專利名稱：銅的硫化物水漿氫還原制備銅粉的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬粉末制備領(lǐng)域。它提供了銅的硫化物用水漿化后直接進(jìn)行氫還原制備銅粉的新方法。
背景技術(shù)：
有色金屬礦物大多以硫化物的形態(tài)存在于自然界中，如銅、鈷、鎳、鋅、鉛等。到目前為止，從這些金屬硫化物中提取金屬的方法仍以火法為主，冶煉過(guò)程中產(chǎn)生的二氧化硫?qū)Νh(huán)境造成嚴(yán)重危害。因此，濕法冶煉技術(shù)一直受到人們的關(guān)注并取得了較大進(jìn)展。其中，以Sherritt Gordon流程為代表的鎳、鈷的硫化礦加壓氧化氨浸、再接氫還原或電解的方法，自上世紀(jì)六十年代起，已在美國(guó)、加拿大等國(guó)家獲得了工業(yè)應(yīng)用；硫化鋅礦的濕法冶煉在20多年前也已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化，至今已經(jīng)相當(dāng)普遍地被許多國(guó)家所采用。銅的硫化礦濕法冶煉工藝經(jīng)過(guò)多年的研究和工業(yè)試驗(yàn)，技術(shù)上已完全可行。但由于濕法流程一般包括氧化酸浸、萃取分離、電解等多種工序，在能耗和有價(jià)金屬綜合回收等方面與火法相比，沒有表現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢(shì)。到目前為止，世界上采用濕法處理硫化銅礦的只有澳大利亞高爾峒山一家。處理的礦石是比較容易浸取的輝銅礦(Cu2S)，1998年投產(chǎn)，至今運(yùn)行良好。由于銅的濕法冶煉具有投資低、生產(chǎn)規(guī)?？纱罂尚?、不產(chǎn)生二氧化硫污染、能處理低品位礦等優(yōu)點(diǎn)，預(yù)計(jì)今后會(huì)獲得較快發(fā)展。一方面，人們期待著對(duì)現(xiàn)有濕法煉銅工藝的進(jìn)一步改善，另一方面，人們也期待著濕法煉銅新工藝的出現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種濕法處理銅的硫化物的簡(jiǎn)便方法，即硫化銅(CuS)或硫化亞銅(Cu2S)加水成漿后，在高壓釜內(nèi)直接用氫氣還原成銅粉。與現(xiàn)在采用的火法和濕法工藝相比，既無(wú)二氧化硫污染，又省掉了加壓氧化浸取和萃取分離等步驟，為銅的濕法冶煉工藝提供了新思路。
為達(dá)這一目的，主要采用了硫化銅或硫化亞銅的堿性水漿，在高壓釜內(nèi)直接進(jìn)行氫還原。若不加堿，即水漿體系為中性或弱酸性時(shí)，還原反應(yīng)基本上不能進(jìn)行。水漿中Cu2S或CuS的濃度以銅計(jì)一般不超過(guò)50g/L，游離堿的濃度一般0.5～5g/L。還原過(guò)程中產(chǎn)生的S2-會(huì)使體系達(dá)到平衡并終止反應(yīng)，為破壞該平衡并使還原反應(yīng)進(jìn)行到底，必須向體系中加入還原助劑氧化鋅，其加入量可按結(jié)合過(guò)程中產(chǎn)生的S2-所需的化學(xué)計(jì)量或稍許過(guò)量(一般不超過(guò)105％)。氫氧化鋅或硫酸鋅也可用作為還原助劑。當(dāng)用硫酸鋅作還原助劑時(shí)，堿的加入量應(yīng)除了將硫酸鋅轉(zhuǎn)化為氫氧化鋅外，還應(yīng)過(guò)量0.5～5g/L。氫還原反應(yīng)的溫度可在150～250℃內(nèi)選擇，氫分壓可在1～4MPa內(nèi)選擇，攪拌速度一般為100～1000rpm。較高的溫度或氫分壓或提高攪拌速度有利于加快反應(yīng)。在上述條件下，氫還原反應(yīng)一般可在2～4小時(shí)內(nèi)完成。反應(yīng)結(jié)束后，冷卻、放氣、開釜，取出反應(yīng)產(chǎn)物，過(guò)濾、洗滌、干燥，所得固體產(chǎn)物通常為銅和硫化鋅的粉末，但有時(shí)會(huì)夾雜有未反應(yīng)完全的氧化鋅和的硫化物，利用比重的差別(銅是8.9，硫化鋅是4，氧化鋅是5.4，硫化亞銅是5.7，硫化銅是4.6)，可以比較容易地將銅和這些物質(zhì)分離開。
