銻金精礦隔膜電積預(yù)處理新工藝研究

劉宗強(qiáng)，彭思堯，楊建英，張緒亮，李焌源，雷 杰，楊建廣

（1．懷化湘西金礦設(shè)計(jì)科研有限公司，湖南 沅陵 419607；2．中南大學(xué) 冶金與環(huán)境學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410083；3．江西省環(huán)境工程職業(yè)學(xué)院，江西 贛州 342000）

我國(guó)銻資源儲(chǔ)量和產(chǎn)量均居世界首位［1］。目前，硫化銻礦資源正逐年減少，以脆硫銻鉛礦、高砷鉛銻精礦、低品位銻金精礦等為主的銻礦資源越來(lái)越受重視，尤其是金銻礦，但因?yàn)橛卸旧暗扔泻Τ煞职樯?，且金呈顯微狀態(tài)存在或嵌布在其他礦物內(nèi)，這類礦石很難處理［2－3］。銻金精礦的處理方式可分為2種［4］：1）以提金為主，即打開(kāi)包裹體，然后氰化浸出金。這種方式易形成“二次包裹”［5］；2）以富集金為主，即逐步分離脈石和賤金屬，再回收金。如鼓風(fēng)爐揮發(fā)熔煉—貴銻電解［6］，這種工藝的流程長(zhǎng)、能耗高、煙氣量大、污染重等問(wèn)題難以解決［6－8］。近年來(lái)，也有學(xué)者提出或?qū)嵤┢渌に嚕旱V漿電解法［9］，細(xì)菌氧化法［10－11］，焙燒氧化法［5，12－13］，氣氛中揮發(fā)銻［14］等。

為解決銻金精礦尤其是低品位銻金精礦冶煉工藝存在的諸多問(wèn)題，提出采用銻循環(huán)隔膜電積濕法冶金工藝［15－18］處理銻金精礦。試驗(yàn)主要考察該工藝對(duì)多類銻金精礦處理的適應(yīng)性和主要金屬走向。

1 試驗(yàn)部分

1．1 試驗(yàn)原料

試驗(yàn)所用銻金精礦分別來(lái)自澳大利亞銻業(yè)公司（1＃精礦）、湖南辰州礦業(yè)公司（2＃精礦）及甘肅棗子溝礦（3＃精礦），主要化學(xué)成分見(jiàn)表1。3種精礦中的金、銻、砷物相見(jiàn)表2、3。

表1 精礦主要化學(xué)成分 %

表2 精礦中金物相分布 g／t

表3 精礦中銻、砷物相分布 %

從表1可知：1＃精礦屬于典型高品位銻金礦，鐵、砷等雜質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)低；3＃精礦為低品位復(fù)雜銻金礦，鐵、砷等雜質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高。

物相分析結(jié)果表明：3種精礦中銻主要以輝銻礦形式存在；3＃精礦中金主要被硫化物包裹及以單加連形式存在，這種賦存性質(zhì)不適合氰化浸出，必須經(jīng)預(yù)處理使包裹的金暴露出來(lái)；1＃和2＃精礦中，砷主要以硫化砷形式存在，而3＃精礦中砷主要以毒砂形式存在，還有一定量硫化砷。

1．2 試驗(yàn)工藝流程

圖1 基于隔膜電積的銻金精礦處理工藝流程

銻隔膜電積工藝的實(shí)質(zhì)就是利用陰離子膜將陰、陽(yáng)兩極室分隔開(kāi)來(lái)進(jìn)行電解，陽(yáng)極室中的Sb3＋在電流作用下失去電子轉(zhuǎn)化成Sb5＋，陰極室中的Sb3＋則得到電子轉(zhuǎn)化成銻單質(zhì)。電積結(jié)束后，陰極直接得到電積銻，陽(yáng)極產(chǎn)出的SbCl5溶液則作為氧化劑返回浸出，實(shí)現(xiàn)整個(gè)流程的閉路循環(huán)，無(wú)廢水排放。

1．3 試驗(yàn)方法

1．3．1 浸出試驗(yàn)

