用氯化焙燒—水浸工藝從鎢尾礦中提取有價金屬銣鋰鉀

楊華玲，王華來，趙 玲，崔含月，魏曉倩，商艷芳

(南通大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院，江蘇 南通 226019)

鎢礦尾礦中含有銣、鋰、鉀等有價金屬元素，具有工業(yè)回收價值[1]。銣主要賦存在鉀長石(天河石)及鐵鋰云母中，傳統(tǒng)的提取工藝較復(fù)雜，成本較高，能耗較大[2-4]。近年來，采用氯化焙燒法[4-9]從鎢尾礦中提取銣工藝得到研究，但大多只限于從尾礦中回收銣[9-12]，對鋰、鉀的回收涉及的不多。試驗研究采用焙燒—水浸工藝處理鎢礦尾礦，同時提取銣、鉀、鋰，以期為鎢礦尾礦經(jīng)濟處理提供合理方法。

1 原料、試劑與設(shè)備

礦樣取自江西贛州，為石英脈型黑鎢礦尾礦，其中主要金屬元素鎢已被提取(質(zhì)量分數(shù)為0.035%)，鉀品位高達4.33%，銣和鋰品位為0.14%和0.34%，具有一定回收價值。鎢尾礦主要化學(xué)組成見表1。

表1 鎢尾礦主要化學(xué)組成 %

試驗試劑：無水氯化鈣，氯化鈉，均為分析純，國藥集團化學(xué)試劑有限公司產(chǎn)品。

試驗設(shè)備：高速粉碎機，馬弗爐，恒溫水浴鍋，過濾裝置等。

2 試驗原理與方法

礦樣首先粉碎至粒度-0.5 mm，與氯化劑(氯化鈣和氯化鈉)按一定質(zhì)量比充分混合，然后在馬弗爐中高溫焙燒，其中的銣、鋰、鉀氧化物與CaCl2和NaCl反應(yīng)形成易溶氯化鹽，反應(yīng)式[8-12]為

(1)

式中，Me代表銣、鋰和鉀。

焙燒產(chǎn)物(氯化鹽)與純水按一定液固質(zhì)量比混合，恒溫攪拌一定時間后過濾，收集濾液并分析濾液中銣、鋰、鉀質(zhì)量濃度，按式(2)計算銣、鉀、鋰浸出率。

(2)

式中：E—銣、鋰、鉀浸出率，%；wt—焙砂中銣、鋰、鉀質(zhì)量分數(shù)，%；wa—浸出渣中銣、鋰、鉀質(zhì)量分數(shù)，%；mt—焙砂質(zhì)量，g；ma—浸出渣質(zhì)量，g。

3 試驗結(jié)果與討論

3.1 尾礦粒度對銣、鋰、鉀浸出的影響

CaCl2、NaCl與尾礦按質(zhì)量比3∶3∶10混合，在950 ℃下焙燒2 h，所得焙砂與純水混合，尾礦粒度對銣、鋰、鉀浸出率的影響試驗結(jié)果見表2?？梢钥闯觯何驳V粒度對銣、鋰、鉀浸出率影響不大。綜合考慮，確定尾礦粒度以-0.5 mm占95%為宜。

表2 原料粒度對金屬浸出的影響

3.2 氯化劑加入量對銣、鋰、鉀浸出的影響

固體氯化劑有NaCl、CaCl2、FeCl3、MgCl2等，工業(yè)上常用NaCl和CaCl2。將CaCl2和NaCl按一定質(zhì)量比混合，再與尾礦(粒度-0.5 mm占95%)充分混合，然后放入馬弗爐中，于950 ℃下焙燒2 h，所得焙砂與純水混合，考察氯化劑與尾礦質(zhì)量比對銣、鋰、鉀浸出率的影響，試驗結(jié)果見表3。

表3 氯化劑與尾礦質(zhì)量比對金屬浸出的影響

由表3看出：CaCl2、NaCl與尾礦質(zhì)量比為2∶2∶10條件下，銣、鋰、鉀浸出率均達最大。綜合考慮，試驗確定氯化劑與尾礦質(zhì)量比以m(CaCl2)∶m(NaCl)∶m(焙砂)=2∶2∶10為宜。

