Химизм процесса растворения меди

 

Раствор, содержащий свободную серную кислоту и сульфат меди, пропущенный через слой гранулированной меди, растворяет последнюю за счет прохождения следующих химических реакций:

1) Кислород, растворенный в кислоте, окисляет медь до оксида меди.

 

4 Cu + O₂ = 2 Cu₂O (43)

 

2) Оксид меди растворяется в серной кислоте с образованием ионов одновалентной меди:

 

Cu₂O + 2 H⁺ = 2 Cu⁺ + H₂O (44)

 

3) Ионы одновалентной меди окисляются кислородом воздуха с образованием ионов двухвалентной меди:

 

4 Сu + O₂ + 4 H⁺ = 4 Cu²⁺ + 2 H₂O (45)

 

4) Суммарное уравнение реакций в молекулярной форме имеет вид:

 

Cu + H₂SO₄ + 1/2 O₂ = Cu SO₄ + H₂O (46)

 

На скорость процесса растворения и качество получаемого медного купороса влияют ниже перечисленные факторы:

а) Поверхность меди

Процесс растворения меди в серной кислоте является гетерогенным, при котором скорость прохождения реакции прямо пропорциональна поверхности контакта твердой и жидкой фаз: медь – серная кислота. Кислород, проходя через слой орошающей жидкости, достигает поверхности меди и вступает с ней во взаимодействие. Поэтому, чем больше площадь соприкосновения меди с кислородом, тем выше скорость реакции.

б) Скорость окисления поверхности меди

Применение гранулированной меди с хорошо развитой поверхностью является одним из важнейших условий ускорения процесса растворения меди, так как одновременно в соприкосновение с поверхностью меди приходит большее количество молекул серной кислоты.

в) Содержание ионов меди в растворе

Присутствие сернокислой меди в кислом растворе ускоряет процесс образования соли медного купороса. Сернокислая медь, находящаяся в растворе, взаимодействует с поверхностью меди и переходит в раствор в виде закисной соли. Закисная соль соприкасается с кислородом, растворенным в кислоте, и переходит снова в окисную соль. Но по мере увеличения концентрации сернокислой меди начинает ощущаться недостаточность кислорода в растворе и растворение замедляется.

г) Температура процесса растворения

Повышение температуры раствора действует на процесс растворения меди в двух противоположных направлениях.

С одной стороны, с повышением температуры скорость растворения меди возрастает (особенно в интервале от 60 до 75 ⁰С).

С другой стороны, с повышением температуры раствора, растворимость кислорода в нем уменьшается и примерно при 95 ⁰С кислород почти совсем перестает растворяться, уменьшается и скорость окисления и растворения меди. Повышение температуры влечет за собой повышенный расход пара. Поэтому температура раствора при растворении меди должна быть от 75 до 95 ⁰С.

д) Кислотность раствора

При содержании свободной серной кислоты в конечном нейтрализованном растворе менее 3 г/дм³ наблюдается интенсивная реакция гидролиза с образованием нерастворимых комплексных мышьяковистых соединений, и если раствор не фильтровать, то это приведет к повышенному содержанию мышьяка и нерастворимого осадка в готовом продукте и снижению его качества.

Повышенная кислотность насыщенного раствора (8 – 12) г/дм³ приводит к увеличению расхода пара, снижению извлечения меди в медный купорос, повышенному износу оборудования.

Операцию проводят в аппаратах растворения двух типов:

– в аппарате растворения периодического действия Ар;

– в аппарате колонного типа – АКТ.

 

Ведение процесса растворения меди

В колонну (башню) аппарата растворения Ар 1 (Ар 2 – Ар 6) загружают гранулированную медь. Передаточный растворзакачивают в аппарат растворения колонного типа Ар 1 (Ар 4, Ар 5, Ар 6) до рабочего уровня (по уровнемеру), в аппарат растворения Ар 2 (Ар 3) – до расчетного.

Затем в аппараты Ар 2 (Ар 3) закачивают промводу из бака Пв 4, кислые растворы из бака Пв 3 и, для проведения в аппарате растворения Ар 1 (Ар 4, Ар 5, Ар 6) глубокой нейтрализации, закачивают кислые растворы из бака Р 6.

Расчетный уровень определяют, исходя из того, что оптимальная начальная концентрация серной кислоты должна соответствовать (70 – 100) г/ дм³. Исходное содержание серной кислоты следует определять как сумму произведений объема раствора на содержание серной кислоты на единицу объема (всех видов закачиваемых растворов).

