CN102864306B

CN102864306B - 一种提高水溶液中铜萃取效率的方法

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Publication number: CN102864306B
Application number: CN201210366410.9A
Authority: CN
Inventors: 路殿坤; 金哲男; 涂赣峰; 高波; 史利芳
Original assignee: Northeastern University China
Current assignee: Northeastern University China
Priority date: 2012-09-26
Filing date: 2012-09-26
Publication date: 2014-02-05
Anticipated expiration: 2032-09-26
Also published as: CN102864306A

Abstract

本发明属于萃取分离技术领域，特别涉及一种提高水溶液中铜萃取效率的方法，具体操作为：在强酸体系含铜溶液中加入与铜摩尔数相当的柠檬酸盐或在柠檬酸铜溶液体系中加入中和试剂，将溶液pH调整到1.5~5；根据水溶液中铜浓度的不同，将肟类萃取剂用煤油配制成所需有机相；有机相与含铜溶液混合搅拌萃取，实现铜的高效萃取。本发明采用柠檬酸盐作为pH缓冲剂，萃取过程中在水相产出的酸会被柠檬酸根缓冲，降低溶液中氢离子的活度，从而有利于铜的持续萃取，且由于铜萃取效率高，萃取级数减少，实际使用时会极大地降低设备投资、占地面积和运行维护成本。

Description

一种提高水溶液中铜萃取效率的方法

技术领域

本发明属于萃取分离技术领域，特别涉及一种提高水溶液中铜萃取效率的方法。

背景技术

铜是一种用途广泛的金属，其生产工艺主要分为火法冶炼和湿法冶炼两种技术。到目前为止，火法冶炼技术约占总铜产量的80%，而湿法炼铜约占20%的铜产量。火法炼铜是传统的工艺，需要对开采出来的铜矿石进行选矿富集，同时需要配套庞大的硫酸生产系统，这在硫酸市场萎缩时是一个很大的制约问题。湿法炼铜是20世纪60年代末期出现的炼铜技术，具有投资少、流程短等优点，目前主要用于氧化矿、低品位铜矿和其它伴生含铜资源的回收利用。近年来，关于采用湿法炼铜技术取代传统火法冶炼始终是铜冶金领域研究的热点，而湿法炼铜技术存在的主要问题之一就是浸出液中铜萃取率低下的问题，尤其是采用湿法浸出铜精矿等高含铜物料时，浸出液中铜的浓度很高，一般在20~60g/L左右，对这种高含铜溶液很难进行高效率的萃取，因此萃余液会含有大量的铜，它们在返回浸出液时会影响原矿中铜的浸出。即使采用高相比(Vo/Va)和多级萃取能够获得勉强可以接受的萃取率，但这势必会增加基建和运行费用。

如科宁公司针对此类研究的试验中，对高浓度含铜溶液的萃取进行了较为全面的研究。对于含铜25.2 g/l、 pH1.8的溶液，采用常用的羟肟类萃取剂(例如常用的商用萃取剂LIX984、LIX973和 LIX664等)进行萃取时，采用3级逆流萃取工艺配置，相比为3.3，有机相中萃取剂含量为35%，在有机相实际负载约为最高负载70%的条件下，萃余液中还残留约1.7g/L的铜，其萃取效率约为93%。这种多级萃取会使占地面积、设备投资、萃取剂和稀释剂用量以及运行成本大幅度提升。而对于浓度更高的含铜61.37g/l、 pH1.8的溶液，采用常用的羟肟类萃取剂(例如常用的商用萃取剂LIX984、LIX973和 LIX664等)进行萃取时，即使采用3级以上的逆流萃取工艺配置，相比为3，有机相中萃取含量为32%，在有机相实际负载约为最高负载70%的条件下，萃余液中还会残留约20g/L的铜，其萃取效率约为66%。这种高含铜浓度的萃余液返回浸出工序时必然会影响原矿中铜的浸出，因此很难在以浸出-萃取-电积为特征的湿法炼铜工艺中实际使用。

