一种在盐酸体系中超声强化过硫酸盐氧化浸出黄铜矿的方法

1.本发明涉及一种在盐酸体系中超声强化过硫酸盐氧化浸出黄铜矿的方法，属于湿法冶金技术领域。

背景技术：

2.黄铜矿是铜铁硫化物矿物和最丰富的铜矿石矿物，占全球铜储量的70％(质量分数)。它的化学式为cufes2，在四方晶系中结晶。它呈黄铜至金黄，莫氏硬度为3.5至4。
3.从黄铜矿提取铜的方法主要分为火法工艺和湿法工艺。火法工艺包括熔炼、吹炼和精炼等过程。火法工艺前黄铜矿需要进行严格的选矿环节成为含铜品位较高的铜精矿，流程较为复杂原料要求高。火法冶炼的过程中会产出大量的温室气体及含有二氧化硫的废气，造成温室效应及环境污染。湿法工艺将矿石粉碎后在较低温度或者常温的水溶液中完成对铜等有价金属的提取，能耗低、环境相容性强。湿法工艺逐渐成为处理硫化铜矿，特别是低品位黄铜矿提取铜的一种高效方法，黄铜矿的湿法提取研究也逐渐成为研究热点。
4.目前现代湿法冶炼有常压浸出，加压浸出，离子液体浸出，生物浸出法等。生物浸出也叫细菌浸出，是利用微生物(细菌)的催化作用，将矿物中与硫结合的有价金属元素氧化、进而呈阳离子形态进入溶液的过程。嗜热菌搅拌浸出黄铜矿工艺在黄铜矿处理上取得了重大突破，在300天浸出中得到了大于百分之九十的浸出率。但生物浸出需要先进行菌培育，浸出时间过长。加压浸出指使用加压反应釜等容器，在提高压力的条件下使用不同种类氧化剂对黄铜矿进行氧化进出；常压氧化浸出是指在常规压力下使用不同种类氧化剂对黄铜矿进行氧化浸出。加压浸出有着设备要求高，危险性大，加压时会造成相当一部分的资源浪费等缺陷。两种方法的常用氧化剂有h2o2、mno2和重铬酸盐。这些氧化剂存在着运输成本高、酸性介质中分解较快，利用率低以及引入其他难分离阳离子等问题，处理工艺流程长。离子液体浸出中所使用的离子液体合成难度较高，成本较高，工艺操作复杂，难以真正投入使用。加压酸浸是指使用反应器加大压力，来增加氧化浸出的速率以及浸出率。加压酸浸对设备腐蚀程度大，设备要求高，经济利益低下。
5.故，现有黄铜矿的湿法处理工艺存在流程长、操作复杂、设备要求严苛以及高温高压导致的能耗问题。

