发明方案
为了解决上述问题,本发明的目的在于提供一种充分回收利用其中的铜、铁金属,并符合环保要求的处置工艺。
本发明的处理工艺,包括浸出、萃取、电解和铁回收利用等工艺流程:首先,对含铜滤泥采用常温稀硫酸浸出,过滤得到浸出渣、浸出过滤液;浸出渣经水洗后过滤,水洗液返回浸出工序,水洗渣填埋处理。
其次,对浸出过滤液采用铜萃取剂萃取铜,得到萃取负载有机相、萃余液;对萃取的负载有机相进行反萃,得到反萃液、有机相,有机相返回萃取工序。
其三,电解反萃液得到电解铜、铜电解废液,铜电解废液返回反萃工序。
其四,对萃余液用铁屑置换铜以及其它比铁更正电性的杂质,得到置换渣、滤液,置换渣返回浸出工序;对滤液回收利用铁。
本发明的浸出工艺流程的浸出方法和条件是:
硫酸、铜滤泥的液固比为4∶1,浸出液终酸pH=0.8~1.1。
根据铜滤泥中铜的物相与铁的分析,浸出主要化学反应式为:
本发明所述的铜萃取剂采用Lix984萃取剂,萃取工艺流程的萃取方法和条件是:
用煤油作稀释剂,煤油需用浓硫酸磺化处理,煤油与浓硫酸的体积比为5∶1;将磺化煤油与铜萃取剂Lix984原液,按8~15∶1制得的萃铜使用的有机相(O);将所述水洗液稀释所述铜浸出过滤液至含铜小于6g/L,制得萃取水相(H),用有机相(O)与水相(H)进行萃取。
萃取条件为:有机相(O)/水相(H)=1,水相pH=1.8~2.5。
反萃条件为:有机相(O)/水相(H)=1,酸度140~160g/L。
萃铜时的反应式为:
本发明的电解工艺流程的电解方法及条件是:以不溶性阳极为阳极,以薄紫铜片为阴极,电解温度50~55℃,阴极电流密度200A/m2,平均槽电压1.9V。
电解过程反应式为:
本发明的所述铁回收利用工艺流程的方法及条件是:
所述加铁屑置换铜以及其它比铁更正电性的杂质时,萃余液pH值调至5~6。
本发明的有益效果是:由于采用本发明的处理工艺,铜滤泥经硫酸浸出后,其中的铜通过萃取、电解得到有效回收,回收率达94%,电解铜可达国标GB467-82一级、GB/T467-1997阴极铜标准;其中的铁元素通过处理而得到回收利用,回收利用率达95%;浸出水洗渣可按环保要求填埋处理;每个流程所产生的滤液、有机相、置换渣、电解废液等均得到了循环利用,整个工艺流程实现了清洁生产。本发明不仅符合环保要求地处理了铜滤泥,并回收利用了其中的铜、铁,可产生较好的经济效益,使铜滤泥处理成为了一个有高回报的投资项目。
具体实施方式
从图中可看出,本发明工艺的流程包括浸出、萃取、电解和铁回收利用等工艺流程。首先,对含铜滤泥采用常温稀硫酸浸出,过滤得到浸出渣、浸出过滤液;浸出渣经水洗后过滤,水洗液返回浸出工序,水洗渣填埋处理。
其次,对浸出过滤液采用铜萃取剂Lix984萃取铜,得到萃取负载有机相、萃余液,萃取条件为:有机相(O)/水相(H)=1,水相pH=1.8~2.5;对萃取的负载有机相进行反萃,得到反萃液、有机相,有机相返回萃取工序,反萃条件为:有机相(O)/水相(H)=1。
其三,电解反萃液获得电解铜,铜电解废液返回反萃工序。
其四,对萃余液用铁屑置换铜以及其它比铁更正电性的杂质,得到置换渣、滤液,置换渣返回浸出工序;滤液浓缩结晶得七水硫酸亚铁,结晶母液返回置换工序。
试验原料为一线路板铜滤泥样品,其主要金属化学成份为(重量%):Cu18.45,Fe11.00,Ni0.013微,Cr0.029,Zn0.71,Na0.22,CaO1.25,MgO0.38。该样品Cu物相分析结果(重量%)见表1。
表1:
成份 |
含量% |
组成% |
Cu/CuSO4 |
2.96 |
14.58 |
Cu/CuO |
