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二次净化渣浸出工艺研究

2024-01-07肖志红

山西冶金 2023年10期
关键词:碱度酸度氯离子

肖志红

(江西铜业集团有限公司贵溪冶炼厂,江西 贵溪 335424)

0 引言

锑的氧化物——三氧化二锑可用于制造耐火材料,这也是锑最主要的用途。除了含卤素的聚合物阻燃剂以外,三氧化二锑几乎总是与卤化物阻燃剂一起使用。三氧化二锑形成锑的卤化物的过程可以减缓燃烧,此为其具有阻燃效应的原因。贵溪冶炼厂金银车间在处理铜阳极泥回收金银的同时得到富含铋、锑、铜、砷等有价金属二次净化渣,由于含砷量较高,锑、铋质量分数均低于14%,需进一步将铋、锑、铜、砷等有价金属进行分离[1-2]。

1 试验原料

试验所用原料为贵溪冶炼厂一车间产出的二次净化渣,其成分如表1 所示。

表1 二次净化渣主要成分

2 试验工艺流程

试验工艺流程如图1 所示。

图1 二次净化渣处理工艺流程

3 试验原理

二次净化渣中的主要成分是锑、铋等有价金属,其中锑、铋大部分以氯氧铋、氯氧锑形态存在,控制一定反应条件,使二次净化渣的氯氧铋与氯化氢反应生成氯化铋进入液相中,二次净化渣的亚砷酸铜与氯化氢反应生成氯化铜、砷酸进入液相中,而二次净化渣中的氯氧锑则不反应保留在渣中,从而将铋、铜与锑分离,其主要方程式为:BiOCl+2HCl=BiCl3+H2;CuHAsO4+2HCl=CuCl2+H3AsO4。

将酸浸渣进行碱浸,使酸浸渣中的砷与碱反应生成砷酸进入液相中,可以有效地将砷除去,而锑则留在渣中,进一步把有价元素锑富集,其主要方程式为:H3AsO4+3NaOH=Na3AsO4+3H2O。

4 浸出率概念

4.1 浸出率简介

浸出率是浸取各类金属工艺的标准之一。生产实践表明,浸出率越高,金属的提取率就越好,工矿企业获取的经济效益就越好。

浸出的目的,在于使所有要提取的金属尽量溶解于溶剂中,而杂质则溶解得越少越好,不管选择什么样的溶剂,所要提取的金属总是难以100%都溶解。同样,所含杂质也总要溶解一些,为了表示某一物质被浸出的程度,常用浸出率来表示[3]。

4.2 计算公式

浸出率通用公式:

式中:R0为原料指定有价组分的品位;R 为浸出渣指定有价组分的品位。

5 二次净化渣酸浸工艺试验

为了更好地除去二次净化渣中的铋,为此采用单一变量法对二次净化渣进行试验,从而探索出最佳工艺。

5.1 二次净化渣浆液酸度对铋、锑浸出的影响

控制试验中二次净化渣浆液的氯离子质量浓度为120~140 g/L、浸出时间4 h、温度恒定在80 ℃,考察酸度对铋、锑浸出率的影响。试验结果表明:当二次净化渣浆液的酸度在100 g/L 以下,铋浸出率随酸度的增大而上升,而锑的浸出率则没怎么变化;当二次净化渣浆液的酸度从100 g/L 增加到110 g/L,铋浸出率上升幅度减缓,而锑的浸出率则随之增加。这是因为前面提供的酸度是跟铋反应的,当浆液中的铋反应完后,继续增加酸度后则会与浆液中的锑反应,从而使渣中的锑浸出进入液相中,这样反而会导致锑的流失;同时考虑到酸度继续增大,不仅对设备的腐蚀增加,而且也会增加生产成本的消耗,同时对环境也会造成一定的影响。因此,将二次净化渣酸浸过程中的浸出酸度确定为90~100 g/L。

5.2 二次净化渣浆液氯离子浓度对铋、锑浸出的影响

控制试验中二次净化渣浆液的酸度为90~100 g/L、浸出时间4 h、温度恒定在80 ℃,考察氯离子浓度对铋、锑浸出率的影响。试验结果表明:当二次净化渣浆液的氯离子质量浓度小于120 g/L,铋的浸出率随着氯离子浓度的增大而大幅度上升,而锑的浸出率则没怎么变化;当二次净化渣浆液的氯离子质量浓度大于120 g/L,铋浸出率基本保持不变,然而进一步增大氯离子浓度,锑浸出率则随之增加。这是因为前面提供的氯离子跟铋反应,当渣中的铋反应完后,再次增加的氯离子会跟渣中的锑反应,从而将渣中的锑浸出进入溶液,这样反而会导致锑的流失,同时考虑继续增加氯离子浓度不仅会对设备造成腐蚀,对环境也会造成一定的影响,而且后期再除氯过程中也会相应地增加成本。因此,将二次净化渣酸浸过程中的氯离子质量浓度控制在120~140 g/L[4]。

