在使銅從溶液里直接沉淀的方法有許多(例如電解,用鐵、鋁或鋅置換;朝陽鐵精粉用CO、H2、H2S或SO2沉淀;以及用Ca(OH)2或CaCO3沉淀),實踐證明,只有用鐵置換的方法對低濃度、多雜質(zhì)的溶液才是經(jīng)濟(jì)上可行的。
PH值與置換速度的關(guān)系
隨著溶液的PH值降低(游離酸增加),交換速度加快,溶液中無游離酸存在,則難以進(jìn)行交換;隨著溶液中Cu2+含量降低,交換速度也隨之減慢,最后達(dá)到溶解與沉淀的平衡,交換率不再上升,這種平衡一直保持到還原鐵粉耗盡;膽礬和金屬鐵交換的適宜PH值為2-2.5。
置換時間與交換率的關(guān)系
隨著置換時間增長,交換率上升,但速度減慢(因Cu2+濃度降低和PH值上升),當(dāng)正反應(yīng)和逆反應(yīng)平衡時,交換率達(dá)到最高值,該值一直保持到金屬鐵耗盡;金屬鐵被全部溶解之后,溶液里過剩的游離酸使沉淀銅被重新緩慢溶解,導(dǎo)致排出液含銅上升,交換率下降。因此,正確掌握化學(xué)平衡極為重要。
鐵粉用量與置換速度的關(guān)系
在相同的交換時間里,還原鐵粉用量越多,交換速度越快;當(dāng)溶液的PH值超過4以后,交換率不再上升。溶液中有過量的金屬鐵存在時,可以防止溶液里Cu2+回升,但過多的鐵粉用量將使沉淀銅品味降低,酸耗增加。
溶液含銅量對交換的影響
溶液中Cu2+濃度越高,交換率越高,因此,在實際應(yīng)用時應(yīng)盡量提高進(jìn)液濃度;采取增加Cu2+和Fe的碰撞頻率及提高FeSO4擴(kuò)散速度之措施,以求加快交換速度和獲得較高的交換率。
逆流交換試驗
采用逆流交換法可以在接近理論鐵耗的情況下,同事獲得高品位沉淀銅和高交換率;
試驗條件為:進(jìn)液每立升含銅5克,PH值為2,還原鐵粉用量為理論鐵耗的110%,交換時間15分鐘,試驗結(jié)果計算于下表。
溶液中氫離子濃度降低,交換速度減慢,導(dǎo)致排出液含銅量升高,交換率和沉淀銅品味下降,因此,在交換過程中要嚴(yán)格監(jiān)控氫離子濃度的變化和適時的補加游離酸于交換液中;第一批交換液理論鐵耗的5.5倍還原鐵粉相遇,按化學(xué)反應(yīng)原理它的交換率應(yīng)當(dāng)最高,然而恰恰相反,它的排出液含銅竟然高達(dá)0.19克/升,這一“反?!爆F(xiàn)象極為重要,是逆流交換試驗所賦予的很有意義的啟迪。
Fe3+對置換的影響
在銅礦石的硫酸浸出液中,或多或少的存在一定數(shù)量的三價鐵離子。在以鐵粉置換銅時,溶液中的三價鐵大部分按反應(yīng)式Fe2(SO4)3+Fe—3FeSO4被還原成二價鐵,從而增加了鐵耗,所增加的鐵耗量以完全反應(yīng)計算,是溶液中三價鐵離子量的二分之一。根據(jù)試驗所得到的數(shù)據(jù),可以得出這樣的結(jié)論;在用鐵粉置換銅時,溶液當(dāng)中的Fe3+幾乎全部被還原為Fe2+。因此,在交換過程中要防止Fe2+的氧化,F(xiàn)e2+的氧化將使鐵耗增加和加速Fe3+的水解,給置換作業(yè)帶來危害。對處理Fe3+濃度很高的溶液,采用鐵粉置換法是不適宜的,在這種情況下,考慮預(yù)先將Fe3+還原是必要的。