鉑鈀精礦酸浸與還原工藝的試驗(yàn)探索

王亞?wèn)| 房孟釗 黃向祥 趙浩然

(1.大冶有色金屬有限責(zé)任公司，湖北 黃石 435002；2.有色金屬冶金與循環(huán)利用湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 黃石 435002)

0 前言

某冶煉廠主要從自產(chǎn)的銅陽(yáng)極泥提取碲，生產(chǎn)99.99%以上的碲錠[1-5]。隨著銅陽(yáng)極泥物料的緊缺和價(jià)格的上漲，通過(guò)外購(gòu)銅陽(yáng)極泥來(lái)提高碲錠產(chǎn)量變得越來(lái)越困難[6-10]。雖然碲市場(chǎng)價(jià)格不斷變化，但碲錠作為企業(yè)最有價(jià)值的副產(chǎn)品，是企業(yè)利潤(rùn)的增長(zhǎng)點(diǎn)，一直被高度重視，所以碲錠的產(chǎn)量在逐年增長(zhǎng)。在銅陽(yáng)極泥產(chǎn)量無(wú)法保證的不利局面下，如何實(shí)現(xiàn)碲錠產(chǎn)量的增長(zhǎng)一直是生產(chǎn)車間面臨的問(wèn)題。為此，只有通過(guò)不斷改進(jìn)碲的工藝流程[11-15]，才能提高碲的產(chǎn)量。鉑鈀精礦預(yù)處理的酸浸工序以及后續(xù)的三次還原工序的流程很長(zhǎng)，酸浸液中的貴金屬金、鉑、鈀較分散，還原劑亞硫酸鈉用量大、利用率低，造成碲的損失量較大，直收率較低。因此，針對(duì)鉑鈀精礦酸浸與還原工序進(jìn)行試驗(yàn)探索，簡(jiǎn)化工藝流程，將酸浸液中的貴金屬金、鉑、鈀與碲徹底分離，以降低生產(chǎn)成本、提高碲的直收率非常有必要，也是形勢(shì)所迫。

1 改進(jìn)前的工藝流程

1.1 試驗(yàn)原料

某冶煉廠從銅陽(yáng)極泥中提取碲，在生產(chǎn)過(guò)程中，通過(guò)鋅粉置換和水解方法將金、鉑、鈀、碲富集，得到鉑鈀精礦[16]，鉑鈀精礦的品位見(jiàn)表1。

表1 鉑鈀精礦的品位

1.2 改進(jìn)前的生產(chǎn)工藝流程

為了從鉑鈀精礦中回收金屬碲，目前實(shí)際生產(chǎn)中采用酸浸及三次還原工藝，工藝流程如圖1 所示。在整個(gè)工藝流程中，酸浸工序分離貴金屬，一次還原工序回收貴金屬金、鉑、鈀，二次還原工序回收大部分碲，三次還原工序回收剩余的碲，保證還原后液達(dá)標(biāo)排放。

1.3 目前工藝流程存在的問(wèn)題

根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)參數(shù)，按照約2 ∶1 的液固比，將4 000 kg 鉑鈀精礦與水加入35%的工業(yè)鹽酸中。在浸出試驗(yàn)過(guò)程中保持鹽酸濃度為4.5 mol/L，攪拌4 h 后過(guò)濾，得到酸浸渣和酸浸液，然后測(cè)量酸浸液的終點(diǎn)電位和金、鉑、鈀、碲的含量。酸浸液電位為615 mV，其他化驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。由表2 可知，酸浸液的電位較高，說(shuō)明整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中酸浸液的氧化性比較強(qiáng)；此外，雖然碲的浸出率很高，但是大部分貴金屬金、鉑、鈀也被浸出并進(jìn)入酸浸液中，碲與貴金屬?zèng)]有徹底分離。

圖1 改進(jìn)前的酸浸與還原工藝流程

表2 酸浸試驗(yàn)結(jié)果

目前，在實(shí)際生產(chǎn)中，為了保證進(jìn)入酸浸液中的金、鉑、鈀完全還原，一般在一次還原工序中加入15包(25 kg/包)亞硫酸鈉。取實(shí)際生產(chǎn)的酸浸液與一次還原后液進(jìn)行化驗(yàn)分析，結(jié)果見(jiàn)表3。從表3 可知，經(jīng)過(guò)一次還原工序，在酸浸液中的金、鉑、鈀徹底還原沉淀的同時(shí)，大量的碲也被還原沉淀進(jìn)入貴金屬渣中，導(dǎo)致碲的直收率下降。

