鉍精礦加壓氧化氨浸高效分離銅、硫和鉍①

伏彩萍

（湖南柿竹園有色金屬有限責(zé)任公司，湖南 郴州423037）

鉍及其化合物具有優(yōu)良的性能，廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)各個領(lǐng)域［1-4］。 我國鉍資源儲量位居世界第一，又以湖南柿竹園多金屬礦區(qū)鉍儲量最大［5-6］。 鉍礦物大都與鎢、鉬、銅等金屬礦物共生，通常產(chǎn)出的鉍精礦含有一定量的銅［7-8］。 近年來，隨著銅鉍資源日益衰竭及貧細(xì)雜化，選礦分離難度越來越大，生產(chǎn)成本越來越高，開發(fā)新的分離工藝極為迫切和重要。 本文根據(jù)湖南柿竹園鉍精礦的組成特點及相關(guān)元素的化學(xué)性質(zhì)，采用加壓氧化氨浸工藝進(jìn)行鉍與銅、硫的分離。

1 實 驗

1.1 實驗原料及裝置

實驗所用原料為柿竹園選礦所得鉍精礦，其主要成分見表1，XRD 分析見圖1。 從圖1 可見，鉍精礦中主要包括輝鉍礦、輝鉬礦、黃鐵礦、石英、黃銅礦、方鉛礦和螢石。

表1 鉍精礦主要元素化學(xué)分析結(jié)果（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）／%

圖1 鉍精礦XRD 圖譜

主要試劑包括氨水（20%）、氧氣（98%），均為工業(yè)級。

試驗裝置主要包括GSHA-Z 型2L 加壓反應(yīng)釜、電子恒速攪拌器、真空抽濾設(shè)備、電熱恒溫干燥箱。

1.2 實驗方法

先將計量鉍精礦與氨水加入壓力釜中，再按液固比往釜內(nèi)加水，攪拌均勻，封閉釜體，設(shè)定攪拌速度和升溫程序，開啟加熱與攪拌，待溫度升至預(yù)定溫度后，通入氧氣調(diào)整釜壓至預(yù)定值，保持溫度和壓力恒定。反應(yīng)達(dá)到設(shè)定時間后，停止加熱，通冷卻水降溫至70 ℃以下，開釜舀出漿料，真空抽濾，濾餅用水調(diào)漿加熱洗滌，烘干濾餅，分析濾餅中銅、硫含量及濾液中鉍含量，由此計算出銅、硫及鉍浸出率。

2 實驗結(jié)果與討論

2.1 氨水用量對銅、硫、鉍浸出率的影響

鉍精礦250 g，液固比4 ∶1，釜壓2.8 MPa，浸出溫度160 ℃，浸出時間5 h，氨水用量對銅、硫、鉍浸出率的影響見圖2。

圖2 氨水用量對銅、硫、鉍浸出率的影響

圖2 顯示，銅、硫浸出率均隨氨水用量增加而增加，當(dāng)氨水用量為450 mL 時，銅、硫浸出率分別達(dá)到92.64%和92.75%；之后，繼續(xù)增加氨水用量，銅、硫浸出率基本保持不變。 鉍浸出率均小于0.1%，基本進(jìn)入渣中，銅、硫與鉍分離效果好。 因此，選擇氨水用量為450 mL／250 g鉍精礦，即1.8 mL／g。

2.2 浸出溫度對銅、硫、鉍浸出率的影響

氨水用量1.8 mL／g，其他條件不變，浸出溫度對銅、硫、鉍浸出率的影響見圖3。 圖3 顯示，當(dāng)浸出溫度由100 ℃升至160 ℃時，銅、硫浸出率分別由72.58%、70.68%增至93.27%和92.96%；之后，繼續(xù)升高溫度至180 ℃時，銅、硫浸出率基本不變；當(dāng)溫度升至200 ℃時，銅、硫浸出率降低。 這是因為溫度過高會促使硫轉(zhuǎn)變?yōu)殡y溶化合物，造成礦漿粘稠，銅、硫浸出率降低。 鉍浸出率小于0.1%。 因此，浸出溫度選擇160 ℃。

