1 1.1硫酸銅的性質(zhì) 1.3堿式碳酸銅 1.4硫酸銅的制備方法簡(jiǎn)介 1.4.1利用氧化銅礦制硫酸銅 1.4.2酸浸出法 1.4.3酸浸直接法 1.4.4酸浸轉(zhuǎn)化法 1.4.5氨浸出法 1.4.6溶銅沉鐵酸浸-化學(xué)濃縮法 61.4.7酸浸-萃取法 61.5硫酸銅的包裝貯運(yùn) 2.除鐵法 2.1黃銨鐵礬法除鐵 2.2氫氧化鐵沉淀除鐵法 82.3一步結(jié)晶除鐵法 3.設(shè)備及工藝介紹 3.1顎式破碎機(jī) 93.2雷蒙磨 93.3工藝流程圖 4.工藝計(jì)算 4.1物料衡算 114.1.1每天所需生產(chǎn)硫酸銅的質(zhì)量 4.1.2每天所需處理的堿式碳酸銅礦中含Cu?(OH)?CO?的質(zhì)量 4.1.3每天所需處理的廢渣的質(zhì)量 4.1.4每天所需處理的堿式碳酸銅礦的總質(zhì)量 12 5.浸出反應(yīng)釜的設(shè)計(jì)計(jì)算 5.1計(jì)算完全反應(yīng)后反應(yīng)釜中CuSO?溶液的質(zhì)量 5.2反應(yīng)釜的個(gè)數(shù) 5.3每次每釜處理堿式碳酸銅礦的量 5.4工藝流程中所需反應(yīng)釜的個(gè)數(shù) 6.反應(yīng)釜釜體設(shè)計(jì) 6.1確定筒體和封頭型式 6.2確定筒體和封頭直徑 6.3確定夾套直徑 6.4確定夾套高度 7.反應(yīng)釜攪拌器的型式 7.1槳式槳葉攪拌器 7.2框式和錨式攪拌器 7.3推進(jìn)式攪拌器 7.4渦輪式攪拌器 7.5攪拌器的選型 8.設(shè)計(jì)結(jié)果 結(jié)束語(yǔ) 1摘要：硫酸銅是一種很重要的無(wú)機(jī)化工原料，在紡染、電鍍、醫(yī)藥等方面都有很大的用途。本文論述了硫酸銅的生產(chǎn)工藝的發(fā)展概況、用途及產(chǎn)品市場(chǎng)分析，大致介紹了在工業(yè)上生產(chǎn)硫酸銅常用的除鐵方法，主要探索了年產(chǎn)五千噸硫酸銅的工藝設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)中采用含銅量為20.02%的堿式碳酸銅礦為原料來(lái)生產(chǎn)硫酸銅。著重描述浸出工序中的反應(yīng)釜的工藝設(shè)計(jì)，通過(guò)控制條件制得純度較高的硫酸銅飽和溶液，再經(jīng)過(guò)結(jié)晶工序得到產(chǎn)品。在浸出工序中控制溫度在90℃以上，采用間歇操作的方法制得硫酸銅飽和溶液。通過(guò)物料衡算，進(jìn)行設(shè)備選型及浸出反應(yīng)釜工藝尺寸的計(jì)算，設(shè)計(jì)出符合要求的浸出反應(yīng)釜。關(guān)鍵詞：硫酸銅除鐵攪拌機(jī)工藝設(shè)計(jì)浸出反應(yīng)釜AbstractsThecupricsulfateisonemarketanalysisApproximatelyintroduceindustryofproducingthecupricsulfatemainlyexploredTheprocworkingrocedureresponsecauldrontechnologicrystallizationworkingprocedureControlsthe2vitriol;Romanvitriol,藍(lán)色三斜晶系晶體，密度為1.28×103kg/m3,分子量為249.68,易溶于水，其水溶液呈微酸性，也溶于稀乙醇，不溶于無(wú)水乙醇，液氨。當(dāng)加熱到45℃時(shí)開始失去一個(gè)結(jié)晶水，102℃時(shí)失去二個(gè)結(jié)晶水，加熱到113℃時(shí)失去四個(gè)結(jié)晶水，加熱到258℃時(shí)失去全部結(jié)晶水而成淺白色無(wú)水硫酸銅粉末。當(dāng)加熱到650℃時(shí)，即分解為氧化銅(黑色粉末):硫酸銅是一種重要的化工產(chǎn)品，有廣泛的用途。