5.3 二次净化渣浆液浸出时间对铋、锑浸出的影响

控制实验中二次净化渣浆液的酸度为90~100 g/L、氯离子质量浓度为120~140 g/L、温度恒定在80 ℃,考察浸出时间对铋、锑浸出率的影响。试验结果表明:当二次净化渣浆液浸出时间在2~4 h 段时,铋的浸出率随浸出时间的延长而增大,这时锑的浸出率没有变化;当浸出时间达到4 h 后,铋的浸出率基本没有变化,表明时间超过4 h,二次净化渣浆液的铋已经基本反应完全;如继续增加反应时间,一方面会使生产成本不断增加,同时会缩短设备的使用寿命。因此,将二次净化渣的浸出时间确定在4 h。

5.4 二次净化渣浆液浸出温度对铋、锑浸出的影响

控制试验中二次净化渣浆液的酸度为90~100 g/L、氯离子质量浓度为120~140 g/L、浸出时间固定为4 h,考察浸出温度对铋、锑浸出率的影响。试验结果表明:当二次净化渣的温度低于60 ℃时,铋的浸出率随温度的变化不明显;当二次净化渣浆液的温度在60~80 ℃时,铋浸出率随温度的上升而增加;当浸出温度达到80℃后,铋浸出率随温度的变化幅度很小,表明此时浆液中的铋已经基本反应完全,继续升温不仅会增加生产成本,而且会缩短设备的使用寿命。因此,将二次净化渣的酸浸温度确定为80 ℃左右。

5.5 二次净化渣酸浸实验结果分析及讨论

根据小型条件试验确定二次净化渣酸浸的最佳工艺技术条件:酸度90~100 g/L、氯离子质量浓度120~140 g/L、浸出时间4 h、温度80 ℃;二次净化渣经过酸浸将铋和铜脱除,铋浸出率达94.24%,铜浸出率达93.92%。下一步可以将酸浸渣的砷出去,以进一步达到富集锑的目的。

6 酸浸渣碱浸工艺试验

为了将酸浸渣中的砷进一步除去,同样采取单一控制变量法对酸浸渣进行试验,并探索出最佳工艺[5]。

6.1 酸浸渣浆液的碱度对砷浸出率的影响

控制试验中酸浸渣浆液的浸出时间为2 h、温度恒定在90 ℃,考察酸浸渣浆液的碱度对砷浸出率的影响。试验结果表明:当酸浸渣浆液的碱度为0~50 g/L时,砷的浸出率随碱度的增加而增加;当碱度达到50~60 g/L 时,砷的浸出率基本没有变化,表明此时浆液中的砷已经基本反应完全,若碱度继续增加,不仅会增加生产成本,而且对浸出砷没有任何效果,反而会增加后期处理碱浸液的生产成本。因此,将酸浸渣碱浸的碱度控制在50 g/L。

6.2 酸浸渣浆液的温度对砷浸出率的影响

控制试验中酸浸渣浆液的浸出时间为2 h、碱度固定在50 g/L,考察酸浸渣浆液的温度对砷浸出率的影响。试验结果表明:当酸浸渣浆液的温度不断上升时,砷的浸出率也随之增加,当温度升至90 ℃时,砷的浸出率保持缓慢增加,当温度升至95 ℃时,砷浸出率基本保持不变,表明此时浆液中的砷已经基本反应完全,再继续升温不仅对砷的浸出没有效果,反而增加了生产成本。因此,将酸浸渣的温度控制在90 ℃。

6.3 酸浸渣浆液的浸出时间对砷浸出率的影响

控制试验中酸浸渣浆液的温度为90 ℃、碱度固定在50 g/L,考察酸浸渣浆液的浸出时间对砷浸出率的影响。试验结果表明:当酸浸渣浆液的浸出时间不断增加,砷的浸出率也随之增加,当浸出时间在2 h以后,砷的浸出率基本保持不变,表明此时酸浸渣中的砷已基本反应完全,再延长浸出时间只会增加生产成本,故将酸浸渣的浸出时间定为2 h。

6.4 二次净化渣酸浸实验结果分析及讨论

根据小型条件试验确定了酸浸渣碱浸的最佳工艺技术条件:碱度50 g/L、浸出时间2 h、温度90 ℃;酸浸渣经过碱浸后可以将酸浸渣中的砷除去,且砷的浸出率达到94.12%,从而进一步达到了富集锑的目的。

7 结论

在酸性体系中,采用酸浸将二次净化渣中锑铋分离开是可行的,在一定的工艺条件下,可以将锑、铋分离开,从而达到富集锑的目的,其锑的品位w(Sb)能达到30%以上,同时将酸浸液中的铋进行回收利用,可使有价金属得到综合利用。再通过酸浸渣碱浸的方法,将酸浸渣中的砷除去,进一步提高了锑的品位,为后续焦锑酸钠工序提供了更优质的原料。

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