Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МЕДНОГО КУПОРОСА

Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к технологии получения медного купороса кристаллизацией из растворов, и может быть использовано также и в химической промышленности.

Известен способ получения медного купороса из отработанного электролита, включающий нейтрализацию электролита при 70-80°C медьсодержащими материалами до остаточной концентрации свободной серной кислоты 0,5%, упаривание нейтрализованного раствора при 95-100°C с последующим охлаждением полученного раствора медного купороса, отделение кристаллов купороса от жидкости, их промывку и сушку (см. книгу Позин М.Е. Технология минеральных солей. Часть 1, Л., Химия, 1974 г., стр. 688-689).

Недостатком этого способа является то, что мелкие механически не прочные кристаллы медного купороса в виде двойников и сростков размерами 0,3-0,4 мм и пылящей фракции теряются на операциях центрифугирования, промывки, сушки, фасовки и при погрузочно-разгрузочных работах. При колебании состава исходного раствора или изменение режимных параметров приводит к получению низкосортного по составу или некондиционного продукта, который необходимо дополнительно перекристаллизовывать.

Известен также способ получения медного купороса из сернокислых растворов, включающий смешивание исходного раствора с предварительно нагретым маточным раствором, выпаривание смеси под вакуумом, кристаллизацию при непрерывной циркуляции суспензии через зону кипения и отвод части суспензии кристаллов, отделение последних от маточного раствора, циркуляцию суспензии через зону кипения осуществляют с кратностью 30-50, выпаривание и кристаллизацию проводят при степени концентрирования раствора 2,5-3,3, а маточный раствор, сепаратно отбираемый из зоны кристаллизации, возвращают на стадию смешивания с предварительным нагревом его до температуры на 5-15°C, превышающей температуру кристаллизации целевого продукта (см. патент РФ №2071942, кл. C01G 3/10, 1993 г.).

Недостатком данного способа является значительные потери медного купороса при промывке за счет прохождения мелких фракций купороса через сетки центрифуги и их растворении в промывочной жидкости. Кроме того, колебания химсостава исходного раствора приводит к получению продукта низкого качества с включением в их кристаллы примесей типа мышьяка, никеля, железа и др. Еще одним недостатком известного способа являются значительные энергозатраты на нагрев всей массы электролита до температуры, превышающей температуру кристаллизации медного купороса.

Наиболее близким к заявляемому принят способ [пат. РФ №2255046, 2005, C01G 3/10] получения медного купороса из сернокислых растворов, включающий смешивание исходного раствора с предварительно нагретым маточным раствором, выпаривание смеси под вакуумом, кристаллизацию при непрерывной циркуляции суспензии через зону кипения, сепаратном отводе части маточного раствора из зоны кристаллизации, нагреве его и возвращении на стадию смешивания, удаление суспензии с кристаллами с последующим их сгущением и отделением от маточного раствора, маточный раствор с мелкими фракциями кристаллов медного купороса дополнительно отделяют от суспензии от продукционных кристаллов, нагревают его до растворения кристаллов и возвращают на выпаривание и кристаллизацию, причем мелкие фракции отделяются на стадии сгущения, а скорость движения раствора при циркуляции поддерживается в пределах 10-20 м/с.

К недостаткам прототипа относится широкий диапазон гранулометрического состава получаемых кристаллов и высокие энергетические затраты, обусловленные повторным растворением кристаллов.

Технической задачей заявляемого изобретения является сужение гранулометрического состава получаемых кристаллов с заданным медианным размером и снижение удельных энергетических затрат.

Поставленная техническая задача достигается за счет того, что в способе получения медного купороса из сернокислого раствора, включающем смешивание исходного раствора с предварительно нагретым маточным раствором, выпаривание смеси под вакуумом, кристаллизацию при непрерывной циркуляции суспензии через зону кипения, удаление суспензии кристаллов с последующим отделением маточного раствора предварительным сгущением и отводом маточного раствора с мелкими кристаллами, отличающийся тем, что отвод маточного раствора с мелкими кристаллами осуществляют в режиме восходящего потока, при этом граничный размер кристаллов суспензии, направляемых на обезвоживание, регулируют гидродинамическим режимом, характеризующимся линейной скоростью восходящего потока в пределах 10-50 м/ час. Кроме того, для получения суспензии кристаллов со стабилизированным размером кристалла ±0,2 мм линейную скорость восходящего потока выдерживают в пределах 20-25 м/час.

Сущность заявляемого технического решения состоит в том, что в режиме массовой кристаллизации первичный диапазон гранулометрического состава кристаллов задается подбором скорости циркуляции суспензии через зону кипения. Как правило, чем выше скорость циркуляции, тем меньше медианный размер кристаллов в распределении по закону Гаусса. В восходящем потоке из площади под кривой вырезаются кристаллы, размер которых меньше критического, определяемого линейной скоростью восходящего потока. Мелкие кристаллы остаются во взвешенном состоянии, служат центрами роста кристаллов до заданных размеров, после чего преодолевают сопротивление восходящего потока и выводятся с нижней разгрузкой.

Сущность заявляемого способа поясняется примерами:

Пример 1. Для реализации способа из действующего производства сульфата меди пятиводного отбиралась суспензия кристаллов, полученная в режиме кристаллизации насыщенного раствора методом охлаждения при перемешивании при остаточном давлении в кристаллизаторе на уровне 100 мм рт. ст., и маточный раствор. Использована пилотная лабораторная установка, схема которой представлена на фиг. 1.

Маточный раствор посредством перистальтического насоса 1, из конического отстойника 2 подавался в пульсационную колонну с завихряющей насадкой 3 для достижения необходимой линейной скорости восходящего потока, на который накладывалась импульсная нагрузка при помощи пульсатора 4. Нижняя разгрузка колонны осуществлялась периодически по мере накопления калиброванного продукта. Твердая фаза с верхним сливом колонны возвращалась в конический отстойник, осветленный раствор возвращался в колонну. Результаты исследований представлены в виде зависимости по распределению Гаусса (Фиг. 2). Заштрихованная область площади на кривой Гаусса соответствует размерам кристаллов, возвращаемых в качестве затравки в исходный раствор, подвергаемый кристаллизации.

Пример 2. Для реализации способа использовалась суспензия кристаллов пятиводного сульфата меди, отобранная из вакуумного кристаллизатора фирмы Эбнер. Исходный диапазон крупности кристаллов от 0 до 0,4 мм. Диапазон линейной восходящей скорости в рабочем сечении колонны варьировался от 10 до 50 м/час. Результаты фракционирования и характеристики продуктов представлены в таблице.

Таким образом, представленные режимы реализации способа позволяют получать кристаллический продукт в узком диапазоне размеров, что исключает его слеживание и пыление. При этом возвратные кристаллы являются затравочными, что исключает избыточные энергетические затраты.