技术实现要素：

6.本发明针对黄铜矿的湿法处理工艺存在的流程长、操作复杂、设备要求严苛以及高温高压导致能耗增加等问题，提供了一种在盐酸体系中超声强化过硫酸盐氧化浸出黄铜矿的方法，即以盐酸为浸出液，浸出过程中氧化剂反应生成硫酸根，避免同离子效应，有效促进反应的正向进行，提高黄铜矿的浸出率；采用超声活强化过硫酸盐氧化处理黄铜矿，超声波产生的空化和机械效应与超声对过硫酸盐的活化效果所产生的氧化环境，协同强化氧化提高黄铜矿中有价金属铜和铁的浸出效果，极大地降低浸出所需时间，浸出后得到高浓度的金属溶液。
7.一种在盐酸体系中超声强化过硫酸盐氧化浸出黄铜矿的方法，具体步骤如下：
8.(1)将黄铜矿进行干燥、研磨得到黄铜矿粉料；
9.(2)将黄铜矿粉料加入到盐酸溶液中，以过硫酸钠为氧化剂，在温度30～70℃下经超声强化氧化浸出2-5h，固液分离得到浸出渣和浸出液，浸出渣干燥、研磨，检测金属含量。
10.以黄铜矿的质量为100％计，黄铜矿粉料中含有铜14～27％、铁13～25％。
11.所述步骤(2)盐酸溶液浓度为0.5～2.5mol/l，盐酸溶液与黄铜矿粉料的液固比ml:g为5～9:1。
12.所述步骤(2)过硫酸钠的浓度为100-500g/l。
13.所述步骤(2)超声功率为100～500w，超声频率为20.1khz。
14.盐酸体系中超声强化过硫酸盐氧化浸出黄铜矿的原理：以盐酸为浸出液，浸出过程中氧化剂反应生成硫酸根，避免同离子效应，有效促进反应的正向进行，提高黄铜矿的浸出率；超声活化过硫酸盐的高级氧化系统可以加强浸出过程；由超声空化效应产生的局部瞬时高温高压条件促进了过硫酸盐活化产生硫酸根自由基，为体系提供强氧化性，加速黄铜矿中金属的氧化速率。此外，超声的破碎作用将黄铜矿颗粒粉碎成较小颗粒，增大了反应面积，促进反应的进行，形成高氧化性环境，用更快速度，更短的时间将黄铜矿中低氧化性的物质氧化浸出到溶液中，超声波活化过硫酸盐形成高效、绿氧化浸出黄铜矿的系统。
15.本发明的有益效果是：
16.(1)本发明利用盐酸溶液作为浸出剂，过硫酸钠作为氧化剂，超声活化过硫酸钠氧化浸出黄铜矿中的铜和铁，相比传统浸出方法，盐酸浸出时同离子效应减弱，促进反应的进行，盐酸体系中超声强化过硫酸钠氧化浸出具有氧化剂浓度高，浸出效率快，浸出时间短，易于操作的特点；
17.(2)本发明利用超声处理溶液时产生的机械效应和空化效应，高频振动及辐射压力可在液体中形成有效的搅动与流动；空化气泡振动对固体表面产生的强烈射流及局部流破坏固-液相界面，有利于界面化学反应，提高浸出效率；
18.(3)本发明以过硫酸钠为氧化剂，氧化黄铜矿中的硫为硫酸根离子，使其更易进入到溶液中，氧化剂利用率高，超声活化过硫酸钠能够提高浸出效率，得到氧化性更高的自由基，杜绝了其他氧化剂反应中所生产的硫钝化层提高反应效率；而且，过硫酸钠使用时不会引入难分离阳离子，简化后续工艺。
附图说明
19.图1为本发明工艺流程图。
具体实施方式
20.下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。
21.实施例1：本实施例黄铜矿矿物的成分见表1，
22.表1黄铜矿矿物的成分
23.元素cufe含量(wt.％)25.4822.36
24.一种超声活化过硫酸盐氧化浸出黄铜矿的方法(见图1)，具体步骤如下：
25.(1)将黄铜矿进行干燥、研磨至粒径小于200目得到黄铜矿粉料；
26.(2)将50g黄铜矿粉料加入到240ml浓度为1.5mol/l的盐酸溶液中，按照200g/l的浓度添加过硫酸钠，在温度40℃、搅拌速度300rpm下，超声强化氧化浸出4h，反应结束后固液分离得到浸出渣和浸出液；其中超声功率为300w，超声频率为20.1khz，浸出渣干燥、研磨，经天平称量，渣的质量为42.722g，检测金属含量(见表2)；
27.表2浸出渣的成分
28.元素cufe含量(wt.％)23.0521.22
29.本实施例中，铜的浸出率为22.69％、铁的浸出率为18.91％。
30.实施例2：本实施例黄铜矿矿物的成分与实施例1相同，
31.一种超声活化过硫酸盐氧化浸出黄铜矿的方法(见图1)，具体步骤如下：
32.(1)将黄铜矿进行干燥、研磨至粒径小于200目得到黄铜矿粉料；
33.(2)将50g黄铜矿粉料加入到240ml浓度为1.9mol/l的盐酸溶液中，按照300g/l的浓度添加过硫酸钠，在温度40℃、搅拌速度300rpm下，超声强化氧化浸出3h，反应结束后固液分离得到浸出渣和浸出液；其中超声功率为200w，超声频率为20.1khz，浸出渣为高品位铅渣，浸出渣干燥、研磨，经天平称量，渣的质量为41.134g，检测金属含量(见表3)；
34.表3浸出渣的成分
35.元素cufe含量(wt.％)22.4820.36
36.本实施例中，铜的浸出率为27.43％、铁的浸出率为25.08％。
37.实施例3：本实施例黄铜矿矿物的成分与实施例1相同，
38.一种超声活化过硫酸盐氧化浸出黄铜矿的方法(见图1)，具体步骤如下：
39.(1)将黄铜矿进行干燥、研磨至粒径小于200目得到黄铜矿粉料；
40.(2)将50g黄铜矿粉料加入到400ml浓度为0.7mol/l的盐酸溶液中，过硫酸盐浓度为400g/l，在温度40℃、搅拌速度300rpm下，超声强化氧化浸出5h，反应结束后固液分离得到浸出渣和浸出液；其中超声功率为500w，超声频率为20.1khz，浸出渣为高品位铅渣，浸出渣干燥、研磨，经天平称量，渣的质量为43.446g，检测金属含量(见表4)；
41.表4浸出渣的成分
42.元素cufe含量(wt.％)19.4117.59
43.本实施例中，铜的浸出率为33.80％、铁的浸出率为31.66％。
44.实施例4：本实施例黄铜矿矿物的成分与实施例1相同，
45.一种超声活化过硫酸盐氧化浸出黄铜矿的方法(见图1)，具体步骤如下：
46.(1)将黄铜矿进行干燥、研磨至粒径小于200目得到黄铜矿粉料；
47.(2)将50g黄铜矿粉料加入到150ml浓度为2.0mol/l的盐酸溶液中，过硫酸盐浓度为400g/l，在温度50℃、搅拌速度300rpm下，超声强化氧化浸出4h，反应结束后固液分离得到浸出渣和浸出液；其中超声功率为400w，超声频率为20.1khz，浸出渣为高品位铅渣，浸出
渣干燥、研磨，经天平称量，渣的质量为45.61g，检测金属含量(见表5)；
48.表5浸出渣的成分
49.元素cufe含量(wt.％)15.5614.80
50.本实施例中，铜的浸出率为44.28％、铁的浸出率为39.62％。
51.实施例5：本实施例黄铜矿矿物的成分与实施例1相同，
52.一种超声活化过硫酸盐氧化浸出黄铜矿的方法(见图1)，具体步骤如下：
53.(1)将黄铜矿进行干燥、研磨至粒径小于200目得到黄铜矿粉料；
54.(2)将50g黄铜矿粉料加入到200ml浓度为2.5mol/l的盐酸溶液中，过硫酸盐浓度为500g/l，在温度30℃、搅拌速度300rpm下，超声强化氧化浸出2h，反应结束后固液分离得到浸出渣和浸出液；其中超声功率为100w，超声频率为20.1khz，浸出渣干燥、研磨，经天平称量，渣的质量为58.21g，检测金属含量(见表6)；
55.表6浸出渣的成分
56.元素cufe含量(wt.％)9.6410.04
57.本实施例中，铜的浸出率为55.97％、铁的浸出率为47.71％。
58.实施例6：本实施例黄铜矿矿物的成分与实施例1相同，
59.一种超声活化过硫酸盐氧化浸出黄铜矿的方法(见图1)，具体步骤如下：
60.(1)将黄铜矿进行干燥、研磨至粒径小于200目得到黄铜矿粉料；
61.(2)将50g黄铜矿粉料加入到350ml浓度为2.5mol/l的盐酸溶液中，过硫酸盐浓度为400g/l，在温度60℃、搅拌速度300rpm下，超声强化氧化浸出2h，反应结束后固液分离得到浸出渣和浸出液；其中超声功率为300w，超声频率为20.1khz，浸出渣干燥、研磨，经天平称量，渣的质量为44.108g，检测金属含量(见表7)；
62.表7浸出渣的成分
63.元素cufe含量(wt.％)14.0812.96
64.本实施例中，铜的浸出率为51.24％、铁的浸出率为48.88％。
65.以上对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

