一种环保型湿法冶金新技术
摘要:介绍了一种环保型湿法冶金新技术。该技术以重金属吸附材料为基础，配套连续吸附交换设备和直接电沉积设备，可实现金属浸出液的分离、纯化、富集和还原的全套工艺环节。对真实浸出液进行小型试验，初步验证了工艺的可行性。
关键词:湿法冶金;环保;重金属吸附材料;连续吸附;直接电沉积
近年来，湿法冶金技术得到了广泛应用和长足发展。然而，随着对节能环保的重视，湿法冶金技术在迅速发展的同时，也暴露出一定的局限性和需要改进的一系列问题，如:开放式生产环节的环境危害和对人员健康的威胁，低浓度金属溶液的有效提取，多种伴生金属的分离纯化工艺的简化，节能降耗技术与设备的研发等等。环保型湿法冶金新技术的开发应用具有重要意义。
1环保型湿法冶金新技术介绍
传统的湿法冶金工艺可分为3个步骤:浸出，溶液浓缩及提纯，金属回收。该环保型新技术主要集中在后2个阶段—浸出液的富集纯化和金属电沉积。
1. 1金属浸出液的富集纯化
在目前的铜溶剂萃取工艺中，常使用挥发性萃取剂，萃取液具有潜在毒性;产生的污物需要特殊处理，增加了经济上的负担;铜质量浓度低于1g/L的浸出液处理效果较差:因此溶剂萃取技术的应用受到严重制约。
该环保型新技术采用自主研发的重金属吸附材料，以离子交换方式定向吸附目标金属。该重金属吸附材料是一种骨架经特殊处理的有机/无机复合材料，无机硅胶表面所修饰的有机官能团形成浅孔道，重金属离子很容易扩散到孔道中，被官能团吸附，而且短时间内达到平衡。材料对重金属离子的鳌合吸附属于单分子层化学吸附，具有选择性强、吸附容量大(交换容量p(Cu),20 g/L) ,吸附速度快等优点，同时对微、痕量金属具有极强的吸附能力(可处理金属质量浓度1 mg/L以上的溶液)，对碱金属、碱土金属不吸附。
含金属浸出液通过重金属吸附材料，目标金属离子被选择性吸附在材料表面，吸附饱和后用解吸剂冲洗解吸，得到高浓度金属溶液。这一过程相当于传统湿法工艺中的萃取和反萃取。目前，重金属吸附材料已形成系列产品，适用于铜钻、铜镍、镍镁等多种金属体系的选择性分离。
基于重金属吸附材料的优良性能，配套研发的连续吸附交换设备可完成浸出液的连续化、自动化处理。装载吸附材料的吸附柱串联或并联，依次循环通过吸附、水洗、解吸、再生4个工作区，通过控制各吸附柱内的溶液和流向，可使通常情况下的多级分离同时进行(如图1所示)。各个工序集中在一套系统中，工艺集成度大大提高。实际运行中，采用多柱串联吸附，当单柱吸附饱和后即开始在连续床上做圆周转动，依次进入水洗、解吸工作区，水洗、解吸后得到高浓度、高纯度的金属富集液。连续吸附交换床中所有的吸附柱均为全封闭式，酸液在系统内循环利用，避免了传统工艺中的安全、环保等一系列问题。
1. 2直接电沉积
传统电沉积工艺中，采用面对面的平板式电极板，如图2所示。本技术在此基础上直接电沉积，在管式电积池的管内插入一个滑动的不锈钢圆筒。不锈钢圆筒的内壁为阴极，阳极固定在管式电池的中心。富集液通过时，金属沉积在阴极上。当金属沉积到一定厚度时抽出不锈钢圆筒，取出金属板，不锈钢圆筒再次装入管式电池中循环使用。生产金属粉时，采用冲刷法自动控制，连续生产。电积液返回浓度调节槽和吸附交换系统循环电积。
在保证金属沉积纯度的前提下，直接电沉积工艺通过优化筒内溶液的流体动力学，进一步减弱了电积过程中的浓差极化现象，提升了电流密度和沉积速率，降低了用电消耗，电积周期从传统的7d左右缩短至2d，而且对电积原液的金属离子质量浓度要求也大大降低，从传统电积铜的40g/L以上降低至5 g/L，大大扩展了电积工艺的适用范围。整体系统采用全封闭式设计，能够避免酸雾对环境的威胁。
1. 3工艺流程
浸出液按一定技术参数进入装有重金属吸附材料的连续吸附交换设备。当浸出液通过时，重金属吸附材料发挥选择性功能开始吸附目标金属离子，其他金属离子即使在初始阶段被吸附，也会逐渐被键合更稳定的目标金属离子“抢位”，从而实现目标金属离子的分离、纯化和富集。富集后的解吸液达到设定浓度后，进入直接电沉积设备���在电积筒中快速喷射流动，还原后得到高纯度金属。如还有其他金属离子需要回收，则出水再通过另一套装有该金属吸附材料的连续吸附交换设备，经纯化富集后进行直接电沉积。系统中，溶液均循环利用或返回至浸出环节，极少量的尾液无害化处理后排放，如图3所示。
2试验部分2. 1浸出液
赞比亚谦比希铜钻矿石浸出液，组成见表1
2. 2主要设备及试剂
模拟连续吸附交换床，串联5根吸附柱，4根解吸柱。
其他设备有BL100蠕动泵，pHS-3C酸度计，原子吸收分光光度计，紫外分光光度计。
重金属吸附材料吸附柱，X25 mm X 180 mm,填装重金属吸附材料82 g .
试剂为分析纯浓硫酸，工业级五水硫酸铜，去离子水，重金属吸附材料。
2. 3从浸出液中分离富集铜、钻
由表1看出，浸出液通过串联吸附柱后，铜离子基本被完全吸附，铜吸附率接近100%，尾液中铜质量浓度为0. 5 mg/L，富集液纯度较高。提铜尾液提取钻的试验结果见表2，可以看出，钻离子也基本被完全吸附，尾液中钻离子质量浓度为1. 2mg/L，吸附率达99. 14 %。富集液中钻质量浓度达12. 2 g/L，富集了87. 8倍。
2. 4直接电沉积
用水、工业级五水硫酸铜、98%浓硫酸配制硫酸质量浓度为160 g/L、铜离子质量浓度48. 35g/L的电积溶液30 L。对30 L硫酸铜溶液进行电积，控制初始流量为10 L/min，初始电流为25. 4 A，初始电压为2. 55 V，总电积时间为27 h,每1h取样一次，检测铜质量浓度和酸度。试验结果如图4所示。可以看出，铜电积速度快，电流效率高。电流效率为97. 49%
3结论
随着对环保问题的高度重视，湿法冶金行业面临着技术升级的压力，环保型湿法冶金新技术正是基于这样的背景而研发的。通过小型试验，已初步证明该技术应用于湿法冶金中的可行性。后续将进行较大规模的中试，更加全面和充分地论证其工业化的可行性。
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