从黑铜渣中提取铋的工艺研究

刘 瑜

（甘肃有色冶金职业技术学院，甘肃 金昌 737100）

铋在自然界中以游离金属和矿物的形式存在。由于其性脆，导电和导热性都较差，因此主要以金属形态配制易熔合金，以化合物形态用于医学。它常与铅、锡、镉、锑、铟等组成一系列低熔合金，可做防火装置、自动喷水器的热敏元件、电器保险丝、锅炉和空压机气缸的安全塞等[1]。

本文以铜湿法冶炼流程中的黑铜渣为原料，采用干燥～球磨～硫酸浸出～浸出渣干燥～研磨～盐酸浸出～N235富集铋的工艺流程，确定了硫酸浸出、盐酸浸出、N235富集铋最佳工艺条件，为从黑铜中回收有价金属铋提供了一条经济可行的简单回收工艺[2]。

1 实验

1.1 实验原料

本实验原料为典型的铜电解除杂过程中产出的黑铜渣，其物相分析结果和ICP-AES分析结果如表1、表2所示。

表1 黑铜渣物相分析结果（%）

表2 某黑铜渣lCP-AES分析结果单位：μg/g(除%外)

Cd 5.7 Si 81.9 B 1.2 Na 231.8 Mn 6.2 Be 0.1 Mg 264.5 Ca 489.9 V 4.3 Cu 69.10%Al 131.2 La 3.8 S 2.40% Sc 1 As 5.30% K 80.4 Mo 6.4 Ag 6.6 P 41.4 Ti 4.5 Zr 3 Y 0.8

ICP-AES分析结果表示该黑铜渣中的金属元素主要包括Cu、As、Sb、Bi、Ni，非金属元素S的含量高达2.4%。

1.2 实验流程

本实验研究工艺流程如图1所示。

图1 从黑铜渣中提取铋的工艺流程

2 实验结果与讨论

2.1 硫酸浸出

本实验以Cu、Bi浸出率为参考指标，在固定条件（液固比为8∶1，搅拌速度为400r·min-1，空气量为0.2Nm3/h）下，以温度（A）、酸浓度（B）和浸出时间（C）为考察因素，采用正交实验和极差分析的方法研究各因素对硫酸浸出效果的影响，并从中挑选出最佳工艺参数。

正交实验结果如表3所示。

表3 正交实验结果

由表3可知，①对Cu浸出率的影响因素依次为温度（A因素）、浸出时间（C因素）、酸浓度（B因素）；②对Bi浸出率的影响因素依次为酸浓度（B因素）、浸出时间（C因素）、温度（A因素）；③确定最佳工艺参数为：温度90℃，H2SO4浓度175g/L，浸出时间5小时。

2.2 盐酸浸出

将硫酸浸出渣干燥、研磨至-100目，在搅拌速度为300r·min-1，盐酸浓度为180g/L的条件下，分别以液固比为6：1和8：1对其浸出，重点考察液固比、反应时间对Cu、Bi浸出率的影响[3]。

实验结果如表4所示。

表4 盐酸浸出实验结果

6 180 48.95 16.06 180 61.51 25.62 7 210 48.76 14.85 210 62.93 26.18 8 240 54.07 14.85 240 60.83 27.14

由表4可知，①铜浸出率较低，且液固比、反应时间对其影响不大；②铋浸出率随反应时间增加而升高，反应120min后，铋浸出率趋于稳定；③铋浸出率随液固比增大而升高，在液固比为8∶1时，铋浸出率约60%。

2.3 N235萃取

实验条件：N235浓度为0.08mol/L（煤油为稀释剂）、萃取相比为O/A=1/1、萃取时间为30min，考察不同萃取工艺（单次萃取、连续萃取）对Cu、Bi萃取率的影响。

实验结果如表5、表6所示。

表5 N235单次萃取实验结果

由表5可知，铋萃取率约95%，铜萃取率约9%，N235萃取剂对Cu、Bi的分离效果比较好。

表6 N235连续萃取实验结果

由表6可知，在连续6次萃取过程中，铋的萃取率都高于87%，而在第5次萃取时铜的萃取率已降到1%以下。可以预测，连续萃取可提高富铋溶液中铋的富集程度，有望实现铜、铋分离。

3 结论

（1）从黑铜渣中提取铋的工艺流程：黑铜渣干燥～球磨～硫酸浸出～浸出渣干燥～研磨～盐酸浸出～N235富集铋。

（2）硫酸浸出最佳工艺条件：温度为90℃，H2SO4浓度为175g/L，浸出时间为5小时，液固比为8∶1，空气流量为0.2Nm3/h，搅拌速度为300r·min-1。实验结果表明：铜浸出率将达到80%以上，而铋的浸出率则在10%左右。

（3）盐酸浸出最佳工艺条件：硫酸浸出渣干燥、研磨至-100目后进行浸出，浸出过程中搅拌转速为300r/min，盐酸浓度为180 g/L。实验结果表明：铜浸出率较低，且液固比、反应时间对其影响不大；铋浸出率随反应时间增加而升高，反应120min后，铋浸出率趋于稳定；铋浸出率随液固比增大而升高，在液固比为8∶1时，铋浸出率约60%。

（4）N235对铋的单次萃取率约95%，对铜的单次萃取率约9%，通过有机相连续萃取可提高富铋溶液中铋的富集程度，有望实现铜和铋的有效分离。