表3 實(shí)際生產(chǎn)的酸浸液與一次還原后液的化驗(yàn)結(jié)果 mg/L

此外，目前采用的酸浸和三次還原工序的流程很長(zhǎng)，還原劑亞硫酸鈉用量大、利用率低，造成碲的損失量較大，直收率較低。

2 酸浸與還原工序的試驗(yàn)探索

為了縮減鉑鈀精礦酸浸與還原的工序、有效縮短碲的生產(chǎn)周期、降低生產(chǎn)成本、減少亞硫酸鈉用量，針對(duì)酸浸和還原工序進(jìn)行試驗(yàn)探索。對(duì)于酸浸工序，通過(guò)控制操作電位，加入中間物料堿浸渣和凈化渣，驗(yàn)證是否可以一步將鉑鈀精礦中的金、鉑、鈀與碲徹底分離；針對(duì)碲的還原工序，通過(guò)調(diào)整亞硫酸鈉的添加方式，控制終點(diǎn)電位，驗(yàn)證是否可以一步將酸浸液中的碲完全還原沉淀。

2.1 試驗(yàn)原理

試驗(yàn)主要發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)有:

2.2 結(jié)果與討論

2.2.1 酸浸試驗(yàn)

實(shí)際的生產(chǎn)中，酸浸工序的原料是鉑鈀精礦、堿浸渣和凈化渣。堿浸渣是碲精煉過(guò)程中造液工序產(chǎn)生的廢渣，凈化渣是碲精煉過(guò)程中凈化工序產(chǎn)生的廢渣，它們含有不等量的碲。為了提高整個(gè)碲生產(chǎn)的回收率，將堿浸渣和凈化渣都返回到鉑鈀精礦中參與酸浸反應(yīng)。實(shí)際生產(chǎn)中，加入堿浸渣和凈化渣后，通過(guò)觀察電位發(fā)現(xiàn)，酸浸液的電位在降低，這說(shuō)明堿浸渣和凈化渣具有一定的還原性。通過(guò)對(duì)堿浸渣和凈化渣進(jìn)行檢測(cè)分析，發(fā)現(xiàn)它們的主要成分是單質(zhì)碲，而單質(zhì)碲在一定的條件下可以對(duì)酸浸溶液中的金、鉑、鈀起還原作用，所以金、鉑、鈀可被還原進(jìn)入酸浸渣中，碲則進(jìn)入酸浸液中。

為了進(jìn)一步驗(yàn)證堿浸渣和凈化渣的還原性，根據(jù)酸浸工序中物料組成的不同，進(jìn)行了5 組對(duì)比試驗(yàn):①不添加堿浸渣和凈化渣，只有鉑鈀精礦4 000 kg；②加入鉑鈀精礦4 000 kg，再配入凈化渣350 kg；③鉑鈀精礦4 000 kg，再配入凈化渣500 kg；④加入鉑鈀精礦4 000 kg，再配入堿浸渣350 kg；⑤加入鉑鈀精礦4 000 kg，再配入堿浸渣500 kg。將這5 組試驗(yàn)的酸浸液與實(shí)際生產(chǎn)的一次還原后液進(jìn)行對(duì)比，測(cè)量每組試驗(yàn)的電位，并且化驗(yàn)酸浸液的成分，酸浸液對(duì)比結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 對(duì)比試驗(yàn)的酸浸液成分分析

通過(guò)與空白試驗(yàn)①進(jìn)行對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，試驗(yàn)②與③的酸浸液的電位明顯下降，酸浸液中的金、鉑、鈀含量降低，說(shuō)明貴金屬都被還原沉淀，凈化渣具有還原性；試驗(yàn)④與⑤的酸浸液的電位也明顯下降，酸浸液中的金、鉑、鈀含量降低，說(shuō)明貴金屬都被還原沉淀，堿浸渣具有還原性。從表4 還可以看出，在鉑鈀精礦酸浸工序中，加入的堿浸渣或凈化渣的量越大，酸浸液的電位降低越明顯，同時(shí)酸浸液中的貴金屬含量越低。對(duì)比實(shí)驗(yàn)④的酸浸液與實(shí)際生產(chǎn)的一次還原后液后發(fā)現(xiàn)，兩種溶液中的貴金屬含量很接近，這說(shuō)明在鉑鈀精礦中加入一定量堿浸渣或凈化渣直至酸浸液的電位降至380 mV 以下時(shí)，就可以將鉑鈀精礦中的碲與貴金屬?gòu)氐追蛛x，不需要再添加亞硫酸鈉進(jìn)行一次還原工藝。

