本發明涉及一種制取海綿銅的工藝方法， 尤其是涉及一種鐵置換法生產海綿銅中的節能減排方法。
背景技術：
常規置換法制備海綿銅，采用同一硫酸銅溶液一次置換的方式，將硫酸銅溶液中的銅用鐵進行置換，待溶液中銅離子濃度小于一定濃度時停止置換取出海綿銅。為保證置換效率及產出粉的質量，通常置換前溶液中Cu2+濃度為50-70g/l，H+濃度40-70g/l，置換溫度50-70℃，通過實驗發現置換過程待銅離子降至3-5g/l后，銅的置換量明顯減少，此時鐵與酸反應加強，開始大量的消耗鐵，若要將溶液中Cu含量置換到國家廢水排放標準2.0mg/l以內，置換過程銅的置換量與鐵的消耗量之比將達到1:1.8，整個過程雖然保證了銅的回收率，但成本相對較高，且整個過程會產生大量的硫酸亞鐵溶液，鐵濃度較高不易處理，重金屬含量達不到廢水外排標準。
技術實現要素：
本發明通過提供一種鐵置換法生產海綿銅中的節能減排方法，以解決現有技術中存在的成本相對較高、廢液不易處理等問題。
本發明通過以下技術方案來實現上述目的：
一種鐵置換法生產海綿銅中的節能減排方法，包括如下步驟：
步驟一：將鐵加入初始Cu2+濃度為50-70g/l硫酸銅溶液在50-70℃進行一次置換，待溶液中銅離子降至3-5g/l時停止置換；
步驟二：將步驟一中置換后溶液轉出進行溶銅補充銅離子，達到置換要求銅離子濃度后進行第二次置換，待溶液中銅離子降至3-5g/l時停止置換；
步驟三：將步驟二中置換后溶液轉出進行溶銅補充銅離子，達到置換要求銅離子濃度后進行第三次置換，待溶液銅離子降至3-5g/l時停止置換，并將置換后硫酸銅溶液全部轉入單獨的置換裝置內；
步驟四：在單獨的置換裝置內，利用廢鐵延長置換時間進行深度置換，直至溶液銅含量達到排放標準。
如果需要可配制兩套溶液存儲設施，交替進行置換，減少補充銅量過程時間損失，提高效率。
本發明的有益效果是：（1）整個過程減少了兩次廢水外排，將廢水量降至原來的三分之一，具有一定的環保效益。（2）置換過程銅的置換量與鐵的消耗量之比可降至1:0.9，（3）三遍置換整個置換過程無需補充酸，一方面節約了成本，另一方面也降低了置換最終溶液處理時中和酸帶來的成本。
附圖說明
圖1為本發明的工藝流程圖。
具體實施方式
參見圖1，一次置換完成后，溶液中補充銅量作為第二次置換前液；第二次置換后繼續在置換后液中補充銅量作為第三次置換前液；為提高效率，在第三次置換完成，待終點達到3-5g/l后停止置換將溶液轉出；轉出溶液在另一系統內進行深度置換，直至溶液銅含量達到排放標準；最終的置換廢液進行沉降制備鐵紅等其他產品，上清液達標排放。
下面結合具體的實施例對本發明的工藝方法作進一步的說明。實施例一 ：
溶解粗硫酸銅970kg，配置Cu2+：42.3g/l，H2SO4：64.5g/l硫酸銅置換前液5m3，在70℃溫度下加入廢鐵進行置換，在置換溶液Cu2+降至1.3mg/l停止置換，經測算置換過程銅的置換量與鐵的消耗量之比為1:1.71。
實施例二 ：
溶解粗硫酸銅1010kg，配置Cu2+：44.1g/l，H2SO4：62.8g/l硫酸銅置換前液5m3，在70℃溫度下加入廢鐵進行置換，待置換終點Cu2+降至3.9g/l停止置換。
將一次置換后將置換后液濾出，在置換后液中溶解粗硫酸銅960kg，溶解后作為二次置換前液，二次置換前液Cu2+：46.5g/l，H2SO4：60.4g/l，,置換結束后終點Cu2+降至1.7mg/l，經測算整個置換過程銅的置換量與鐵的消耗量之比為1:1.12，置換過程蒸汽用量較常規一次置法換降低37%。
實施例三 ：
溶解粗硫酸銅991kg，配置好的Cu2+：43.6g/l，H2SO4：65.4g/l硫酸銅置換前液5m3，在70℃溫度下加入廢鐵進行置換，待置換溶液Cu2+降至3.9g/l停止置換。
將一次置換后將置換后液濾出，在一次置換后液中溶解粗硫酸銅986kg，溶解后作為二次置換前液，二次置換前液Cu2+：47.3g/l，H2SO4：65.1g/l，待置換溶液Cu2+降至4.1g/l停止置換。
將二次置換后將置換后液濾出，在二次置換后液中溶解粗硫酸銅934kg，溶解后作為三次置換前液，三次置換前液Cu2+：45.2g/l，H2SO4：63.9g/l,置換終點Cu2+降至1.7mg/l，經測算整個置換過程銅的置換量與鐵的消耗量之比為1:1.07，置換過程蒸汽用量較常規一次置換法降低43%。然后在單獨的置換裝置內，利用廢鐵延長置換時間進行深度置換，直至溶液銅含量達到國家廢水排放標準2.0mg/l以內。
本發明整個過程減少了兩次廢水外排，將廢水量降至原來的三分之一，具有一定的環保效益；通過實施例發現采用一次置換法溶液體積較大，來回進行溶液加熱致使大量的熱能損失，增加了置換成本，當然也考慮到提升置換前液銅離子濃度，但濃度提升后置換過程鐵表面包覆嚴重，影響置換效率，同時產出的海綿銅呈片狀，影響產品質量。采用兩次置換的方式雖然耗鐵量，但是蒸汽耗量有所降低，且置換后液中鐵含量有所升高對置換速度產生一定影響，但是溶液整體酸濃度仍相對較高，依然影響后續處理成本。采用溶液循環使用三次的置換方式進行，以保證在盡可能不影響置換速度、產品質量的前提下大大降低置換成本。
如果需要可配制兩套溶液存儲設施，交替進行置換，減少補充銅量過程時間損失，提高效率。