Сернокислотное выщелачивание меди из окисленной медной руды

Размещено на http://www.allbest.ru/

Лабораторная работа №1 Сернокислотное выщелачивание меди из окисленной медной руды

Цель работы: ознакомиться с особенностями сернокислотного выщелачивания меди из окисленных руд изучить влияние некоторых факторов на извлечение меди в продуктивный раствор.

Теоретическая часть

Выщелачивание ? это процесс перевода одного или нескольких компонентов в раствор из твердой фазы, в результате взаимодействия этой фазы с реагентом растворителем.

Существует несколько способов сернокислотного выщелачивания: это кучное выщелачивание, отвальное и подземное выщелачивание меди, агитационное выщелачивание.

В данной работе мы использовали агитационное выщелачивание. Основными достоинствами процесса сернокислотного выщелачивания являются:

Использование серной кислоты, которая является относительно дешевым и доступным растворителем.

Перемешивание в данном процессе способствует более высокой скорости протекании процесса.

Выщелачивание протекает по реакции:

1. Основной реакцией процесса выщелачивания является перевод
меди в раствор:

Сu₂О + 2H₂SO₄ + 1/2O₂ = 2СuSО₄ + 2Н₂О;

СuО + H₂SO₄ = СuSО₄ + Н₂О;

СuСО₃ · Сu(ОН)₂ + 2H₂SO₄ = 2Сu SO₄ +СО₂ + 3Н₂О.

2. При добавлении Н₂О₂ железо из двухвалентного переходит в трехвалентное:

2FeS₂+ H₂O₂ = Fe₂(SO₄)₃+ H₂SO₄.

При добавлении NH4OH трехвалентное железо переходит в осадок:

Fe₂(SО₄)₃ + NH₄OH = Fе(ОН)₃v + (NH₄)₂SО₄.

В результате воздействия NH₄OH получаем тетраамиакат меди:

C

uSО₄ + NH₄OH = [Сu (NН_з)₄]⁺².

Существенное влияние на извлечение меди в продуктивный раствор оказывают следующие факторы:

Плотность пульпы.

Вещественный состав материала.

Массовая доля полезного компонента.

Массовая доля глинистых и шламистых частиц в материале.

Используемый растворитель.

Отношение жидкого к твердому.

Методика проведения экспериментов

Готовим раствор для выщелачивания. Раствор готовится только под вытяжкой. При этом стоит помнить, что кислоту льют в воду.

Для приготовления раствора 5 % серной кислоты берется 96 % раствор серной кислоты, и по правилу креста рассчитывается объем 96 % кислоты, который надо взять для того чтобы приготовить 5 % раствор. По расчетам получается, что кислоты надо взять 3,0 см³ серной кислоты и 97,0 мл воды. Получаем 5 % раствор серной кислоты.

96 5	1
5
0 91	18,2
19,2 - 1-х	103,2

1 - х

;

m = 100,0 ·1,032 = 103,2 г;

Продолжительность опыта 30 мин, интервал отбора проб 10 мин.

Навеску 50 г медной окисленной медной руды помещаем в реакционный стакан, заливаем приготовленным раствором для выщелачивания и перемешиваем содержимое с помощью механической мешалки.

Трижды, через каждые 10 мин останавливаем мешалку на 3 минуты, из осветленного слоя раствора с помощью шприца отбираем пробу и отфильтровываем ее через бумажный фильтр в колбы с указанием номеров опыта и пробы.

Использованные фильтры и материал сбрасывают в емкость для отходов.

В отобранных трех пробах определяем концентрацию меди с помощью спектрофотометрического анализа, на основе аммиачного комплекса.

От исходной пульпы отбирают пробу около 10 мл и фильтруют. Прибавляют 1 мл перекиси водорода для окисления ионов железа Fe⁺² до Fe⁺³ и добавляют 5 мл раствора аммиака, после чего фильтруют. Из фильтрата отбирают аликвотную часть 5 мл и переводят в мерную колбу 25 см³, доводят до метки дистиллированной водой и перемешивают.

Измеряют оптическую плотность раствора при длине волны 675 нм при применении красного светофильтра. Ручку «чувствительность» устанавливают в положение «1», отмеченную на панели красным цветом. Раствором сравнения служит дистиллированная вода. Для того, чтобы относительная ошибка определения концентрации раствора была минимальной, рекомендуется работать вблизи значения оптической плотности 0,1-1 (коэффициента пропускания 40 - 60 %). Кювета 50/120.

