氯氧铋脱氯转化为氧化铋的试验研究

杜新玲， 郭 江， 葛道健

(济源职业技术学院， 河南 济源 459000)



氯氧铋脱氯转化为氧化铋的试验研究

杜新玲， 郭 江， 葛道健

(济源职业技术学院， 河南 济源 459000)

针对冶炼渣铋回收过程中存在氯氧铋直接还原产生易挥发的氯化铋而导致铋直收率低的问题，提出将氯氧铋在碱性条件下脱氯转化为氧化铋，通过正交试验方案设计，得出最佳的脱氯工艺条件：pH值14左右，转化温度80 ℃，搅拌时间2 h。

氯氧铋； 氯化铋； 转型<[中图分类号] tf817="" [文献标志码]="" tf816="" class="emphasis_bold">[中图分类号] TF817 [文献标志码] TF816 [文章编号] 1672-6103(2016)03-0076-04[中图分类号] tf817="" [文献标志码]="" tf816=""

1 试验目的

铋是地壳中一种稀有元素，素有“绿色金属”之称，其产品50%以上用于医药和化工领域[1-2]。但铋在自然界很少形成单独的矿床，需要在其他主金属选矿过程中分离铋精矿，或是在其他主金属提取过程中，使铋富集在副产物，如铅阳极泥、铜熔炼及吹炼产出的烟尘中等[3-6]。其中，铅阳极泥含铋较高，综合回收利用价值高，受到各企业的重视。在铅阳极泥分银炉氧化精炼过程中，铋主要进入氧化后期的黏渣中[7]。铋在分银炉氧化精炼各产物中的分配如表1所示。

表1 铋在分银炉氧化精炼各产物中的分配 %

由表1可见，氧化后期渣含铋高，可作为提取铋的原料。某厂分银炉氧化精炼后期渣的成分如表2所示。

表2 某厂分银炉氧化精炼后期渣的成分 %

图1 分银炉氧化铋渣综合回收铋原则工艺流程

传统的火法回收铋的工艺流程，存在回收工艺长，循环渣量大，成本高，回收率低等缺陷，本课题组研发了一种湿法处理分银炉渣分离铋的工艺，铋渣在熔炼过程中，经过充分氧化，绝大多数以氧化铋的形式存在，用饱和氯化钠的盐酸浸出，使铋溶解，同时锑、铜等也完全溶解进入溶液；再控制pH值使Sb选择性水解，而Bi与Cu留在溶液中，实现锑与铋的分离；之后通过中和，使铋以氯氧铋的形式沉淀出来，Cu留在溶液中，从而实现铋与铜的分离。得到的氯氧铋可还原熔炼产出精铋。其工艺流程如图1所示。

工业生产中氯氧铋的还原温度控制在1 000 ℃以上。而氯氧氧铋在430 ℃时，分解成BiCl3和Bi2O3，反应方程式为：

(1)

BiCl3极具挥发性。在熔炼过程中会大量挥发造成铋的损失。生产中虽可以在熔体表面覆盖烧碱捕收剂，吸收挥发的BiCl3，但捕收效果不理想。实践表明，仅有30%的BiCl3得到了有效捕收，70%的BiCl3随烟气流失[8]。故在氯氧铋进入还原熔炼工序前增加氯氧铋湿法转型工序，将氯氧铋转型为三氧化二铋，降低还原熔炼过程中铋的损失。

2 试验

2.1 原料

试验所用氯氧铋为分银炉渣经氯化浸出、水解沉锑、中和沉铋所得的氯氧铋，其成分如表3所示。

表3 氯氧铋的主要成分(质量分数) %

2.2 试剂仪器

试验所用试剂仪器如表4所示。

表4试验仪器设备一览表

名称数量型号产地备注恒温水浴锅476-1江苏金坛搅拌器(磁力搅拌器)485-2江苏金坛搅拌子4红外干燥箱1766-1上海特成机械设备酸度计1PHS-3C上海精密科学仪器标液试剂2份电子天平1FA2004B上海正大计量物资

2.3 分析方法

试验采用的分析方法为：铋、锑采用EDTA滴定法；铅采用配合滴定法；铜采用碘量法；砷采用溴酸钾法。

3 正交试验设计

3.1 湿法转型原理

氯氧铋的湿法转型，是在碱性条件下，在一定温度范围内发生反应生成氧化铋，转型过程有如下反应[9]：

(2)

