氯氧鉍脫氯轉(zhuǎn)化為氧化鉍的試驗(yàn)研究

杜新玲， 郭 江， 葛道健

(濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 河南 濟(jì)源 459000)

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氯氧鉍脫氯轉(zhuǎn)化為氧化鉍的試驗(yàn)研究

杜新玲， 郭 江， 葛道健

(濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 河南 濟(jì)源 459000)

針對冶煉渣鉍回收過程中存在氯氧鉍直接還原產(chǎn)生易揮發(fā)的氯化鉍而導(dǎo)致鉍直收率低的問題，提出將氯氧鉍在堿性條件下脫氯轉(zhuǎn)化為氧化鉍，通過正交試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)，得出最佳的脫氯工藝條件：pH值14左右，轉(zhuǎn)化溫度80 ℃，攪拌時間2 h。

氯氧鉍； 氯化鉍； 轉(zhuǎn)型<[中圖分類號] tf817="" [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]="" tf816="" class="emphasis_bold">[中圖分類號] TF817 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] TF816 [文章編號] 1672-6103(2016)03-0076-04[中圖分類號] tf817="" [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]="" tf816=""

1 試驗(yàn)?zāi)康?/h2>

鉍是地殼中一種稀有元素，素有“綠色金屬”之稱，其產(chǎn)品50%以上用于醫(yī)藥和化工領(lǐng)域[1-2]。但鉍在自然界很少形成單獨(dú)的礦床，需要在其他主金屬選礦過程中分離鉍精礦，或是在其他主金屬提取過程中，使鉍富集在副產(chǎn)物，如鉛陽極泥、銅熔煉及吹煉產(chǎn)出的煙塵中等[3-6]。其中，鉛陽極泥含鉍較高，綜合回收利用價值高，受到各企業(yè)的重視。在鉛陽極泥分銀爐氧化精煉過程中，鉍主要進(jìn)入氧化后期的黏渣中[7]。鉍在分銀爐氧化精煉各產(chǎn)物中的分配如表1所示。

表1 鉍在分銀爐氧化精煉各產(chǎn)物中的分配 %

由表1可見，氧化后期渣含鉍高，可作為提取鉍的原料。某廠分銀爐氧化精煉后期渣的成分如表2所示。

表2 某廠分銀爐氧化精煉后期渣的成分 %

圖1 分銀爐氧化鉍渣綜合回收鉍原則工藝流程

傳統(tǒng)的火法回收鉍的工藝流程，存在回收工藝長，循環(huán)渣量大，成本高，回收率低等缺陷，本課題組研發(fā)了一種濕法處理分銀爐渣分離鉍的工藝，鉍渣在熔煉過程中，經(jīng)過充分氧化，絕大多數(shù)以氧化鉍的形式存在，用飽和氯化鈉的鹽酸浸出，使鉍溶解，同時銻、銅等也完全溶解進(jìn)入溶液；再控制pH值使Sb選擇性水解，而Bi與Cu留在溶液中，實(shí)現(xiàn)銻與鉍的分離；之后通過中和，使鉍以氯氧鉍的形式沉淀出來，Cu留在溶液中，從而實(shí)現(xiàn)鉍與銅的分離。得到的氯氧鉍可還原熔煉產(chǎn)出精鉍。其工藝流程如圖1所示。

工業(yè)生產(chǎn)中氯氧鉍的還原溫度控制在1 000 ℃以上。而氯氧氧鉍在430 ℃時，分解成BiCl3和Bi2O3，反應(yīng)方程式為：

(1)

BiCl3極具揮發(fā)性。在熔煉過程中會大量揮發(fā)造成鉍的損失。生產(chǎn)中雖可以在熔體表面覆蓋燒堿捕收劑，吸收揮發(fā)的BiCl3，但捕收效果不理想。實(shí)踐表明，僅有30%的BiCl3得到了有效捕收，70%的BiCl3隨煙氣流失[8]。故在氯氧鉍進(jìn)入還原熔煉工序前增加氯氧鉍濕法轉(zhuǎn)型工序，將氯氧鉍轉(zhuǎn)型為三氧化二鉍，降低還原熔煉過程中鉍的損失。

2 試驗(yàn)

2.1 原料

試驗(yàn)所用氯氧鉍為分銀爐渣經(jīng)氯化浸出、水解沉銻、中和沉鉍所得的氯氧鉍，其成分如表3所示。

表3 氯氧鉍的主要成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)) %

2.2 試劑儀器

試驗(yàn)所用試劑儀器如表4所示。

表4試驗(yàn)儀器設(shè)備一覽表

名稱數(shù)量型號產(chǎn)地備注恒溫水浴鍋476-1江蘇金壇攪拌器(磁力攪拌器)485-2江蘇金壇攪拌子4紅外干燥箱1766-1上海特成機(jī)械設(shè)備酸度計(jì)1PHS-3C上海精密科學(xué)儀器標(biāo)液試劑2份電子天平1FA2004B上海正大計(jì)量物資

2.3 分析方法

試驗(yàn)采用的分析方法為：鉍、銻采用EDTA滴定法；鉛采用配合滴定法；銅采用碘量法；砷采用溴酸鉀法。

3 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

3.1 濕法轉(zhuǎn)型原理

氯氧鉍的濕法轉(zhuǎn)型，是在堿性條件下，在一定溫度范圍內(nèi)發(fā)生反應(yīng)生成氧化鉍，轉(zhuǎn)型過程有如下反應(yīng)[9]：