Находят по графику значения концентрации меди в растворе. Далее определяют истинное значение концентрации меди, учитывая разбавление, по формуле:

(1.1)

где С_{Сu по графику} - концентрация меди, определенная по графику, мг/л;

Р - разбавление раствора (в данном случае Р = 5);

К - коэффициент, учитывающий сорбцию ионов меди ионами железа (по данным практики для этого метода составляет 10 %), К = 1,1.

;

;

.

Таблица 1.1

Результаты сернокислотного выщелачивания меди

Массовая доля меди в исходной руде, %	Номер пробы	Продолжительность опыта, мин	Объем раствора в момент отбора пробы, л	Концентрация меди в i-ой пробе, г/л	Извлечение меди в растворе, %	Примечание
3,6	1	10	0,1	0,95	5,27
					49,7
3,6	2	20	0,09	1,12	4,97
3,6	3	30	0,08	1,3	4,33

Извлечение меди в раствор:

, (1.2)

где С_Cu ? концентрация меди в i-той пробе, г/л;

V ? объем раствора для выщелачивания, л;

i ? номер пробы;

б_Cu ? массовая доля меди в исходной руде, д.ед.

Для первого опыта:

;

Для второго опыта:

;

Для третьего опыта:

.

На рисунке 1.1 представлена зависимость концентрации меди от времени.



Рисунок 1.1 Зависимость концентрации меди от продолжительности выщелачивания

Рисунок 1.2 Зависимость извлечения меди в раствор от времени выщелачивания

Вывод: В ходе данной лабораторной работы было изучено сернокислотное выщелачивании, влияние некоторых факторов на процесс выщелачивания.

Чем больше время выщелачивания, тем больше меди переходит в раствор, это характеризуется тем, что при длительном воздействии растворителя на материал, происходит растворение менее пористых минералов.

По зависимости извлечения меди в раствор от времени выщелачивания
можно сделать следующий вывод, что при увеличении времени
выщелачивания уменьшается извлечение.

Лабораторная работа №2 Цементация меди из сульфатных растворов

Цель работы: ознакомиться с особенностями цементации меди железом из сульфатных растворов, изучить влияние некоторых факторов на осаждение меди.

Теоретическая часть

Цементация ? процесс внутреннего электролиза в условиях, когда оба процесса протекают на одном и том же электроде. Атомы меди ионизируются и переходят в раствор, а ионы железа ассимилируют освободившиеся на поверхности меди электроны, превращаются в атомы и включаются в кристаллическую решетку.

В процессе цементации меди на железе в сульфатных растворах протекает следующая реакция:

CuSO₄ +Fe = Cu + FeSO₄. (2.1)

На полноту и скорость осаждения меди влияют следующие факторы:

Концентрация меди. С увеличением концентрации меди в растворе скорость процесса возрастает.

Концентрация трехвалентного железа. Трехвалентное железо отрицательно влияет на процесс цементации. Чтобы снизить это отрицательное влияние его вначале восстанавливают до Fe⁺², или обеспечивают оптимальный гидродинамический режим.

3. Концентрация двухвалентного железа. Двухвалентное железо не
влияет на кинетику процесса, но изменяет условия формирования частиц
меди.

4. Кислотность раствора. Осаждение железа возможно в широком диапазоне кислотности раствора. Однако рН растворов поступающих на цементацию стараются поддерживать в интервале 1,5 ? 2. В таких растворах образуются чистые, плотные и крупнозернистые осадки.

Тип и качество осадителя.

Если в процессе участвует кислород, то двухвалентное железо окисляется до трехвалентного, что приводит к развитию побочных реакций, обуславливающих гораздо больший расход железа, чем по стехиометрии процесса цементации меди.

При цементации мышьяк осаждается с медью, что осложняет последующую переработку осадка. При достаточно больших концентрациях мышьяка (0,5 ? 1 г/л) возможно выделение арсина. Арсин - это бесцветный, очень ядовитый газ с характерным чесночным запахом. Поэтому в этих случаях цементация меди может быть опасна для человека.

Методика проведения экспериментов

В реакционный стакан заливаем 38 мл сульфатного раствора и устанавливаем его под мешалку. На весах взвешиваем 1г железной стружки заданной крупности.

Осадитель загружают в реакционный стакан и включают мешалку. Время цементации 10 мин.

Через 10 мин от начала опыта отключаем привод мешалки, даем отстояться содержимому стакана в течении 1 мин и из осветленного слоя отбираем с помощью груши в пипетку 10 мл раствора. Отобранную пробу отфильтровывают через бумажный фильтр. Осадок на фильтре промываем водой, высушиваем. Массу осадка определяем по разности масс осадка с фильтром и фильтра.

