CN109956491A - 利用氨络合法提纯金属氧化物的装置和循环生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用氨络合法提纯金属氧化物的装置，包括浸出反应釜、蒸氨反应釜、热解反应釜、冷凝槽、储液槽、水喷射泵、第一离心泵、第二离心泵、第三离心泵、第四离心泵，所述浸出反应釜、第三离心泵、蒸氨反应釜、热解反应釜、冷凝槽通过导管依次相连，所述蒸氨反应釜、第二离心泵、储液槽、浸出反应釜也通过导管依次相连，冷凝槽与水喷射泵通过导管连通形成气体通路，并且冷凝槽、所述第四离心泵、浸出反应釜也通过导管依次相连形成液体通路。还公开了利用该装置进行的循环生产工艺。该装置构造简单，采用该装置进行的循环生产工艺不会产生氨气泄漏、废水排放少，适合多种氧化型矿物浸出提纯，经济且环保，生产成本低、能耗少、污染少。
Description
技术领域
本发明涉及一种提纯金属氧化物的装置，尤其涉及一种利用氨络合法提纯金属氧化物的装置和循环生产工艺。
背景技术
氨法浸出铜、锌、镍等金属元素是利用该类离子与氨形成稳定的络合离子 Me(NH3)n 2+而溶解，加热重新析出，从而选择性浸出目的矿物矿物。氨浸法特别适合于碱性脉石MgO、CaO及碳酸盐含量高的矿物，同样适用于高铁、高硅铝矿石，能减少酸耗因酸浸带来的酸耗过大、选择性差等弊端。
目前，氨性浸出体系主要有碳酸盐体系、氯化物体系和硫酸盐体系，其中，碳酸盐体系具有选择性好，腐蚀性小、物料易循环的优点，但缺点在于碳酸氢铵稳定性差，易挥发产生大量氨气，既造成物料损失，又污染环境，危害健康，从而也制约着该方法的推广。
文献陈继斌[1,2]公开了铜氨溶液的喷雾蒸馏提铜方法([1]陈继斌.铜氨溶液的喷雾蒸馏提铜[J].有色金属,1974,5:8-14.[2]陈继斌.铜氨溶液的喷雾蒸馏提铜续[J].有色金属,1974,5:48-53.)，该方法中所有浸出液需要全部蒸干，水分大量蒸发使得能耗高，同时尚未解决密封问题，会造成氨的挥发溢出，带来环境污染和原料损失，此外需要庞大的喷雾干燥设备，易堵塞喷嘴，且成本高。
发明内容
本发明的目的在于针对上述问题，提供一种构造简单、废水排放少、适应性广的利用氨络合法提纯金属氧化物的装置和循环生产工艺。
为此，本发明所采用的技术方案为：
一种利用氨络合法提纯金属氧化物的装置，包括浸出反应釜、蒸氨反应釜、热解反应釜、冷凝槽、储液槽、水喷射泵、第一离心泵、第二离心泵、第三离心泵、第四离心泵，所述浸出反应釜、第三离心泵、蒸氨反应釜、热解反应釜、冷凝槽通过导管依次相连，所述蒸氨反应釜、第二离心泵、储液槽、浸出反应釜也通过导管依次相连，冷凝槽与水喷射泵通过导管连通形成气体通路，并且冷凝槽、所述第四离心泵、浸出反应釜也通过导管依次相连形成液体通路。
在上述技术方案中，所述浸出反应釜上设置有水浴冷却外套、温度计、压力表、气压平衡管，对浸出反应釜内的温度、气压进行监控和调节，让浸出在低温下进行，采用水浴冷却外套的方式，容易设置、冷却效果好。
