e ri s10 3 0 ．T h er e c o v e r yr a t eo fc o p p e ri s9 6 ．2 6 ％． K e y w o r d s P 5 0 7 ；C o p p e r ；I r o n ；E x t r a c t i n g 某金铜精矿，经压氧预处理后的浸出液，铜含量 1 6 ～1 8g ／L ，铁含量1 ～3g ／L ，以硫酸盐形式存在。 如果从含铁的料液中回收高浓度的铜，首先须进行 铜铁分离。 目前铜铁分离手段较多，工业上以萃取分离应 用较为普遍[ 1 ] 。在我国一般采用L i x 9 8 4 从氧化矿 堆浸较稀的溶液中生产阴极铜，L i x 9 7 3 可用于高浓 度铜料液的萃取[ 2 ] ，但价格较为昂贵。由于浸出技 术的不断提高，可获得的多金属硫化矿浸出液中铜 的浓度越来越高，因而从高浓度的料液中获得高的 铜回收率正在引起重视[ 3 ] 。 作者简介刘占芳 1 9 7 7 一 ，女，博士研究生 经试验，我们先采用P 5 0 7 萃取法除去浸出液 中的铁，再以N a C O 。调节料液至p H 一8 ，使C u 形 成碱式碳酸铜，该沉淀稳定、铜回收率高。再以硫酸 溶解沉淀，得高浓度硫酸铜溶液，可生产硫酸铜或送 去电解。 1试验部分 试验料液为含铜1 6 ．4 3 ∥L 、铁3 ．2 6g ／L 的硫 酸盐体系，p H 一0 ．5 4 。所用试剂均为化学纯，萃取 剂为P 5 0 7 。铜、铁的测定方法分别为重铬酸钾法、 碘量法和原子吸收法。 万方数据 有色金属 冶炼部分 2 0 0 7 年4 期 9 2 试验结果与讨论 2 ．1 条件试验 研究料液酸度、萃取剂浓度、皂化度、萃取时间、 萃取相比等因素对铜、铁分离中铁的萃取率的影响。 2 ．1 ．1 料液p H 由于P 5 0 7 对铜铁萃取平衡的p H 不同，理论上 可以通过控制不同的p H 来实现这两种金属的分 离，所以料液的p H 是铜铁分离的关键，在O ／A ／l 、 振荡1 0r a i n 、萃取剂浓度3 3 ．3 ％、皂化度7 3 ％条件 下，选择了不同p H 的料液，进行萃取试验，结果见 图1 。 球 薅 釜 糌 料液p H 图1 料液p H 对萃取率的影响 F i g ．1 E f f e c to fp Ho ne x t r a c t i o nr a t e 由图1 可见，随着p H 的增加，铜和铁的萃取率 同时增加，当p H o ．5 ～1 时，铜铁的分离较好。当 p H 达到2 ．5 时，F e 3 发生了水解，料液出现沉淀。 由于浸出料液的p H 会因矿石中S 的含量不同有一 定的波动，为统一料液的p H ，本试验选用料液p H 一1 。 2 ．1 ．2 萃取剂浓度 采用磺化煤油为稀释剂。在O ／A 1 、料液p H 一1 、振荡1 0r a i n 、皂化度7 3 ％条件下，选择不同的 萃取剂浓度进行试验，结果见图2 。 母 酶 盛 瓣 图2 萃取剂浓度对萃取率的影响 F i g ．2 E f f e c to fe x t r a c t a n tc o n c e n t r a t i o no n e x t r a c t i o nr a t e 由图2 可知，随着萃取剂浓度的增大，萃取率也 随之有规律的增大，但萃取剂浓度过大时有机相黏 度增大，流动性变差，分相时间长，不利于萃取过程 的进行，本试验选择萃取剂浓度为3 33 ％。 2 ．1 ．3 皂化度 由于萃取过程中不断产生氢离子，使料液相 p H 降低，为减少料液相p H 降低对金属萃取率的影 响，应将萃取剂皂化。本文选择N a O H 在O ／A 1 、 料液p H 1 、振荡1 0r a i n 、萃取剂浓度为3 3 ．3 ％条 件下进行皂化，结果见图3 。 冰 婚 釜 } 恃 图3 皂化度对萃取率的影响 H 昏3E f f e c to fs a p o n i f i e dl e v e lo ne x t r a c t i o nr a t e 由图3 中可看出，皂化度越高，萃取率越高，萃 取越完全。但皂化度高，黏度增大，有机相会出现浑 浊，析出沉淀物，并随皂化度提高而加剧。皂化度 7 3 ％为宜。 