染料工業(yè)中用作生產(chǎn)含銅單偶氮染料，如活性艷藍(lán)，活性紫；醫(yī)藥工業(yè)直接或間接地用作收斂劑和生產(chǎn)異煙肼、乙胺嘧啶的輔助原料；涂料工業(yè)用于油酸銅作為船底防污漆的毒害劑；電鍍工業(yè)中用于硫酸鹽鍍銅和寬溫度全光亮酸性鍍銅離子添加劑；食品工業(yè)中用作抗微生物劑，營(yíng)養(yǎng)增補(bǔ)劑；農(nóng)業(yè)上用作殺蟲劑及含銅農(nóng)藥；在地質(zhì)礦山工業(yè)中，用于選礦。由于硫酸銅有著如此廣泛的用途，據(jù)分析，近年來(lái)硫酸銅在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)一直比較緊銷，價(jià)格也逐漸上漲。此外，隨著復(fù)微肥工業(yè)的發(fā)展，也需大量使用硫酸銅，使硫酸銅供求矛盾更加突出。國(guó)內(nèi)目前雖然有許多家硫酸銅生產(chǎn)廠家，但由于我國(guó)是一個(gè)銅資源比較短缺的國(guó)家，生產(chǎn)受到限制，傳統(tǒng)上以有限銅資源為原料生產(chǎn)硫酸銅的方法，其產(chǎn)品已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足市場(chǎng)日益增加的需求。人們正將注意力轉(zhuǎn)向用銅礦來(lái)制取硫酸銅。3化學(xué)式為Cu?(OH)?CO?,又名孔雀石(主要成分是Cu?(OH)?CO?,非純凈物),銹(銅綠)。在空氣中加熱會(huì)分解為氧化銅、水和二氧化碳。銅綠(銅銹)也是堿式碳酸銅(主要成分是Cu?(OH)?CO?,非純凈物)。由溶液中所得沉淀物初顯的綠色粉末狀晶體，加熱至220℃時(shí)分解。不溶于水和乙醇，可溶于氨水生成二成分(%)S1硫化礦CuFeS?或Cu?S·Fe?S?Cu:FeS?或3Cu?S·Fe?S?Cu?AsS4或3Cu?S·As?S?Cu?SbS?或3Cu?S·Sb?S?Cu?AsS?或Cu?S·As?S?赤銅礦黑銅礦4利用上述銅礦石生產(chǎn)硫酸銅，因其物相成分不同而采用不同的工藝條件。一般而言，上述礦石按其地質(zhì)形成、化學(xué)性質(zhì)及工藝性質(zhì)可分為四大類：AB、硫化銅礦(黃銅礦、砷黝銅礦、硫砷銅礦);C、次生硫化銅礦(輝銅礦、斑銅礦、銅藍(lán)、黝銅礦);D、氧化銅礦(孔雀石)。A類礦石為稀酸難溶銅；B、C類礦石為稀酸不溶銅；D類礦石為稀酸易溶銅。利用B、C兩類礦石制硫酸銅，一般是采取硫酸化或氧化焙燒，將不溶銅轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄粤蛩徙~和稀酸易溶的氧化銅(2、3)。而對(duì)D類礦石則用酸浸，鐵粉置換制取粗銅，然后入爐氧化焙燒轉(zhuǎn)變成氧化銅，制成氧化銅后再酸浸除雜，蒸發(fā)、結(jié)晶得硫酸銅(4、5)。還有一些方法是在上述方法的基礎(chǔ)上經(jīng)過(guò)改良的催化氧化溶解法〔6、7、8、9〕。氧化銅礦是游離和結(jié)合氧化銅礦的總稱I21。前者易浸出，是濕法冶銅制硫酸銅的主要原料。后者則是在目前的技術(shù)條件下進(jìn)行濕法冶銅制硫酸銅，但是很不經(jīng)濟(jì)。因此，在用氧化銅礦制硫酸銅時(shí)，查明銅的賦存狀態(tài)及伴生的脈石礦物很重要。根據(jù)氧化銅礦的物相類別，制硫酸銅的方法可歸納為兩大類。酸法浸出是礦物原料化學(xué)處理中最常用的方法之一。稀硫酸是銅礦原料中最重要的浸出試劑，浸出時(shí)，銅按下列反應(yīng)進(jìn)入浸出液中：藍(lán)銅礦：2CuCO?Cu(OH)2+3H?SO?=3CuSO?+2CO?+4H?O但在浸取過(guò)程中，礦石中的鐵、鈣、鎂等亦同時(shí)進(jìn)入浸出液，為獲得合格產(chǎn)品，必須從浸液中除去鐵等雜質(zhì)，根據(jù)除雜方法的不同，酸浸法又分為：(1)海綿銅法這種方法是以鐵屑置換出液中的銅為海綿銅，凈化后進(jìn)行高溫氧化焙燒，焙燒再經(jīng)酸溶、除雜轉(zhuǎn)化為硫酸銅溶液，最后蒸發(fā)濃縮、冷卻制得硫酸銅晶體。