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有机硅渣浆中铜的提取及影响因素的分析

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  摘 要:对于有机硅渣浆而言,不能直接排放,而是需要对其中的铜进行提取,因为这样能够避免资源的浪费,同时防止对环境产生污染。本文首先介绍了从有机硅渣浆中提取铜的方法,然后分析了影响提取的相关因素,希望可以为具体的提取工作提供一定的参考。
  关键词:有机硅渣浆;铜;制备
  通俗来讲,有机硅渣浆指的是,制备甲基氯硅烷时,由于使用了湿法除尘工艺,从而形成的一种流动性较强的固液混合物。它的密度大概在1.5g/cm3左右,并且带有刺激性气味,主要成分是硅烷混合物,铜的质量分数在5%左右,如果放置在空气中,容易发生自燃反应,为此,有必要对其中的铜进行提取。
  1 有機硅渣浆中铜的提取方法
  正常情况下,想要从有机硅渣浆中提取铜,需要经过两个主要的反应过程,分别是水解缩合反应和化学浸出反应,从而依次得到含铜的硅渣以及含铜溶液,而含铜溶液可以直接用于生产含铜化学品的原料,从而实现了铜资源和铜元素的回收再利用。具体的方法如下:对于水解缩合反应而言,需要向反应器皿中加入硫酸和盐酸等水解缩合剂,然后与有机硅渣浆进行混合搅拌,当温度达到一定标准时,就可以发生反应,从而进行固液分离,得到含铜硅渣,而且这些硅渣的颗粒大小比较一致[1]。另外,反应中产生的氯化氢气体,可以经过系统回收,重新制成盐酸。由于有机硅渣浆中含有甲基氯硅烷以及硅粉,所以在硫酸和盐酸的作用下,这些低聚物特别容易发生水解反应,反应方程式如下:
  R3SiCl+H2O→R3SiOH+HCl↑
  R2SiCl2+2H2O→R2Si(OH)2+2HCl↑
  通过反应可以生成硅醇,其中R代表烷基、芳基,而硅醇也不稳定,会继续发生缩合反应,反应方程式如下:
  2R3SiOH-H2O→2R3SiOSiR3
  nR2Si(OH)2-(n-1)H2O→HO-[R2SiO]-nH
  化学浸出反应在水解缩合反应完成后进行,同样需要向反应器皿中加入盐酸,这次还需要加入一定的氧化剂,典型的是次氯酸钠和双氧水,同时需要加入催化剂,比如氯化铜,然后加入含铜硅渣,进行搅拌,最后过滤,得到含有铜离子的溶液。这种溶液内铜的价态为0价、1价和2价三种,离子反应式如下:
  Cu+Cu2+→2Cu+
  ClO-+Cu+H2O→Cl-+Cu2++2OH-
  和
  Cu+Cu2+→2Cu+
  H2O2+Cu+2H+→Cu2++2H2O
  经过固液分离后的含铜溶液,可以作为化工原料,而硅渣可以进行制砖和生产水泥。
  2 有机硅渣浆中铜提取过程的影响因素
  2.1 水解缩合反应
  首先,水解缩合剂的种类会对反应的结果有着直接的影响,一般都选择硫酸和盐酸作为水解缩合剂,这是因为加入它们能够延长反应的时间,并且减缓反应的程度,得到的颗粒也比较均匀,如果使用水,很容易发生剧烈反应,导致铜提取的失败。
  其次,水解缩合剂的浓度也不容忽视,如果硫酸和盐酸的浓度较高,那么产生的颗粒直径较小,而如果浓度较低,就会导致颗粒直径较大,但是也要保证浓度在一定范围内,如果超过标准,可能导致反应不充分,科学研究表明,硫酸和盐酸的最佳浓度为15%,而且首选盐酸。
  再次,反应的温度和时间也影响铜的提取,如果温度较低,反应就会不充分,而如果温度过高,又会产生较大的能耗,所以温度应该保证在40℃左右。保证必要的反应时间,能够使得反应更加充分,但是时间也不能过长,需要在一定的范围内,这样既能够保证质量,又可以提高效率。
  最后,搅拌的强度也能够影响颗粒的大小,搅拌强度越大,产生的颗粒直径越小,所以在操作过程中需要适当提高搅拌的强度[2]。
  2.2 化学浸出反应
  本质上讲,化学浸出反应是一种氧化还原反应,采用次氯酸钠这种氧化剂时,需要考虑盐酸的浓度,一般而言,盐酸浓度为20%时,反应效果最佳,而过大或过小都会降低反应的程度。盐酸的添加量也会影响搅拌的效果,当盐酸添加量与铜硅渣的投放量的比例为2:1时,反应比较充分,而且利于搅拌,氧化剂的添加量对于铜浸出率的影响也很大,随着添加量的增大,铜浸出率逐渐升高,在5%时达到饱和。至于催化剂氯化铜,添加量应该保持在1%以内,这样可以促进反应,如果添加量过大,反而会抑制反应。反应的温度和时间也需要考虑在内,与水解缩合反应相比,反应时间需要延长为2小时,而温度也要升高10℃左右,按照影响因素的影响程度进行排序:
  酸量>反应时间>氧化剂>温度>催化剂。
  3 结论
  综上所述,通过对有机硅渣浆中的铜进行提取,可以产生良好的经济效益和社会效益,本文提出的提取方法优点明显,但是也有一定的不足,那么在具体的应用过程中,就需要结合实际情况,并且根据影响因素的分布情况,合理进行规避。
  参考文献:
  [1]何小瑜,陈柏校,严跃和,王成.有机硅渣浆中铜的提取之水解缩合反应工艺研究[J].化工生产与技术,2016,23 (06):22-24+34+8.
  [2]张春伟,田新.多晶硅生产过程中硅渣浆的处理[J].化工设计通讯,2016,42(08):80+98.
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