2 ．1 ．4 萃取时间 在O ／A 1 ／i 、萃取剂浓度3 0 ％、皂化度7 3 ％、 料液p H 一1 条件下，选择不同的萃取时间进行试 验，结果见图4 。 图4 萃取时间对萃取率的影响 F i g ．4 E f f e c to ft i m eo ne x t r a c t i o nr a t e 由图4 可知，P 5 0 7 萃取分离铜铁具有优良的动 力学性能，萃取平衡速度十分迅速，当萃取时间达到 1 0m i n 时，水相和有机相基本达到平衡，继续增加 萃取时间，萃取率的增加十分缓慢，而且分离系数几 乎相同。所以选择萃取时间为1 0m i n ，可获得很好 讲Ⅸ敝托“瓢小N数0 ∞％∞阳∞∞∞∞舯m o 万方数据 1 0 有色金属 冶炼部分 2 0 0 7 年4 期 的萃取效果。 2 ．1 ．5 相比 在萃取剂浓度3 0 ％、皂化度7 3 ％、料液p H 1 条件下，选择不同的相比进行试验，结果见图5 。 毋 姆 釜 糌 图5 相比对萃取率的影响 F i g ．5 E f f e c to fp h a s er a t i o nO i le x t r a c t i o nr a t e 由图5 可知，相比越大萃取效果越好。但综合 考虑萃取分离效果与经济成本，选择相比为O ／A 一 1 。 2 ．2P 5 0 7 饱和容量 试验条件萃取剂浓度3 3 ．3 ％、皂化度7 3 ％、料 液p H 1 、萃取时间1 0m i n 、O ／A 1 1 、料液含铜 1 6 ．4 3g ／L 、铁3 ．2 6g ／L ，试验结果见表1 。 表lP 5 0 7 的饱和容量 T a b l e1P 5 0 7s a t u r a t e dc a p a c i t y 由表1 可见，经7 次萃取，P 5 0 7 基本达到饱和， 萃余相中F e 、C u 浓度与原料液浓度接近，这时萃入 有机相的铁为9 ．0 4g ／L ，铜仅为0 ．6 0g ／L ，达到 F e 、C u 分离目的。二饱、三饱、四饱萃余相C u 偏 高，是由于P 5 0 7 对金属的萃取能力F e 3 Z n 2 C u 2 ≈M n 2 ≈C a 2 C 0 2 M 9 2 N i 2 ，当 P 5 0 7 萃铁还没有达到饱和时，就会萃上一部分铜， 当加入新的料液以后，它又会优先萃取铁而释放出 一部分铜，而使萃余相C u 偏高。P 5 0 7 基本达到饱 和后，就只萃取料液中的铁而不再萃取铜了，使铜铁 分离。所以用P 5 0 7 除铁，回收高浓度铜的这个方 法是可行的。但同时萃人有机相的少量铜，会降低 铜的回收率，因此，我们采取反洗的方法将萃入有机 相中少量的铜反洗下来，以提高铜的回收率。 2 ．3 反洗条件试验 我们选用H z S O 。为反洗酸，研究了洗酸浓度、 相比和反洗时间等对反洗铜的影响。 H 。S 0 。浓度越高则反洗的C u 越多，但洗酸浓 度过高，会使一部分F e 被反洗下来。经试验以0 ．1 ～0 ．2m o l ／L 的H 2 S 0 4 为宜。 当相比为1 1 时，洗涤效果最好。相比在2 1 、3 1 、4 1 和5 1 时，铜的洗涤率十分相近，从 经济方面考虑，也是洗涤相比越大越好，因此本试验 选择相比为5 1 。 当反洗时间超过6r a i n 时，水相和有机相基本 达到平衡，随着反洗时间的增加，反洗率增加缓慢， 经试验选用反洗时间为1 0r a i n 。 综合反洗条件试验0 ．1 ～0 ．2m o l ／L 的 H 2 S 0 4 为洗酸、相比5 1 、反洗1 0r a i n 。 2 ．4 单级反萃条件试验 我们选用H C l 为反萃酸，研究了反萃酸浓度、 相比和反萃时间对反萃铁的影响。综合反萃条件试 验为反萃酸为6m o l ／L 的H C l 、相比5 1 、反萃时 间1 0r a i n 。 2 ．5 铜铁分离萃取串级模拟试验 通过单级萃取试验，确定萃取理论级数为3 级 萃取，2 级洗涤。试验条件料液中含铜1 6 ．4 3g ／L 、 铁3 ．2 6g ／L 、’料液p H 1 、皂化度7 3 ％、萃取时间 1 0r a i n 、萃取相比为1 3 、洗涤相比为5 l 、洗酸浓 度为0 ．