該5(3)堿式硫酸銅法一種添加劑使銅水解成以堿式硫酸銅沉淀形式與鈣鎂雜質(zhì)分離，富集的銅經(jīng)酸該方法是用氧化銅礦細(xì)粉與硫酸作用直接生產(chǎn)硫酸銅。浸出液氧化除鐵后蒸干，渣再磨細(xì)、水浸、過(guò)濾，濾液蒸發(fā)濃縮、冷折制得產(chǎn)品，產(chǎn)品純度可達(dá)96%以上。此法工藝路線短，生產(chǎn)工藝易于控制，可連續(xù)大規(guī)模生產(chǎn)；耗酸少，6轉(zhuǎn)入浸出液中4]:銅表面氧陰極還原：銅氨絡(luò)離子被銅還原為亞銅氨絡(luò)合物：Cu(NH3)4l2++Cu=2Cu(NH?)2]+銅氨絡(luò)離子經(jīng)加熱分解得到氧化銅(回收氨),再經(jīng)酸溶劑制取硫酸銅。這種方法是將氨浸礦石所得之浸出液加熱分解為氧化銅，再經(jīng)酸溶制取硫酸銅。此法除雜容易，雜質(zhì)去除率高，但需蒸氨回收系統(tǒng)，投資大，蒸氨耗能高且難免造成對(duì)環(huán)境的污染。溶銅沉鐵酸浸-化學(xué)濃縮法(簡(jiǎn)稱AD-CEC法)為武漢化工學(xué)院研究開發(fā)，目的是解決混合銅礦的綜合利用。該工藝在用稀硫酸浸出過(guò)程中添加溶銅沉鐵自然冷卻即可獲得硫酸銅產(chǎn)品。此法在浸出時(shí)添加溶銅沉鐵劑，銅的提取率高，除去了鐵等雜質(zhì)，浸出液純度高，浸出凈化一步完成，簡(jiǎn)化了工藝，操作容易；浸出液采用化學(xué)濃縮無(wú)需大量蒸發(fā)，能耗低；排放廢水為中性，可循環(huán)利用。與前幾種方發(fā)相比，溶銅沉鐵酸浸-化學(xué)濃縮法具有工藝簡(jiǎn)單、操作方便、節(jié)省能源、有利于環(huán)境保護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，因而更具實(shí)用性。但此法只能浸出礦中的氧化態(tài)銅，對(duì)混合銅礦還需采用浮選等方法回收硫酸態(tài)銅，對(duì)于以混合銅礦為原料生產(chǎn)硫酸銅的小廠，由于投資較大，產(chǎn)品分散，因而不宜采用。此法僅適用于處理氧化銅礦石。礦石經(jīng)稀硫酸浸取，浸出液中的銅以Lix984N萃取進(jìn)入有機(jī)相，繼而以高濃度的硫酸溶液在50～55℃下反萃取獲得富銅液，富銅液冷卻即得含CuSO?·5H?O～96%的粗品(含酸3.0～3.2%)。粗品加溫再溶并加調(diào)整劑中和游離酸即可獲得CuSO?·5H?O～98.8%的優(yōu)質(zhì)硫酸銅產(chǎn)品。此法大大簡(jiǎn)化了工藝，產(chǎn)品純度高，可處理品位較低的氧化銅礦，萃取劑可再生，硫酸也可部分再生，加熱耗能低，無(wú)污染。7貯存時(shí)嚴(yán)防潮濕和日曬，不得與食物、種子、飼料每碼不得超過(guò)十袋(包)。硫酸銅(CuSO?·5H?O)含量%≥水不溶物含量%≤游離硫酸含量%≤外觀：藍(lán)色或藍(lán)綠色晶體(若呈現(xiàn)為綠白色粉末，仍有效),沒有可見雜質(zhì)。通過(guò)試驗(yàn)的方法可以看出隨著溫度升高，除鐵率在逐漸增加，當(dāng)大于80℃后，除鐵率增加明顯，溫度達(dá)到95℃時(shí)，除鐵率可以達(dá)到91.2%;當(dāng)溫度超過(guò)95℃,除鐵率總體呈增加趨勢(shì)，但增加緩慢。由此看出，黃銨鐵礬的生成與溫度的高低有直接關(guān)系，溫度越高，除鐵效果越好。綜合考慮能耗，得出95℃是黃1.8范圍內(nèi)，除鐵效果較好；當(dāng)pH值為1.6時(shí)，除當(dāng)pH值<1.6時(shí)，除鐵率逐步有所降低，這綜上所述，考慮各方面因素，確定黃銨鐵礬法除鐵工藝pH83.6～4.0之間，除鐵率大于90%,結(jié)晶得到的產(chǎn)品鐵含量能達(dá)到飼料級(jí)硫酸銅的采用石灰乳調(diào)節(jié)pH值為4.0時(shí)，除鐵率最高為97.7%。