国内铋湿法冶金技术
铋是一种”绿色”稀有金属,在地壳中的丰度和银相当。主要铋矿物有:辉铋矿(BiZS3 >.铋华(Bi2O3)和泡铋矿(nBi2O3mH2O ) .铋一般作为钨、铂、铅、铜、锡冶炼过程中的副产品回收。
我国铋资源丰富,储量总计50 ~ 60万t,集中分布在湖南、广东、江西、云南四省。湖南柿竹园有色金属矿铋的储量占全国总量的7400,具有品位高、易开采等特点,是我国重要的铋原料基地。
高品位铋精矿的处理,大都采用火法反射炉熔炼,铋精矿与还原剂煤粉、置换剂铁屑、助熔剂纯碱等配料混合,加入反射炉混合熔炼,产出炉渣、冰铜和粗铋,粗铋经火法精炼生产出精铋。
1960年代后期,随着复杂难选低品位铋矿和高硅铋矿的增多,我国开始致力于铋矿湿法冶金新工艺的研究。用三氯化铁做浸出剂,在酸性氯盐体系中浸出铋矿,使矿物中的铋呈铋氯络合物的形态进入溶液,用铁粉置换产出海绵铋,经火法精炼生产精铋,首先在云锡第三冶炼厂建成湿法车间,处理锡铋混合精矿。
近年来,国内的许多科研单位根据铋矿的不同组成和原料的差异,围绕降低作业成本,解决环境污染,三氯化铁的再生和溶液中有价金属的富集问题,研究许多新的湿法冶金流程,较典型的有:C1三氯化铁浸出一铁粉置换法}’};C2)三氯化铁浸出一隔膜电积法}Z}; }33)三氯化铁浸出一水解沉铋法}313C4}氯气选择性浸出法}“};CS }盐酸一亚硝酸浸出法15];C6)新氯化水解法16];C7)矿浆电解法。这些工艺流程大都己进行扩大试验或半工业、工业试验,
其中矿浆电解法己应用于工业生产。
矿物的常用湿法冶金处理方法
三氯化铁浸出一铁粉置换法
工艺流程由6道工序组成(图1 >:锡矿的浸出与还原;铁粉置换沉淀海绵锡;氯气氧化再生三氯化铁;海绵锡熔铸;粗锡火法精炼;选矿回收锡浸出渣中的有价金属。浸出过程的主要反应如下:
Bi+3FeCl3=BiCl3+3FeC12
BiZS3+6FeCl3=2BiC13+ 6FeC12+ 3 S0
Bit 03+ 6H Cl= 2BiC13+3H20
加入盐酸,既可提高铋的浸出率,同时也可以防止溶液中三氯化铋的水解。浸出液加铋矿还原,使溶液中残存的三价铁还原为二价,再加铁粉置换生成海绵铋。三价铁通过氯气氧化再生。
此法工艺比较成熟,铋的浸出率高(渣计9800~98.500),综合利用好,污染较小,是铋资源综合利用的有效方法。但其材料消耗比较高,每吨海绵铋消耗工业盐酸1. 5一1. 8t,氯气0. 4一0. 5 t,铁粉0. 5~ 0. 6t。由于采用铁粉置换和氯气再生技术,铁和氯离子在溶液中的积累不容忽视,废液排放量大,浸出液中由于离子浓度相对较高,溶液勃度较大,渣的过滤和洗涤较为困难。
三氯化铁浸出一隔膜电积法
用隔膜电积取代三氯化铁浸出一铁粉置换法中的铁粉置换和氯气再生。适当控制电位,让铋在阴极还原Bi3+} 3e一Bi,阳极则发生铁的氧化:
Fee+一e=Fe3+。
其枯术关键是申极申位的梓制和溶液诱过隔膜速度的控制。在阴极区,溶液中主要的阳离子是Bi3+ , Fe2+、和H+,在阳极区,溶液中主要的阳离子是Bi3+,Fe3+、和H+。为使阳极区的三价铁不致在阴极放电而降低电流效率,采用适当的隔膜材料把阴、阳极分开,阴极区液面高于阳极区。控制电解液的渗透速度,使流速与二价铁的氧化速度相当。
与三氯化铁浸出一铁粉置换法相比,此工艺流程简单,但由于溶液中铁离子浓度高,电积过程中,三价铁不可避免地透过隔膜在阴极还原,因而电流效率低(C420o -'S00o),Fe2+的电氧化率也不高。
三氯化铁浸出一水解沉铋法
利用氯化铋易水解的特性,在弱酸性溶液中水解铋氯络合物,生成氯氧铋,制取氯氧铋精矿。
为使水解完全,溶液pH值一般控制在1一20溶液需要稀释数倍,造成酸耗高、水耗大、试剂耗量大、铋回收率低、废水排放量大。柿竹园选厂曾采用此法生产氯氧铋精矿,每吨精矿耗工业盐酸800kg,铋的回收率仅6000}
盐酸一亚硝酸浸出法
该法已进行处理难选含铋硫化矿精矿的半工业试验。过程的基本化学反应为:
BitO}+ 6HC1= 2BiC1}+3Hz0
BiZS3+6HC1+24HN02=2BiC13+3HZS04+24N0+ 12H20
消耗试剂种类多,除盐酸及氯化钠之外,尚需硝酸钠、煤油及双氧水等。
氯气选择性浸出
采用控制溶液电位的办法,用氯气选择性浸出硫化铋矿,同时抑制杂质的浸出。与前面的几种方法相比,消除大量铁离子在流程中的循环和三价铁的再生问题,提高了产品质量,渣的过滤、洗涤性能也得以改善。浸出过程基本反应为:
BiZS3+3C12=2BiC13+3S0
氯气选择性浸出,铋的浸出率较高,但氯气消耗量较大,部分单质硫会进一步氧化生成硫酸根,氯气的污染和腐蚀问题也比较严重,设备材质和密封要求更高。与三氯化铁浸出法相比在经济上没有明显的优越性。
新氯化水解法
中南大学多年研究探索出采用高浓度氯离子溶液,在95一105℃下,二段循环浸出硫化铋矿,浸出液水解中和的方法,铋浸出率大于9900,原则工艺流程见图2
新氯化水解法浸出硫化铋矿,解决了大量铁在溶液中的循环和浸出剂的氧化再生问题,而且浸出液中有价金属的浓度比较高。但由于浸出温度高,元素硫的氧化严重,杂质元素如As的浸出率也较高,因而氧化剂的耗量较大,同时还存在设备腐蚀、废液排放量大等问题。
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