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溶銅釜,中和槽理論闡釋

2022-05-13 11:48:21      點(diǎn)擊:

1.基本原理

中和槽溶銅是一種固——液——氣三相化學(xué)反應

Cu+1/2O2+H2SO4=CuSO4+H2O                                              

根據動(dòng)力學(xué)原理,以下幾個(gè)方面都是提高溶銅化學(xué)反應速度的有效措施:(1)提高銅料的化學(xué)反應表面積。這就是要求銅料的物理尺寸盡可能的??;(2)加強攪拌,使銅料能隨溶液流動(dòng)形成有利于溶質(zhì)擴散的流化床;(3)較高的H2SO4、O2濃度和反應溫度及增加催化劑等。但是由于生產(chǎn)工藝限制,上述措施中唯有提高O2在溶液中的濃度最為現實(shí)。

眾所周知,要提高氧在溶液中的濃度,必須增大風(fēng)量或增加空氣與溶液的接觸面積。常規中和槽的問(wèn)題在于:壓縮空氣一般都是通過(guò)數根插入溶液中的導管對溶液進(jìn)行充氧的,實(shí)踐證明,通過(guò)導管進(jìn)入溶液的空氣往往成大氣泡狀態(tài),在未能與溶液充分接觸的情況下就過(guò)早的逸出液面,氧的利用率是極低的。增加導管的數量或風(fēng)量效果并不理想,除增大了能源消耗外還造成了溶液損失,環(huán)境惡劣等諸多不良后果。因此人們力圖找到使空氣在溶液中形成小氣泡的方法。

按照上述思路,國內某廠(chǎng)對中和槽的供氧方式作了改進(jìn)。其主要方法是在中和槽的底部加設一種空氣分布板,讓空氣通過(guò)分布板上的小孔進(jìn)入溶液。毫無(wú)疑問(wèn),由于小孔對空氣的分散作用,進(jìn)入溶液的空氣形成了小氣泡,從而減緩了空氣逸出液面的速度,增大了空氣與溶液的接觸機會(huì ),經(jīng)改造后的中和槽以廢銅線(xiàn)為原料時(shí)溶銅速度達到了85kg/m3·d以上,比改造前提高了近30%。進(jìn)一步縮小空氣分布板小孔直徑有利于空氣形成更小的氣泡,但這一措施將遇到小孔頻繁堵塞的問(wèn)題,不利于設備的穩定生產(chǎn)。

2.新型中和槽的重要改進(jìn)

一般來(lái)說(shuō),小氣泡的充氧效果優(yōu)于大氣泡,那么能否找到微氣泡充氧的方法進(jìn)一步提高充氧效果呢?圖1就是實(shí)現微氣泡充氧新型中和槽的結構示意圖。

新型中和槽與常規槽一樣具有反應器、假底等部分。新型中和槽將假底以下部分該作為氣液分離器,另外增加了區別于常規中和槽的兩大部件即循環(huán)泵和液——氣噴射泵。利用液——氣噴射泵在一定條件下能使氣體與液體發(fā)生乳化混合是新型中和槽充氧方式的重要變動(dòng)。

工作狀態(tài)下,循環(huán)泵從氣液分離器底部吸入溶液送于液——氣噴射泵,在噴射泵噴嘴處溶液以**m/s以上的速度噴出******。新型中和槽可以斷續工作,也可以連續工作。當需要連續工作時(shí)可向中和槽的補液口注入溶銅前液,合格的溶銅后液經(jīng)溢流口排到下段工序。

顯而易見(jiàn),乳化混合充氧比大氣泡充氧時(shí)的氣液接觸界面要大得多,微氣泡在溶液中停留的時(shí)間也變長(cháng),當化學(xué)反應使局部溶液的氧濃度下降時(shí),微氣泡中的氧可隨時(shí)補充,保證了溶液的氧化電位始終處于較高的水平,這對提高溶銅速度起到關(guān)鍵作用。

另外,當含氧量下降的微氣泡達到頁(yè)面附近時(shí)能形成小氣泡連續相,達到抑制酸霧,減少溶液蒸發(fā)熱損失的作用,有利于環(huán)保和建立熱平衡。檢測表明,新型中和槽氧的利用率一般都可達到30%以上,因此新型中和槽不在需要過(guò)多的空氣供給。
3.實(shí)際應用

新型中和槽處理物理尺寸較大的銅料時(shí)也必須要求銅料具有足夠的化學(xué)反應表面積,這一點(diǎn)只能用增加投料量的方法來(lái)實(shí)現,因此反應器容腔的大小也是很重要的。實(shí)驗表明,循環(huán)泵電機每千瓦功率對反應的反應器容腔體積一般應在0.2~0.25m3以上;為了保證乳化的效果,循環(huán)泵揚程應有30~40m;氣液分離器的容積也要足夠大,以免氣體分離不良造成循環(huán)泵氣蝕。

應用1:五水硫酸銅的溶銅工序。其反應器體積為4m3,高徑比為1:0.75,配用18.5kw的循環(huán)泵,揚程35m,流量60m3/h,氣液分離器容積約1m3,設備尺寸2.1m*1.8m*4.5m(不含煙囪)。以廢銅線(xiàn)為原料,溶銅前液含Cu2+60g/L,H2SO470g/L,溶銅后液含Cu2+170g/L,H2SO470g/L左右,80。C左右自熱運行,溶銅速度高達375kg/m3·d,比常規中和槽提高4倍多,日產(chǎn)五水硫酸銅產(chǎn)品6t左右。硫酸銅產(chǎn)品的綜合電耗約為130kWh/t,廢氣含H2SO4低于60mg/m3,因設備能自熱、自供氧,工廠(chǎng)不再配備鍋爐、空氣壓縮機等外圍設備,投資大為節省。

應用2:生產(chǎn)電解銅箔的溶銅工序,銅料直徑15mm、長(cháng)300~500mm的光亮銅桿或400mm*20mm*10mm的電解銅切條,溶銅速度由常規中和槽的36kg/m3·d提高到300kg/m3·d左右,溶銅速度提高7倍多。應當指出新型中和槽空氣的用量?jì)H為常規中和槽的十幾分之一,從而可減少空氣中的雜志對溶液可能產(chǎn)生的污染,這對于生產(chǎn)高檔電解銅箔的企業(yè)是極為有利的。

新型中和槽配有用于固液分離的一級或者多級旋流器,用于油污等不溶物分離的輔助部件,因此新型中和槽同樣可以處理粉粒狀銅料,溶銅速度可達500kg/m3·d左右,從而實(shí)現一機多用。

4.結論

新型中和槽采用氣液乳化混合的供氧方法,大大提高了溶銅速度,能自熱運行。新型中和槽的穩定運行要求循環(huán)水泵能耐腐蝕、耐高溫、耐磨損和抗結晶。

溶銅釜二維碼
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