Раствор нагревают паром через регистры до температуры (75 – 95) ⁰С при постоянном расходе сжатого воздуха для Ар (500 – 800) м³/ч, для аппарата колонного типа АКТ (150 – 170) м³/ч.

Ведение процесса растворения меди в аппарате Ар 2 (Ар 3)

Скорость процесса растворения меди определяется по замерам плотности раствора. К концу процесса через (8 – 11) часов плотность должна составлять (1380–1440) кг/м³.

За время прохождения операции концентрацию свободной серной кислоты снижают с первоначального значения (70 – 100) г/дм³ до (3 – 6) г/дм³.

Скорость процесса растворения регулируют изменением расхода пара и сжатого воздуха, контролируют изменение плотности раствора, и содержание серной кислоты Режимные параметры процесса растворения меди в аппарате растворения представлены в табл. 2.6.

 

Таблица 2.6. Режимные параметры растворения меди в аппарате растворения

Наименование параметра	Ед. изм.	Норма	Периодичность контроля
Температура	0 С	75 – 95	Каждые 2 ч работы
Расход сжатого воздуха	м3 / ч	500 – 800	Каждые 2 ч работы
Концентрация H2SO4 (начальное значение)	г / дм3	70 – 100	Через 30 минут после закачки
Концентрация H2SO4 (конечное значение)	г / дм3	6 – 3	Каждые 2 ч работы
Плотность раствора (конечное значение)	кг / м3	1380–1440	Каждые 2 ч работы
Продолжительность операции	ч	8 – 11

 

Ведение процесса растворения меди в аппарате растворения АКТ

Аппарат растворения колонного типа работает на растворах двух видов, состоящих из:

- передаточного раствора и промводы купоросного производства;

- раствора после охлаждения с участка подготовки никелевого отделения, элюата после сорбции растворов никелевого отделения и промводы купоросного производства.

В аппарате колонного типа можно также проводить глубокую нейтрализацию с извлечением мышьяка из растворов. Режимные параметры процесса растворения меди и глубокой нейтрализации в аппарате колонного типа представлены в табл. 2.7.

 

Таблица 2.7. Режимные параметры процесса растворения меди в аппарате колонного типа

Технологические параметры	Ед. изм.	Норма		Периодичность контроля
		растворение меди	глубокая нейтрализация
Температура	0С	80 – 90	80 – 90	Каждые 2 ч работы
Расход сжатого воздуха	м3 / ч	100 – 200	100 – 200	Каждые 2 ч работы
Концентрация H2SO4 (начальное значение)	г/дм3	110 – 150	110 – 150	Через 30 мин после закачки
Концентрация H2SO4 (конечное значение)	г/дм3	6 – 3	0 тсутствие	Каждый 2 ч работы
Плотность раствора	кг/м3	1330–1390	1320–1360	Каждые 2 ч работы
Время процесса гидролиза	ч	-	0, 5 – 1, 5	Каждую операцию

 

При достижении конечного значения содержания серной кислоты

(6 – 3) г/дм³ раствор направляют на выпарную вакуум-кристаллизацию.

При ведении глубокой нейтрализации протекает процесс гидролиза с образованием нерастворимых комплексных соединений (арсенатов) меди и мышьяка. При достижении конечных значений параметров раствор сливают в бак О2.

 

Отстой раствора

Полученный насыщенный раствор сернокислой меди содержание остаточной серной кислоты (6 – 3) г/ дм³ сливают в бак-отстойник О 1 и, после отстоя в течение 40 мин перепускают в бак исходного раствора И 1, а шлам смывают конденсатом в бак-отстойник О 4. Раствор, полученный в результате глубокой нейтрализации, сливают в бак-отстойник О 2.

 

Фильтрация суспензии после глубокой нейтрализации

Процесс разделения суспензии, полученной в результате глубокой нейтрализации, с целью отделения раствора от кека медно-мышьякового и нерастворимых примесей производят на рамном фильтр-прессе Фп 3 (Фп 4).

В основе фильтрации лежит принцип разделения неоднородных сред при помощи пористой перегородки, пропускающей жидкость (фильтрат) и задерживающей взвешенные в ней частицы.

Подачу суспензии на фильтрацию производят насосом из бака О 2. Отфильтрованный раствор направляют в бак исходного раствора И 2, а кек, после выгрузки фильтр-пресса, на производство антисептика «Ултан».

 

⇐ Предыдущая123456789Следующая ⇒

Поделиться: