CN102517606B - 一种从多金属硫化铜矿中分离去除铅和锌的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种从多金属硫化铜矿中分离去除铅和锌的方法。本发明从硫化铜矿中分离去除铅和锌的方法包括电解和分离步骤，先将80-200目的铜矿粉置于电解槽中，在NaCl+HCl电解质体系中电解；再将电解液与铜矿粉进行分离；电解参数为：电解温度60℃-80℃，pH值1.5-3.5，电流密度200-600A/m2，槽电压3-5V；上述方法中，电解时间为2-8h；所述铜矿粉与NaCl+HCl电解质体系的固液质量比为1:（3.5-5.5）。本发明的从多金属硫化铜矿中分离去除铅和锌的方法，可降低铜矿中有害杂质铅、锌的含量，得到质量品位较高的铜精矿。
Description
技术领域
本发明涉及矿物加工技术领域，特别涉及一种从多金属硫化铜矿中分离去除铅、锌的方法。
背景技术
铜是重要有色金属之一，世界大部分的铜是以铜矿石为原料提取的。从铜矿石提取铜的方法主要分为火法和湿法两大类。火法炼铜具有生产能力大、电铜质量好等特点。目前世界上大部分的铜都是由火法炼铜生产的。火法炼铜的工艺流程主要包括：铜矿石经选矿、焙烧处理得到硫化铜精矿（硫化铜精矿中一般含20-30%的金属铜），硫化铜精矿经造硫熔炼得到含30-70%单质铜的冰铜，冰铜需要进一步的吹炼制得粗铜。
在铜矿石中，硫化铜矿是储量最大，也是较难处理的一种。硫化铜矿中铜铅锌多种金属共生，相互嵌布，硫化铜矿物与硫化铅矿物、硫化锌矿物可浮性相近，分选非常困难；并且硫化铜、铅、锌矿物属热力学性质相近的矿物，通过焙烧分离的难度也较大，因而导致生产中铜精矿中铜的回收率偏低，同时铅、锌的含量高，使得硫化铜精矿的品位低。特别是当硫化铜矿石中铅、锌含量超过15%时，由于含有大量的铅、锌，在熔炼冰铜的过程中，铅、锌特别是锌在渣相和冰铜之间分布，形成难熔和粘稠的横隔膜层，阻止渣相与冰铜的分离澄清，还易形成炉结，甚至堵塞放料口，因而铅、锌是硫化铜精矿火法熔炼中极其有害的杂质。至今国内多家矿冶研究院所经多年研究，认定铅、锌含量超过15%的多金属铜矿石为难选矿石，该多金属硫化铜精矿难以大量开发启用。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中所存在的多金属硫化铜矿中的有害杂质铅和锌难以与铜分离的问题，提供一种能有效处理多金属硫化铜矿，选择性悬浮电解分离去除铅和锌的方法，本发明的方法能够降低铜矿中有害杂质铅、锌的含量。
为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：
一种从多金属硫化铜矿中分离去除铅和锌的方法，包括电解和分离步骤：
（1）将80-200目的多金属硫化铜矿粉置于电解槽中，在NaCl+HCl电解质体系中电解；
（2）步骤（1）所得电解液与铜矿粉进行分离；
电解参数为：电解温度60℃-80℃，pH值1.5-3.5，电流密度200-600A/m2，槽电压3-5V。
在此条件下，硫化铜矿中的Zn2+、Pb2+在阳极上氧化，转化为氧化锌和氧化铅，而Cu2+在此条件下仍以硫化铜的形式存在，NaCl+HCl电解质中的氧化锌和氧化铅在阴极上析出锌和铅；将电解液与铜矿粉进行分离后即可将铅和锌从铜矿粉中进行去除。
优选的，上述方法中，电解时间为2-8h。
优选的，上述方法中，所述铜矿粉与NaCl+HCl电解质体系的固液质量比为1: (3.5-5.5)。
