申请日2019.11.28
公开(公告)日2020.02.21
IPC分类号C01G3/05
摘要
本发明属于含铜污泥处理技术领域，公开了一种利用含铜污泥制备高纯水合氯化铜的方法，将含铜污泥干燥研磨过筛后加入调控剂及盐酸溶液，在一定空气流速下进行高温焙烧，制得高纯产物CuCl2·2H2O，利用本方法可回收含铜污泥中95～97%的铜，所制备的产物纯度大于95%，本发明方法流程简单、成本低廉，“短程‑高效”制得高附加值产品，是危废资源化技术领域的一大突破，弥补了传统的含铜污泥提铜技术的流程复杂、成本高、二次污染及回收产物价值偏低等缺陷，为高纯水合氯化铜的制备和其他重金属废渣的重金属回收提供了新思路，其社会和经济效益十分显著。
权利要求书
1.一种利用含铜污泥制备高纯水合氯化铜的方法，其特征在于，包括如下制备步骤：
S1、将所述含铜污泥经干燥研磨过筛后加入调控剂及浓盐酸溶液，搅拌均匀后得到混合物;
S2、将步骤S1中所得的混合物置于管式炉中，在一定的空气流速下进行高温焙烧，再经挥发冷却后得到高纯产物CuCl2·2H2O;
其中步骤S1中所述的调控剂是指可溶的、且活动性小于钙的金属硫酸盐，其中步骤S1中干燥后的含铜污泥与所述盐酸的质量比为1:(1～2)，干燥后的含铜污泥与所述调控剂的质量比为1：(0.05～0.15)。
2.根据权利要求1所述的一种利用含铜污泥制备高纯水合氯化铜的方法，其特征在于，步骤S1中所述的调控剂为硫酸镁或硫酸钠。
3.根据权利要求1所述的一种利用含铜污泥制备高纯水合氯化铜的方法，其特征在于，步骤S2中的焙烧温度为700～1200℃，保温时间为60～120min。
4.根据权利要求3所述的一种利用含铜污泥制备高纯水合氯化铜的方法，其特征在于，步骤S2中的焙烧温度为800～1000℃。
5.根据权利要求1-4任一项所述的一种利用含铜污泥制备高纯水合氯化铜的方法，其特征在于，步骤S1中的干燥研磨过筛是指在105℃下干燥10～12h，研磨过100目筛。
6.根据权利要求1-4任一项所述的一种利用含铜污泥制备高纯水合氯化铜的方法，其特征在于，步骤S1中所述盐酸的浓度为10～12mol/L。
7.根据权利要求1-4任一项所述的一种利用含铜污泥制备高纯水合氯化铜的方法，其特征在于，步骤S2中所述的空气流速为5～10m/min。
8.根据权利要求1-4任一项所述的一种利用含铜污泥制备高纯水合氯化铜的方法，其特征在于：所述高纯产物CuCl2·2H2O呈蓝绿色粉末状，其晶体呈棒状，宽度在微米级。
9.一种利用含铜污泥制备高纯水合氯化铜的管式炉，其特征在于：步骤S2中所述的管式炉是指仅有一个进气口及出气口的密闭焙烧系统，所述密闭焙烧系统内置石英管，所述进气口接于所述石英管的一端、所述出气口接于所述石英管的另一端，所述石英管的中部为加热区域，两端均为低温区域。
说明书
一种利用含铜污泥制备高纯水合氯化铜的方法
技术领域
本发明涉及含铜污泥处理技术领域，特别是涉及一种利用含铜污泥制备高纯水合氯化铜的方法。
背景技术
含铜污泥主要产生于金属基本工业表面处理、印刷电路板、电镀及电线电缆废水处理过程。由于其重金属含量高，被列入《国家危险废物名录》(HW22)。含铜污泥含水率一般在50%～85%，pH在6～10之间，平均含铜量一般在3～7%，有的甚至高达15%以上，而中国铜矿的平均品位在0.68%左右。含铜污泥金属品位远远高于矿产开采品位，回收污泥中的铜，无论是从环境保护还是可持续发展的角度出发都具有重大意义。
污泥的主要物相之一是碳酸钙，其中的铜、铁等金属离子主要以氢氧化物的无定形形式存在，对污泥做Mapping和消解分析，发现部分的铜离子可能被包裹在含钙物相当中，采用合理的手段破坏含钙物相有利于铜的回收。
专利《一种综合回收电镀污泥中铜镍的方法》(CN201811456085.9)，采用焙烧加浮选的方式回收电镀污泥中的铜，制得铜精矿。先将污泥与硫化剂混合在800～1200℃高温焙烧，再对焙烧产物进行两次磨矿浮选，工艺过程复杂，药剂成本高，还可能面临大量废水的处理问题。
