鉛陽極泥制備硫酸鉛的試驗研究

王文軍，魏文武，林文軍，戴慧敏，張記東，諶可頌

(株洲冶煉集團(tuán)股份有限公司，湖南株洲 412004)

鉛陽極泥是在電解精煉中附著于殘陽極表面或沉淀于電解槽底的泥狀物［1］，主要富含 Au、Ag、Te、Pb、Sb、Bi等有價金屬［2］，隨煉鉛工藝和原料的不同，鉛陽極泥中富含各有價金屬的品位有較大差異。近年來針對鉛陽極泥貴金屬冶煉的工藝研究較多［3～5］，而對鉛陽極泥中賤金屬的研究相對較少，如鉛陽極泥中鉛金屬，大多冶煉企業(yè)在稀貴金屬回收中并不對其進(jìn)行有針對性的回收，造成了鉛金屬在稀貴金屬回收過程中的極度分散，不能形成鉛金屬的高效回收。湖南某公司鉛陽極泥中鉛金屬含量較高且波動較大，最高可達(dá)30%以上，且主要存在形式為:(1)可溶于水的鉛化合物，主要成分為硅氟酸鉛等［1］;(2)可溶于硅氟酸的鉛化合物，主要成分為氧化鉛等［6，7］;(3)不溶于硅氟酸的鉛基合金及化合物，主要成分為鉛鐵礬、硫酸鉛等。

本文設(shè)想通過用硅氟酸溶液對鉛陽極泥進(jìn)行攪拌浸出［8］，將鉛陽極泥中可溶于水的硅氟酸鉛稀釋洗出;同時將鉛陽極泥中可溶于硅氟酸溶液的氧化鉛等與硅氟酸溶液反應(yīng)，使其從固相進(jìn)入液相。在攪拌浸出時，向溶液中加一定量的活性碳，對浸出液中殘留的骨膠、β－萘酚等有機(jī)成分進(jìn)行吸附沉降至鉛陽極泥中，實現(xiàn)浸出反應(yīng)與浸出液物理凈化同步進(jìn)行。浸出反應(yīng)結(jié)束后，向溶液中添加少量硫化鉛，除去溶液中少量銻、鉍等雜質(zhì)離子，實現(xiàn)浸出液化學(xué)深度凈化。凈化后向溶液中加定量硫酸進(jìn)行硫酸鉛的制備。主要化學(xué)反應(yīng)方程式如下:

1 試驗設(shè)計

取湖南某公司鉛陽極泥按表1設(shè)計進(jìn)行浸出條件試驗，得出較佳浸出條件。按較佳條件進(jìn)行循環(huán)浸出，具體操作為:(1)浸出反應(yīng)時加少量活性炭，凈化除溶液中骨膠、β－萘酚等有機(jī)成分;(2)根據(jù)溶液中Sb3+、Bi3+的含量，向溶液中加定量硫化鉛，凈化除溶液中Sb3+、Bi3+均小于0.1 g/L，將溶液過濾得凈化液;(3)根據(jù)凈化液中鉛離子含量在攪拌條件下加定量硫酸快速制備出硫酸鉛，將硫酸鉛通過過濾、水洗、烘干處理后，所制備的硫酸鉛純度達(dá)99%以上;(4)將制備硫酸鉛后濾液返回進(jìn)行循環(huán)浸出。

表1 條件試驗設(shè)計表

2 試驗結(jié)果與討論

2.1 溫度

圖1為液固比10∶1、硅氟酸濃度73.4 g/L、攪拌轉(zhuǎn)速500 r/min、反應(yīng)時間60 min條件下，考察不同溫度對鉛浸出率的影響。從圖1中可看出，溫度對鉛浸出率影響較大，隨著溫度上升鉛浸出率呈先上升后下降趨勢。主要原理:溫度過低，浸出時有效化學(xué)反應(yīng)速率較慢，鉛浸出率較小;硅氟酸是一種易分解的酸，在溫度過高條件下易分解成SiF4和HF［10］，而HF易與溶液中鉛離子發(fā)生反應(yīng)生產(chǎn)PbF2沉淀留在鉛陽極泥中，影響鉛浸出率的大小。試驗得出較佳溫度為60℃。

圖1 溫度對鉛浸出率的影響

2.2 時間

圖2為液固比10∶1、硅氟酸濃度73.4 g/L、攪拌轉(zhuǎn)速500 r/min、反應(yīng)溫度60℃條件下，考察反應(yīng)時間對鉛浸出率的影響。從圖2中可看出，隨著時間的延長，鉛浸出率呈先大幅上升后趨于平穩(wěn)趨勢，且隨著時間的延長，增幅逐漸減小。主要原理:在反應(yīng)前期，鉛陽極泥中鉛含量較高、溶液酸度較高，有效化學(xué)反應(yīng)速率較快，鉛浸出率增幅較為明顯;隨著反應(yīng)時間的延長，鉛陽極泥中鉛含量逐漸升高、溶液酸度逐漸降低，致有效化學(xué)反應(yīng)速率逐漸降低，使鉛浸出率逐漸趨于平緩。試驗得出較佳反應(yīng)時間為60 min。