圖3 浸出溫度對銅、硫、鉍浸出率的影響

2.3 浸出時間對銅、硫、鉍浸出率的影響

浸出溫度160 ℃，其他條件不變，浸出時間對銅、硫、鉍浸出率的影響見圖4。 從圖4 可以看出，在2～3 h內(nèi)，銅、硫浸出率隨浸出時間延長而顯著增大；繼續(xù)延長浸出時間，銅、硫浸出率緩慢增加；浸出5 h 后，銅、硫浸出率分別達(dá)到93.74%和92.17%。 鉍浸出率小于0.1%。 綜合考慮，反應(yīng)時間選擇5 h 較合適。

2.4 釜壓對銅、硫、鉍浸出率的影響

浸出時間5 h，其他條件不變，釜壓對銅、硫、鉍浸出率的影響見圖5。 從圖5 可以看出，銅、硫浸出率隨釜壓增加而增加。 當(dāng)釜壓由1.0 MPa 升至2.0 MPa時，銅、硫浸出率由65.32%、61.25%分別增至90.53%、84.86%；之后，繼續(xù)增加釜壓，銅、硫浸出率緩慢增加，當(dāng)釜壓增至2.8 MPa 時，銅、硫浸出率分別為92.65%、92.21%。 這是因為銅、硫主要以硫化物形態(tài)存在，增加釜壓能提高氧氣濃度，促進(jìn)銅、硫氧化浸出；當(dāng)銅、硫氧化完全后，繼續(xù)增加釜壓不能促進(jìn)反應(yīng)進(jìn)行，銅、硫浸出率增幅降低甚至不變。 鉍基本入渣，銅、硫與鉍分離效果好。 因此，選擇釜壓為2.8 MPa。

圖5 釜壓對銅、硫、鉍浸出率的影響

2.5 浸出液固比對銅、硫、鉍浸出率的影響

釜壓2.8 MPa，其他條件不變，液固比對銅、硫、鉍浸出率的影響見圖6。 從圖6 可以看出，液固比由1 ∶1增至4 ∶1，銅、硫浸出率分別由52.53%、50.32%增至93.65%、92.23%；之后，繼續(xù)增加浸出液固比，銅、硫浸出率反而略有下降，這是因為隨著液固比增加，氨水濃度降低。 因此，液固比選擇4 ∶1較宜。

圖6 液固比對銅、硫、鉍浸出率的影響

2.6 綜合性試驗

根據(jù)最佳實驗條件進(jìn)行了綜合性實驗。 實驗條件為：鉍精礦250 g，氨 水450 mL，液固 比4 ∶1，釜壓2.8 MPa，浸出溫度160 ℃，浸出時間5 h，攪拌速度600 r／min。 實驗結(jié)果見表2。

表2 綜合性試驗結(jié)果

表2 顯示，在最佳工藝條件下，鉍精礦經(jīng)加壓氧化氨浸后，銅、硫浸出率分別達(dá)93.57%和92.87%。 浸出液中鉍、鐵含量均小于0.001 g／L，說明鉍、鐵全部入渣，實現(xiàn)了銅、硫與鉍、鐵的高效分離，為銅、硫及鉍的高效綜合回收奠定基礎(chǔ)。

在最佳工藝條件下得到的浸出渣XRD 分析見圖7。 結(jié)果顯示，圖譜中主峰為氧化鉍，已不見輝鉬礦、黃鐵礦、黃銅礦等物相，說明鉍精礦經(jīng)過加壓氧化氨浸，硫化鉍基本轉(zhuǎn)化為氧化鉍，鉍精礦中硫氧化較徹底，渣中已不見硫化物晶相。

圖7 浸出渣XRD 圖譜

鉍精礦經(jīng)加壓氧化氨浸后，其中的輝鉍礦、黃銅礦、輝鉬礦、黃鐵礦晶相均消失，并產(chǎn)生了氧化鉍的新物相，為下步鉍的清潔高效回收創(chuàng)造了條件。

3 結(jié) 論

1） 鉍精礦經(jīng)加壓氧化氨浸濕法冶金工藝可實現(xiàn)銅硫與鉍的高效分離，為后續(xù)銅、硫、鉍的綜合回收創(chuàng)造了有利條件。

2） 鉍精礦經(jīng)加壓氧化氨浸后銅、硫進(jìn)入溶液，鉍以氧化物形態(tài)進(jìn)入浸出渣中，在優(yōu)化浸出工藝條件下，銅、硫的浸出率分別為93.57%和92.87%。

3） 采用濕法冶金分離工藝，不僅能夠綜合回收有價金屬銅，而且能解決鉍精礦火法冶煉成本高及低濃度SO2煙氣污染環(huán)境等問題。