CN102897824B - 一种硫酸铜除铁的工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种硫酸铜除铁的工艺：将硫酸铜与蒸馏水配成溶液，过滤除去不溶性杂质，加入一定量的氧化剂，待充分氧化后再缓慢滴入沉淀剂，调节溶液pH值至3.0-4.0，一定温度下进行充分水解，最后过滤即可。此法可达到控制铁含量小于1ppm，铜损失率小于10％的深度除铁效果。而且本发明工艺具有成本低、工艺简单、沉淀可回收利用等优点。

Description

一种硫酸铜除铁的工艺

技术领域

本发明涉及一种可溶性铜盐的除杂工艺，特别涉及一种硫酸铜除铁的工艺，尤其适用于工业硫酸铜的深度除铁。

背景技术

硫酸铜是一种重要的化工原料，在工业和农业上用途广泛。硫酸铜可以分为工业硫酸铜、饲料级硫酸铜、电镀级硫酸铜和化学试剂硫酸铜等。饲料级硫酸铜、电镀级硫酸铜和化学试剂硫酸铜纯度高，杂质含量少，但是价格较贵；工业级硫酸铜价格虽低，但是纯度低，杂质较多，限制了它的使用。因此，除去工业硫酸铜中的杂质，尤其是铁杂质，来制备高纯度硫酸铜是解决上述问题的一个有效方法。

用工业硫酸铜制备高纯度硫酸铜的过程中，需要将铁、锌、镍等金属杂质离子去除，其中，铁离子完全水解的pH为3.5左右，与硫酸铜溶液（pH=2-3）最为接近，因而通常先将溶液中的铁除尽。

除铁工艺众多，方法各异，但目标是一致的，一方面要尽可能将铁含量降低，另一方面是使除铁过程中铜的夹带损失尽可能小，降低除铁成本。目前以沉淀形式去除的方法有氢氧化铁法、黄钠铁矾法、针铁矿法和赤铁矿法。

关于除铁工艺，目前一些公开的发明专利也有涉及：

专利CN 1285416A提供了一种硫酸铜溶液净化除铁技术和设备，该发明采用空气催化氧化法将硫酸铜溶液中的二价铁氧化成三价铁，然后调节pH=3.0使铁沉淀，从而达到净化除铁要求。

CN 101376521公开了一种工厂含铜污泥硫酸铜浸出液中高浓度铁杂质的去除方法，该方法是先用双氧水将硫酸浸出液中Fe²⁺氧化为Fe³⁺，再用氢氧化钠调节pH值为2.5，然后加热溶液至75-80℃，最后搅拌1小时，静置2小时，铁杂质则以密实的沉淀分离出来。

CN 1803658A提供了一种含铁溶液的除铁方法，该方法包括将含铁溶液的氧化预处理、制备铁黄晶种和除铁三大步骤，除铁步骤是在反应器中加入铁黄晶种溶液，然后同时滴加经氧化的含铁溶液和弱碱溶液，当反应液体达到反应器的有效容积后，从反应器抽出反应液，过滤即得到含铁量小于2mg/L的除铁溶液。

以上的方法各具特点，但仍存在如下不足：1）需要高温处理，能耗高，设备投入成本高；2）工艺复杂，除铁效果差，铜损失率较大。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明提供一种能够实现工业硫酸铜深度除铁的工艺，本发明工艺以工业硫酸铜为原料，具有生产成本低、工艺简单、沉淀可通过酸浸方式回收利用等特点。

本发明的技术方案如下：

一种硫酸铜除铁的工艺，其包括以下步骤：

（1）将硫酸铜与蒸馏水配成硫酸铜溶液，过滤除去不溶性杂质，得到溶液1；

（2）向溶液1加入氧化剂，搅拌，待充分氧化后得到溶液2；

（3）向溶液2滴入沉淀剂，调节溶液pH值至3.0-4.0，充分水解，过滤除去沉淀，得溶液3；

（4）将溶液3蒸发结晶，得到高纯度硫酸铜。

作为本发明的一种改进，本发明所述步骤（1）中的溶液1的铜浓度为70-80g/L。

作为本发明的一种改进，本发明所述步骤（2）中的氧化剂为次氯酸钠、氯酸钠、过硫酸钾和高锰酸钾中的一种或多种。

作为本发明的一种改进，本发明所述步骤（2）中的氧化剂用量为0.025-2.5g/L，氧化时间为1-12h。

作为本发明的一种改进，本发明所述步骤（2）中的氧化剂用量为0.25-1.5g/L。

作为本发明的一种改进，本发明所述步骤（3）中的沉淀剂为氢氧化钠、磷酸钠、碳酸钠和硬脂酸钠中的一种或多种。

作为本发明的一种改进，本发明所述步骤（3）中的沉淀剂浓度为1.0-5.0％，沉淀剂用量为8-80ml/L。

作为本发明的一种改进，本发明所述步骤（3）中的水解温度为25-50℃，水解时间为3-24h。

作为本发明的一种改进，本发明所述步骤（1）中的硫酸铜为工业硫酸铜，纯度≥95％。

作为本发明的一种改进，本发明所述步骤（4）中的高纯度硫酸铜的纯度≥99％。

与现有技术相比，本发明有益效果显著。本发明的水解温度为25-50℃，与现有水解温度70-90℃相比，温度低，能耗低，对生产设备的要求也低，有利于降低成本；本发明可以用于任何浓度的硫酸铜溶液除铁，尤其对于铜浓度为70-80g/L近饱和溶液的除铁效果更好；本发明为深度除铁工艺，除铁后得到铁含量小于1mg/L的高纯度硫酸铜；本发明铜损失率低，小于10％。

