从碲化铜渣中回收碲试验研究

李彦龙，李银丽，李守荣，金明虎，王宏伟，鲁兴武，王长征

(西北矿冶研究院，甘肃 白银 730900)

铜冶炼阳极泥中碲质量分数一般为1%～10%，是回收碲的重要来源[1-3]。阳极泥中的碲经“酸浸-卡尔多炉”工艺处理后进入碲铜渣、苏打渣、熔炼渣，通过处理苏打渣和碲铜渣可回收碲[4-10]。碲回收工艺主要有硫酸化焙烧+水浸、氧化酸浸+碱浸、苏打焙烧+水浸、加压酸浸和加压碱浸等[4]。硫酸化焙烧工艺的碲回收率较高，但流程长、物料损失较大、设备损耗大，且生产过程中环境污染严重[5-6]；氧化酸浸工艺对碲渣中铜的脱除率较高，但后续除杂过程复杂，设备腐蚀严重，废水量大，工艺过程控制不稳定[7-8]；苏打焙烧处理量大，适合于大规模生产应用，但配套设备投资高，环境污染严重，碲损失较大[9-10]；加压碱浸和加压酸浸的碲回收率较高，但工艺流程较长，对设备要求高，基建和维护费用均较高[11-12]。目前，回收的碲产品以工业二氧化碲(TeO2质量分数90%)和碲锭(Te质量分数99%)为主[13-14]，碲资源价值未实现最大化。

试验研究采用氧化碱浸工艺从碲铜渣中选择性浸出碲，浸出液经中和沉淀和还原，将碲转化成高纯碲，以期实现碲的高效回收。

1 试验部分

1.1 试验原料、试剂及设备

碲化铜渣：取自西北某铜冶炼厂，为铜电解阳极泥氧压浸出液经铜粉还原后的渣，化学成分见表1。

表1 碲铜渣的化学成分 %

试剂：氢氧化钠、盐酸、硫酸、氯酸钠，均为分析纯。

试验设备：真空过滤机、电加热盘等。

1.2 试验原理及方法

碲铜渣中的碲主要以Cu2Te形式存在。氧化环境下，碲化铜与碱发生化学反应，碲转化成亚碲酸钠进入溶液，而铜则形成难溶物留在渣中。亚碲酸钠溶液用稀硫酸中和形成亚碲酸沉淀，再经陈化自然分解成二氧化碲；二氧化碲用浓盐酸溶解，然后用亚硫酸钠还原得到进一步净化，获得高纯碲粉。主要化学反应见式(1)～(6)。

Cu2O↓+NaCl+H2O；

(1)

6CuO↓+4NaCl+3H2O；

(2)

(3)

(4)

(5)

2Na2SO4+4HCl。

(6)

取一定质量碲铜渣于烧杯中，加入一定量氢氧化钠溶液和氯酸钠，在一定温度下搅拌浸出；反应一段时间后，过滤，浸出液中加入等体积稀硫酸沉淀亚碲酸；过滤后，亚碲酸经陈化自然分解成二氧化碲；过滤后，用浓盐酸溶解二氧化碲，得四氯化碲溶液；四氯化碲溶液中加入一定量亚硫酸钠，经还原获得碲粉；碲粉用纯水洗涤后获得高纯碲。

2 试验结果与讨论

2.1 碲铜渣氧化碱浸

2.1.1 氢氧化钠质量浓度对浸出的影响

碲铜渣质量100 g，液固体积质量比5/1，温度80 ℃，氯酸钠质量浓度40 g/L，浸出时间60 min，氢氧化钠质量浓度对碲浸出率的影响试验结果如图1所示。

图1 氢氧化钠质量浓度对碲浸出率的影响

由图1看出：随氢氧化钠质量浓度增大，碲浸出率提高，氢氧化钠质量浓度增至80 g/L时，碲浸出率为86.68%；继续增大氢氧化钠质量浓度，碲浸出率变化不大。碲铜渣中可浸出的碲量有限，浸出开始阶段，随氢氧化钠质量浓度增大，碲浸出率提高；氢氧化钠用量超过一定量后，碲浸出率趋于稳定，基本得到完全浸出。综合考虑，确定氢氧化钠质量浓度以80 g/L为最佳。