中国专利《一种从电镀污泥中回收铜的方法》(CN201711317149.2)，是将电镀污泥焙烧后，与只腐蚀铜的菌种混合，得到只含铜的滤液，再利用钠离子置换铜离子，从而回收铜。此方法所述材料虽对环境无害且方法能耗较低，但是由于菌种的培养需要较长时间，微生物受环境因素影响较大，存在处理周期长、处理效果不稳定等问题。
由于重金属氯化物具有良好的挥发或溶解性，近年来被用于矿渣冶金的研究当中。申请人前期针对电镀污泥研发的重金属提取技术，提交了中国专利申请《一种氯化焙烧法选择性回收电镀污泥中重金属的方法》
(CN201811442392.1)，在还原气氛与氯化剂的作用下，通过400℃以下的低温焙烧进行物相调控，再经水洗得到含重金属的混合液，实现重金属的分离提取。该技术处理对象主要是多种重金属共存且含量相近的电镀污泥，其核心原理是利用金属氯化物的溶解性，通过焙烧-浸出等多步骤回收重金属，其中铬通过400℃以下的温度挥发，而铜、镍等通过金属氯化物的溶解回收，回收的产物多为金属混合溶液，需要额外的金属离子溶解步骤，对于回收后的废水处理也是一个难题。此外，电镀污泥的主要物相之一碳酸钙，会导致氯化过程产生中间物CaCl2，使得氯离子利用率的降低，从而增加氯化剂用量或影响了铜的提取效率;并且在该方法中氯化钙可能部分溶解，影响氯化铜产品的纯度。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的工艺流程长、二次污染大、回收产品经济价值低等技术问题，提供一种利用含铜污泥制备高纯氯化铜的方法，本发明方法处理含铜污泥，不仅能高效回收具有高附加值的水合氯化铜，实现污泥的资源化利用，同时也为高纯水合氯化铜的制备和其他重金属废渣的重金属回收提供了新思路。
为实现上述目的，本发明提供了一种利用含铜污泥制备高纯水合氯化铜的方法，包括如下制备步骤：
S1、将含铜污泥经干燥研磨过筛后加入调控剂及浓盐酸溶液，搅拌均匀后得到混合物;
S2、将步骤S1中所得的混合物置于管式炉中，在一定的空气流速下进行高温焙烧，再经挥发冷却后得到高纯产物CuCl2·2H2O;
其中步骤S1中所述的调控剂是指可溶的、且活动性小于钙的金属硫酸盐，干燥后的含铜污泥与所述盐酸的质量比为1:(1～2)，干燥后的含铜污泥与所述调控剂的质量比为1：(0.05～0.15)。
优选的，步骤S1中所述的调控剂为硫酸镁或硫酸钠。
优选的，步骤S2中的焙烧温度为700～1200℃，保温时间为60～120min。
优选的，步骤S2中的焙烧温度为800～1000℃。
优选的，步骤S1中的干燥研磨过筛是指在105℃下干燥10～12h，研磨过100目筛。
优选的，步骤S1中所述盐酸的浓度为10～12mol/L。
优选的，步骤S2中所述的空气流速为5～10m/min。
优选的，所述高纯产物CuCl2·2H2O呈蓝绿色粉末状，其晶体呈棒状，宽度在微米级。
本发明还提供一种利用含铜污泥制备高纯二水合氯化铜的管式炉，步骤S2中所述的管式炉是指仅有一个进气口及出气口的密闭焙烧系统，所述密闭焙烧系统内置石英管，所述进气口接于所述石英管的一端、所述出气口接于所述石英管的另一端，所述石英管的中部为加热区域，两端均为低温区域。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
(1)本发明方法流程短，易操作，仅通过挥发凝结这种较短流程即可制得高附加值产品，在含铜污泥处理技术领域无此先例;
(2)本发明方法在保留火法技术提取污泥中重金属的高效率基础上，进一步降低了生产能耗，同时不需要溶解等额外步骤，节省了大量反应原料;
(3)本发明所述方法在密闭体系中进行，最大限度降低了烟气的二次污染。
(4)制备的二水合氯化铜纯度高，可作为媒染剂、氧化剂、氯化试剂、催化剂、消毒剂等使用，具有较高的经济价值。（发明人刘学明;林璋;于垚）