优选的，上述方法中，所述NaCl+HCl电解体系中NaCl的摩尔浓度为2.0-4.5mol/L。
上述方法中，优选地，可以在NaCl+HCl电解质体系中加入分散剂，以利于铜矿粉的均匀分散，分散剂的用量为铜矿粉和NaCl+HCl电解质体系总质量的0.1%-0.3%。
上述方法中，所述分散剂可以为三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、焦磷酸钠、三乙基己基磷酸、十二烷基硫酸钠、甲基戊醇、纤维素衍生物、聚丙烯酰胺。也可以为他们的混合物。
上述方法中，pH值优选范围为2.3-2.8。
上述方法中，电解温度优选范围为62℃-68℃。
上述方法中，电流密度优选范围为250-270 A/m2。
上述方法中，槽电压优选范围为4.0-4.2V。
本发明从多金属硫化铜矿中分离去除铅和锌的方法，包括将铜矿粉置于电解槽中电解和所得电解液与铜矿粉进行分离步骤，所述电解槽可以是常规电解槽；优选的，上述方法使用以下电解槽：一种电解槽，所述电解槽包括设置有16个电极的槽体，其中阴极和阳极各为8个，阴极和阳极呈辐射状均匀地分布于所述槽体内，槽体的锥形底部卡设有电极架，槽体顶部设置有电极定位板，电极通过电极架和电极定位板固定，所述电极定位板下表面还设置有集气罩，集气罩上开设有12个排气口，所述槽体与集气罩上排气口对应的位置也开设有相同的排气口，电极架上还设置有导流筒，所述导流筒的筒壁位于电极与搅拌轴之间，所述导流筒的纵向中心轴线与搅拌轴纵向中心轴线重叠，所述集气罩与导流筒形成相对密闭的空间，导流筒上端筒壁上设置有连通导流筒内部和电极的16个流道口，每相邻两个电极之间对应的导流筒筒壁上有两个流道口，且流道口位于推进式桨叶的上方、集气罩的下方，槽体纵向中心轴线处设置有搅拌轴，所述搅拌轴上设置有推进式桨叶，搅拌轴底端设置有锚式桨叶，所述锚式桨叶的边缘高度和电极架与锥形底壁之间的高度一致，槽体底端设置有用于导进空气的空气分布管，槽体外表面设置有保温层。
在电解过程中，下层的锚式桨叶有效地防止混合物（特别是固体物料）在槽体底部沉积，使混合物混合均匀，防止矿浆沉淀，上层的螺旋浆确保矿浆在导流筒内螺旋式上升，在导流筒的导流作用下，混合物稳定、均匀地向上做轴向运动，并从导流筒上部的流道口流出，形成径向流，进而在导流筒外部的电极处由上而下流动进行电解，在阳极进行电氧化，金属离子在阴极上析出，然后经过电解的混合物再通过电极架与槽体锥形底壁之间的空隙流入槽体的底部，在锚式桨叶的搅拌下，使经过电解的混合物避免了流向电极架与槽体锥形底部之间的空隙时因离心运动而产生的弯道沉降，使混合均匀，混合物在推进式桨叶和导流筒的作用下又向上做轴向流动，进行循环的混合、电解操作，很大程度上提高了电解效率，更有利于电解去除铜矿中有害杂质铅、锌的含量。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
多金属硫化铜矿或铜精矿使用悬浮电解方法电解直接得到单质金属铜，该技术属于电化学湿法冶炼方法，悬浮电解方法是将硫化铜矿粉或铜精矿粉悬浮于电解液，在电解槽中电解，阴极析出金属铜，该方法是悬浮电解制铜的基本方法，但是由于硫化铜、铅、锌矿物的电解化学性质相近，电解条件往往难以控制，直接电解得到金属铜很难，往往得到的是铜铅锌的合金。
