置換沉澱銅

銅置換沉澱利用鐵或其他比銅更活潑的金屬從含銅水溶液中置換出金屬銅的過程，為濕法煉銅流程的組成部分。除鐵以外，其他如鋁和鋅等也可用於置換銅，但由於鐵的來源廣、費用低，實際上已成為工業上唯一用以置換銅的置換沉澱劑。

用廢鋼置換沉澱銅是最簡單而常用的方法。其主要缺點是產品銅不純，隨後需要進行熔化和精煉。傳統的流槽系統是盛行的置換沉澱方法，正在逐漸被更有效和更緊湊的圓錐沉澱器所取代。

基本介紹

• 中文名：置換沉澱銅
• 外文名：cemented copper
• 反應類型：置換反應
• 利用：鐵或其他比銅更活潑的金屬
• 套用：原生硫化銅礦等
• 缺點：產品銅不純

背景介紹

置換沉澱就是一種金屬被另一種金屬還原沉澱, 它是提取冶金中所用的最古老的單元操作之一，現在仍是很多 金屬回收和純化流程的重要部分。

目前，置換沉澱銅法在銅流程 中的套用日漸減少，全世界的礦產銅幾乎全部都是用浮選、 熔煉、 電解精煉法或浸出、溶劑萃取、電積法處理的，前者用於處理原生硫化銅礦如（黃銅礦、斑銅礦）；後者用乾處理次生銅礦、 包括碳酸鹽礦如（孔雀石、藍銅礦 ）、氧化物礦如（赤銅礦、黑銅礦 ）、輕基矽酸鹽如（矽孔雀石 ）、硫酸鹽礦 如（水硫酸銅礦、黑銅礦） 、 自然銅和淺成次生硫化礦如（輝銅礦、銅藍）。此外，從銅廢料和銅合金廢料中回收銅，主要用火法冶煉。

使用情況

儘管如此，在以下幾種情況下，還是要用銅的置換沉澱法。

原生硫化銅礦有時需要原地浸出或堆浸，產生濃度很低的銅浸出液。有時礦坑水中也含有銅，溶解的銅又不夠大，不能建立溶劑萃取或電積設施。故要用置換沉澱法回收銅。依賴於銅產量的不同，置換沉澱銅可以和礦山生產的銅精礦混合，也可作為單獨的濃集物進一步處理。

銅礦物也常常在其他礦石如含鋅礦石中存在，在占原生鋅產量80%的電解鋅廠中，銅和鋅一起溶解，在鋅電解之前必須除銅，一般用鋅粉置換沉澱銅來完成，置換沉澱的銅可以作為副產品銷售。

在銅一鉬礦山中，為提高鉬精礦 品位，用氯化鐵浸出法除去過銅，溶解的銅用置換沉澱法回收，得到的置換換沉澱銅一般和浮選銅精礦混合，供銷售。有許多銅廢料可用浸出法回收銅，在這種情況下，溶解的銅也用置換沉澱法回收。置換沉澱銅是銅和更活潑金屬（一般為鐵和鋅）以及可被共沉澱的 其它雜質的混合物，混合物中銅品位變化範圍為30%~80%。

置換沉澱銅處理過程

從溶液中置換沉澱銅的反應為：MeO+Cu²⁺→Cuo+Me²⁺，此法多用於處理含雜質多或含銅量少的溶液。通常所處理的硫酸鹽溶液，除銅之外，還含有兩價和三價鐵、游離硫酸以及其他雜質。一般置換沉澱銅的溶液含銅0.5一15g/L。溶液中含銅量多，銅置換沉澱過程快，所得沉澱含銅量也高。三價鐵是溶液中有害的雜質。過量的游離酸存在，會增加置換沉澱劑鐵的消耗量。按置換反應計算，鐵的理論消耗量為每沉澱析出一單位質量的銅需要0.874單位質量的鐵。實際上沉澱析出一單位質量的銅需要消耗1一2.5單位質量的鐵。加速置換反應的最好辦法是使沉澱液循環流動或攪拌溶液，讓置換沉澱劑保持新鮮表面。

置換沉澱法所用的設備有置換沉澱渠道、置換沉澱池（或槽）和旋轉圓筒等。國際上已研製出一些高效的置換沉澱設備，並已用於工業生產。如圓錐沉澱器，溶液在裝置內被壓向上作旋轉運動而通過碎銅屑，它具有生產能力大而鐵耗低等特點。鐵置換沉澱法特別適於處理電解沉積法不能處理的含銅量低的溶液，所用設備簡單，操作容易，建設投資小，廢鐵價廉易得，所以生產成本也低，是套用最為普遍的一種銅化學沉澱法。

生產和進一步處理的實踐

從許多硫化物礦山天然溶解或輔助浸出的少量銅溶液，可用簡單的置換沉澱處理，即在常規的反應槽、 溝 道、 流槽和容器中，用鋼鐵廢料與溶液接觸，並定期除去置換沉澱物，然後沉澱物經脫或蒸發乾燥、儲存以備冶煉廠使用。大多數鋅廠都生產置換沉澱銅，但有些工廠用濕法冶金技術處理這種物料生產其他銅產品，如硫酸銅。鋅廠生產的置換沉澱銅 很低, 但處理複雜鋅礦除外。

置換換沉澱銅的進一步處理實踐如下：

鼓風爐熔煉：裝料為置換沉澱銅、其他低品位銅廢料、制球回收的轉爐和陽極爐渣、焦炭、二氧化矽和石灰 熔劑。空氣由風嘴鼓入，焦炭廢料比調整到黑銅中廢爐渣和鐵含量最佳。

頂吹轉爐熔煉：裝料用氧氣一燃料燃燒器熔融並在爐中翻轉，氧氣燃料比調整到能獲得正確的氧化條件。

電爐熔煉：如北德精煉公司的實踐，使用開弧碳電極爐，在這種反應器中，生產的尾氣顯著減少。用電弧處理 換沉澱銅可能很有利。

吹煉黑銅除去鐵和其他雜質，這一過程是自熱的，主要由鐵和鋅的氧化提供熱。如前所述，原生銅冶煉廠更願意用高品位廢料，加到轉爐熔煉階段。有些爐子，特別是三菱熔煉爐，可處理低品位物料。一般地說，置換沉澱銅都由生產廠礦內部處理，與硫化物精礦混合熔煉。