從氫和金屬電極的電位-pH圖可知，銅離子的還原電位在任何pH都比氫的要高，因此銅離子被氫還原與溶液的pH無(wú)關(guān)。但由于銅的硫化物溶度積很小(一般小于10-45)，在硫化亞銅或硫化銅的中性或弱酸性水漿體系中，銅離子幾乎不存在或極其有限。因此，反應(yīng)不可能通過(guò)銅離子的還原實(shí)現(xiàn)，這已由實(shí)驗(yàn)加以證實(shí)。在本發(fā)明中，水漿體系的pH一般在9～13之間，銅離子不可能存在。因此，其還原機(jī)理與酸性溶液中銅離子的還原或氨性溶液中銅氨絡(luò)離子的還原機(jī)理有所不同。初步認(rèn)為，本發(fā)明涉及的還原機(jī)理有可能是通過(guò)發(fā)生在銅硫化物固體表面上的活性氫與硫化銅或硫化亞銅顆粒之間的非均相反應(yīng)實(shí)現(xiàn)的。以下例子對(duì)本發(fā)明提供了進(jìn)一步的解釋實(shí)施方式實(shí)施例111.3g CuS，8.1g ZnO，5.0g NaOH，加水1L形成漿料，密閉高壓釜。在220℃，2.5MPa氫分壓等條件下反應(yīng)3小時(shí)。CuS還原為Cu的轉(zhuǎn)化率為92％。
實(shí)施例220g Cu2S，36g ZnSO4·8H2O，12g NaOH，加水1L形成漿料，密閉高壓釜。在220℃，2.5MPa氫分壓等條件下反應(yīng)3小時(shí)。Cu2S還原為Cu的轉(zhuǎn)化率為91％。
權(quán)利要求
1.采用銅的硫化物水漿氫還原制備銅粉的方法，其特征在于；將銅的硫化物的堿性水漿在適當(dāng)?shù)臈l件下用氫氣進(jìn)行還原，以制備銅的金屬粉末。
2.根據(jù)權(quán)利要求1，其特征在于；所用的銅的硫化物是硫化銅或硫化亞銅，或由含銅的化合物轉(zhuǎn)化而得到的硫化銅和硫化亞銅。
3.根據(jù)權(quán)利要求1，其特征在于；要在水漿中加入適量的堿，以保證水漿的pH值在9～13之間，堿的種類包括氫氧化鈉、氫氧化鉀、碳酸鈉等。
4.根據(jù)權(quán)利要求1，其特征在于；要在水漿中加入適量的還原助劑氧化鋅或氫氧化鋅，以便與還原過(guò)程中產(chǎn)生的S2-結(jié)合成為硫化鋅；也可采用硫酸鋅作還原助劑，但此時(shí)應(yīng)加入等化學(xué)計(jì)量的堿，以將其轉(zhuǎn)化為氫氧化鋅。
5.根據(jù)權(quán)利要求1，其特征在于；所說(shuō)的適當(dāng)條件為，硫化銅或硫化亞銅的濃度以銅計(jì)不超過(guò)50g/L，反應(yīng)溫度150～250℃，氫分壓1～4MPa，攪拌速度400～1000rpm。
全文摘要
本發(fā)明提供了硫化銅或硫化亞銅加水成漿后直接進(jìn)行氫還原制備銅粉的新方法。其主要特點(diǎn)在于水漿中要加入適量的堿，以保持其pH值在9～13之間；和在該水漿中加入還原助劑氧化鋅(或氫氧化鋅，或硫酸鋅)，以便與還原過(guò)程中產(chǎn)生的S2－離子結(jié)合成硫化鋅，使還原反應(yīng)得以繼續(xù)進(jìn)行?？刂茰囟?、氫分壓、攪拌等條件，硫化銅或硫化亞銅的還原率可達(dá)90％以上。
文檔編號(hào)C22B15/00GK1600478SQ03154429
公開日2005年3月30日 申請(qǐng)日期2003年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月28日
發(fā)明者喻克寧, 梁煥珍 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院過(guò)程工程研究所