本发明从多金属硫化铜矿中分离去除铅和锌的方法，将铜矿粉置于电解槽中，在NaCl+HCl电解质体系中电解，控制电解参数为：电解温度60℃-80℃，pH值1.5-3.5，电流密度200-600A/m2，槽电压3-5V。在此条件下，由于金属硫化物电氧化顺序的差异，硫化铜矿中的Zn2+、Pb2+在阳极上氧化，转化为氧化锌和氧化铅；而Cu2+在此条件下不能发生氧化，仍以硫化铜的形式存在，NaCl+HCl电解质中的氧化锌和氧化铅在阴极上析出锌和铅；将电解液与铜矿粉分离后即可将铅和锌从铜矿粉中去除。
本发明通过控制电解参数，选择性悬浮电解分离铅、锌，本发明的方法能够降低多金属硫化铜矿中有害杂质铅、锌的含量。特别的，在上述方法配合使用设置有双层搅拌桨（推进式桨叶和锚式桨叶）、导流筒和空气分布管的电解槽的情况下，下层的锚式桨叶可有效地防止矿浆沉淀，上层的推进式桨叶可有效地保证矿浆在导流筒内螺旋式上升，矿浆从导流筒筒壁上部的流道口流出，形成径向流，进而在导流筒外部电极区由上而下形成轴向流动，保证了矿浆均匀、稳定的在阳极区进行电氧化，金属离子在阴极上析出，提高了电解效率，通过空气分布管向槽体内导入空气，空气中的氧气将杂质锌、铅分别氧化成氧化锌和氧化铅，更有利于降低铜矿中有害杂质铅、锌的含量。
附图说明
图1是本发明使用的电解槽的结构示意图。
图2为设有流道口的导流筒的一个截面图。
图中标记：1-槽体， 2-保温层，3-电极，4-导流筒，5-电极架，6-排气口，7-电极定位板，8-集气罩，9-流道口，10-搅拌轴，11-推进式桨叶，12-锚式桨叶，13-空气分布管。
具体实施方式
下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
实施例1
本实施例列举的从多金属硫化铜矿中分离去除铅和锌的方法，包括以下步骤：将80目的含Cu19.0% ，Pb10.77% ，Zn7.2%的硫化铜矿粉25Kg置于电解槽中，在容积为125L 的NaCl+HCl电解质体系中电解（硫化铜矿粉和NaCl+HCl电解质体系的质量固液比为1:4）；再将电解液与铜矿粉进行分离，从而将铅和锌从铜矿粉中进行去除。上述方法中，所述电解体系中NaCl的摩尔浓度为3 mol/L；NaCl+HCl电解质体系中加入分散剂Na5P3O10（三聚磷酸钠），Na5P3O10的用量为125g。
电解参数为：电解温度为60℃，pH值为1.5，电流密度为200 A/m2，槽电压为3.0V。
上述方法中，电解时间为2h。
电解结束后，检测硫化铜矿中含Pb7.71% ，Zn4.46%，矿中铅、锌含量明显降低，可有效去除多金属硫化铜矿中的有害杂质铅和锌。
在本实施例列举的从多金属硫化铜矿中分离去除铅、锌的方法中，硫化铜矿中的Zn2+、Pb2+首先在阳极上氧化，转化为氧化锌和氧化铅，而Cu2+在此条件下仍以硫化铜的形式存在，NaCl+HCl电解质中的氧化锌和氧化铅在阴极上析出锌和铅；将电解液与铜矿粉进行分离，即可将铅和锌从铜矿粉中进行去除。
ZnS在阳极区发生电氧化反应，Zn金属离子在阴极上析出的电解过程：
Zn2++O2→ZnO
ZnO+Cl-→ZnCl2
ZnCl2→Zn2++2Cl-
Zn2+ +2e→Zn
PbS在阳极区发生电氧化反应，Pb金属离子在阴极上析出的电解过程：
Pb2++O2→PbO
PbO+Cl-→PbCl2
PbCl2→Pb2++2Cl-
Pb2++2e→Pb
本实施例通过控制电解参数，选择性悬浮电解分离铅和锌，提供了一种能有效处理多金属硫化铜矿，选择性悬浮电解分离铅和锌的方法，本发明的方法能够降低多金属硫化铜矿中有害杂质铅、锌的含量。