在上述技术方案中，所述蒸氨反应釜上设置有水浴加热外套、温度计、压力表、气压平衡管，对蒸氨反应釜内的温度、气压进行监控和调节，让蒸氨反应釜内的氨络合物在加热条件下分解，水浴加热外套的方式容易设置，并且加热均匀。
在上述技术方案中，所述热解反应釜上设置有油浴加热外套、温度计，对热解反应釜内的温度、气压进行监控和调节，让热解反应釜内的碱式碳酸盐在加热条件下分解，油浴加热外套的方式容易设置，并且加热均匀。
在上述技术方案中，连接所述浸出反应釜和第三离心泵的导管在靠近浸出反应釜端设置有滤嘴，防止矿渣杂质进入第三离心泵)中引起堵塞及污染产物。
在上述技术方案中，连接所述蒸氨反应釜和第二离心泵的导管在靠近蒸氨反应釜端设置有滤嘴，防止固体进入第二离心泵中引起堵塞及损失产物。
一种利用氨络合法提纯金属氧化物的循环生产工艺，采用上述装置进行，包括如下步骤：
1)矿物浸出：在浸出反应釜中加入待浸出矿物料、碳酸氢铵、氨水，搅拌、低温浸出，反应毕，开启第三离心泵，将浸出液泵入至蒸氨反应釜，排出浸出反应釜中残渣；
2)矿物浸出和蒸氨反应同步进行：浸出反应釜中加入待浸出矿物料、碳酸氢铵，纯水，搅拌、低温浸出，开启第一离心泵，加热蒸氨反应釜，蒸氨反应釜中的浸出液分解释放氨气，并形成碱式碳酸盐沉淀，氨气通过水喷射泵进入浸出反应釜中参与反应，蒸氨毕，开启第二离心泵将蒸氨反应釜中的溶液泵入至储液槽，开启蒸氨反应釜下方阀门，碱式碳酸盐沉淀进入热解反应釜中，开启第三离心泵将浸出反应釜中的浸出液泵入至蒸氨反应釜，排出浸出反应釜中残渣，让储液槽中的溶液进入浸出反应釜中；
3)矿物浸出、蒸氨反应、热分解反应同步进行：浸出反应釜中加入待浸出矿物料，搅拌、低温浸出，开启第一离心泵，加热蒸氨反应釜和热解反应釜，蒸氨反应釜中分解释放的氨气通过水喷射泵进入浸出反应釜，热解反应釜中的碱式碳酸盐热解得到氧化物、二氧化碳和水蒸汽，水蒸汽冷凝进入冷凝槽，二氧化碳通过水喷射泵进入浸出反应釜中参与反应，打开热解反应釜下方阀门得到提纯后的氧化物；开启第二离心泵将蒸氨反应釜中的溶液泵入至储液槽，开启蒸氨反应釜与热解反应釜之间的阀门，碱式碳酸盐进入至热解反应釜，关闭阀门，开启第三离心泵将浸出反应釜中的浸出液泵入蒸氨反应釜，开启第四离心泵将冷凝槽中收集的蒸馏水泵入至浸出反应釜中洗涤，洗涤液泵入至蒸氨反应釜，排出浸出反应釜中的残渣，让储液槽中的溶液进入浸出反应釜中；
4)循环反应：重复步骤3)，进入下一个反应周期，如此循环生产。
本发明原理包括如下反应式：
以铜氧化物矿物为例，锌、镍氧化物原理相同，氧化铜可以由辉铜矿、黄铜矿、蓝铜矿等硫化矿物经氧化焙烧或孔雀石受热分解获得，温度较低时，在碳酸氢铵及氨水作用下浸出溶解：
2CuO+6NH3+2NH4HCO3＝2Cu(NH3)4CO3+2H2O
升高温度时，溶液不稳定，释放出氨气和二氧化碳，生成碳酸盐沉淀：
2Cu(NH3)4CO3+H2O＝CuCO3·Cu(OH)2↓+8NH3↑+CO2↑
碳酸盐在固体在加热时分解，得到氧化物：
CuCO3·Cu(OH)2＝2CuO+CO2↑+H2O↑
二氧化碳和氨气在溶液中重新生成碳酸氢铵：
2CO2+2NH3＝2NH4HCO3
因此，碳酸氢铵和氨水能在内部循环，而氧化铜经过了反应溶解和沉淀、热分解生成的过程，最终达到提纯的目的。
