铜锌分离
湿法冶金过程中,铜锌分离有许多途径可选择,在锌电解前选择性的沉淀除铜或铜电解后把锌以氢氧化物沉淀除去都是湿法冶金过程常用的方法。另外,电解脱除溶液中的铜,也是有不少工业实践的。
但是在铜锌含量都比较高时,这些方法却不十分适用。溶剂萃取不失为处理这类溶液的—个好方法,尤其是生产量比较大时,更能显示溶剂萃取处理量大,自动化程度高的优点。
硫酸盐体系中铜、锌分离的化学问题比较简单,许多阳离子交换型萃取剂均可应用,而且分离系数比较高。比如环烷酸和二(2一乙基已基)磷酸都是常用的而且性能较好的阳离子交换萃取剂。两种萃取剂分离这两种金属的分配比D为1时pH值的差都有2个单位左右。这表明,用这两种萃取剂都可以十分有效地将这两种金属分开。
置换是另一种可供选择的工艺,用铁置换虽可以将铜有效地分离并析出金属铜,但是得到的铜纯度差,而且使锌的回收也变得复杂。锌可以比铁更有效地置换铜,但是这仅在有大量废锌供应的地方才可以经济地应用。
热镀锌的下脚含金属锌高达90%~95%,可以用作从上述溶液中回收铜的置换剂。但是废杂锌块置换铜的反应不像用纯锌置换时那样平稳。起始反应进行得十分迅速,而后在锌块外形成一层致密的铜粉包覆层,阻碍反应进一步发展。以酸洗涤锌块,可以减少和延缓铜粉层的形成,但终不能完全避免。强烈的搅拌,不但可使杂锌块上铜粉层形成速度大为降低,而且还可以阻止铜的聚集成团。
由于锌铜的标准还原电位差别很大,反应很彻底。所得的铜粉含有一些锌和铁。用酸很易把这些杂质洗去,经干燥后最终的铜粉产品含铜在98%~99.5%之间,呈树枝及蜂窝状,具有很好的压制性能,是良好的粉末冶金原料。这种铜粉在通常条件下稳定性甚好,适于制造电器及机械零件。
溶液净化
铜被置换后溶液中每升尚含有1~2克的铁及少量其他杂质.在适当温度下,以空气氧化2~3小时。在接近终点时加入少许软锰矿,调节终了,pH在5.1~5.2之间,则铁含量可降至每升少于20毫克。
由于渣灰中往往含有少量镍、钴、镉等,这对于用电解法回收锌或制取锌的化合物都有妨碍。
不过,这些杂质可用通常使用的锌粉置换方法来除去,电沉积锌时,对镍、钴等十分敏感,而用锌粉直接置换效果并不好,可加入少许锑盐如酒石酸锑钾来提高它的效率。纯化后的硫酸锌溶液或者蒸发制造硫酸锌,结晶或是电沉积得阳极锌可视需要及条件而定。电解残液则返回浸取,以利用其中所含的酸,并提高浸取液的浓度。
流程及消耗
建议的流程图未包括前面的机械处理部分。炉渣的渣灰部分经浸取,氧化中和除铁后再除氯,而后用锌块置换分离铜,铜粉经洗涤后干燥为成品,硫酸锌溶液经纯化后或是制取锌盐或者电沉积。洗浸取渣和除铁渣的部分浓洗水可以合在流程中,但是部分稀洗水连同车问地面水需沉淀回收金属达到排放标准后排出。
这个流程适用于有铜炉渣同时又有废杂锌的城市,对于技术和设备均无特别要求。得到的产品都是很有用途的金属材料。对环境没有污染,特点是比较紧凑,消耗较低,适应性强。如除氯,没有使用较高的离子交换,而是利用溶液中固有的铜离子及铜粉生成氯化亚铜来除去,与整个流程有机地结合在一起。