实施例2
本实施例列举的从多金属硫化铜矿中分离去除铅和锌的方法，包括以下步骤：将200目的含Cu19.0% ，Pb10.77% ，Zn7.2%的硫化铜矿粉25Kg置于本发明使用的电解槽中，在容积为150L 的NaCl+HCl电解质体系中电解（硫化铜矿粉和NaCl+HCl电解质体系的质量固液比为1:5）；再将电解液与铜矿粉进行分离，从而将铅和锌从铜矿粉中进行去除；上述方法中，所述电解体系中NaCl的摩尔浓度为3.5 mol/L；NaCl+HCl电解质体系中加入分散剂Na4P2O7（焦磷酸钠），Na4P2O7的用量为150g。
控制电解参数为：电解温度为80℃，pH值为3.5，电流密度为800 A/m2，槽电压为5V。
上述方法中，电解时间为4h。
电解结束后，检测硫化铜矿含Pb1.97% ，Zn4.46%，Cu21.8%，矿中铅、锌含量明显降低，可有效去除多金属硫化铜矿中的有害杂质铅和锌。
本实施例列举的从多金属硫化铜矿中分离去除铅和锌的方法所使用的电解槽，参考图1、图2，图1为本实施例的使用的电解槽的结构示意图，图2为本实施例中导流筒4设置流道口9处的截面图，本实施例的电解槽包括设置有16个电极3的槽体1，其中阴极和阳极各为8个，阴极和阳极呈辐射状均匀地分布于所述槽体1内，所述槽体1由碳钢衬塑材料制作，槽体1的锥形底部卡设有电极架5，槽体1顶部设置有电极定位板7，电极3通过电极架5和电极定位板7固定，所述电极定位板7下表面还设置有集气罩8，集气罩8由PP板材料制成，集气罩8上开设有12个排气口6，所述槽体1与集气罩8上排气口6对应的位置也开设有相同的排气口6，电极架5上还设置有导流筒4，所述导流筒4的筒壁位于电极3与搅拌轴10之间，所述导流筒4的纵向中心轴线与搅拌轴10纵向中心轴线重叠，所述集气罩8与导流筒4形成相对密闭的空间，导流筒4上端筒壁上设置有连通导流筒内部和电极3的16个流道口9，每相邻两个电极3之间对应的导流筒4筒壁上有两个流道口9，且流道口9位于推进式桨叶11的上方、集气罩8的下方，槽体1纵向中心轴线处设置有搅拌轴10，转速为320r/min，所述搅拌轴10上设置有推进式桨叶11，搅拌轴10底端设置有锚式桨叶12，所述锚式桨叶12的边缘高度和电极架5与锥形底壁之间的高度一致，锚式桨叶12由碳钢衬塑材料制成，槽体1底端设置有用于导进空气的空气分布管13，槽体1外表面设置有保温层2。
使用上述电解槽，通过空气分布管13向槽体1通入空气，空气中的氧气使硫化铜矿粉中的杂质锌、铅氧化，有助于更好的滤除硫化铜矿粉中的锌、铅，另一方面，空气可以冲散硫化铜矿粉，有助于硫化铜矿粉与NaCl+HCl电解液混合均匀。下层的锚式桨叶12能有效地防止硫化铜矿粉与NaCl+HCl电解液的混合物在槽体1底部沉积，使混合物混合均匀，也能将从空气分布管13导进槽体1的大颗粒泡状空气打散，使氧气与混合物中的杂质锌、铅氧化更充分，设置于电极定位板7的下表面的集气罩8将未混合的空气，以及氧化产生的废气收集起来，然后再通过排气口6排出槽体1外；上层的推进式桨叶11使混合均匀的混合物（包括硫化铜矿粉、NaCl+HCl电解液、PbO、ZnO）螺旋式上升，在导流筒4的导流作用下，混合物稳定、均匀地向上做轴向运动，混合物再从导流筒4上的流道口9流出，形成径向流，进而在导流筒4外部电极处由上而下流动进行电解，在阳极进行电氧化，金属离子在阴极上析出，然后经过电解的混合物再通过电极架5与槽体1锥形底壁之间的空隙流入槽体1的底部，在锚式桨叶12的搅拌下，使经过电解的混合物避免了流向电极架5与槽体1锥形底部之间的空隙时因离心运动而产生的弯道沉降，使混合均匀，混合物在推进式桨叶11和导流筒4的作用下又向上轴向流动，进行循环的混合、电解操作，很大程度上提高了电解效率；槽体1外表面设置的保温层2保持槽体1内混合物的温度一直处于80℃，有利于电解的进行，使铅锌能得到有效去除。