本发明的有益效果是：本装置如下优点：1)在连接的装置内部形成循环闭路，解决了氨溢出产生污染的问题；2)蒸氨反应釜中为负压蒸氨，强化蒸氨效果，缩短蒸氨时间；3)热解溶液并未被蒸干，相对目前的喷雾干燥必须使溶液全部气化，节约能耗；4)装置较简单，能实现连续化批量生产，运行可靠。该装置构造简单，采用该装置进行的循环生产工艺不会产生氨气泄漏、废水排放少，适合多种氧化型矿物浸出提纯，经济且环保，能够在工业大量生产中推广应用，生产成本低、能耗少、污染少，提纯效果好，市场前景广阔。
附图说明
图1是本发明的利用氨络合法提纯金属氧化物的装置的结构示意图。
具体实施方式
下面通过实施例并结合附图，对本发明作进一步说明：
实施例2采用黄铜矿为原料，预先氧化焙烧，脱除全部硫得到含氧化铜的原料，焙烧后铜含量3.2％。实施例3原料采用闪锌矿为原料，预先氧化焙烧脱硫得到含氧化锌的原料，焙烧后锌含量4.7％。实施例4原料采用镍黄土矿，含镍2.6％。实施例5原料采用铜蓝矿为原料，先焙烧脱除二氧化碳得到含氧化铜的原料，焙烧后铜含量2.1％。
实施例1构建利用氨络合法提纯金属氧化物的装置
构建如图1所示的一种利用氨络合法提纯金属氧化物的装置，主要由浸出反应釜1、蒸氨反应釜2、热解反应釜3、冷凝槽4、储液槽5、水喷射泵6、第一离心泵7、第二离心泵8、第三离心泵9、第四离心泵10组成。浸出反应釜1、第三离心泵9、蒸氨反应釜2、热解反应釜3、冷凝槽4通过导管依次相连，蒸氨反应釜2、第二离心泵8、储液槽5、浸出反应釜1也通过导管依次相连，冷凝槽4与水喷射泵6通过导管连通形成气体通路，并且冷凝槽4、第四离心泵10、浸出反应釜1也通过导管依次相连形成液体通路。连接浸出反应釜 1和第三离心泵9的导管在靠近浸出反应釜1端设置有滤嘴，防止矿渣进入第三离心泵9中引起堵塞。连接蒸氨反应釜2和第二离心泵8的导管在靠近蒸氨反应釜2端设置有滤嘴，防止固体进入第二离心泵8中引起堵塞。
浸出反应釜上1设置有水浴冷却外套、温度计、压力表、气压平衡管，对浸出反应釜1内的温度、气压进行监控和调节，让浸出在低温下进行，采用水浴冷却外套的方式，容易设置、冷却效果好。
蒸氨反应釜2上设置有水浴加热外套、温度计、压力表、气压平衡管，对蒸氨反应釜2内的温度、气压进行监控和调节，让蒸氨反应釜2内的氨络合物在加热条件下分解，水浴加热外套的方式容易设置，并且加热均匀。
热解反应釜3上设置有油浴加热外套、温度计，对热解反应釜3内的温度、气压进行监控和调节，让热解反应釜3内的碱式碳酸盐在加热条件下分解，油浴加热外套的方式容易设置，并且加热均匀。
实施例2利用氨络合法提纯金属氧化物
利用实施例1构建的装置利用氨络合法提纯铜氧化物，按照如下步骤操作：
1)矿物浸出：在浸出反应釜1的水浴冷却外套通入常温冷却水，加入黄铜矿氧化焙烧后的物料50kg，碳酸氢铵4.0kg，氨水10kg，配置成溶液，搅拌，开启浸出反应釜1上的冷却水浴，在低温下浸出1h。反应毕，开启第三离心泵9，将浸出液泵入至蒸氨反应釜2，再加入纯水至浸出反应釜1洗涤物料，洗涤液泵入至蒸氨反应釜2，排出浸出反应釜1中未反应矿渣。