2.1.2 氯酸钠质量浓度对浸出的影响

碲铜渣质量100 g，液固体积质量比5/1，温度80 ℃，氢氧化钠质量浓度80 g/L，浸出时间60 min，氯酸钠质量浓度对碲浸出率的影响试验结果如图2所示。

图2 氯酸钠质量浓度对碲浸出率的影响

由图2看出：随氯酸钠质量浓度增大，碲浸出率提高；至氯酸钠质量浓度为60 g/L时，碲浸出率达最高，为84.7%；此后，氯酸钠质量浓度继续增大，碲浸出率反而降低。这主要是氯酸钠浓度过大会造成溶液中碲的过氧化，进而形成难溶碲酸钠，影响碲浸出率。综合考虑，确定氯酸钠质量浓度以60 g/L为最佳。

2.1.3 浸出时间对浸出的影响

碲铜渣质量100 g，液固体积质量比5/1，温度80 ℃，氢氧化钠质量浓度80 g/L，氯酸钠质量浓度60 g/L，浸出时间对碲浸出率的影响试验结果如图3所示。

图3 浸出时间对碲浸出率的影响

由图3看出：在一定浸出时间范围内，随浸出进行，碲浸出率呈先升高后降低趋势，浸出90 min时，碲浸出率最高；之后，碲浸出率逐渐降低并趋于稳定，至180 min时稳定于77.68%。随浸出时间延长，溶液中的碲有部分发生氧化，形成难溶碲酸钠，造成碲浸出率先升高后降低。综合考虑，确定浸出时间以90 min为宜。

2.1.4 液固体积质量比对浸出的影响

碲铜渣质量100 g，温度80 ℃，氢氧化钠质量浓度80 g/L，氯酸钠质量浓度60 g/L，浸出时间90 min，液固体积质量比对碲浸出率的影响试验结果如图4所示。

图4 液固体积质量比对碲浸出率的影响

由图4看出：随液固体积质量比增大，碲浸出率先升高而后下降，液固体积质量比为5/1时，碲浸出率最高。随液固体积质量比增大，体系中氯酸钠总量增大，使部分碲发生过氧化形成难溶碲酸钠，进而影响碲浸出率。综合考虑，确定液固体积质量比以5/1为宜。

2.1.5 温度对浸出的影响

碲铜渣质量100 g，氢氧化钠质量浓度80 g/L，氯酸钠质量浓度60 g/L，浸出时间90 min，液固体积质量比5/1，温度对碲浸出率的影响试验结果如图5所示。

图5 温度对碲浸出率的影响

由图5看出：随温度升高，碲浸出率提高；温度升至80 ℃后，碲浸出率逐渐趋于稳定。在一定温度范围内，升温可加快浸出反应速度。温度高于80 ℃后，溶液中制约碲浸出率的因素主要是浸出剂、氧化剂浓度及可浸出碲的量，受温度影响不大。综合考虑，确定浸出温度以80 ℃为宜。

2.2 二氧化碲制备碲粉

对金属浸出液用等体积稀硫酸溶液中和至pH为5～6，获得的二氧化碲符合行业标准YS/T 1194—2017牌号TeO299.5产品要求；对二氧化碲用浓盐酸溶解，再以亚硫酸钠还原得到高纯碲粉。高纯碲粉化学组成见表2。可以看出，产品符合行业标准YS/T 222—2010牌号Te99.99产品要求。

表2 碲粉的化学组成 %

3 结论

采用氧化碱浸—中和沉淀—还原工艺从碲铜渣中回收碲是可行的，适宜条件下，碲回收率达85%以上。工艺较为简单，所得碲粉纯度较高，质量符合行标牌号Te99.99精碲产品标准要求。