способ восстановления меди из сульфидных соединений

Формула изобретения

Способ восстановления меди из сульфидных соединений, включающий восстановление меди сульфидной серой, отличающийся тем, что сульфидный медный материал зашихтовывают с едким натром (NaOH) в соотношении материал : NaOH, равном 1:(0,5÷2,0), и прогревают при температуре 400-650°С в течение 0,5-3,5 ч.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к металлургии меди и может быть использовано для восстановления меди из ее сульфидных соединений в концентратах, штейнах и др.

Известен способ получения меди из сульфидных концентратов после их окислительного обжига (Ванюков А.В., Уткин Н.И. Комплексная переработка медного и никелевого сырья. Челябинск: Металлургия, 1988. С.39), который проводят «намертво» с целью полного окисления сульфидов меди и железа до их оксидов:

Продукт обжига (огарок или агломерат) подвергают восстановлению при полном расплавлении материала. В качестве восстановителя и топлива используют кокс, для горения которого в печь подают воздух. Температура процесса составляет 1300-1500°С. Он может быть описан следующими уравнениями реакций:

Оксиды металлов, в основном меди и железа, восстанавливаются:

Основная часть оксидов железа взаимодействует с флюсами, образуя расплавленный шлак.

В настоящее время этот способ восстановления меди используют для переработки вторичного и окисленного медного сырья. Основными недостатками его являются:

1. Продуктом восстановительной плавки является черная медь, содержащая до 20% примесей (в основном железо).

2. Восстановительная плавка осуществляется с высоким расходом дорогого и дефицитного кокса (до 20% от массы шихты).

3. Получение металлической меди из сульфидных материалов требует организации передела обжига.

4. При предварительном обжиге образуется большое количество запыленных серосодержащих газов, утилизация которых требует значительных капитальных и эксплуатационных затрат.

Известен способ получения металлической меди из расплава ее сульфидов, в условиях высоких температур, например, при конвертировании белого матта (Ванюков А.В., Уткин Н.И. Комплексная переработка медного и никелевого сырья. Челябинск: Металлургия, 1988. С.204, 215-216), когда в процессе продувки расплава воздухом происходит окисление части сульфидов меди с образованием ее закисных кислородных соединений, которые вступают в окислительно-восстановительные реакции с оставшимися сульфидами меди с образованием расплавленного металла и газообразного продукта - диоксида серы. Процесс описывается следующими уравнениями реакций:

При взаимодействии сульфида меди и ее оксида (реакция 8) сульфидная сера является восстановителем меди, а кислородный ион взаимодействует с продуктами окисления серы с образованием газообразного продукта (SO₂). Таким образом, создаются благоприятные условия для разделения продуктов реакции (8): расплава меди и диоксида серы.

В результате конвертирования получают черновую медь с содержанием основного элемента 96-98%. Недостатком способа восстановления меди является использование высоких температур (1300-1450°С) и образование газообразных серосодержащих продуктов.

Задачей настоящего изобретения является восстановление меди из ее сульфидных соединений в условиях температур ниже температуры ее плавления при исключении образования газообразных серосодержащих продуктов.

Для достижения указанного технического результата в предлагаемом способе восстановления меди из сульфидных соединений, включающем восстановление меди сульфидной серой, сульфидный медный материал зашихтовывают с едким натром (NaOH) в соотношении материал : NaOH, равном 1:(0,5-2,0), и прогревают при температуре 400-650°С в течение 0,5-3,5 час. Реакции, сопровождающие восстановление меди из ее сульфидов, описываются следующими уравнениями:

В соответствии с уравнением (9) восстановителем меди является сульфидная сера, входящая в состав соединения (Cu₂ S). Кроме металлической меди, продуктом реакции (9) является элементарная сера «смываемая» с поверхности металла в щелочной расплав, в котором она диспропорционирует (10) с образованием сульфида и сульфата натрия. Благодаря реакции диспропорционирования (10) и высокой устойчивости вновь образуемых серосодержащих соединений в щелочной среде исключается вероятность протекания обратных процессов образования сульфида меди (9).

Отличительными признаками предложенного способа являются:

- процесс реализуется в условиях сравнительно низких температур (на 700-900°С ниже, чем в существующих процессах восстановления меди);

- образуются нелетучие в указанных температурных условиях серосодержащие продукты - сульфид и сульфат натрия.

Характерной особенностью процесса является то, что на скорость восстановления меди из ее сульфидов оказывают влияние два фактора - температура его осуществления и расход щелочи. С точки зрения стехиометрии на 1 г-моль сульфида меди, участвующего в реакции, необходимо 2 г-моля NaOH, что в массовом выражении составляет соотношение 1:0,5 (последнее подтверждено экспериментально). Практически, наиболее предпочтительным является массовое отношение 1:1, обеспечивающее в статических условиях реализации в интервале температур 550-650°С количественное завершение восстановления меди из сульфида в течение 2-2,5 часов.

Способ осуществляется следующим образом. Влажный (15-17%) сульфидный медный материал (белый матт, Cu₂ S) смешивают с заданным количеством щелочи (NaOH) в стальной реторте, которую помещают в шахтную электропечь, разогретую до температуры 200-250°С. Содержимое реторты подсушивают до полного удаления влаги, затем повышают температуру до заданного значения (400-650°С) и выдерживают определенное время (0,5-3,5 часа). Затем реторту вынимают из шахты печи, охлаждают, содержимое выщелачивают в воде. Пульпу переносят на фильтр с получением щелочного раствора, содержащего сульфиды и сульфаты натрия, и порошок металлической меди. Фазовый анализ подтверждает 100%-ное восстановление меди из ее сульфида.

Способ описан в примерах.

Образцы материалов (реактив Cu₂S, белый матт) массой по 100 г помещали в стальную реторту, увлажняли и смешивали с 50-200 г сухой щелочи (NaOH). Реторту помещали в электропечь шахтного типа, нагревали ее содержимое до температуры 250±10°С и выдерживали при этой температуре 30 минут (до полного удаления влаги), повышали температуру до 400-650°С и выдерживали 0,5-3,5 часа, при этом происходило расплавление щелочи, медь восстанавливалась, а сера связывалась в сульфидные соединения с натрием. Во время сплавления образовывался водяной пар, который во всех случаях не содержал серы и/или ее соединений. После завершения термообработки реторту вынимали из печи и охлаждали. Содержимое реторты выщелачивали в воде. После фильтрации, промывки кека на фильтре и сушки получили осадок металлической меди (по данным рентгенофазового анализа - 100% медь).

Режимы сплавлений и результаты приведены в таблице.

Как видно из таблицы, восстановление меди из сульфидных материалов сплавлением с едким натром (NaOH) осуществляется при температурах на 700-900°С ниже, чем в существующих процессах восстановления меди, а сера, взаимодействуя с расплавом NaOH, концентрируется в нем.

Преимущества предлагаемого способа восстановления меди из сульфидных соединений:

- процесс реализуется в условиях сравнительно низких температур 400-650°С;

- образуются нелетучие серосодержащие продукты - сульфид и сульфат натрия.