способ получения медного купороса
Классы МПК: | C01G3/10 сульфаты |
Автор(ы): | Труфанов В.А., Баранов Г.П., Каплун Р.Я., Ивонин В.П., Макаров Ю.А., Романова В.В. |
Патентообладатель(и): | Акционерное общество открытого типа "Уралэлектромедь" |
Приоритеты: |
подача заявки:
1993-03-23 публикация патента:
20.01.1997 |
Изобретение относится к металлургической, химической промышленности, производству удобрений для сельского хозяйства, садоводства, виноградарства. Способ получения медного купороса включает смешивание сернокислого раствора меди с нагретым маточным раствором, выпаривание и кристаллизацию его при степени концентрирования 2,5 - 3,3 и непрерывную циркуляцию через зону кипения образующейся суспензии кристаллов медного купороса с кратностью 30 - 50. Сепаратно отбираемый из зоны кристаллизации маточный раствор нагревают на 5 - 15oC выше температуры кристаллизации медного купороса и смешивают с циркулирующей суспензией. Полученные кристаллы медного купороса отжимают и сушат. Способ позволяет получать крупнокристаллический медный купорос, более чистый по примесям, повысить выход продукта более высокого сорта, снизить запыленность при затаривании и слеживаемость медного купороса при хранении. 1 табл.
Рисунок 1, Рисунок 2
Формула изобретения
Способ получения медного купороса из сернокислого раствора, включающий смешивание исходного раствора с предварительно нагретым маточным раствором, выпаривание смеси под вакуумом, кристаллизацию при непрерывных циркуляции суспензии через зону кипения и отводе части суспензии кристаллов, отделение последних от маточного раствора, отличающийся тем, что циркуляцию суспензии через зону кипения осуществляют с кратностью 30 50, выпаривание и кристаллизацию проводят при степени концентрирования раствора 2,5 3,3, а маточный раствор, сепаратно отбираемый из зоны кристаллизации, возвращают на стадию смешивания с предварительным нагревом его до температуры, на 5 - 15oС превышающей температуру кристаллизации целевого продукта.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к области цветной металлургии, технологии получения медного купороса кристаллизацией из растворов и может быть использовано также в химической промышленности. При утилизации ценных компонентов из отработанного электролита медерафинировочных производств, содержащего медь, никель, железо, кальций, мышьяк и другие элементы, вначале накапливают в растворе сернокислую медь. При этом предварительно осуществляют нейтрализацию свободной серной кислоты в электролите медесодержащими материалами, затем раствор постадийно выпаривают и проводят кристаллизацию: на первых двух стадиях процесса получают товарный медный купорос марки Б, отвечающий требованиям ГОСТ 19347-84. На третьей стадии, где кристаллизацию ведут из раствора, загрязненного на предыдущих стадиях никелем, железом, кальцием, мышьяком и другими примесными компонентами, получают нетоварные кристаллы медного купороса, которые направляют на перекристаллизацию, а из маточного раствора, обогащенного никелем, выделяют сульфат никеля. При кристаллизации медного купороса из отработанного электролита медерафинировочного производства экономически целесообразно обеспечить получение кристаллов медного купороса более высокой чистоты, увеличить выпуск более высокосортного продукта, повысить эффективность производства. Повышение чистоты кристаллического медного купороса путем укрупнения кристаллов, улучшения их габитуса и гранулометрического состава является актуальной задачей. Известен способ получения медного купороса из отработанного электролита, включающий нейтрализацию его при 70 80oC материалами, содержащими медь, до остаточной концентрации свободной серной кислоты 0,5% упаривание нейтрализованного раствора при 95 100oC и последующее охлаждение раствора медного купороса. В результате охлаждения раствора в кристаллизаторах с механическим перемешиванием получают суспензию кристаллов медного купороса. Отжатые на центрифуге кристаллы промывают и высушивают (М.Е.