实施例3
本实施例列举的从多金属硫化铜矿中分离去除铅和锌的方法，包括以下步骤：先将120目的含Cu19.0% ，Pb10.77% ，Zn7.2%的硫化铜矿粉25Kg置于电解槽中（所述电解槽同实施例2），在容积为115L 的NaCl+HCl电解质体系中电解（硫化铜矿粉和NaCl+HCl电解质体系的质量固液比为1:3.6）；再将电解液与铜矿粉进行分离，从而将铅和锌从铜矿粉中进行去除；上述方法中，所述电解体系中NaCl的摩尔浓度为3.8 mol/L；NaCl+HCl电解质体系中加入分散剂C12H25－OSO3Na（十二烷基硫酸钠），C12H25－OSO3Na的用量为115g。
控制电解参数为：电解温度为62℃，pH值为2.3，电流密度为250 A/m2，槽电压为4.0V。
上述方法中，电解时间为6h。
电解结束后，检测硫化铜矿中含Pb1.29% ，Zn1.08%，矿中铅、锌含量明显降低，可有效去除多金属硫化铜矿中的有害杂质铅和锌。
实施例4
本实施例列举的从多金属硫化铜矿中分离去除铅和锌的方法，包括以下步骤：先将120目的含Cu19.0% ，Pb10.77% ，Zn7.2%的硫化铜矿粉25Kg置于电解槽中（所述电解槽同实施例2），在容积为140L 的NaCl+HCl电解质体系中电解（硫化铜矿粉和NaCl+HCl电解质体系的质量固液比为1:4.6）；再将电解液与铜矿粉进行分离，从而将铅和锌从铜矿粉中进行去除；上述方法中，所述电解体系中NaCl的摩尔浓度为4mol/L；NaCl+HCl电解质体系中加入分散剂PAM（聚丙烯酰胺），PAM的用量为140g。
控制电解参数为：电解温度优选为68℃，pH值优选为2.8，电流密度优选为270 A/m2，槽电压优选为4.2V。
上述方法中，电解时间为8h。
电解结束后，检测硫化铜矿中含Pb0.63% ，Zn0.58%，Cu22.3%，矿中铅、锌含量明显降低，可有效去除多金属硫化铜矿中的有害杂质铅和锌。
Claims (1)
1.一种从多金属硫化铜矿中分离去除铅和锌的方法，其特征在于，包括电解、分离步骤：
（1）先将80-200目的铜矿粉置于电解槽中，在NaCl+HCl电解质体系中电解；
（2）再将电解液与铜矿粉进行分离；
电解参数为：电解温度62℃-68℃，pH值2.3-2.8，电流密度250-270A/m2，槽电压4.0-4.2V，电解时间为2-8h；
所述铜矿粉与NaCl+HCl电解质体系的固液质量比为1:（3.5-5.5）；
所述NaCl+HCl电解体系中NaCl的摩尔浓度为2.0-4.5mol/L；
所述NaCl+HCl电解质体系中还包括分散剂，分散剂的用量为铜矿粉和NaCl+HCl电解质体系总质量的0.1%-0.3%；
所述分散剂为三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、焦磷酸钠、三乙基己基磷酸、十二烷基硫酸钠、甲基戊醇、纤维素衍生物或聚丙烯酰胺。
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