锑金精矿隔膜电积预处理新工艺研究

刘宗强，彭思尧，杨建英，张绪亮，李焌源，雷 杰，杨建广

（1．怀化湘西金矿设计科研有限公司，湖南 沅陵 419607；2．中南大学 冶金与环境学院，湖南 长沙 410083；3．江西省环境工程职业学院，江西 赣州 342000）

我国锑资源储量和产量均居世界首位［1］。目前，硫化锑矿资源正逐年减少，以脆硫锑铅矿、高砷铅锑精矿、低品位锑金精矿等为主的锑矿资源越来越受重视，尤其是金锑矿，但因为有毒砂等有害成分伴生，且金呈显微状态存在或嵌布在其他矿物内，这类矿石很难处理［2－3］。锑金精矿的处理方式可分为2种［4］：1）以提金为主，即打开包裹体，然后氰化浸出金。这种方式易形成“二次包裹”［5］；2）以富集金为主，即逐步分离脉石和贱金属，再回收金。如鼓风炉挥发熔炼—贵锑电解［6］，这种工艺的流程长、能耗高、烟气量大、污染重等问题难以解决［6－8］。近年来，也有学者提出或实施其他工艺：矿浆电解法［9］，细菌氧化法［10－11］，焙烧氧化法［5，12－13］，气氛中挥发锑［14］等。

为解决锑金精矿尤其是低品位锑金精矿冶炼工艺存在的诸多问题，提出采用锑循环隔膜电积湿法冶金工艺［15－18］处理锑金精矿。试验主要考察该工艺对多类锑金精矿处理的适应性和主要金属走向。

1 试验部分

1．1 试验原料

试验所用锑金精矿分别来自澳大利亚锑业公司（1＃精矿）、湖南辰州矿业公司（2＃精矿）及甘肃枣子沟矿（3＃精矿），主要化学成分见表1。3种精矿中的金、锑、砷物相见表2、3。

表1 精矿主要化学成分 %

表2 精矿中金物相分布 g／t

表3 精矿中锑、砷物相分布 %

从表1可知：1＃精矿属于典型高品位锑金矿，铁、砷等杂质质量分数低；3＃精矿为低品位复杂锑金矿，铁、砷等杂质质量分数较高。

物相分析结果表明：3种精矿中锑主要以辉锑矿形式存在；3＃精矿中金主要被硫化物包裹及以单加连形式存在，这种赋存性质不适合氰化浸出，必须经预处理使包裹的金暴露出来；1＃和2＃精矿中，砷主要以硫化砷形式存在，而3＃精矿中砷主要以毒砂形式存在，还有一定量硫化砷。

1．2 试验工艺流程

图1 基于隔膜电积的锑金精矿处理工艺流程

锑隔膜电积工艺的实质就是利用阴离子膜将阴、阳两极室分隔开来进行电解，阳极室中的Sb3＋在电流作用下失去电子转化成Sb5＋，阴极室中的Sb3＋则得到电子转化成锑单质。电积结束后，阴极直接得到电积锑，阳极产出的SbCl5溶液则作为氧化剂返回浸出，实现整个流程的闭路循环，无废水排放。

1．3 试验方法

1．3．1 浸出试验

浸出试验在密闭烧瓶中进行，采用DF－II型集热式磁力加热搅拌器搅拌。将一定量SbCl5、HCl和适量添加剂加入到烧瓶中，置于恒温水浴中加热，待升温至一定温度时加入精矿并充分搅拌，反应结束后进行液固分离，用2mol／L稀盐酸约100mL洗渣2～3次，洗液与浸出液合并，浸出渣烘干、称重并分析成分。

浸出反应为

1．3．2 浸出液还原、净化试验

浸出液的还原、净化试验在1 000mL烧瓶中进行，规模为每次500mL浸出液。按所需条件向烧瓶中加入浸出液，并将其置于恒温油浴中，加入还原剂和净化剂，并搅拌一定时间。试验前后分别分析滤液中Sb3＋、Sb5＋、As3＋等杂质离子质量浓度，计算杂质离子去除率。

还原过程主要反应为

净化过程主要反应为

1．3．3 电积试验

近年来，美国推行重返亚太策略和亚太均衡的活动越来越多，这其中以文化为主要形式的活动表现在:“以文化普遍主义反对文化相对主义；以普世性价值压迫本土性价值；以工业文明批判农业文明；以民主主义牵制权威主义；以抽象人权限制具体国权。”西方文化的强势作用极大地影响了泛北部湾区域国家的社会发展进程和政治文化生活，文化霸权主义是该地的经济合作面临重大的文化困境，从而对中国与区域内各国开展深入合作产生了一定的威胁。

