氧化还原法从高含铅硒砷粗二氧化碲中提取碲的可行性试验研究

2021-07-13廉会良王延强周鹤立

甘肃科技 2021年10期

廉会良，王皓，王延强，李睿，季婷，周鹤立

（金川集团铜业有限公司，甘肃金昌 737100）

1 概述

碲为稀散金属之一，它在地壳中的含量很低，其平均丰度值为6×10-6。碲的用途十分广泛，主要用于冶金工业、石油化工、半导体、玻璃、陶瓷、颜料、医药、电子等方面[1-2]。碲在高科技工业国防与尖端技术领域中也占有相当重要的地位，被誉为现代工业国防与尖端技术的“维生素”。由于碲资源稀少、用途广泛以及其在尖端领域中应用，碲具有活跃的商业市场[3-4]。

而在贵金属冶炼加压生产过程中，由于加压浸出液中，碲的含量较高（2%），存在着一定的回收价值，而且如果直接外付，既造成碲的浪费，又对硫酸铜的生产造成不利影响。在实际生产过程中，通过使用铜粉置换碲的方法对碲进行沉淀，沉碲渣中碲的含量在30%～40%。传统的碲生产工艺，是先将含碲原料浸出、中和生成粗二氧化碲，然后经过酸溶、还原、脱硒、氧化、造液、电积产出电积碲[5]。该工艺需要电解和电积，废液、废渣处理量大，能耗高，环保压力大。本文主要以高含铅、硒、砷粗二氧化碲为原料，通过碱溶—氧化沉淀—盐酸溶解—亚硫酸氢钠还原，开展碲的回收提取探索试验，验证氧化还原法分离脱除硒、铅、砷杂质的可行性。

2 实验

2.1 实验原料

本实验原料采用由铜碲渣制备的粗二氧化碲。物料的成分见表1。

表1 试验原料化学成分（%）

2.2 实验原理

2.2.1 碱溶

将粗二氧化碲溶于氢氧化钠溶液中，将二氧化碲赋存状态转变成游离的亚碲酸钠形式。溶解过程中发生如下反应：

2.2.2 氧化沉淀

亚碲酸钠溶液经双氧水氧化后会生成碲酸四氢钠，该物质不溶于水及液碱，而亚硒酸经双氧水氧化后生产硒酸钠能够溶解进入溶液中，从而实现碲与硒杂质的深度分离[6-7]，反应如下：

2.2.3 盐酸浸出及亚硫酸氢钠还原

将碲酸四氢钠溶于6mol/L 的高纯盐酸中，在一定温度下通过加入亚硫酸氢钠等还原及可将碲还原成单质碲粉进行提取，而铅杂质会与氯离子形成氯铅配合物留在溶液中，从而实现铅杂质的深度除杂，发生的反应如下：

3 实验结果及讨论

3.1 碱溶

将500g 二氧化碲溶于浓度为120g/L 氢氧化钠溶液中，滤去少量不溶物，得到较高浓度的亚碲酸钠溶液。对溶液进行分析，数据见表2：

由表2 可知，二氧化碲碱溶过程中，碲的浸出率很高，达到了99%以上，碲的浓度为125.47g/L，其中，银、铜、铋、锑杂质离子浓度较低，铅、砷、硒杂质离子浓度较高。根据检测数据，向碱溶液中稍补充氢氧化钠，使溶液的碱浓度控制在40g/L。

表2 二氧化碲碱溶液的成分表（g/L）

3.2 氧化沉淀

使用双氧水对二氧化碲碱溶液进行氧化处理，使亚碲酸钠转化为碲酸四氢钠，生成白色沉淀从而实现硒与砷杂质的深度分离。下图是反应过程中现场照片，可以看到反应过程中有白色沉淀生成，溶液变得浑浊。对氧化沉淀后液进行元素分析，分析数据见表3。

图1 双氧水氧化试验现场图片

表3 氧化沉淀后液的元素分析

由于碲酸四氢钠的生成需要浓碱条件下，因此探索试验采用加入理论量2 倍的双氧水，在不同碱浓度下对其进行氧化试验，由表3 可知，氧化沉淀后，在不同碱浓度的溶液中碲的沉淀率普遍很高，都在98%以上，对硒的去除率最高为85.91%，最低为60%，可以有效的分离碲中的硒，对砷的去除效果最佳，可以达95%以上。试验中得到的白色沉淀如图2 所示。

图2 碲酸四氢钠（说明：A、B、C、D、E 分别表示40、90、140、190g/L 氢氧化钠浓度下得到的碲酸四氢钠）

将以上所得沉淀进行元素分析，分析数据见表4：

表4 不同碱浓度下所得碲酸四氢钠的成分表（%）

由表4 可知，经双氧水氧化后，生成的碲酸四氢钠的杂质含量较少，尤其是硒、砷的含量极低（硒0.003%～0.006%，砷0.01%～0.02%），可以有效将硒、砷杂质进行脱除。

3.3 盐酸浸出及亚硫酸氢钠还原

将上述所得碲酸四氢钠150g 置于6mol/L 的高纯盐酸中，常温溶解过滤，得到碲酸四氢钠盐酸浸液。加热碲酸四氢钠盐酸浸液，升温至85℃，加入过量亚硫酸氢钠还原4h，抽取少量溶液用亚硫酸氢钠检测至无沉淀为止，将所得沉淀过滤、洗涤得金属碲，照片如图3 所示。对所得碲粉及还原后液进行化学分析，其成分见表5，表6。