[科普中国]-置换沉淀铜

背景介绍

置换沉淀就是一种金属被另一种金属还原沉淀, 它是提取冶金中所用的最古老的单元操作之一，现在仍是很多 金属回收和纯化流程的重要部分。

目前，置换沉淀铜法在铜流程 中的应用日渐减少，全世界的矿产铜几乎全部都是用浮选、 熔炼、 电解精炼法或浸出、溶剂萃取、电积法处理的，前者用于处理原生硫化铜矿如（黄铜矿、斑铜矿）；后者用干处理次生铜矿、 包括碳酸盐矿如（孔雀石、蓝铜矿 ）、氧化物矿如（赤铜矿、黑铜矿 ）、轻基硅酸盐如（硅孔雀石 ）、硫酸盐矿 如（水硫酸铜矿、黑铜矿） 、 自然铜和浅成次生硫化矿如（辉铜矿、铜蓝）。此外，从铜废料和铜合金废料中回收铜，主要用火法冶炼。

使用情况尽管如此，在以下几种情况下，还是要用铜的置换沉淀法。

原生硫化铜矿有时需要原地浸出或堆浸，产生浓度很低的铜浸出液。有时矿坑水中也含有铜，溶解的铜又不够大，不能建立溶剂萃取或电积设施。故要用置换沉淀法回收铜。依赖于铜产量的不同，置换沉淀铜可以和矿山生产的铜精矿混合，也可作为单独的浓集物进一步处理。

铜矿物也常常在其他矿石如含锌矿石中存在，在占原生锌产量80%的电解锌厂中，铜和锌一起溶解，在锌电解之前必须除铜，一般用锌粉置换沉淀铜来完成，置换沉淀的铜可以作为副产品销售。

在铜一钼矿山中，为提高钼精矿 品位，用氯化铁浸出法除去过铜，溶解的铜用置换沉淀法回收，得到的置换换沉淀铜一般和浮选铜精矿混合，供销售。有许多铜废料可用浸出法回收铜，在这种情况下，溶解的铜也用置换沉淀法回收。置换沉淀铜是铜和更活泼金属（一般为铁和锌）以及可被共沉淀的 其它杂质的混合物，混合物中铜品位变化范围为30%~80%。2

置换沉淀铜处理过程从溶液中置换沉淀铜的反应为：MeO+Cu2+→Cuo+Me2+，此法多用于处理含杂质多或含铜量少的溶液。通常所处理的硫酸盐溶液，除铜之外，还含有两价和三价铁、游离硫酸以及其他杂质。一般置换沉淀铜的溶液含铜0.5一15g/L。溶液中含铜量多，铜置换沉淀过程快，所得沉淀含铜量也高。三价铁是溶液中有害的杂质。过量的游离酸存在，会增加置换沉淀剂铁的消耗量。按置换反应计算，铁的理论消耗量为每沉淀析出一单位质量的铜需要0.874单位质量的铁。实际上沉淀析出一单位质量的铜需要消耗1一2.5单位质量的铁。加速置换反应的最好办法是使沉淀液循环流动或搅拌溶液，让置换沉淀剂保持新鲜表面。

置换沉淀法所用的设备有置换沉淀渠道、置换沉淀池（或槽）和旋转圆筒等。国际上已研制出一些高效的置换沉淀设备，并已用于工业生产。如圆锥沉淀器，溶液在装置内被压向上作旋转运动而通过碎铜屑，它具有生产能力大而铁耗低等特点。铁置换沉淀法特别适于处理电解沉积法不能处理的含铜量低的溶液，所用设备简单，操作容易，建设投资小，废铁价廉易得，所以生产成本也低，是应用最为普遍的一种铜化学沉淀法。

生产和进一步处理的实践从许多硫化物矿山天然溶解或辅助浸出的少量铜溶液，可用简单的置换沉淀处理，即在常规的反应槽、 沟 道、 流槽和容器中，用钢铁废料与溶液接触，并定期除去置换沉淀物，然后沉淀物经脱或蒸发干燥、储存以备冶炼厂使用。大多数锌厂都生产置换沉淀铜，但有些工厂用湿法冶金技术处理这种物料生产其他铜产品，如硫酸铜。锌厂生产的置换沉淀铜 很低, 但处理复杂锌矿除外。

置换换沉淀铜的进一步处理实践如下：

鼓风炉熔炼：装料为置换沉淀铜、其他低品位铜废料、制球回收的转炉和阳极炉渣、焦炭、二氧化硅和石灰 熔剂。空气由风嘴鼓入，焦炭废料比调整到黑铜中废炉渣和铁含量最佳。

顶吹转炉熔炼：装料用氧气一燃料燃烧器熔融并在炉中翻转，氧气燃料比调整到能获得正确的氧化条件。

电炉熔炼：如北德精炼公司的实践，使用开弧碳电极炉，在这种反应器中，生产的尾气显著减少。用电弧处理 换沉淀铜可能很有利。

吹炼黑铜除去铁和其他杂质，这一过程是自热的，主要由铁和锌的氧化提供热。如前所述，原生铜冶炼厂更愿意用高品位废料，加到转炉熔炼阶段。有些炉子，特别是三菱熔炼炉，可处理低品位物料。一般地说，置换沉淀铜都由生产厂矿内部处理，与硫化物精矿混合熔炼。2