浸出試驗(yàn)在密閉燒瓶中進(jìn)行，采用DF－II型集熱式磁力加熱攪拌器攪拌。將一定量SbCl5、HCl和適量添加劑加入到燒瓶中，置于恒溫水浴中加熱，待升溫至一定溫度時(shí)加入精礦并充分?jǐn)嚢?，反?yīng)結(jié)束后進(jìn)行液固分離，用2mol／L稀鹽酸約100mL洗渣2～3次，洗液與浸出液合并，浸出渣烘干、稱重并分析成分。

浸出反應(yīng)為

1．3．2 浸出液還原、凈化試驗(yàn)

浸出液的還原、凈化試驗(yàn)在1 000mL燒瓶中進(jìn)行，規(guī)模為每次500mL浸出液。按所需條件向燒瓶中加入浸出液，并將其置于恒溫油浴中，加入還原劑和凈化劑，并攪拌一定時(shí)間。試驗(yàn)前后分別分析濾液中Sb3＋、Sb5＋、As3＋等雜質(zhì)離子質(zhì)量濃度，計(jì)算雜質(zhì)離子去除率。

還原過(guò)程主要反應(yīng)為

凈化過(guò)程主要反應(yīng)為

1．3．3 電積試驗(yàn)

近年來(lái)，美國(guó)推行重返亞太策略和亞太均衡的活動(dòng)越來(lái)越多，這其中以文化為主要形式的活動(dòng)表現(xiàn)在:“以文化普遍主義反對(duì)文化相對(duì)主義；以普世性價(jià)值壓迫本土性價(jià)值；以工業(yè)文明批判農(nóng)業(yè)文明；以民主主義牽制權(quán)威主義；以抽象人權(quán)限制具體國(guó)權(quán)。”西方文化的強(qiáng)勢(shì)作用極大地影響了泛北部灣區(qū)域國(guó)家的社會(huì)發(fā)展進(jìn)程和政治文化生活，文化霸權(quán)主義是該地的經(jīng)濟(jì)合作面臨重大的文化困境，從而對(duì)中國(guó)與區(qū)域內(nèi)各國(guó)開(kāi)展深入合作產(chǎn)生了一定的威脅。

電積試驗(yàn)在隔膜電解槽中進(jìn)行，采用恒溫水浴控溫。先將裝有陰、陽(yáng)極液的電解槽放入水浴箱中加熱到指定溫度，再放入陰、陽(yáng)極板，在一定電流密度下進(jìn)行電積。電積結(jié)束后，陰極銻板干燥并稱重，分析其中雜質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)。陰、陽(yáng)極發(fā)生的主要反應(yīng)為：

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2．1 浸出

以之前獲得的優(yōu)化工藝條件［17－18］（浸出溫度85℃，［H＋］＝3．5mol／L，液固體積質(zhì)量比8∶1，SbCl5過(guò)量系數(shù)1．1，浸出時(shí)間1．5h）重復(fù)進(jìn)行多次浸出，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 精礦浸出試驗(yàn)結(jié)果 %

由表4可知，在優(yōu)化條件下進(jìn)行浸出，銻浸出率在99%以上，渣中銻質(zhì)量分?jǐn)?shù)＜0．6%，95%以上的金進(jìn)入渣中，砷入渣率高于76%。

2．2 浸出渣物相分析

浸出之后的浸出渣中金、銻和砷的物相分析結(jié)果見(jiàn)表5、6。

表5 浸出渣中金的物相分布 g／t

表6 浸出渣中銻、砷的物相分布 %

對(duì)比浸出前后金的物相及含量變化，可以看出：浸出后，1＃精礦的浸出渣中單加連形式的金的比例增加31%，而硫化物中的金減少30%；2＃精礦的浸出渣中硫化物中的金增加21%；3＃精礦浸出渣中硫化物中的金增加3%，而氧化物和硅酸鹽中的金變化不大。值得指出的是，上述分析數(shù)據(jù)中，2＃精礦的浸出渣中硫化物中的金不減反增，這可能是盡管輝銻礦被大量浸出（解離），但由于輝銻礦解離時(shí)析出的大量單質(zhì)硫在冷卻后又黏附在細(xì)顆粒金表面形成二次包裹導(dǎo)致金物相在硫化物中的含量偏高。但這層包裹態(tài)的硫可以在后續(xù)的除硫過(guò)程中輕易脫除，從而將其包裹的金再次暴露出來(lái)。