圖2 反應(yīng)時間對鉛浸出率的影響

2.3 硅氟酸濃度

圖3為液固比10∶1、攪拌轉(zhuǎn)速500 r/min、反應(yīng)溫度60℃、反應(yīng)時間60 min條件下，考察硅氟酸濃度對鉛浸出率的影響。從圖3中可看出，隨著硅氟酸濃度的升高，鉛浸出率先呈直線上升后趨于平穩(wěn)趨勢，且硅氟酸濃度超過93.6 g/L時對鉛陽極泥含鉛影響較小。主要原理:硅氟酸濃度過低，有效化學(xué)反應(yīng)速率較慢，鉛浸出率較小;在一定酸度范圍內(nèi)，隨著酸濃度的逐漸升高，有效化學(xué)反應(yīng)速率逐漸加快，鉛浸出率增幅較大。酸洗時，硅氟酸濃度不是越高越好，硅氟酸濃度過高，溶液相對飽和時會抑制鉛陽極泥中化合態(tài)鉛進(jìn)入液相，制約鉛陽極泥含鉛的降低。試驗得出較佳硅氟酸濃度為93.6 g/L。

圖3 硅氟酸濃度對鉛浸出率的影響

2.4 液固比

圖4為攪拌轉(zhuǎn)速500 r/min、反應(yīng)溫度60℃、反應(yīng)時間60 min、硅氟酸濃度93.6 g/L條件下，考察液固比對鉛浸出率的影響。從圖4中可以看出，隨液固比的增大，鉛浸出率整體呈逐漸升高趨勢。主要原理:(1)酸洗時能稀釋洗出鉛陽極泥中夾帶的硅氟酸鉛，液固比越大，殘留在鉛陽極泥中的硅氟酸鉛越低，鉛浸出率越大;(2)硅氟酸能與鉛陽極泥中化合態(tài)氧化鉛等發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，液固比越大，溶液與鉛陽極泥接觸幾率越大，有效化學(xué)反應(yīng)速率越快，鉛浸出效果越明顯。試驗得出較佳液固比為10∶1。

圖4 液固比對鉛浸出率的影響

2.5 轉(zhuǎn)速

圖5為液固為10∶1、反應(yīng)溫度60℃、反應(yīng)時間60 min、硅氟酸濃度93.6 g/L條件下，考察攪拌轉(zhuǎn)速對鉛浸出率的影響。從圖5中可以看出，隨攪拌轉(zhuǎn)速的加快，鉛浸出率先呈直線上升后趨于平穩(wěn)趨勢，且當(dāng)轉(zhuǎn)速大于400 r/min時，轉(zhuǎn)速對鉛陽極泥含鉛影響較小。主要原理:攪拌轉(zhuǎn)速越小，有效化學(xué)反應(yīng)速率較慢，鉛浸出率較小;攪拌轉(zhuǎn)速越大，有效化學(xué)反應(yīng)速率較快，鉛浸出率較大。試驗得出較佳攪拌轉(zhuǎn)速為400～600 r/min。

圖5 轉(zhuǎn)速對鉛浸出率的影響

2.6 循環(huán)浸出次數(shù)

圖6為液固比10∶1、反應(yīng)溫度60℃、反應(yīng)時間60 min、硅氟酸濃度93.6 g/L、轉(zhuǎn)速500 r/min條件下，考察循環(huán)次數(shù)對鉛浸出率的影響，每次浸出后加硫化鉛對浸出液進(jìn)行凈化、加硫酸制備硫酸鉛操作，將硫酸鉛制備后酸液進(jìn)行循環(huán)使用，如圖6所示，總計循環(huán)15次。從圖6中可以看出，隨著循環(huán)次數(shù)的增多，鉛浸出率整體呈緩慢下降趨勢，但整體降幅較小。主要原理:在循環(huán)酸洗初期，溶液中雜質(zhì)離子較少，鉛浸出化學(xué)反應(yīng)較為徹底，致鉛浸出率較大;隨著循環(huán)次數(shù)的增多，溶液中可溶性雜質(zhì)離子濃度逐漸升高，有效浸出化學(xué)反應(yīng)速率相對較小，一定程度影響鉛浸出率效果。

圖6 循環(huán)次數(shù)對鉛浸出率的影響

3 結(jié)論

試驗以鉛浸出率為主要考察指標(biāo)，得出較佳浸出控制條件為:反應(yīng)溫度60℃、反應(yīng)時間60 min、硅氟酸濃度 93.6 g/L、液固比 10∶1、轉(zhuǎn)速 500 r/min，按較佳條件進(jìn)行試驗可使鉛陽極泥中的鉛大部分被浸出，浸出率為74.56%。同時，按較佳條件進(jìn)行15次循環(huán)浸出，能使鉛浸出率穩(wěn)定在68%以上。將浸出液經(jīng)活性炭吸附、硫化鉛凈化后制備的硫酸鉛純度可高達(dá)99%以上。

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