Позин. Технология минеральных солей. Часть I. Л. Химия, 1974, с. 688 689). Недостатком способа являются мелкие, механически непрочные кристаллы медного купороса в виде двойников и сростков средним размером 0,3 0,4 мм с высоким содержанием пылящих фракций, до 15 20% Это является причиной потерь продуктов при проведении операций центрифугирования, промывки и сушки, а также пыление при фасовке и погрузочно-разгрузочных работах. При колебаниях состава исходного раствора или случайных изменениях режимных параметров процесса это приводит к получению низкосортного по химсоставу, а в некоторых случаях и некондиционированного продукта, который необходимо дополнительно перекристаллизовывать. Известен другой способ получения кристаллического медного купороса из отработанного электролита медеэлектролитных производств (авторское свидетельство СССР N889619, кл. C01G 3/10), включающий нейтрализацию в две стадии. Вначале отработанный электролит нейтрализуют медесодержащими материалами до остаточного содержания серной кислоты в нем 5 50 г/л и повышения концентрации меди до 140 160 г/л, а затем проводят донейтрализацию раствора гексаметилентетрамином в количестве, превышающем необходимое, для нейтрализации кислоты на 10 20 г/л. Нейтрализованный раствор отстаивают и осаждают вредные примеси (мышьяк и сурьму), осадок их отделяют, а очищенный раствор упаривают и кристаллизуют. В присутствии свободного гексаметилентетрамина, являющегося поверхностно-активным веществом, блокируется поверхность образующейся твердой фазы, медный купорос получают мелкокристаллическим, в виде рыхлой массы с преобладанием частиц размером мельче 0,25 мм. Такой продукт проскакивает через сетки центрифуг, плохо отжимается, имеет большую влажность (10 20 мас.) и загрязнен примесными элементами. Для повышения чистоты медного купороса его необходимо промывать конденсатом. При этом снижается выход готового продукта примерно на 25 30 мас. Продукт пылит и слеживается. Кроме того, способ с двухстадийной нейтрализацией раствора разными материалами с отстаиванием и отделением осадка примесей сложен в промышленном осуществлении, применен дорогостоящий и дефицитный гексаметилентетрамин. Наиболее близким изобретением по технической сущности и достигаемому результату является способ получения медного купороса кристаллизацией из сернокислого раствора при постоянной температуре в интервале 27 55oС и непрерывной циркуляции образующейся суспензии со скоростью 1 4 м/с при соотношении массы кристаллов в циркулирующей суспензии к массе маточного раствора, равном 1: (1,2 -5,3) (авторское свидетельство СССР N608764, кл. C01G 3/10 "Способ получения кристаллического медного купороса"). При промышленной эксплуатации способа получают крупные кристаллы медного купороса средним размером 0,8 1,3 мм, однако продукт получается неоднородным и содержит 5 10 мас. мелких фракций с размером частиц 0,2 мм и менее. При фильтровании суспензии мелкие кристаллы проскакивают через сетки центрифуг и снижают фильтруемость осадка и эффективность промывки. Это приводит к потерям продукта на каждой стадии с маточным раствором, повышению влажности и дополнительному загрязнению отжатого осадка медного купороса. Способ позволяет получать медный купорос не выше I сорта Б. Кроме того, пылящие фракции уносятся потоком газов из сушилки, снижается экологическая безопасность производства, а для улавливания пыли требуется сложное пылеулавливающее оборудование. Целью изобретения является повышение качества кристаллического медного купороса и увеличение выхода кондиционного продукта в виде крупных, однородных по гранулометрическому составу кристаллов, не содержащих частиц мельче 0,2 мм. Поставленная цель достигается тем, что медный купорос получают кристаллизацией из сернокислых растворов выпариванием при непрерывной циркуляции через зону кипения образующейся суспензии, смешиваемой с предварительно нагретым маточным раствором. Причем выпаривание и кристаллизацию осуществляют при степени концентрирования раствора 2,5 3,3 и кратности циркуляции суспензии через зону кипения, равной 30 50, а маточный раствор, сепаратно отбираемый из зоны кристаллизации, нагревают на 5 - 15oC выше температуры кристаллизации купороса. Достижение поставленной цели обеспечивает ряд преимуществ: во-первых, монолитные кристаллы имеют более совершенную внутреннюю структуру и значительно меньшую удельную поверхность по сравнению с мелкими агрегированными кристаллами, менее загрязнены примесями. Более высокая чистота продукта позволяет увеличить на каждой стадии выпуск кондиционного кристаллического медного купороса; во-вторых, более высокая фракционная однородность частиц в конечном продукте и уменьшение пылящих фракций облегчают фильтрацию и сушку; в-третьих, такой медный купорос эффективно промывается при центрифугировании и отжатии влаги, не пылит при сушке и расфасовке, не слеживается при хранении. Сущность заявляемого способа заключается в том, что при получении медного купороса из сернокислых растворов