技术特征：

1.一种在盐酸体系中超声强化过硫酸盐氧化浸出黄铜矿的方法，其特征在于，具体步骤如下：(1)将黄铜矿进行干燥、研磨得到黄铜矿粉料；(2)将黄铜矿粉料加入到盐酸溶液中，以过硫酸钠为氧化剂，在温度30～70℃下经超声强化氧化浸出2-5h，固液分离得到浸出渣和浸出液，浸出渣干燥、研磨，检测金属含量。2.根据权利要求1所述在盐酸体系中超声强化过硫酸盐氧化浸出黄铜矿的方法，其特征在于：以黄铜矿的质量为100％计，黄铜矿粉料中含有铜14～27％、铁13～25％。3.根据权利要求1所述在盐酸体系中超声强化过硫酸盐氧化浸出黄铜矿的方法，其特征在于：步骤(2)盐酸溶液浓度为0.5～2.5mol/l，盐酸溶液与黄铜矿粉料的液固比ml:g为5～9:1。4.根据权利要求1或3所述在盐酸体系中超声强化过硫酸盐氧化浸出黄铜矿的方法，其特征在于：步骤(2)过硫酸钠的浓度为100-500g/l。5.根据权利要求1所述在盐酸体系中超声强化过硫酸盐氧化浸出黄铜矿的方法，其特征在于：步骤(2)超声功率为100～500w，超声频率为20.1khz。

技术总结

本发明涉及一种在盐酸体系中超声强化过硫酸盐氧化浸出黄铜矿的方法，属于湿法冶金技术领域。本发明将黄铜矿进行干燥、研磨得到黄铜矿粉料；将黄铜矿粉料加入到盐酸溶液中，以过硫酸钠作为氧化剂，在温度30～70℃下经超声强化浸出2-5h，固液分离得到浸出渣和浸出液，浸出渣干燥、研磨，检测金属含量。本发明以盐酸为浸出液，浸出过程中氧化剂反应生成硫酸根，避免同离子效应，有效促进反应的正向进行，提高黄铜矿的浸出率。本发明采用超声强化过硫酸盐氧化处理黄铜矿，超声波产生的空化和机械效应与超声对过硫酸盐的活化效果所产生的氧化环境相协同，提高黄铜矿中有价金属铜的浸出效果，极大地降低浸出所需时间，浸出后得到高浓度的金属溶液。度的金属溶液。度的金属溶液。