2)矿物浸出和蒸氨反应同步进行：在浸出反应釜1的水浴冷却外套通入常温冷却水，浸出反应釜1中加入黄铜矿氧化焙烧后的物料50kg、碳酸氢铵 4.0kg、去离子水，搅拌、浸出，开启第一离心泵7，蒸氨反应釜2上的加热套装置通入热水加热至70℃，时间1h，蒸氨反应釜2中的氨络合物分解释放氨气，并形成碱式碳酸盐沉淀，氨气通过水喷射泵6进入浸出反应釜1，并参与浸出矿物。反应毕，开启第二离心泵8将蒸氨反应釜2中的溶液泵入至储液槽 5，开启蒸氨反应釜2与热解反应釜3间阀门，碱式碳酸盐沉淀由于重力作用进入至热解反应釜3，关闭阀门，开启第三离心泵9将浸出反应釜1中的浸出液泵入至蒸氨反应釜2，浸出反应釜1中加入蒸馏水洗涤，洗涤液泵入至蒸氨反应釜2，然后排出浸出反应釜1中未反应矿渣，开启储液槽5与浸出反应釜 1中的阀门，储液槽5中的溶液进入浸出反应釜1中。
3)矿物浸出、蒸氨反应、热分解反应同步进行：在浸出反应釜1的水浴冷却外套中通入常温冷却水，浸出反应釜1中加入黄铜矿氧化焙烧后的物料 50kg，搅拌、浸出，开启第一离心泵7，蒸氨反应釜2和热解反应釜3中加热套装置分别通入热水和高温油，将蒸氨反应釜2和热解反应釜3分别加热至 70℃和300℃，时间均为1h，蒸氨反应釜2中氨络合物分解释放氨气，并形成碱式碳酸盐沉淀，氨气通过水喷射泵6进入浸出反应釜1，热解反应釜3中碱式碳酸盐分解生成提纯后的氧化物、二氧化碳和水蒸汽，水蒸汽冷凝进入冷凝槽4，二氧化碳通过水喷射泵6进入浸出反应釜1并参与反应、浸出矿物，反应毕，开启热解反应釜3下方阀门，排出提纯后的氧化物，开启第二离心泵8 将蒸氨反应釜2中的溶液泵入至储液槽5，开启蒸氨反应釜2与热解反应釜3 间阀门，碱式碳酸盐由于重力作用进入至热解反应釜3，关闭阀门，开启第三离心泵9将浸出液泵入至蒸氨反应釜2，开启第四离心泵10将冷凝槽4中收集的蒸馏水泵入至浸出反应釜1中洗涤，洗涤液泵入至蒸氨反应釜2，排出浸出反应釜1中未反应的矿渣，开启储液槽5与浸出反应釜1之间的阀门，储液槽 5中的溶液进入浸出反应釜1中；
4)循环反应：重复步骤3)，进入下一个反应周期，如此循环生产。
前两次得到的提纯的氧化铜质量分别为1.82kg和1.76kg，用硫代硫酸钠分别滴定氧化铜含量，分别为98.6％和99.4％，氧化铜回收率分别为89.7％和 87.5％，氧化铜产率和纯度均较稳定。
实施例3-5参照实施例2的方法，各步骤消耗的原料如表1所示，得到的产物情况如表2所示。
表1实施例3-5原料使用
表2实施例3-5产品参数
Claims (7)
1.一种利用氨络合法提纯金属氧化物的装置，其特征在于：包括浸出反应釜(1)、蒸氨反应釜(2)、热解反应釜(3)、冷凝槽(4)、储液槽(5)、水喷射泵(6)、第一离心泵(7)、第二离心泵(8)、第三离心泵(9)、第四离心泵(10)，所述浸出反应釜(1)、第三离心泵(9)、蒸氨反应釜(2)、热解反应釜(3)、冷凝槽(4)通过导管依次相连，所述蒸氨反应釜(2)、第二离心泵(8)、储液槽(5)、浸出反应釜(1)也通过导管依次相连，冷凝槽(4)与水喷射泵(6)通过导管连通形成气体通路，并且冷凝槽(4)、所述第四离心泵(10)、浸出反应釜(1)也通过导管依次相连形成液体通路。