控制CaCl2與NaCl質(zhì)量比為2∶2，改變其總量(相對于尾礦質(zhì)量)，考察其對銣、鋰、鉀浸出率的影響，試驗結(jié)果如圖1所示?？梢钥闯觯弘S氯化劑加入總量增加，銣、鋰、鉀浸出率提高；氯化劑總量增至60%后，繼續(xù)增加用量，銣浸出率有一定幅度提高，但鋰、鉀浸出率提高幅度不大。綜合考慮，確定氯化劑最佳加入量為尾礦質(zhì)量的60%，即CaCl2、NaCl和尾礦質(zhì)量比為3∶3∶10。

圖1 氯化劑加入量對銣、鋰、鉀浸出率的影響

3.3 焙燒溫度對銣、鋰、鉀浸出的影響

高溫焙燒可以破壞金屬氧化物的結(jié)構(gòu)，使形成可溶性氯化物。尾礦粒度-0.5 mm占95%，CaCl2、NaCl與尾礦質(zhì)量比為3∶3∶10，焙燒時間2 h，焙砂用水浸出，焙燒溫度對銣、鋰、鉀浸出率的影響試驗結(jié)果如圖2所示?？梢钥闯觯恒?、鋰、鉀浸出率隨焙燒溫度升高明顯提高，溫度升至950 ℃時，銣浸出率達87.4%，鋰、鉀浸出率分別為84.5%和83.7%；繼續(xù)升高焙燒溫度，3種金屬浸出率提高不明顯，反而出現(xiàn)焙砂熔融現(xiàn)象。綜合考慮，確定適宜焙燒溫度為950 ℃。

圖2 焙燒溫度對銣、鋰、鉀浸出率的影響

3.4 焙燒時間對銣、鋰、鉀浸出的影響

尾礦粒度-0.5 mm占95%，CaCl2、NaCl與尾礦質(zhì)量比為3∶3∶10，在950 ℃下焙燒，焙燒時間對銣、鋰、鉀浸出率的影響試驗結(jié)果如圖3所示?？梢钥闯觯轰嚒⑩浗雎孰S焙燒時間延長基本保持不變；銣浸出率在焙燒時間2 h內(nèi)明顯提高，超過2 h后趨于穩(wěn)定。綜合考慮，確定適宜焙燒時間為2 h。

圖3 焙燒時間對銣、鋰、鉀浸出率的影響

3.5 焙砂中銣、鋰、鉀的水浸

試驗中，將高溫焙燒后所得焙砂與純水按一定液固質(zhì)量比混合，在50 ℃下恒溫攪拌浸出2 h，過濾后得到浸出液，浸出液固質(zhì)量比對銣、鋰、鉀浸出率的影響試驗結(jié)果如圖4所示?？梢钥闯?，當(dāng)液固質(zhì)量比增大至2∶1后，銣、鋰、鉀浸出率基本穩(wěn)定，變化不大?？紤]到實際工業(yè)設(shè)備負載情況，礦漿濃度及浸出液中銣、鋰、鉀濃度范圍，確定浸出液固質(zhì)量比以2∶1為宜。

圖4 浸出液固質(zhì)量比對銣、鋰、鉀浸出率的影響

浸出溫度對焙砂中銣、鋰、鉀浸出率幾乎沒有影響(見圖5)，因此，高溫焙砂可直接用純水，按液固質(zhì)量比2∶1，在常溫下混合浸出。

圖5 浸出溫度對銣、鉀、鋰浸出率的影響

4 結(jié)論

鎢礦尾礦中存在銣、鋰、鉀，采用氯化焙燒—水浸工藝可加以回收。CaCl2、NaCl與鎢尾礦按質(zhì)量比3∶3∶10混合，在950 ℃下焙燒2 h，然后將焙燒產(chǎn)物與水按液固質(zhì)量比2∶1、常溫下浸出，結(jié)果銣、鋰、鉀浸出率分別為87.6%、75.9%和75.6%，回收效果較好。