采用NaOH與石灰乳調(diào)節(jié)pH值，在相同pH值的條件下，用NaOH中和除鐵效果總體上比石灰乳中和當(dāng)反應(yīng)溫度為70℃、pH值為3.8時(shí)，采用NaOH調(diào)節(jié)溶液pH除鐵率最高，可以達(dá)到98.1%。NaOH除鐵效果比石灰乳顯著，但由于其價(jià)格相對(duì)較通過(guò)試驗(yàn)的方法可以看出，溶液在60℃時(shí)除鐵率最高，可以達(dá)到98.5%,產(chǎn)間超過(guò)6h后，硫酸銅晶體的增加量逐漸放慢；隨著時(shí)間增加，結(jié)晶產(chǎn)品的銅/鐵比值呈上升趨勢(shì)，當(dāng)結(jié)晶時(shí)間為6h時(shí)，銅/鐵的質(zhì)量比最大，達(dá)到206;超過(guò)6h,晶體中的含鐵量變化不明顯，銅/鐵的質(zhì)量比增加量較小。因此，綜合考慮成本等因素，確定6h為最佳結(jié)晶時(shí)間，結(jié)晶產(chǎn)物的含鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.106%,符合飼料級(jí)硫酸銅的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)6。本法的最佳工藝條件為60℃時(shí)結(jié)晶6h,除鐵率可以達(dá)到98.5%,相對(duì)于前面的兩種方法，不僅除鐵率高，且無(wú)須添加其他化9簡(jiǎn)擺顎式破碎機(jī)工作原理：動(dòng)顎懸掛在心軸上，可作左右擺動(dòng)，偏心軸旋端圓弧大，破碎效率較低，其破碎比i一般為3-6按照給料口寬度大小，分為大，中，小型三種，給料口寬度大于600mm的為大型機(jī)，給料口寬度在300-600mm的為中型機(jī)，給料口寬度小于300mm的為小型機(jī)。顎式破碎機(jī)的工作部分是兩塊顎板，一是固定顎板(定顎),垂直(或上端略外傾)固定在機(jī)體前壁上，另一是活動(dòng)顎板(動(dòng)顎),位置傾斜，與固定顎板磨輥下端，鏟刀與磨輥同轉(zhuǎn)過(guò)程中把物料鏟起拋喂入磨輥輥環(huán)之間，形成墊料層，該料層受磨輥旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生向外的擠壓力將物料碾碎，由此達(dá)到制粉目的。操作流程：雷蒙磨開動(dòng)前，應(yīng)檢查所有檢修門關(guān)閉是否嚴(yán)密，檢查破碎機(jī)的腭板間隙是否符合進(jìn)料粒度尺寸，調(diào)整分析機(jī)轉(zhuǎn)速應(yīng)達(dá)近似成品粒度要求。最后按順序開機(jī)。1、開動(dòng)畚斗提升機(jī)；2、開動(dòng)鄂式破碎機(jī)；3、待料倉(cāng)存有物料后，啟動(dòng)分析機(jī)；4、啟動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)(空負(fù)荷啟動(dòng)，待正常運(yùn)行后再加載);5、啟動(dòng)雷蒙磨主機(jī)，在啟動(dòng)主機(jī)瞬間隨即啟動(dòng)電磁振動(dòng)給料機(jī)。此時(shí)雷蒙磨粉磨工作即為開始。雷蒙磨操作順序簡(jiǎn)易如下：?jiǎn)?dòng)：提升機(jī)→破碎機(jī)→分析機(jī)→風(fēng)機(jī)→主機(jī)→給料機(jī)。雷蒙磨停機(jī)時(shí)應(yīng)按下列順序關(guān)閉各機(jī)：(1)先關(guān)閉給料機(jī)停止給料；(2)約一分鐘后停止主機(jī)；(3)吹凈殘留的粉子后停止鼓風(fēng)機(jī)；(4)最后關(guān)閉分析機(jī)。雷蒙磨停機(jī)順序是：給料機(jī)→主機(jī)→鼓風(fēng)機(jī)→分析機(jī)。