一種環(huán)保型濕法冶金新技術(shù)

摘要:介紹了一種環(huán)保型濕法冶金新技術(shù)。該技術(shù)以重金屬吸附材料為基礎(chǔ)，配套連續(xù)吸附交換設(shè)備和直接電沉積設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)金屬浸出液的分離、純化、富集和還原的全套工藝環(huán)節(jié)。對真實(shí)浸出液進(jìn)行小型試驗(yàn)，初步驗(yàn)證了工藝的可行性。

關(guān)鍵詞:濕法冶金;環(huán)保;重金屬吸附材料;連續(xù)吸附;直接電沉積

近年來，濕法冶金技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用和長足發(fā)展。然而，隨著對節(jié)能環(huán)保的重視，濕法冶金技術(shù)在迅速發(fā)展的同時，也暴露出一定的局限性和需要改進(jìn)的一系列問題，如:開放式生產(chǎn)環(huán)節(jié)的環(huán)境危害和對人員健康的威脅，低濃度金屬溶液的有效提取，多種伴生金屬的分離純化工藝的簡化，節(jié)能降耗技術(shù)與設(shè)備的研發(fā)等等。環(huán)保型濕法冶金新技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用具有重要意義。

1環(huán)保型濕法冶金新技術(shù)介紹

傳統(tǒng)的濕法冶金工藝可分為3個步驟:浸出，溶液濃縮及提純，金屬回收。該環(huán)保型新技術(shù)主要集中在后2個階段—浸出液的富集純化和金屬電沉積。

1. 1金屬浸出液的富集純化

????在目前的銅溶劑萃取工藝中，常使用揮發(fā)性萃取劑，萃取液具有潛在毒性;產(chǎn)生的污物需要特殊處理，增加了經(jīng)濟(jì)上的負(fù)擔(dān);銅質(zhì)量濃度低于1g/L的浸出液處理效果較差:因此溶劑萃取技術(shù)的應(yīng)用受到嚴(yán)重制約。

????該環(huán)保型新技術(shù)采用自主研發(fā)的重金屬吸附材料，以離子交換方式定向吸附目標(biāo)金屬。該重金屬吸附材料是一種骨架經(jīng)特殊處理的有機(jī)/無機(jī)復(fù)合材料，無機(jī)硅膠表面所修飾的有機(jī)官能團(tuán)形成淺孔道，重金屬離子很容易擴(kuò)散到孔道中，被官能團(tuán)吸附，而且短時間內(nèi)達(dá)到平衡。材料對重金屬離子的鰲合吸附屬于單分子層化學(xué)吸附，具有選擇性強(qiáng)、吸附容量大(交換容量p(Cu),20 g/L) ,吸附速度快等優(yōu)點(diǎn)，同時對微、痕量金屬具有極強(qiáng)的吸附能力(可處理金屬質(zhì)量濃度1 mg/L以上的溶液)，對堿金屬、堿土金屬不吸附。

????含金屬浸出液通過重金屬吸附材料，目標(biāo)金屬離子被選擇性吸附在材料表面，吸附飽和后用解吸劑沖洗解吸，得到高濃度金屬溶液。這一過程相當(dāng)于傳統(tǒng)濕法工藝中的萃取和反萃取。目前，重金屬吸附材料已形成系列產(chǎn)品，適用于銅鉆、銅鎳、鎳鎂等多種金屬體系的選擇性分離。

????基于重金屬吸附材料的優(yōu)良性能，配套研發(fā)的連續(xù)吸附交換設(shè)備可完成浸出液的連續(xù)化、自動化處理。裝載吸附材料的吸附柱串聯(lián)或并聯(lián)，依次循環(huán)通過吸附、水洗、解吸、再生4個工作區(qū)，通過控制各吸附柱內(nèi)的溶液和流向，可使通常情況下的多級分離同時進(jìn)行(如圖1所示)。各個工序集中在一套系統(tǒng)中，工藝集成度大大提高。實(shí)際運(yùn)行中，采用多柱串聯(lián)吸附，當(dāng)單柱吸附飽和后即開始在連續(xù)床上做圓周轉(zhuǎn)動，依次進(jìn)入水洗、解吸工作區(qū)，水洗、解吸后得到高濃度、高純度的金屬富集液。連續(xù)吸附交換床中所有的吸附柱均為全封閉式，酸液在系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)利用，避免了傳統(tǒng)工藝中的安全、環(huán)保等一系列問題。