1m o l ／LH 2 S O 。，试验结果见表2 。 表2 五级串级萃取平衡后出口水相分析 T a b l e2 A n a l y s i so fa q u e o u sp h a s ef r o me x i ta f t e r f i v es e r i e sc o u n t e I - c u r r e n te x t r a c t i o ne q u i l i b r i u m 由表2 可以看出，P 5 0 7 分离铜铁的效果很好， 分离系数为8 8 6 8 3 6 ～1 6 2 2 9 1 4 。 2 ．6 五级反萃串级试验 反萃条件负载有机相中铁的含量2 ．9 8g ／L 、 反萃酸使用6m o l ／L 的H C l 、反萃结果见表3 。 2 ．7N a C 0 3 沉C u 2 条件试验 经试验，采用N a 。C O 。调节萃余液p H 一7 ～8 可使铜沉淀完全，回收率为9 8 ．4 7 ％。 万方数据 有色金属 冶炼部分 2 0 0 7 年4 期 表3 五级串级反萃平衡出口水相分析 T a b l e3 A n a l y s i so fa q u e o u sp h a s ef r o me x i ta f t e r f i v es e r i e sc o u n t e r c u r r e n ts t r i pe q u i l i b r i u m 2 ．8 扩大试验结果 ⋯ 采用2L 箱式混合澄清槽进行扩大试验，流程 为3 级萃取，2 级洗涤，5 级反萃，逆流萃取。 试验条件料液含铜1 5 ．4 5g ／L 、铁1 ．7 4g ／L 、 料液p H 一1 、皂化度7 0 ％、洗酸为0 ．1m o l ／L 的 H 2 S O 。、反萃酸为6m o l ／L 的H C l 。 试验结果萃余相中铜含量1 4 ．8 8g ／L ，铁含量 0 ．0 4 3g ／L ，萃取率高达9 6 ．3 1 ％，铜铁分离系数 10 3 0 ，铜回收率9 6 ．2 6 ％。 3结论 用P 5 0 7 煤油体系对高铜低铁料液萃取分离铜 铁能达到良好的效果，且工艺简单、适用，一次性投 资低；如铜的夹带损失过大造成回收率降低，可适量 增加洗涤段级数及洗酸浓度；经过3 级逆流萃取、2 级洗涤扩大试验，铁的萃取率为9 6 ．3 1 ％，铜铁分离 系数10 3 0 ，铜回收率9 6 ．2 6 ％。 参考文献 [ 1 ] 吴文健，蒋汉瀛，杨松青．铜镍矿硝酸浸出液中高含量铁 的萃取分离[ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，1 9 9 5 I l i 一 1 4 ． [ 2 ] 刘向东，李滦宁，马玖彤，等．L i x 9 7 3 萃取浓料液中铜的 应用研究[ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 0 3 4 2 4 ． E 3 I T o n yM o o r e ，B r i a nT o w n s o n ，C h a n c l e sM a e s ．浓料液中 铜的溶剂萃取[ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 0 0 3 5 1 1 ． 上接第4 页 艺上的还原时间由4 ～6h 缩短到1 ．5 ～2 ．0h ；还原 渣直接返回加压浸出系统。 参考文献 [ 1 ] 杨显万．高温水溶液热力学数据手册[ M ] ．北京冶金工 业出版社，1 9 8 3 ． E 2 ] 徐采栋，汪大成，林蓉．锌冶金物理化学[ M ] ．上海上海 科学技术出版社，1 9 7 9 ． E 3 ] 魏昶，王吉坤．湿法炼锌理论与运用[ M ] ．云南云南科 技出版社，2 0 0 3 ． E 4 ] D r e i s i n g e rDB ．锌压浸工艺的动力学[ J ] ．株冶科技， 1 9 9 0 ，7 1 3 - - 4 1 0 1 一i 1 1 ． [ 5 ] 陈家镛，于淑秋，伍志春．湿．法冶金中铁的分离与利用 [ M ] ．北京冶金工业出版社，1 9 9 i ． 万方数据