綜上所述，鉑鈀精礦進(jìn)行酸浸時(shí)，通過(guò)控制電位，在鉑鈀精礦中加入一定量的堿浸渣或凈化渣，直至酸浸液中的電位降至400 mV 以下，鉑鈀精礦中的貴金屬將被徹底還原沉淀進(jìn)入酸浸渣中，可以省去一次還原工序，降低生產(chǎn)成本。

2.2.2 亞硫酸鈉還原試驗(yàn)

實(shí)際生產(chǎn)中，為了將酸浸液中的碲徹底還原沉淀，需在一次還原工藝后增加二次還原與三次還原兩道工序，因此亞硫酸鈉的用量很大。兩道還原工序中亞硫酸鈉的加入量至少在60 包以上，不僅亞硫酸鈉的利用率較低，而且生產(chǎn)成本很高。

2.2.2.1 改變亞硫酸鈉的添加方式

實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，亞硫酸鈉添加的速度過(guò)快，大于攪拌混勻的速度，導(dǎo)致溶液上層SO2飽和逸出，這是造成亞硫酸鈉利用率低、碲還原不徹底的主要原因。因此，對(duì)現(xiàn)有工藝進(jìn)行如下改進(jìn):1)控制液面高度，使溶液剛好淹沒(méi)加熱盤管與側(cè)擋板，以改進(jìn)攪拌效果；2)亞硫酸鈉的添加需緩慢勻速，在0.5 h 內(nèi)添加10 包；3)亞硫酸鈉分多次添加，每加完10 包間隔0.5 h；4)監(jiān)控溶液的電位，確定合理的反應(yīng)終點(diǎn)。

2.2.2.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

采用以上改進(jìn)措施，進(jìn)行了兩次還原試驗(yàn)，兩次試驗(yàn)的二次還原液成分分析結(jié)果見(jiàn)表5。從表5 可知，兩次還原試驗(yàn)均加入了38 包亞硫酸鈉，電位均降至300 mV 以下，酸浸液中的碲被還原得較為徹底，無(wú)需再進(jìn)行三次還原工序。因此，改變亞硫酸鈉的添加方式，控制溶液終點(diǎn)電位，不僅可以提高亞硫酸鈉的利用率，徹底還原酸浸液中的碲，而且可以省去三次還原工序，進(jìn)一步減少亞硫酸鈉的用量，進(jìn)而降低生產(chǎn)成本。

表5 兩次還原試驗(yàn)的二次還原液成分分析

3 改進(jìn)后的工藝流程

通過(guò)酸浸試驗(yàn)與亞硫酸鈉還原試驗(yàn)的探索論證，現(xiàn)采用的工藝流程可以省去一次還原工序及三次還原工序，新的鉑鈀精礦酸浸還原工藝流程如圖2 所示。改進(jìn)后的工藝不僅大大簡(jiǎn)化了生產(chǎn)流程，提高生產(chǎn)效率，而且降低生產(chǎn)成本。

工藝改進(jìn)后，每批次加入的亞硫酸鈉減少了25 包，全年生產(chǎn)100 批次，則全年節(jié)約藥劑成本16.25 萬(wàn)元；每批次可多回收16 g 鈀、10 g 金，全年可多回收1.6 kg 鈀，1 kg 金，則全年多回收的產(chǎn)品可產(chǎn)生效益約100 萬(wàn)。全年總計(jì)產(chǎn)生的效益約為116.25 萬(wàn)元。

4 結(jié)論

圖2 簡(jiǎn)化工藝流程圖

1)鉑鈀精礦酸浸液具有較強(qiáng)的氧化性，中間物料堿浸渣和凈化渣的主要成分是單質(zhì)碲，具有一定的還原性。在鉑鈀精礦的酸浸工序中加入一定量的堿浸渣或凈化渣，使酸浸液中的電位降至400 mV 以下，貴金屬金、鉑、鈀將完全被還原進(jìn)入酸浸渣中。

2)通過(guò)改變亞硫酸鈉的添加方式和控制電位降至300 mV 以下，不僅可以提高亞硫酸鈉的利用率，還可以一次徹底還原酸浸液中的碲。

綜上，通過(guò)酸浸試驗(yàn)和還原試驗(yàn)的探索，簡(jiǎn)化了鉑鈀精礦的酸浸和還原工藝，取消了原工藝的一次還原工序和三次還原工序，不僅縮短了碲的生產(chǎn)周期，而且降低了生產(chǎn)成本。