對(duì)比浸出前后精礦及浸出渣中銻、砷的物相及含量變化可以看出，3種精礦中的99%以上的輝銻礦都被浸出，其他形式的銻也有部分被浸出。浸出過(guò)程可以顯著破壞原料中硫化礦物相，銻得以浸出進(jìn)入到溶液中，而被其包裹的金則被解離出來(lái)。浸出之后，氧化物形式的砷減少的較多，砷浸出率分別為92%、51%和49%。毒砂和砷酸鹽也有減少，而硫化砷物相變化不大，渣中含砷比例分別提高6%、5%和3%。

2．3 浸出液還原、凈化

浸出液還原試驗(yàn)條件：銻粉用量為將溶液中Sb5＋還原為Sb3＋所需銻粉理論量的1．5倍，還原溫度60℃，反應(yīng)時(shí)間30min。凈化試驗(yàn)條件：凈化劑次亞磷酸鈉用量為將溶液中As3＋還原為單質(zhì)砷所需理論量的1．5倍，反應(yīng)溫度80℃，反應(yīng)時(shí)間90min。對(duì)3種精礦的浸出液進(jìn)行還原除砷，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表7。結(jié)果表明，還原除砷后，溶液中砷質(zhì)量濃度可以降到1～7mg／L，除砷率達(dá)98．5%以上，除砷效果良好。

表7 精礦浸出液凈化試驗(yàn)結(jié)果

2．4 電積

對(duì)凈化后的溶液進(jìn)行電積，電積條件：溫度（42±2）℃，電流密度200～250A／m2，異極距5 cm。電積8h后獲得的電銻板如圖2所示?？梢钥闯?，所得電積銻呈銀灰色，表面平整致密，未發(fā)生“爆銻”現(xiàn)象。陰極銻的ICP－AES分析結(jié)果見(jiàn)表8。

圖2 陰極銻外觀圖

表8 陰極銻的ICP－AES分析結(jié)果 %

對(duì)比國(guó)標(biāo)產(chǎn)品，除雜質(zhì)銅外，試驗(yàn)所得電銻中的主要雜質(zhì)Pb、As、S、Fe等的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與國(guó)標(biāo)要求相當(dāng)。產(chǎn)品中銅質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高的主要原因是所用陰極材質(zhì)為銅合金，而本次驗(yàn)證試驗(yàn)電積時(shí)間較短，所得銻質(zhì)量不多，銻板上粘有少量極板上的銅，導(dǎo)致最終產(chǎn)品銅質(zhì)量分?jǐn)?shù)超標(biāo)。工業(yè)生產(chǎn)中需進(jìn)行長(zhǎng)周期電積，該現(xiàn)象可以有效避免，而且通過(guò)后期的銻板熔鑄過(guò)程也可以除去大部分夾雜的銅。電積過(guò)程主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)見(jiàn)表9，陰極效率可以達(dá)99%以上，槽電壓在1．6～1．8V之間，噸銻電耗小于1 200kWh。

表9 電積過(guò)程主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

3 結(jié)論

隔膜電積工藝對(duì)高、低品位銻金精礦均能有效處理。銻金精礦中99%以上的銻可被浸出，通過(guò)后續(xù)凈化—電積工藝可得到純度99．5%以上的電積銻。采用該工藝浸出時(shí)，還可以實(shí)現(xiàn)金在浸出渣中的富集，控制浸出渣中銻質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0．3%～0．8%，金入渣率可保持在97%以上。不管原料中砷質(zhì)量分?jǐn)?shù)高低與否（本次試驗(yàn)為0．3%～5．65%），通過(guò)本工藝處理后，凈化液中的砷均可以深度脫除到10mg／L以下，銻板中的砷可以降到痕量。

本工藝流程簡(jiǎn)單，對(duì)環(huán)境無(wú)污染，能耗低，生產(chǎn)成本低，是一種節(jié)能環(huán)保的清潔銻冶金新工藝。

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