电积试验在隔膜电解槽中进行，采用恒温水浴控温。先将装有阴、阳极液的电解槽放入水浴箱中加热到指定温度，再放入阴、阳极板，在一定电流密度下进行电积。电积结束后，阴极锑板干燥并称重，分析其中杂质质量分数。阴、阳极发生的主要反应为：

2 试验结果与讨论

2．1 浸出

以之前获得的优化工艺条件［17－18］（浸出温度85℃，［H＋］＝3．5mol／L，液固体积质量比8∶1，SbCl5过量系数1．1，浸出时间1．5h）重复进行多次浸出，试验结果见表4。

表4 精矿浸出试验结果 %

由表4可知，在优化条件下进行浸出，锑浸出率在99%以上，渣中锑质量分数＜0．6%，95%以上的金进入渣中，砷入渣率高于76%。

2．2 浸出渣物相分析

浸出之后的浸出渣中金、锑和砷的物相分析结果见表5、6。

表5 浸出渣中金的物相分布 g／t

表6 浸出渣中锑、砷的物相分布 %

对比浸出前后金的物相及含量变化，可以看出：浸出后，1＃精矿的浸出渣中单加连形式的金的比例增加31%，而硫化物中的金减少30%；2＃精矿的浸出渣中硫化物中的金增加21%；3＃精矿浸出渣中硫化物中的金增加3%，而氧化物和硅酸盐中的金变化不大。值得指出的是，上述分析数据中，2＃精矿的浸出渣中硫化物中的金不减反增，这可能是尽管辉锑矿被大量浸出（解离），但由于辉锑矿解离时析出的大量单质硫在冷却后又黏附在细颗粒金表面形成二次包裹导致金物相在硫化物中的含量偏高。但这层包裹态的硫可以在后续的除硫过程中轻易脱除，从而将其包裹的金再次暴露出来。

对比浸出前后精矿及浸出渣中锑、砷的物相及含量变化可以看出，3种精矿中的99%以上的辉锑矿都被浸出，其他形式的锑也有部分被浸出。浸出过程可以显著破坏原料中硫化矿物相，锑得以浸出进入到溶液中，而被其包裹的金则被解离出来。浸出之后，氧化物形式的砷减少的较多，砷浸出率分别为92%、51%和49%。毒砂和砷酸盐也有减少，而硫化砷物相变化不大，渣中含砷比例分别提高6%、5%和3%。

2．3 浸出液还原、净化

浸出液还原试验条件：锑粉用量为将溶液中Sb5＋还原为Sb3＋所需锑粉理论量的1．5倍，还原温度60℃，反应时间30min。净化试验条件：净化剂次亚磷酸钠用量为将溶液中As3＋还原为单质砷所需理论量的1．5倍，反应温度80℃，反应时间90min。对3种精矿的浸出液进行还原除砷，试验结果见表7。结果表明，还原除砷后，溶液中砷质量浓度可以降到1～7mg／L，除砷率达98．5%以上，除砷效果良好。

表7 精矿浸出液净化试验结果

2．4 电积

对净化后的溶液进行电积，电积条件：温度（42±2）℃，电流密度200～250A／m2，异极距5 cm。电积8h后获得的电锑板如图2所示。可以看出，所得电积锑呈银灰色，表面平整致密，未发生“爆锑”现象。阴极锑的ICP－AES分析结果见表8。

图2 阴极锑外观图

表8 阴极锑的ICP－AES分析结果 %

对比国标产品，除杂质铜外，试验所得电锑中的主要杂质Pb、As、S、Fe等的质量分数与国标要求相当。产品中铜质量分数较高的主要原因是所用阴极材质为铜合金，而本次验证试验电积时间较短，所得锑质量不多，锑板上粘有少量极板上的铜，导致最终产品铜质量分数超标。工业生产中需进行长周期电积，该现象可以有效避免，而且通过后期的锑板熔铸过程也可以除去大部分夹杂的铜。电积过程主要技术经济指标见表9，阴极效率可以达99%以上，槽电压在1．6～1．8V之间，吨锑电耗小于1 200kWh。

表9 电积过程主要技术经济指标

3 结论

隔膜电积工艺对高、低品位锑金精矿均能有效处理。锑金精矿中99%以上的锑可被浸出，通过后续净化—电积工艺可得到纯度99．5%以上的电积锑。采用该工艺浸出时，还可以实现金在浸出渣中的富集，控制浸出渣中锑质量分数为0．3%～0．8%，金入渣率可保持在97%以上。不管原料中砷质量分数高低与否（本次试验为0．3%～5．65%），通过本工艺处理后，净化液中的砷均可以深度脱除到10mg／L以下，锑板中的砷可以降到痕量。

本工艺流程简单，对环境无污染，能耗低，生产成本低，是一种节能环保的清洁锑冶金新工艺。

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