金川公司海绵铜是镍电解过程中的净化渣，由于含有一定数量的铜、镍硫化物，用常规的方法不易经济处理。本文综述了大量硝酸在冶金中应用的文献，并在金川公司前期试验的基础上，针对其铜的组成主要为金属铜和硫化铜的特点，提出了一种全新的处理工艺——氧气低压催化氧化法。该法在密闭体系条件下，采用低压氧气(0～400mmHg)和硝酸催化氧化浸出海绵铜生产优质硫酸铜。该工艺在金川公司进行了半工业试验，结果表明：铜浸出率为99.36-99.94％，镍的浸出率94.73-99.85％；金属铜，尤其是硫化态铜，浸出完全，金属损失少；硫大部分以元素硫的形态析出，滤渣含硫70.28％，部分硫转化为硫酸。作为催化剂的硝酸回用率可达到70％以上；产出的硫酸铜达到工业一级硫酸铜标准；浸出成本明显较硫酸化焙烧-浸出工艺低。前者的吨硫酸铜直接加工成本为166.10元，后者达到1302.17元。 本文在对过程进行理论分析的基础上，对工艺进行了机理和工艺的改进研究。 铜的氧化研究采用旋转铜圆盘法，发现铜的氧化溶解分为两种情况，钝化氧化和活化氧化；在钝化氧化溶解时，钝化与溶液酸度、硝酸根浓度、温度、搅拌速度等相关；氢离子浓度小于4mol／l时，铜的溶解具有明显的钝化特性，如在0.1M时，溶解速率为：2.262mg／(l·min)；硝酸根离子的变化对铜溶解影响很小，铜的浓度变化与硝酸根离子浓度近似呈线性关系，斜率为：1.916mg／mol；随温度的增高，钝化速度加快，在90℃时，30min即到钝化态；在钝化氧化溶解阶段，增加转速并不能加快溶解，只能使其快速达到钝化阶段；实验证实硝酸氧化过程中，亚硝酸起到关键作用；此时氯离子的加入有利于铜的氧化。对于铜的活化氧化溶解，本文提出了硝酸氧化的自催化反应历程，经实验结果验证，理论与实验符合较好；依据反应历程得到了反应初期和转移期的反应方程式；在转速为300rpm时，测得了铜氧化溶解的表观活化能E_a=23.221kJ／mol，介于典型的外扩散控制(8～16kJ／mol)与化学反应控制(40～200kJ／mol)之间，反应为混合控制。在此基础上得出铜氧化浸出的较佳工艺条件为：溶液硫酸浓度为8mol／l，硝酸1.5mol／l，温度80℃，搅拌强度300转／分。 在一氧化氮吸收的研究中发现：高温下吸收有利于溶液中形成硝酸，但是不利于动力学上NO的氧化，而后者为氮氧化物吸收过程的主要控制步骤。因此应在昆明理工人学硕十学位论文摘要低温下进行氮氧化物的吸收，在高温下进行亚硝酸的转化:高酸度有利于硝酸的生成;常温常压下吸收达到合理的终点时，硝酸浓度达到4.79m。l/l(26%wt)，完全可以回用。 铜氧化与吸收的联合试验表明:铜氧化和氮氧化物吸收可以有效联合进行，不存在操作性问题;过程中氮氧化物的吸收完全可以满足要求，大量的硝酸在反应器内部就得以再生，大量的减少了硝酸用量:同时，硝酸的再生分布可以调节气体循环速度加以人为控制。 对于硫酸铜的精制，试验找到一个较高生产效率和较低能耗的方法。粗硫酸铜经过洗涤、重溶、重结晶，粗硫酸铜中游离酸的脱除率在98%之上;产品质量:CuS。，，SHZo)98%:比50。蕊0.1%;水不溶物〔0.1%，达到国家优等品的指标。 通过对硝酸在铜氧化过程中的作用、氮氧化物的吸收的研究，以及实验室试验和半工业试验，为处理金川公司海绵铜渣工业化生产提供了一条经济合理的途径，并可望为硝酸在冶金及相关工业中的应用提供一个基础。