2.如权利要求1所述的利用氨络合法提纯金属氧化物的装置，其特征在于：所述浸出反应釜(1)上设置有水浴冷却外套、温度计、压力表、气压平衡管。
3.如权利要求1所述的利用氨络合法提纯金属氧化物的装置，其特征在于：所述蒸氨反应釜(2)上设置有水浴加热外套、温度计、压力表、气压平衡管。
4.如权利要求1所述的利用氨络合法提纯金属氧化物的装置，其特征在于：所述热解反应釜(3)上设置有油浴加热外套、温度计。
5.如权利要求1所述的利用氨络合法提纯金属氧化物的装置，其特征在于：连接所述浸出反应釜(1)和第三离心泵(9)的导管在靠近浸出反应釜(1)端设置有滤嘴。
6.如权利要求1所述的利用氨络合法提纯金属氧化物的装置，其特征在于：连接所述蒸氨反应釜(2)和第二离心泵(8)的导管在靠近蒸氨反应釜(2)端设置有滤嘴。
7.一种利用氨络合法提纯金属氧化物的循环生产工艺，其特征在于：采用权利要求1至6任一项所述的装置进行，包括如下步骤：
1)矿物浸出：在浸出反应釜(1)中加入待浸出矿物料、碳酸氢铵、氨水，搅拌、低温浸出，反应毕，开启第三离心泵(9)，将浸出液泵入至蒸氨反应釜(2)，排出浸出反应釜(1)中残渣；
2)矿物浸出和蒸氨反应同步进行：浸出反应釜(1)中加入待浸出矿物料、碳酸氢铵，纯水，搅拌、低温浸出，开启第一离心泵(7)，加热蒸氨反应釜(2)，蒸氨反应釜(2)中的浸出液分解释放氨气，并形成碱式碳酸盐沉淀，氨气通过水喷射泵(6)进入浸出反应釜(1)中参与反应，蒸氨毕，开启第二离心泵(8)将蒸氨反应釜(2)中的溶液泵入至储液槽(5)，开启蒸氨反应釜(2)下方阀门，碱式碳酸盐沉淀进入热解反应釜(3)中，开启第三离心泵(9)将浸出反应釜(1)中的浸出液泵入至蒸氨反应釜(2)，排出浸出反应釜(1)中残渣，让储液槽(5)中的溶液进入浸出反应釜(1)中；
3)矿物浸出、蒸氨反应、热分解反应同步进行：浸出反应釜(1)中加入待浸出矿物料，搅拌、低温浸出，开启第一离心泵(7)，加热蒸氨反应釜(2)和热解反应釜(3)，蒸氨反应釜(2)中分解释放的氨气通过水喷射泵(6)进入浸出反应釜(1)，热解反应釜(3)中的碱式碳酸盐热解得到氧化物、二氧化碳和水蒸汽，水蒸汽冷凝进入冷凝槽(4)，二氧化碳通过水喷射泵(6)进入浸出反应釜(1)中参与反应，打开热解反应釜(3)下方阀门得到提纯后的氧化物；开启第二离心泵(8)将蒸氨反应釜(2)中的溶液泵入至储液槽(5)，开启蒸氨反应釜(2)与热解反应釜(3)之间的阀门，碱式碳酸盐进入至热解反应釜(3)，关闭阀门，开启第三离心泵(9)将浸出反应釜(1)中的浸出液泵入蒸氨反应釜(2)，开启第四离心泵(10)将冷凝槽(4)中收集的蒸馏水泵入至浸出反应釜(1)中洗涤，洗涤液泵入至蒸氨反应釜(2)，排出浸出反应釜(1)中的残渣，让储液槽(5)中的溶液进入浸出反应釜(1)中；
4)循环反应：重复步骤3)，进入下一个反应周期，如此循环生产。
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