1. 2直接電沉積

????傳統(tǒng)電沉積工藝中，采用面對面的平板式電極板，如圖2所示。本技術(shù)在此基礎(chǔ)上直接電沉積，在管式電積池的管內(nèi)插入一個滑動的不銹鋼圓筒。不銹鋼圓筒的內(nèi)壁為陰極，陽極固定在管式電池的中心。富集液通過時，金屬沉積在陰極上。當(dāng)金屬沉積到一定厚度時抽出不銹鋼圓筒，取出金屬板，不銹鋼圓筒再次裝入管式電池中循環(huán)使用。生產(chǎn)金屬粉時，采用沖刷法自動控制，連續(xù)生產(chǎn)。電積液返回濃度調(diào)節(jié)槽和吸附交換系統(tǒng)循環(huán)電積。

在保證金屬沉積純度的前提下，直接電沉積工藝通過優(yōu)化筒內(nèi)溶液的流體動力學(xué)，進(jìn)一步減弱了電積過程中的濃差極化現(xiàn)象，提升了電流密度和沉積速率，降低了用電消耗，電積周期從傳統(tǒng)的7d左右縮短至2d，而且對電積原液的金屬離子質(zhì)量濃度要求也大大降低，從傳統(tǒng)電積銅的40g/L以上降低至5 g/L，大大擴(kuò)展了電積工藝的適用范圍。整體系統(tǒng)采用全封閉式設(shè)計，能夠避免酸霧對環(huán)境的威脅。

1. 3工藝流程

????浸出液按一定技術(shù)參數(shù)進(jìn)入裝有重金屬吸附材料的連續(xù)吸附交換設(shè)備。當(dāng)浸出液通過時，重金屬吸附材料發(fā)揮選擇性功能開始吸附目標(biāo)金屬離子，其他金屬離子即使在初始階段被吸附，也會逐漸被鍵合更穩(wěn)定的目標(biāo)金屬離子“搶位”，從而實(shí)現(xiàn)目標(biāo)金屬離子的分離、純化和富集。富集后的解吸液達(dá)到設(shè)定濃度后，進(jìn)入直接電沉積設(shè)備???在電積筒中快速噴射流動，還原后得到高純度金屬。如還有其他金屬離子需要回收，則出水再通過另一套裝有該金屬吸附材料的連續(xù)吸附交換設(shè)備，經(jīng)純化富集后進(jìn)行直接電沉積。系統(tǒng)中，溶液均循環(huán)利用或返回至浸出環(huán)節(jié)，極少量的尾液無害化處理后排放，如圖3所示。

2試驗(yàn)部分2. 1浸出液

????贊比亞謙比希銅鉆礦石浸出液，組成見表1

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2. 2主要設(shè)備及試劑

????模擬連續(xù)吸附交換床，串聯(lián)5根吸附柱，4根解吸柱。

????其他設(shè)備有BL100蠕動泵，pHS-3C酸度計，原子吸收分光光度計，紫外分光光度計。

????重金屬吸附材料吸附柱，X25 mm X 180 mm,填裝重金屬吸附材料82 g .

試劑為分析純濃硫酸，工業(yè)級五水硫酸銅，去離子水，重金屬吸附材料。

2. 3從浸出液中分離富集銅、鉆

????由表1看出，浸出液通過串聯(lián)吸附柱后，銅離子基本被完全吸附，銅吸附率接近100%，尾液中銅質(zhì)量濃度為0. 5 mg/L，富集液純度較高。提銅尾液提取鉆的試驗(yàn)結(jié)果見表2，可以看出，鉆離子也基本被完全吸附，尾液中鉆離子質(zhì)量濃度為1. 2mg/L，吸附率達(dá)99. 14 %。富集液中鉆質(zhì)量濃度達(dá)12. 2 g/L，富集了87. 8倍。

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2. 4直接電沉積

????用水、工業(yè)級五水硫酸銅、98%濃硫酸配制硫酸質(zhì)量濃度為160 g/L、銅離子質(zhì)量濃度48. 35g/L的電積溶液30 L。對30 L硫酸銅溶液進(jìn)行電積，控制初始流量為10 L/min，初始電流為25. 4 A，初始電壓為2. 55 V，總電積時間為27 h,每1h取樣一次，檢測銅質(zhì)量濃度和酸度。試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示?？梢钥闯?，銅電積速度快，電流效率高。電流效率為97. 49%

3結(jié)論

????隨著對環(huán)保問題的高度重視，濕法冶金行業(yè)面臨著技術(shù)升級的壓力，環(huán)保型濕法冶金新技術(shù)正是基于這樣的背景而研發(fā)的。通過小型試驗(yàn)，已初步證明該技術(shù)應(yīng)用于濕法冶金中的可行性。后續(xù)將進(jìn)行較大規(guī)模的中試，更加全面和充分地論證其工業(yè)化的可行性。

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