5.86 |
31.76 |
Cu/Cu(OH)2 |
9.43 |
51.11 |
Cu |
0.47 |
2.55 |
Tcu |
18.45 |
100 |
物相分析结果表明,Cu主要以Cu(OH)2与CuO形式存在,其次为CuSO4,单质铜很少。
一、铜滤泥浸出实施例
浸出操作方法:铜滤泥加水、加硫酸,利用化学反应热进行浸出,每次加铜滤泥(干基)40~80kg,加水为120~240L,加硫酸为40~80L;液固比为4∶1;浸出时间为1~2小时;浸出液终酸pH=0.8~1.1。
浸出结果平均成份与指标为:
浸出液(g/L):Cu17.78,Fe29.91;
浸出渣(重量%):Cu1.64,Fe3.36;
Cu的浸出率为98.41%,Fe的浸出率为97.92%。
根据铜滤泥中铜的物相与铁的分析,浸出主要化学反应式为:
二、铜萃取实施例
按上述浸出方法制备铜滤泥浸出液,其成分(g/l)为:Cu17.52,Fe29.56,Zn3.88,Ni微量,Co0.013。
铜萃取剂可采用的有Lix63、Lix64、Lix65、Lix70、Lix622、Lix6022、SME529、M5640、N509、N530、N510等,其中汉高公司的Lix984最为合适。
(1)萃铜原理
在硫酸溶液中萃铜时发生下列反应;
萃取所生成的萃合物有螯环结构,丧失亲水性而进入有机相,以羟肟类为例,羟肟分子有顺、反异构体存在,顺式异构体形成分子内氢键,因而不起萃取作用。而反式异构体有分子间氢键,发生萃取作用时,每个醇羟基上被置换出一个氢离子,生成多环螯合物而进入有机相。
(2)萃铜试验
萃取试验在500ml分液漏斗中进行,采用汉高公司Lix984新萃取剂,用煤油作稀释剂,煤油需用浓硫酸磺化处理,煤油与浓硫酸的体积比为5∶1,重复处理两次,二次磺化煤油用5%碳酸钠溶液洗涤三次,碱洗后磺化煤油与Lix984原液比为8~15∶1,即制得供萃铜使用的萃取有机相。萃取水相为铜滤泥浸出液,因Lix984萃取剂最适宜处理含铜小于6g/L的溶液,故把铜浸出液用洗渣液稀释至萃取浓度。
萃取技术条件为:有机相(O)∶水相(H)=1∶1,水相pH=1.8~2.5。
二级逆流萃取,每级萃取混合时间2~4分钟,分相时间2~3分钟。LIX984萃铜效果好,分层快,没有乳化现象产生。萃余液送制取七水硫酸亚铁,有机相进行反萃。
反萃技术条件为:有机相(O)∶水相(H)=1∶1,酸度140~160g/L。
用电解铜废液反萃,萃取时间8~12分钟。
表2为萃取与反萃试验得到的溶液成分。
由表2可知,铜的萃取与反萃取得的技术指标十分理想,有利于萃余液制取七水硫酸亚铁(FeSO4·7H2O),和反萃液电解铜。
表2:
试验编号 |
萃Cu-1 |
萃Cu-2 |
萃Cu-3 |
萃Cu-4 |
萃Cu-5 |
萃Cu-平均 |
萃余液 |
Cu(g/L) |
0.14 |
0.20 |
0.12 |
0.14 |
0.17 |
0.154 |
Fe(g/L) | 9.12 | 9.18 | 9.23 | 9.12 | 9.10 | 9.15 |
pH |
<1 |
<1 |
<1 |
<1 |
<1 |
<1 |
Cu萃取回收率(%) |
97.66 |
96.48 |
98.00 |
97.66 |
97.17 |
97.39 |
反萃液 |
Cu(g/L) |
35.78 |
35.83 |
35.76 |
35.73 |
35.67 |
35.87 |
Fe(g/L) |
0.28 |
0.18 |
0.20 |
0.25 |
0.16 |
0.21 |
H2SO4(g/L) |
144.78 |
