專利名稱：銅的硫化物水漿氫還原制備銅粉的制作方法
技術領域：
本發明屬于金屬粉末制備領域。它提供了銅的硫化物用水漿化后直接進行氫還原制備銅粉的新方法。
背景技術：
有色金屬礦物大多以硫化物的形態存在于自然界中，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，冶煉過程中產生的二氧化硫對環境造成嚴重危害。因此，濕法冶煉技術一直受到人們的關注并取得了較大進展。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，自上世紀六十年代起，已在美國、加拿大等國家獲得了工業應用；硫化鋅礦的濕法冶煉在20多年前也已經實現了工業化，至今已經相當普遍地被許多國家所采用。銅的硫化礦濕法冶煉工藝經過多年的研究和工業試驗，技術上已完全可行。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，在能耗和有價金屬綜合回收等方面與火法相比，沒有表現出明顯的優勢。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，至今運行良好。由于銅的濕法冶煉具有投資低、生產規模可大可小、不產生二氧化硫污染、能處理低品位礦等優點，預計今后會獲得較快發展。一方面，人們期待著對現有濕法煉銅工藝的進一步改善，另一方面，人們也期待著濕法煉銅新工藝的出現。
發明內容
本發明的目的在于提出一種濕法處理銅的硫化物的簡便方法，即硫化銅(CuS)或硫化亞銅(Cu2S)加水成漿后，在高壓釜內直接用氫氣還原成銅粉。與現在采用的火法和濕法工藝相比，既無二氧化硫污染，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，在高壓釜內直接進行氫還原。若不加堿，即水漿體系為中性或弱酸性時，還原反應基本上不能進行。水漿中Cu2S或CuS的濃度以銅計一般不超過50g/L，游離堿的濃度一般0.5～5g/L。還原過程中產生的S2-會使體系達到平衡并終止反應，為破壞該平衡并使還原反應進行到底，必須向體系中加入還原助劑氧化鋅，其加入量可按結合過程中產生的S2-所需的化學計量或稍許過量(一般不超過105％)。氫氧化鋅或硫酸鋅也可用作為還原助劑。當用硫酸鋅作還原助劑時，堿的加入量應除了將硫酸鋅轉化為氫氧化鋅外，還應過量0.5～5g/L。氫還原反應的溫度可在150～250℃內選擇，氫分壓可在1～4MPa內選擇，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。在上述條件下，氫還原反應一般可在2～4小時內完成。反應結束后，冷卻、放氣、開釜，取出反應產物，過濾、洗滌、干燥，所得固體產物通常為銅和硫化鋅的粉末，但有時會夾雜有未反應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無關。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，反應不可能通過銅離子的還原實現，這已由實驗加以證實。在本發明中，水漿體系的pH一般在9～13之間，銅離子不可能存在。因此，其還原機理與酸性溶液中銅離子的還原或氨性溶液中銅氨絡離子的還原機理有所不同。初步認為，本發明涉及的還原機理有可能是通過發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實現的。以下例子對本發明提供了進一步的解釋實施方式實施例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3小時。CuS還原為Cu的轉化率為92％。
實施例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3小時。Cu2S還原為Cu的轉化率為91％。
權利要求
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的條件下用氫氣進行還原，以制備銅的金屬粉末。
2.根據權利要求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化而得到的硫化銅和硫化亞銅。
3.根據權利要求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.根據權利要求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，以便與還原過程中產生的S2-結合成為硫化鋅；也可采用硫酸鋅作還原助劑，但此時應加入等化學計量的堿，以將其轉化為氫氧化鋅。
5.根據權利要求1，其特征在于；所說的適當條件為，硫化銅或硫化亞銅的濃度以銅計不超過50g/L，反應溫度150～250℃，氫分壓1～4MPa，攪拌速度400～1000rpm。
全文摘要
本發明提供了硫化銅或硫化亞銅加水成漿后直接進行氫還原制備銅粉的新方法。其主要特點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)，以便與還原過程中產生的S2－離子結合成硫化鋅，使還原反應得以繼續進行。控制溫度、氫分壓、攪拌等條件，硫化銅或硫化亞銅的還原率可達90％以上。
文檔編號C22B15/00GK1600478SQ03154429
公開日2005年3月30日 申請日期2003年9月28日 優先權日2003年9月28日
發明者喻克寧, 梁煥珍 申請人:中國科學院過程工程研究所