具体实施方式

为了更好的说明本发明，下面结合具体实施方式对本发明做进一步介绍。

本发明中硫酸铜中铜、铁含量分别按GB/T 665-2007和GB/T 9723-2007的规定测定；铜损失率（S％）可根据下式计算：

$S\%=\frac{{\left[\mathrm{Cu}\right]}_0-\left[\mathrm{Cu}\right]}{{\left[\mathrm{Cu}\right]}_0}\×100\%$

其中，[Cu]₀和[Cu]分别表示原液（溶液1）和除铁后溶液（溶液3）的铜浓度。

本发明中没有详细记载的测定方法等内容，如pH值的测定方法，都是本领域的普通技术人员所熟知的，在此不再赘述。

一种硫酸铜除铁的工艺，其包括以下步骤：

（1）将硫酸铜与蒸馏水配成硫酸铜溶液，过滤除去不溶性杂质，如灰尘等，得到溶液1。

（2）向溶液1加入氧化剂，搅拌，待充分氧化后得到溶液2；优选地，所述氧化剂为次氯酸钠、氯酸钠、过硫酸钾和高锰酸钾中的一种或多种；氧化剂用量为0.025-2.5g/L，氧化时间为1-12h，优选地，氧化剂用量为0.25-1.5g/L。本发明中使用的氧化剂为强氧化剂，其氧化时间和用量相关联，用量越多氧化时间越短，反之亦然。

（3）向溶液2缓慢滴入沉淀剂，调节溶液pH值至3.0-4.0，在25-50℃条件下水解3-24h，过滤除去沉淀，得溶液3；优选地，沉淀剂为氢氧化钠、磷酸钠、碳酸钠和硬脂酸钠中的一种或多种；沉淀剂浓度为1.0-5.0％，沉淀剂用量为8-80ml/L。铁离子完全水解的pH为3.5左右，将溶液pH值调整到3.0-4.0，最有利于铁的沉淀。沉淀剂的用量与其浓度有关，浓度越高用量越少，反之亦然。

（4）将溶液3蒸发结晶，得到高纯度硫酸铜。将溶液3结晶得到高纯度硫酸铜的方法是本领域技术人员所熟知的，在此不再详述。

本发明是按照先将Fe²⁺氧化成Fe³⁺，然后再加入碱性物质，调整pH值到3.0-4.0，使Fe³⁺沉淀，之后过滤除去的原理进行的。以下是铁与氧化剂和沉淀剂的反应通式：

xFe³⁺+3A^x-(沉淀剂阴离子)→Fe_xA₃↓

作为本发明的一种改进，本发明所述步骤（1）中的溶液1的铜浓度为70-80g/L。本发明可以用于任何浓度的硫酸铜溶液除铁，尤其对于铜浓度为70-80g/L近饱和溶液的除铁效果更好。

作为本发明的一种改进，本发明所述步骤（1）中的硫酸铜可以为工业级硫酸铜，其纯度≥95％。经过本发明方法提纯后的硫酸铜纯度≥99％，纯度显著提高。

硫酸铜是一种重要的化工原料，在工业和农业上用途广泛，主要有无机工业用于制造其他铜盐如氯化亚铜、氯化铜、碳酸铜等；电镀工业用作全光亮酸性镀铜主盐和铜离子添加剂；农业上作为杀菌剂；养殖业也用作饲料添加剂微量元素铜的主要原料；生物学中用于配置斐林试剂和双缩脲试剂的B液。但是，由于工业级硫酸铜杂质多，不能满足上述多种用途的要求，因此目前在电镀工业等多种产业上只能应用价格昂贵的电镀级硫酸铜等杂质含量少的硫酸铜。而采用本发明所提供的硫酸铜深度除铁的工艺，可以深度除去工业级硫酸铜中的铁杂质，提高硫酸铜的质量，得到高纯度的硫酸铜，能应用于电镀工业等多种产业上，降低生产成本。而且，实施本发明方法所需的设备简单，能耗小，成本低，具有非常明显的有益效果。

