Способ обработки медьсодержащих материалов
Изобретение может быть использовано для растворения меди при переработке медьсодержащих материалов, преимущественно для производства сульфата меди пятиводного. Способ обработки медьсодержащих материалов включает растворение меди раствором серной кислоты и кристаллизацию из раствора сульфата меди пятиводного. Далее осуществляют корректировку состава маточного раствора для его повторного использования. При этом растворение меди осуществляют в присутствии нитрата меди, являющегося катализатором процесса растворения и который готовят путем растворения меди в растворе азотной кислоты, концентрация которого не превышает 200 г/л. Корректировку состава маточного раствора осуществляют контролированием концентрации нитрата меди путем качественной реакции с дифениламином в маточном растворе. Техническим результатом является интенсификация процесса растворения меди в серной кислоте за счет присутствия в системе катализатора и исключение загрязнения целевого продукта. 1 з.п. ф-лы, 3 табл., 2 пр.
Изобретение может быть использовано для переработки медьсодержащих материалов, например электронного лома, омедненных отходов металлических циркония и гафния, отходов сверхпроводниковых материалов в медной оболочке и т.д.
Известен способ растворения меди в горячей концентрированной серной кислоте [Реми Г. Курс неорганической химии. М.: Мир, 1974, т. 2]. Растворение меди водным раствором серной кислоты и переработка отработанных растворов [И.Ф. Худяков и др. Металлургия вторичных тяжелых цветных металлов. М.: Металлургия, 1987, с. 214-217].
Известен способ растворения металла [патент РФ 2205882, C22B 3/00, B01F 1/00], включающий загрузку твердого металла в среднюю часть емкости, подачу воздуха и жидкого электролита одновременно внутрь емкости с противоположных сторон, отличающийся тем, что при растворении над металлом постоянно поддерживают сплошной слой жидкого электролита при подаче его сверху в распыленном виде. При этом толщину слоя жидкого электролита над металлом поддерживают постоянной при регулировании ее на протяжении всего процесса. Кроме того, распыление жидкого электролита осуществляют по всему сечению емкости равномерно.
Недостатком данных способов является низкая скорость растворения. Интенсификация процесса за счет перегрева реакционного объема приводит к повышенной эмиссии диоксида серы или образованию сульфидов меди.
Известен способ обработки медьсодержащих материалов, который включает растворение меди раствором серной кислоты и переработку отработанных растворов. При этом в раствор серной кислоты вводят нитрат аммония в количестве до 1,0-1,1 моль/моль меди. Кроме того, нитрат аммония вводят в раствор порционно по мере протекания реакции растворения меди. Отработанный раствор после отделения от него твердых компонентов регенерируют и используют повторно [патент РФ №2236473 C22B 7/00, 2004]. Данный способ позволяет регулировать скорость растворения меди в широких пределах и позволяет уменьшить образование двуокиси азота за счет присутствия аммония. Поэтому он нашел применение для травки поверхностных медных покрытий. Способ принят в качестве прототипа. К недостаткам способа можно отнести высокую вероятность образования в растворе двойных аммонийно-сульфатных солей меди типа, {NH4}2SO4×CuSO4 nH2O, которые имеют более низкую растворимость по меди в водном растворе по сравнению с сульфатом меди и могут стать причиной загрязнения медного купороса, как целевого продукта технологии.
Технической задачей заявляемого технического решения является интенсификация процесса растворения меди и исключение возможности загрязнения сульфата меди пятиводного примесными компонентами в процессе последующей кристаллизации его из раствора.
Названная техническая задача достигается тем, что в способе обработки медьсодержащих материалов, включающем растворение меди раствором серной кислоты, кристаллизацию сульфата меди пятиводного, корректировку состава маточного раствора и его повторное использование, отличается тем, что растворение осуществляют в присутствии нитрата меди.
Кроме того, процесс растворения ведут при температуре 60-80°C, исходный нитрат готовят путем растворения меди в растворе азотной кислоты, концентрация которой не превышает 200 г/л, а необходимость корректировки концентрации нитрата меди в системе осуществляют на основе качественной реакции с дифениламином в маточном растворе.
Сущность заявляемого технического решения состоит в том, что нитрат меди является катализатором процесса растворения меди в серной кислоте, его растворимость при этом кратно превышает растворимость медного купороса, и поэтому при кристаллизации последнего загрязнение целевого продукта за счет присутствия в растворе остаточного нитрата меди исключается.
Пример 1: Медные образцы пластин, массой 1 г, площадью 2 см2 помещали в маточный раствор после кристаллизации сульфата меди пятиводного концентрацией 350 г/л по меди. Серную кислоту добавляли в реакционный объем исходя из стехиометрии в виде 20% раствора. Нитрат меди добавляли в раствор серной кислоты. Процесс вели в режиме перемешивания воздушным барбатером при температуре 60-80°C. Результаты характерных режимов представлены в таблице. 1.
| Таблица 1 | ||||
| Влияние нитрата меди на скорость растворения | ||||
| № пп | Добавлено Cu(NO3)2, г | Начальная скорость растворения, г/м2 ч | Время полного растворения, ч | Примечание |
| 1 | - | 87 | 59 | Наличие осадка |
| 2 | 0,1 | 354 | 14 | Прозрачный раствор |
| 3 | 0,2 | 367 | 13 | Прозрачный раствор |
| 4 | 0,3 | 371 | 13,5 | Прозрачный раствор |
Пример 2. Исходный нитрат меди готовили растворением меди в азотной кислоте с различной исходной концентрацией. Контроль процесса осуществляли визуально по наличию в продуктах реакции NO2. В таблице 2 представлены результаты. В таблице 3 представлены результаты соотношения скорости растворения меди в зависимости от результатов качественного анализа нитрата меди в маточном растворе.
| Таблица 2 | ||||
| Результаты контроля за процессом растворения меди в азотной кислоте | ||||
| № пп | Навеска меди, г | Концентрация HNO3, г/л | Температура процесса °C | Результаты наблюдения |
| 1 | 2 | 350 | 30 | Бурый газ |
| 2 | 5 | 350 | 60 | Бурый газ |
| 3 | 2 | 200 | 30 | отсутствие |
| 4 | 5 | 180 | 60 | отсутствие |
| Таблица 3 | |||
| Возможность контроля за процессом растворения по качественной реакции на NO3 | |||
| № пп | Скорость растворения, г/м2 ч | Результат качественной реакции в маточном растворе | Температура процесса, °C |
| 1 | 450 | положительный | 80 |
| 2 | 250 | положительный | 60 |
| 3 | 55 | отрицательный | 45 |
Таким образом, при реализации заявляемого способа скорость процесса растворения увеличивается более чем в три раза и исключается возможность загрязнения конечного продукта примесными компонентами. Кроме того, заявленные режимы приготовления раствора нитрата меди исключают возможность образования при его приготовлении ядовитой двуокиси азота. А использование качественной реакции на нитрат-ион в маточном растворе обеспечивает возможность контроля и корректировки скорости процесса растворения.
1. Способ обработки медьсодержащих материалов, включающий растворение меди раствором серной кислоты, кристаллизацию из раствора сульфата меди пятиводного, корректировку состава маточного раствора и его повторное использование при растворении меди, отличающийся тем, что растворение меди осуществляют в присутствии катализатора, в качестве которого используют нитрат меди.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что растворение меди ведут при температуре 60-80°C, при этом исходный нитрат меди готовят путем растворения меди в растворе азотной кислоты, концентрация которого не превышает 200 г/л, а корректировку состава маточного раствора осуществляют контролированием концентрации нитрата меди путем качественной реакции с дифениламином в маточном растворе.