Использованный фильтр выбрасываем, а мешалку и реакционный стакан промываем водой.

По результатам опыта рассчитываем количество осажденной меди:

·[Cu] , (2.2)

где , - объемы исходного раствора и раствора после цементации.

г.

Рассчитываем количество перешедшего в раствор железа:

= , (2.3)

где - масса исходной навески осадителя.

= 1,974 - 0,999 = 0,975 г;

г.

Рассчитываем количество железа в растворе:

= - = 1 - 0,932 = 0,068 г. (2.4)

Определяем соотношение количество перешедшего в раствор железа и осажденной меди:

.

Рассчитываем извлечение меди в осадок:

;

.

Определяем коэффициент перерасхода:

.

Результаты записываем в таблицу 2.1.

Таблица 2.1

Результаты цементации

Концентрация меди в исходном растворе, г/л	Масса меди в исходном растворе, г		Извлечение цементационной меди, %	Масса осадка, г	Масса цементационной меди в осадке, г		Масса железа перешедшего в раствор	Соотношение железа к мели
1,3	0,1		99,88	1	0,0437	0,	0,975	1:1

Вывод: В данной работе был изучен метод цементации меди из продуктивного раствора. Была определена масса цементного осадка меди равная m^Сu_{в осадке} = 0,0437 г, удельный расход железа 1,57. За 10 минут железо практически вытеснило медь, и масса его в осадке составила 0,975 г по сравнению с его исходной массой 1г. Также по соотношению R видно, что масса перешедшего в раствор железа равна массе осажденной меди.

Лабораторная работа №3 Электроэкстракция меди из сульфатных растворов

раствор медь руда окисленный

Цель работы: ознакомиться с особенностями электроэкстракции меди железом из сульфатных растворов, изучить влияние основных параметров на процесс электроосаждения меди.

Теоретическая часть

Электроэкстракция - процесс электролитического выделения металлов из растворов.

Электроэкстракция в отличии от электрорафинирования осуществляется на не растворимых электродах (анодах).

Реакции катодного и анодного процессов: На катоде

Cu⁺² + 2e = Cu° (3.1)

2H⁺ + 2e = H₂^ (3.2)

На аноде

2Н₂О = 4Н⁺ + 2О₂^ (3.3)

На активных анодах происходит их растворение, а на инертных нет растворения анодов.

Методика проведения экспериментов

Перед проведением опыта наждачной бумагой зачищаем поверхность катода, затем катод взвешиваем его вес 43,880 г. После чего закрепляем его на кронштейне симметрично анодам. В фарфоровый стакан заливаем медьсодержащий раствор до уровня примерно на 10 мм ниже обреза стакана и устанавливаем электроды.

Зачистив места контактов тоководов, электроды подсоединяют к клеммам выпрямителя, включаем выпрямитель и устанавливаем на амперметре 1,5 А.

Рисунок 3.1 Схема электродной ячейки: 1 - стакан; 2 - анод; 3 - катод; 4 - кронштейн; 5 - электролит

По истечении 30 мин снимаем катод и ставим его сушиться. После высыхания измеряем площадь катода, на который осела медь. И взвешиваем катод, чтобы узнать массу меди осевшей.

Рассчитываем плотность катодного тока

, (3.4)

где I - сила тока, А;

S - площадь осаждения меди на катоде, м²;

S = 0,0027·2 = 0,0054 м²

Рассчитываем выход меди по току:

где М_исх - масса осажденной меди на катоде, г;

M_теор.- теоретически возможное количество осажденной меди на катоде, г.

где Э - грамм-эквивалент меди;

I - сила тока, А;

F - число Фарадея, А·ч;

t - продолжительность электроэкстракции, мин.

Таблица 3.1

Результаты электроэкстракции меди

Номер опыта	Площадь осаждения меди, м2	Плотность катодного тока, А/м	Масса катода, г	Масса осевшей меди, г	Выход меди по току, %	Примечание
			До опыта	После опыта
1	54·104	277,8	43,880	44,618	0,738	54,18

Вывод: В ходе данной лабораторной работы был изучен метод электроэкстракции меди из сульфатных растворов. Опытным путем были получены значения плотности тока равное D = 277,8 А/м², которая не превышает D_npaкт = 200 ? 300 А/м². Плотность тока влияет на скорость электроэкстракции. А также рассчитали и выход меди по току равный Е = 54,18 %, массу осажденной меди на катоде равна М_сu = 1,016 г.

Размещено на Allbest.ru

...