(3)

(4)

(5)

3.2 正交试验设计及结果

试验采用正交设计方法，设计因素为对转型率影响较大的浸出液温度、pH值、浸出时间。试验结果见表5。

根据正交试验结果，分别分析浸出液温度、pH值、浸出时间3个因素的效应曲线，探寻不同参数对转型效果的影响程度，并确定转型工艺的主要影响因素。

表5正交试验设计及结果

试验A(浸出液温度)B(pH值)C(反应时间)转型率/%11(50℃)1(8)1(2h)88.2121(50℃)2(11)2(4h)89.9631(50℃)3(14)3(6h)90.9742(65℃)1(8)1(2h)90.1952(65℃)2(11)2(4h)90.6762(65℃)3(14)3(6h)92.0673(80℃)1(8)1(2h)91.0483(80℃)2(11)2(4h)91.5393(80℃)3(14)3(6h)92.14均值189.71389.81390.600均值290.97390.97290.763均值391.57091.72390.893极差1.8571.9100.293

3.2.1 温度对转型率的影响

温度对转型率的影响如图2所示。

图2 温度对转型率的影响

从图2可以看出，转型率随温度的上升迅速增加，温度从50 ℃上升到85 ℃时转型率从89.71%增加到91.6%，温度进一步上升，转型率增幅减缓。

综合考虑能耗等因素，温度选80 ℃左右。

3.2.2 pH值对转型率的影响

pH值对转型率的影响如图3所示。

图3 pH对转型率的影响

从图3可知，当pH值由8增加到14时，转型率由89.60%增加到91.75%，增加幅度大。进一步增大pH值转型率还会增大，但会造成碱的消耗增加。总体来说，pH值对转型率影响较小，但对溶液中杂质元素影响很大，随着pH值的增大，即氢氧化钠浓度升高，溶液中杂质砷和锑含量降低，随铋水解沉淀的砷、锑含量增加，氧化铋固体纯度越低。故较合适的pH值控制在14。

3.2.3 反应时间对转型率的影响

反应时间对转型率的影响如图4所示。

图4 反应时间对转型率的影响

由图4可知，反应时间由2 h延长到6 h，转型率由91.50%增加到92.50%，增幅较小，故从能耗角度考虑，反应时间控制在2 h即能满足工艺要求，进一步延长反应时间不利于生产效率的提高。

由于pH值相差最大，所以本试验最主要的影响因素为B(pH值)，其次为A(温度)；各因素的最高点即A3、B3、C3为本次试验最佳工艺条件；各因素主次关系为B- A- C。

故湿法转型反应条件：控制pH值14左右，温度80 ℃以上，搅拌2 h。

4 结论

(1)pH值的增加，有利于氯氧铋转型率的提高，但同时会增加产物中杂质的含量，故控制pH值在14左右；转型温度对转型率的影响较小，故可控制温度在80 ℃左右；搅拌时间超过2 h后，进一步延长搅拌时间，对氯氧铋的转型率影响较小，但会增加过程能量消耗，降低生产率。

(2)氯氧铋转型的最佳工艺条件为：pH值14左右，温度80 ℃以上，搅拌2 h。

[1] 秦毅红,王云燕,彭文杰.铋深加工产品的应用及其发展前景[J].世界有色金属，1998，(4)：44-46.

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Test study on bismuth oxide transformation by dechlorination of bismuth oxychloride

DU Xin-ling， GUO Jiang， GE Dao-jian

A novel technology of bismuth oxide prepared from bismuth oxychloride dechlorination under alkaline conditions was investigated and proposed to address low bismuth recovery from smelting slag, because of volatile bismuth chloride generated from direct reduction of bismuth oxychloride. By orthogonal experiment design, the optimum conditions of BOCl transformation include: pH value was about 14, transformation temperature 80 ℃, and stirring time 2 h.

bismuth oxychloride; bismuth chloride; transformation

杜新玲(1972—)，女，河南济源人，硕士学位，副教授，研究方向：有色金属冶炼及其工业应用。

济源市科技局科技公关项目《铅铋合金及分银炉渣回收精铋新工艺研究》(项目编号10032013)

2015-05-27

2015-12-09

1672-6103(2016)03-0076-04

TF816 [文章编号] 1672-6103(2016)03-0076-04

TF817 [文献标志码] TF816 [文章编号] 1672-6103(2016)03-0076-04