(2)

(3)

(4)

(5)

3.2 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果

試驗(yàn)采用正交設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)因素為對轉(zhuǎn)型率影響較大的浸出液溫度、pH值、浸出時間。試驗(yàn)結(jié)果見表5。

根據(jù)正交試驗(yàn)結(jié)果，分別分析浸出液溫度、pH值、浸出時間3個因素的效應(yīng)曲線，探尋不同參數(shù)對轉(zhuǎn)型效果的影響程度，并確定轉(zhuǎn)型工藝的主要影響因素。

表5正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果

試驗(yàn)A(浸出液溫度)B(pH值)C(反應(yīng)時間)轉(zhuǎn)型率/%11(50℃)1(8)1(2h)88.2121(50℃)2(11)2(4h)89.9631(50℃)3(14)3(6h)90.9742(65℃)1(8)1(2h)90.1952(65℃)2(11)2(4h)90.6762(65℃)3(14)3(6h)92.0673(80℃)1(8)1(2h)91.0483(80℃)2(11)2(4h)91.5393(80℃)3(14)3(6h)92.14均值189.71389.81390.600均值290.97390.97290.763均值391.57091.72390.893極差1.8571.9100.293

3.2.1 溫度對轉(zhuǎn)型率的影響

溫度對轉(zhuǎn)型率的影響如圖2所示。

圖2 溫度對轉(zhuǎn)型率的影響

從圖2可以看出，轉(zhuǎn)型率隨溫度的上升迅速增加，溫度從50 ℃上升到85 ℃時轉(zhuǎn)型率從89.71%增加到91.6%，溫度進(jìn)一步上升，轉(zhuǎn)型率增幅減緩。

綜合考慮能耗等因素，溫度選80 ℃左右。

3.2.2 pH值對轉(zhuǎn)型率的影響

pH值對轉(zhuǎn)型率的影響如圖3所示。

圖3 pH對轉(zhuǎn)型率的影響

從圖3可知，當(dāng)pH值由8增加到14時，轉(zhuǎn)型率由89.60%增加到91.75%，增加幅度大。進(jìn)一步增大pH值轉(zhuǎn)型率還會增大，但會造成堿的消耗增加?？傮w來說，pH值對轉(zhuǎn)型率影響較小，但對溶液中雜質(zhì)元素影響很大，隨著pH值的增大，即氫氧化鈉濃度升高，溶液中雜質(zhì)砷和銻含量降低，隨鉍水解沉淀的砷、銻含量增加，氧化鉍固體純度越低。故較合適的pH值控制在14。

3.2.3 反應(yīng)時間對轉(zhuǎn)型率的影響

反應(yīng)時間對轉(zhuǎn)型率的影響如圖4所示。

圖4 反應(yīng)時間對轉(zhuǎn)型率的影響

由圖4可知，反應(yīng)時間由2 h延長到6 h，轉(zhuǎn)型率由91.50%增加到92.50%，增幅較小，故從能耗角度考慮，反應(yīng)時間控制在2 h即能滿足工藝要求，進(jìn)一步延長反應(yīng)時間不利于生產(chǎn)效率的提高。

由于pH值相差最大，所以本試驗(yàn)最主要的影響因素為B(pH值)，其次為A(溫度)；各因素的最高點(diǎn)即A3、B3、C3為本次試驗(yàn)最佳工藝條件；各因素主次關(guān)系為B- A- C。

故濕法轉(zhuǎn)型反應(yīng)條件：控制pH值14左右，溫度80 ℃以上，攪拌2 h。

4 結(jié)論

(1)pH值的增加，有利于氯氧鉍轉(zhuǎn)型率的提高，但同時會增加產(chǎn)物中雜質(zhì)的含量，故控制pH值在14左右；轉(zhuǎn)型溫度對轉(zhuǎn)型率的影響較小，故可控制溫度在80 ℃左右；攪拌時間超過2 h后，進(jìn)一步延長攪拌時間，對氯氧鉍的轉(zhuǎn)型率影響較小，但會增加過程能量消耗，降低生產(chǎn)率。

(2)氯氧鉍轉(zhuǎn)型的最佳工藝條件為：pH值14左右，溫度80 ℃以上，攪拌2 h。

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Test study on bismuth oxide transformation by dechlorination of bismuth oxychloride

DU Xin-ling， GUO Jiang， GE Dao-jian

A novel technology of bismuth oxide prepared from bismuth oxychloride dechlorination under alkaline conditions was investigated and proposed to address low bismuth recovery from smelting slag, because of volatile bismuth chloride generated from direct reduction of bismuth oxychloride. By orthogonal experiment design, the optimum conditions of BOCl transformation include: pH value was about 14, transformation temperature 80 ℃, and stirring time 2 h.

bismuth oxychloride; bismuth chloride; transformation

杜新玲(1972—)，女，河南濟(jì)源人，碩士學(xué)位，副教授，研究方向：有色金屬冶煉及其工業(yè)應(yīng)用。

濟(jì)源市科技局科技公關(guān)項(xiàng)目《鉛鉍合金及分銀爐渣回收精鉍新工藝研究》(項(xiàng)目編號10032013)

2015-05-27

2015-12-09

1672-6103(2016)03-0076-04

TF816 [文章編號] 1672-6103(2016)03-0076-04

TF817 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] TF816 [文章編號] 1672-6103(2016)03-0076-04