выпариванием их "на кристалл" процесс проводят при непрерывной циркуляции через зону кипения образующейся суспензии, которую смешивают с предварительно нагретым маточным раствором, выпаривание и кристаллизацию осуществляют при степени концентрирования раствора 2,5 3,3 и кратности циркуляции суспензии через зону кипения, равной 30 50. Маточный раствор перед смешиванием с циркулирующей суспензией сепаратно отбирают из зоны кристаллизации и нагревают на 5 10oC выше температуры кристаллизации купороса. Сопоставительный анализ известных технических решений и изобретения позволяет сделать вывод, что изобретение не известно на уровне техники и соответствует критерию "новизна". От прототипа заявляемый способ отличается тем, что выпаривание и кристаллизацию сернокислого раствора меди осуществляют при степени концентрирования 2,5 3,3, кратности циркуляции суспензии через зону кипения, равной 30 50, и нагреве сепаратно отбираемого из зоны кристаллизации маточного раствора на 5 15o выше температуры кристаллизации медного купороса. Сущность заявляемого изобретения для специалиста, занимающегося получением медного купороса кристаллизацией из растворов, не следует явным образом из известного уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию "изобретательский уровень". Заявляемый способ получения медного купороса кристаллизацией из сернокислых растворов позволяет повысить чистоту продукта, получить крупнокристаллический медный купорос, повысить сортность целевого продукта и увеличить выход медного купороса. Способ позволяет получать до 80 85% фракции кристаллов со средним диаметром 0,9 1,3 мм, обеспечивает выход медного купороса первого сорта IA. Изменение циркуляции суспензии, степени концентрирования перерабатываемого раствора, кратности циркуляции образующейся суспензии и величины нагрева сепаратно отбираемого маточного раствора установлено экспериментально. При осуществлении циркуляции суспензии кристаллов медного купороса через зону, расположенную ниже зоны кипения (зона кристаллизации), невозможно упарить исходную смесь растворов и образовать новую порцию суспензии кристаллов. При кратности циркуляции, меньшей 30 (табл.1 оп.6.), начинается интенсивное образование инкрустаций на стенках кристаллизационного аппарата, нарушается режим кипения и циркуляции растворов; кратность больше 50 нецелесообразна, так как влияние ее на рост кристаллов медного купороса становится несущественным при неоправданно большом возрастании энергозатрат на создание столь интенсивной циркуляции (см.таблицу 1, оп.7). Другим важным параметром получения кристаллов медного купороса требуемого качества является температурный режим нагрева сепаратно отбираемого маточного раствора. Увеличение степени упаривания раствора свыше 3,3 приводит к загрязнению кристаллов выше допустимого ГОСТом предела (см.таблицу 1, оп.5) и получению более низкого сорта или брака. Снижение степени упарки раствора ниже 2,5 сопровождается получением хотя и кондиционных кристаллов, однако экономически нецелесообразно вследствие уменьшения извлечения основного компонента (меди) в продукт и снижения его выхода (таблица 1, п.4). При малой интенсивности нагрева (![способ получения медного купороса, патент № 2071942](/images/patents/401/2071036/916.gif)
![способ получения медного купороса, патент № 2071942](/images/patents/401/2071008/176.gif)
![способ получения медного купороса, патент № 2071942](/images/patents/401/2071036/916.gif)
![способ получения медного купороса, патент № 2071942](/images/patents/401/2071008/176.gif)
![способ получения медного купороса, патент № 2071942](/images/patents/401/2071036/916.gif)
![способ получения медного купороса, патент № 2071942](/images/patents/401/2071008/176.gif)
![способ получения медного купороса, патент № 2071942](/images/patents/401/2071036/916.gif)
![способ получения медного купороса, патент № 2071942](/images/patents/401/2071036/916.gif)
![способ получения медного купороса, патент № 2071942](/images/patents/401/2071008/176.gif)
Полученный медный купорос (CuSO4
![способ получения медного купороса, патент № 2071942](/images/patents/401/2071006/183.gif)
![способ получения медного купороса, патент № 2071942](/images/patents/401/2071036/916.gif)
![способ получения медного купороса, патент № 2071942](/images/patents/401/2071008/176.gif)
![способ получения медного купороса, патент № 2071942](/images/patents/401/2071036/916.gif)
![способ получения медного купороса, патент № 2071942](/images/patents/401/2071008/176.gif)