为保证高的铜萃取率并降低萃取级数，就必须控制萃取原料液中的铜浓度和萃取过程中水溶液的pH值。如果采用中和控制酸度的方法会消耗试剂，并带入杂质，不利于后续工艺的浸出。而控制原料液中铜的浓度有两种方法，一是降低浸出工序的矿浆浓度，直接产出含铜较低的浸出液，这样会使浸出系统设备过于庞大，投资和操作运行费用会大幅上升；另一种方法是将高浓度的含铜浸出液用大量水进行稀释，使铜浓度降到约5g/L，此时可以保证较高的铜萃取效率，这种方法在含铜物料搅拌浸出液的萃取过程中已经得到工业应用，但其弊端在于萃取系统处理液量增大，萃取设备占地面积大、投资高，萃取剂和稀释剂的占用量也成倍上升。

发明内容

为了解决高浓度铜溶液中铜的萃取问题，本发明提供了一种在柠檬酸根缓冲剂存在条件下从高铜浓度溶液中萃取铜的新方法，具体包括以下步骤：

（1）在强酸体系含铜溶液中加入与铜摩尔数相当的柠檬酸盐或在柠檬酸铜溶液体系中加入中和试剂，将溶液pH调整到1.5~5；

（2）根据水溶液中的铜离子浓度和所用肟类萃取剂的最大负载量，按照最大负载量的75%作为实际负载铜量，计算出单位体积水溶液中铜完全萃取所需萃取剂的体积，并根据铜离子浓度和萃取剂粘度的不同，将肟类萃取剂用煤油稀释成浓度为5~70%的有机相；

（3）将上述有机相与含铜溶液混合，搅拌萃取，萃取时间为5min。

其中，步骤（1）中所述的强酸为硫酸、盐酸或硝酸；

步骤（1）中所述的柠檬酸盐为柠檬酸铵、柠檬酸钙、柠檬酸钠或其它含有柠檬酸根的盐类；

步骤（1）中所述的中和试剂为无机碱或有机碱；

步骤（2）中所述的肟类萃取剂为含有酮肟或醛肟的萃取剂；

步骤（2）中所述的有机相与水相的比例根据水溶液中铜浓度计算确定，按照最大负载量的70%~75%算出完全萃取铜所需的相比，计算方法如下：

设水溶液中铜浓度为[Cu]a，有机相中萃取剂的浓度为M(体积百分数)，浓度10%的萃取剂最大负载铜量为Lm，完全萃取水溶液中铜所需的相比R=Vo/Va，则R={10×[Cu]a}/{Lm×M×0.70~0.75}。

在柠檬酸盐缓冲萃取过程中，也可以通过提高萃取级数将相比降低，在增加级数的时候降低单级萃取设备的规模，从而在保持高萃取效率的前提下，使负载有机相中的铜含量更高，增加萃取的净传递量。

本发明的有益效果在于：

1、采用柠檬酸盐作为缓冲剂，萃取过程中在水相产出的酸会被柠檬酸根缓冲，降低溶液中氢离子的活度，从而有利于铜的持续萃取，对于含铜20~40g/L的水溶液，只需一级萃取，就可以使铜的萃取率达到95%以上。

2、缓冲剂柠檬酸根对水溶液的性质影响较小，返回浸出液时对含铜物料中铜浸出率的不利影响不大。

3、由于铜萃取效率高，萃取级数减少，实际使用时会极大地降低设备投资、萃取剂用量、占地面积和运行维护成本。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明做进一步说明。

实施例1

所处理的盐酸体系含铜溶液成分和性质如下：含34.38g/L Cu、1.26g/L Co、79.30g/L Zn、8.50 g/L Cd，加入柠檬酸钠237.8g/L，pH=2.45。

按30%LIX622N-煤油萃取铜的有效负载率为理论量的75%计算相比：在本例中[Cu]a =34.38g/l，浓度10%的LIX622N-煤油有机相最大负载铜量Lm =5.9g/l，有机相中萃取剂的体积百分数M=30，则用30%的LIX622N-煤油有机相完全萃取水溶液中的铜所需的相比R={10×[Cu]a}/{Lm×M×0.75}={10×34.38}/{5.9×30×0.75}=2.59，因此，取实际相比为2.6。将30%LIX622-煤油有机相与含铜溶液按计算所得的相比2.6加入到分液漏斗中，室温振荡5min后静置，等有机相与水相彻底分离后，放出水相，分析水相中铜的含量，并计算铜的萃取率。结果见表1：