注：提升機(jī)輸運(yùn)物料至料倉(cāng)一定量后，先停止破碎機(jī)而后再停止提升，此項(xiàng)應(yīng)由儲(chǔ)料量現(xiàn)時(shí)變動(dòng)。(5)雷蒙磨在正常工作時(shí)不準(zhǔn)隨意加油，要確保生產(chǎn)安全，磨粉機(jī)在任何部分發(fā)生不正常噪音，或負(fù)荷突然增大應(yīng)立即停機(jī)檢查，排除故障，以免發(fā)生重大事故。再繼續(xù)開機(jī)時(shí)必須將磨機(jī)內(nèi)余料取出，否則開機(jī)時(shí)電流過(guò)大，影響啟動(dòng)。過(guò)濾過(guò)濾蒸發(fā)按照工藝要求，以堿式碳酸銅礦為原料來(lái)生產(chǎn)硫酸銅，根據(jù)銅礦的化學(xué)成分表3可以看出，堿式碳酸銅礦的含銅量為20.02%,又浸出率按99%計(jì)，結(jié)晶率按99%計(jì)。硫酸銅5000噸，年生產(chǎn)日按300天計(jì)算，日生產(chǎn)時(shí)間按24h計(jì)，則每天生產(chǎn)硫酸銅的質(zhì)量為考慮到產(chǎn)品損失，為了方便計(jì)算則每天生產(chǎn)量按16700Kg計(jì)，考慮到結(jié)晶和浸出時(shí)的損失，則實(shí)際每天從浸出釜中生產(chǎn)出硫酸銅的質(zhì)量為：百分含量4.1.2每天所需處理的堿式碳酸銅礦中含Cu?(OH)?CO?的質(zhì)量又已知CuSO?與Cu?(OH)?CO?的摩爾比為1:2,根據(jù)Cu原子守恒關(guān)系式：Cu?(OH)2CO?~CuSO?~CuSO?·5H?O為了計(jì)算上的方便，可以先把堿式碳酸銅礦中的含Cu物質(zhì)全部看作是Cu?(OH)?CO?。根據(jù)Cu守恒得：4.1.3每天所需處理的各種有效成分的質(zhì)量Mso,=21594×30.50%=6Kg4.1.4每天所需處理的堿式碳酸銅礦的總質(zhì)量為每天需要98%硫酸量為故一年所需98%的硫酸總量為7837×300=235lt5浸出反應(yīng)釜的設(shè)計(jì)計(jì)算5.1計(jì)算完全反應(yīng)后反應(yīng)釜中CuSO?溶液的質(zhì)量η一裝料系數(shù)，Vo—反應(yīng)釜的總體體積。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，在反應(yīng)完全的懸浮液當(dāng)中，其中未反應(yīng)的銅礦渣占操作體積的15%,溶液占的體積為85%,而且此時(shí)的溶液剛好為硫酸銅飽和溶液。溫度℃溶解度g/100g水根據(jù)實(shí)際操作，取40℃的溶解度為完全反應(yīng)后的飽和硫酸銅溶液的溶解度，即為28.50g/100g水。此種溶液含硫酸銅質(zhì)量分?jǐn)?shù)大約為：則硫酸銅溶液的質(zhì)量為：5.2反應(yīng)釜的個(gè)數(shù)根據(jù)以上物料衡算，知完全反應(yīng)后硫酸銅溶液的質(zhì)量Kg所以CuSO.5H?O的質(zhì)量為：5.4工藝流程中所需反應(yīng)釜的個(gè)數(shù)每天按24h計(jì)，每批的操作時(shí)間為4h(其中包括反應(yīng)時(shí)間3h和加、放料等輔助時(shí)間1h)計(jì)，則每天可處理6批，則需要的反應(yīng)釜個(gè)數(shù)為：取整即所需的反應(yīng)釜個(gè)數(shù)為6個(gè)，所以用該礦生產(chǎn)年產(chǎn)5000噸的硫酸銅的工藝過(guò)程中需要6個(gè)浸出釜。6反應(yīng)釜釜體設(shè)計(jì)表4幾種反應(yīng)釜的H/D?值釜體物料類型氣-液相物料發(fā)酵罐類聚合釜6.1確定筒體和封頭型式從要求的工作壓力和溫度以及該設(shè)備之工藝性質(zhì)，可以看出它屬于帶攪拌的低壓反應(yīng)釜類型，一類低壓容器8。根據(jù)慣例，選擇圓柱形筒體和橢圓形封頭。6.2確定筒體和封頭直徑反應(yīng)物料為液一固相類型，從表4,H/Di