160.91 |
143.13 |
143.95 |
147.99 |
148.15 |
Cu反萃回收率(%) |
99.09 |
99.94 |
98.74 |
98.23 |
97.2 |
98.64 |
三、反萃液电解铜实施例
铜电解过程总反应为:
在直流电作用下,阴极析出铜,阳极放出氧气,铜电解废液返回反萃工序。
电解铜以Pb-Ag合金为不溶阳极,以薄紫铜片为阴极,同名极距56mm,电解温度55℃,阴极电流密度200A/m2,电解液含Cu53.37g/L,含H2SO4150.55g/L,含Fe0.26g/L,添加剂:胶4g/tCu,硫脲20g/tCu,电解120h,阴极电流效率86.53%,平均槽电压1.9V,电能消耗为1851度/tCu。
本试验结果,电解铜质量经株洲冶炼厂分析已达到国标GB467-82一级标准,也达到GB/T467-1997阴极铜标准,具体见表(重量%)3。
表3:
指标名称 |
GB467-82一级标准 |
GB/T467-1997阴极Cu标准 | 本试验结果 |
Cu≥ |
99.95 |
/ |
99.95 |
Cu+Ag≥ |
/ |
99.95 |
/ |
As≤ |
0.002 |
0.0015 |
0.0015 |
Sb≤ |
0.002 |
0.0015 |
0.001 |
Bi≤ |
0.001 |
0.0006 |
0.0005 |
Fe≤ |
0.004 |
0.0025 |
0.002 |
Pb≤ |
0.003 |
0.002 |
0.001 |
Sn≤ |
0.002 |
0.001 |
0.0005 |
Ni≤ |
0.002 |
0.002 |
0.0005 |
Z≤ |
0.003 |
0.002 |
0.002 |
S≤ |
0.004 |
0.0025 |
0.002 |
P≤ |
0.006 |
0.001 |
0.001 |
四、萃余液的铁回收利用,结晶制取硫酸亚铁实施例
Cu萃余液的成分为(g/L):Cu0.151,Fe9.15,Ni微,Co0.004,Zn1.28,Ca0.086,Mg0.038,pH0.7。
将上述铜萃余液加热至60℃,加铁屑置换除铜与除去比铁更正点性的杂质元素,时间4~5h,pH=5~6,密度1.37~1.42,过滤后的滤渣即置换渣,因其中含有一定的铜,故送回浸出工序。将滤液的pH用酸调至0.5~1,然后冷却结晶过滤分离,得到产品七水硫酸亚铁(FeSO4·7H2O),滤液返回至置换工序。产品分析结果达可到企业标准要求,具体见表4(重量%)。
表4
指标名称 |
企业标准 |
本试验结果 |
1 |
2 |
FeSO4≥ |
96.0 |
98.34 |
99.73 |
Fe≤ |
20.1 |
20.09 |
20.88 |
Mn≤ |
0.058 |
0.013 | |
Ca≤ |
0.0065 |
0.0031 | |
Mg≤ |
0.0076 |
0.0066 | |
Cr≤ |
0.0052 |
0.0032 | |
Cu≤ |
0.0064 |
0.0003 | |
Zn≤ |
0.00763 |
0.003 | |
V≤ |
0.0052 |
0.0045 | |
Sn≤ |
0.0064 |
0.005 | |
作为铁回收利用的另一个实施方式,在萃余液置换后的滤液中,加氨水中和,生成氢氧化亚铁,再加空气氧化,制取铁红三氧化二铁;分离三氧化二铁后得到的滤液浓缩制取硫酸铵。
上述硫酸铵滤液也可不浓缩,通过蒸氨方式回收氨,将氨循环使用。
五、水洗渣的处理
浸出流程中所产生的浸出水洗渣,按环保要求进行安全填埋处理。