实施例1

（1）将工业硫酸铜与蒸馏水配成近饱和溶液，过滤除去不溶性杂质，所得溶液铜含量为78g/L，铁含量为12mg/L，记“溶液1”；

（2）按1.5g/L的用量加入次氯酸钠（氧化剂）于溶液1，搅拌，静置氧化6h后得到溶液2；

（3）向溶液2缓慢滴入氢氧化钠和磷酸钠的混合溶液（沉淀剂），其浓度和用量分别为2％和30ml/L，调节溶液pH值至3.7，30℃下水解12h，过滤，得到溶液3；

（4）将溶液3蒸发结晶，得到高纯度硫酸铜。

此法制得的滤液铁含量为0.8mg/L，铜损失率为5％，硫酸铜的纯度≥99％。

实施例2

（1）将工业硫酸铜与蒸馏水配成近饱和溶液，过滤除去不溶性杂质，所得溶液铜含量为80g/L，铁含量为14mg/L，记“溶液1”；

（2）按2.5g/L的用量加入氯酸钠（氧化剂）于溶液1，搅拌，静置氧化12h后得到溶液2；

（3）向溶液2缓慢滴入磷酸钠和硬脂酸钠的混合溶液（沉淀剂），其浓度和用量分别为5％和8ml/L，调节溶液pH值至3.0，25℃下水解24h，过滤，得到溶液3；

（4）将溶液3蒸发结晶，得到高纯度硫酸铜。

此法制得的滤液铁含量为0.4mg/L，铜损失率为9％，硫酸铜的纯度≥99％。

实施例3

（1）将工业硫酸铜与蒸馏水配成近饱和溶液，过滤除去不溶性杂质，所得溶液铜含量为70g/L，铁含量为11mg/L，记“溶液1”；

（2）按0.025g/L的用量加入过硫酸钾（氧化剂）于溶液1，搅拌，静置氧化8h后得到溶液2；

（3）向溶液2缓慢滴入磷酸钠溶液（沉淀剂），其浓度和用量分别为1％和80ml/L，调节溶液pH值至4.0，50℃下水解3h，过滤，得到溶液3；

（4）将溶液3蒸发结晶，得到高纯度硫酸铜。

此法制得的滤液铁含量为0.5mg/L，铜损失率为8％，硫酸铜的纯度≥99％。

实施例4

（1）将工业硫酸铜与蒸馏水配成近饱和溶液，过滤除去不溶性杂质，所得溶液铜含量为75g/L，铁含量为10mg/L，记“溶液1”；

（2）按1.5g/L的用量加入高锰酸钾和次氯酸钠的混合物（氧化剂）于溶液1，搅拌，静置氧化1h后得到溶液2；

（3）向溶液2缓慢滴入氢氧化钠和磷酸钠的混合溶液（沉淀剂），其浓度和用量分别为3％和25ml/L，调节溶液pH值至3.6，40℃下水解6h，过滤，得到溶液3；

（4）将溶液3蒸发结晶，得到高纯度硫酸铜。

此法制得的滤液铁含量为0.9mg/L，铜损失率为6％，硫酸铜的纯度≥99％。

实施例5

（1）将工业硫酸铜与蒸馏水配成不饱和溶液，过滤除去不溶性杂质，所得溶液铜含量为46g/L，铁含量为9mg/L，记“溶液1”；

（2）按0.3g/L的用量加入高锰酸钾（氧化剂）于溶液1，搅拌，静置氧化3h后得到溶液2；

（3）向溶液2缓慢滴入磷酸钠和硬脂酸钠的混合溶液（沉淀剂），其浓度和用量分别为4％和12ml/L，调节溶液pH值至3.2，25℃下水解24h，过滤，得到溶液3；

（4）将溶液3蒸发结晶，得到高纯度硫酸铜。

此法制得的滤液铁含量为0.5mg/L，铜损失率为9％，硫酸铜的纯度≥99％。

从上述实施例可以看出，本发明所提供的硫酸铜深度除铁的工艺，通过简单地工艺即可以实现对工业硫酸铜深度除铁，得到纯度≥99％的硫酸铜，而且可达到控制铁含量小于1ppm，铜损失率小于10％的深度除铁效果。

需要说明的是以上实施例均是本发明的较佳实施例，并不是用来限定本发明的保护范围，对于本领域的技术人员来说，在上述实施例的基础上作出的简单的替换均属于本发明权利要求的保护范围。

Claims (1)

1.一种硫酸铜除铁的工艺，其特征在于：该工艺包括以下步骤：

(1)将硫酸铜与蒸馏水配成硫酸铜溶液，过滤除去不溶性杂质，得到溶液1，溶液1的铜浓度为70-80g/L；所述硫酸铜为工业硫酸铜，纯度≥95％；

(2)向溶液1加入氧化剂，搅拌，待充分氧化后得到溶液2，氧化剂为次氯酸钠、氯酸钠和过硫酸钾中的一种或多种，氧化剂用量为0.25-1.5g/L，氧化时间为1-12h；

(3)向溶液2滴入沉淀剂，调节溶液pH值至3.0-4.0，在25-30℃条件下水解3-24h，过滤除去沉淀，得溶液3，沉淀剂为氢氧化钠、磷酸钠、碳酸钠和硬脂酸钠中的一种或多种沉淀剂浓度为1.0-5.0％，沉淀剂用量为8-80mL/L；

(4)将溶液3蒸发结晶，得到高纯度硫酸铜，所述高纯度硫酸铜的纯度≥99％。