表1

Figure 2012103664109100002DEST_PATH_IMAGE002

实施例2

所处理的硫酸体系含铜溶液成分和性质如下：含22.72g/L Cu、0.83g/L Co、75.05g/L Zn、2.50 g/L Cd，加入柠檬酸铵142.67g/L，pH=1.55。

针对该含铜溶液，采用30%LIX984N-煤油有机相萃取时，按照有机相最大负载量计算，欲将铜全部萃取时理论相比为1.3。每次取含铜溶液30mL，在室温下，将30%LIX984N3-煤油有机相和水相按不同相比混合震荡5min，振荡频率320r/min，静置后，分离水相有机相，并检测萃余液的pH值，实验结果见表2，其中O/A为有机相与水相的体积比。

表2

试验号	O/A	萃余液含Cu/g/L	有机相含Cu/g/L	铜萃取率/%
					1	1.0	8.99	13.73	60.43
2	1.3	4.80	13.78	78.87
					3	1.6	0.67	13.78	97.05
4	1.9	0.06	11.93	99.74
					5	2.2	0.045	10.31	99.80

实施例3

所处理的硝酸体系含铜溶液成分和性质如下：含26.51g/L Cu、0.78g/L Co、47.59g/L Zn、4.72 g/L Cd，加入柠檬酸钙165.44g/L，pH=4.50。

按30%LIX973N-煤油萃取铜的有效负载率为理论量的75%计算相比，将30%LIX973N-煤油萃取剂与含铜浸出液按计算所得的相比加入到分液漏斗中，室温振荡5min后静置，等有机相与水相彻底分离后，放出水相，分析水相中铜的含量，并计算铜的萃取率。结果见表3 ：

表3

Figure 2012103664109100002DEST_PATH_IMAGE004

实施例4

所处理的柠檬酸铜体系溶液成分和性质如下：含40.28g/L Cu、1.26g/L Co、72.70g/L Zn、7.90 g/L Cd，加入柠檬酸钾37.94g/L，pH=3.15。

按30%M5640-煤油萃取铜的有效负载率为理论量的90%计算相比，将30%M5640-煤油萃取剂与含铜浸出液按计算所得的相比进行两段逆流萃取，每级室温振荡5min后静置，有机相与水相彻底分离后，分析水相中铜的含量，并计算铜的萃取率。结果见表4：

表4

Figure 2012103664109100002DEST_PATH_IMAGE006

实施例5

所处理的柠檬酸铜体系溶液成分和性质如下：含40.28g/L Cu、1.26g/L Co、72.70g/L Zn、7.90 g/L Cd，加入NaOH5.21g/L，pH=3.30。

按30%M5640-煤油萃取铜的有效负载率为理论量的75%计算相比，将30%M5640-煤油萃取剂与含铜浸出液按计算所得的相比混合进行萃取，室温振荡5min后静置，有机相与水相彻底分离后，分析水相中铜的含量，并计算铜的萃取率。结果见表5：

表5

Claims

1.一种提高水溶液中铜萃取效率的方法，其特征在于包括以下步骤：

（2）根据水溶液中的铜离子浓度和所用肟类萃取剂的最大负载量，按照最大负载量的75%作为实际负载铜量，计算出单位体积水溶液中铜完全萃取所需萃取剂的体积，并根据铜离子浓度和萃取剂粘度的不同，将肟类萃取剂用煤油稀释成浓度为5~70%的有机相；所述的肟类萃取剂为含有酮肟或醛肟的萃取剂；

2.根据权利要求1所述的一种提高水溶液中铜萃取效率的方法，其特征在于步骤（1）中所述的强酸为硫酸、盐酸或硝酸。

3.根据权利要求1所述的一种提高水溶液中铜萃取效率的方法，其特征在于步骤（1）中所述的柠檬酸盐为柠檬酸铵、柠檬酸钙、柠檬酸钠或其它含有柠檬酸根的盐类。

4.根据权利要求1所述的一种提高水溶液中铜萃取效率的方法，其特征在于步骤（1）中所述的中和试剂为无机碱或有机碱。