锑金精矿矿浆电解阳极区选择性氧化浸出研究.pdf
2 0 2 0 年第8 期 有色金属 冶炼部分 h t t p //y s y l .b g r i m m .c n 6 3 d o i 1 0 .3 9 6 9 ,j .i s s n .1 0 0 7 7 5 4 5 .2 0 2 0 .0 8 .0 1 2 锑金精矿矿浆电解阳极区选择性氧化浸出研究 张永禄1 ’2 ,王成彦1 ,郜伟2 ,杨永强2 ,揭晓武2 1 .北京科技大学,北京1 0 0 0 8 3 ;2 .矿冶科技集团有限公司,北京1 0 0 1 6 0 摘要研究了锑金精矿矿浆电解过程中阳极区硫化矿物选择性氧化分解热力学基础。结果表明,黄铁矿 标准氧化分解电位较辉锑矿低,从热力学角度看,黄铁矿会被优先氧化分解;当溶液中加入C l 一以后,辉 锑矿和黄铁矿氧化分解电位都呈现下降趋势,其中辉锑矿下降更为迅速;在研究条件下,当c I 一浓度大 于2 .0 5m 0 1 /L 时,辉锑矿的分解电位小于黄铁矿,在热力学上使得辉锑矿优先选择性氧化分解成为可 能。矿浆电解法处理锑金精矿实验中,锑的浸出率可超过9 8 %,而铁的浸出率在8 %以下,可实现锑的 选择性浸出。 关键词矿浆电解;热力学;锑金精矿;辉锑矿;黄铁矿 中图分类号T F 8 1 8文献标志码A文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 2 0 0 8 一0 0 6 3 一0 5 S t u d yo nS e l e c t i V eO x i d a t i o nL e a c h i n gi nA n o d eA r e ao fS l u r r y E l e c t r o l y s i so fA n t i m o n yG o l dC o n c e n t r a t e Z H A N GY o n g l u l ”,W A N GC h e n g y a n l ,G A 0W e i 2 ,Y A N GY o n g q i a n 9 2 ,J I EX i a o w u 2 1 .U n i v e r s i t yo fS c i e n c e8 LT e c h n o l o g yB e i j i n g ,B e 巧i n g1 0 0 0 8 3 ,C h i n a ; 2 .B G R I M MT e c h n o l o g yG r o u p ,B e i j i n g1 0 0 1 6 0 ,C h i n a A b s t r a c t T h e m o d y n a m i cb a s i so fs e l e c t i v eo x i d a t i o nd e c o m p o s i t i o no fs u l f i d em i n e r a l si na n o d ea r e ad u r i n gs l u r r y e l e c t r o l y s i so fa n t i m o n yg o l dc o n c e n t r a t ew a ss t u d i e d . T h er e s u l t ss h o wt h a ts t a n d a r do 【i d a t i o nd e c o m p o s i t i o n p o t e n t i a lo fp y r i t e i sl o w e rt h a nt h a t o fs t i b n i t e ,f r o m p e r s p e c t i v eo ft h e m o d y n a n l i c s ,p y r i t e w o u l db e p r e f e r e n t i a l l yo 】【i d i z e da n dd e c o m p o s e d . O 】【i d a t i o nd e c o m p o s i t i o np o t e n t i a lo fs t i b n i t ea n dp y r i t ed r o p sw i t h a d d i t i o no fc h l o r i d ei o n si ns o l u t i o n ,a n ds t i b n i t ed r o p sn l o r er a p i d l y .U n d e rt h ec o n d i t i o n so fs t u d y ,w h e nC l c o n c e n t r a t i o ni sb i g g e rt h a n2 .0 5m o l /L ,d e c o m p o s i t i o np o t e n t i a lo fs t i b n i t ei sl o w e rt h a nt h a to fp y r i t e ,w h i c h m a k e sp r e f e r e n t i a ls e l e c t i v eo i d a t i o nd e c o m p o s i t i o no fs t i b n i t ep o s s i b l ei nt h e r m o d y n a m i c s . D u r i n gt r e a t m e n to f a n t i m o n yg o l dc o n c e n t r a t eb ys l u r r ye l e c t r o l y s i s ,a n t i m o n yl e a c h i n gr a t ei s9 8 %a b o v e ,w h i l ei r o nl e a c h i n gr a t ei s 8 %b e l o w ,t h e r e f o r e ,s e l e c t i v el e a c h i n go fa n t i m o n yi sr e a l i z e d . K e yw o r d s s l u r r ye l e c t r o l y s i s ;t h e r m o d y n a m i c s ;a n t i m o n yg o l dc o n c e n t r a t e ;s t i b n i t e ;p y r i t e 锑金矿作为我国金矿资源的重要组成部分,在 我国湖南、江西、甘肃、青海、新疆、广西、四川、西藏 等地都有分布‘1 。3 1 ,同时,近年来我国企业从国外进 口,或者在当地建厂处理大量的含锑金矿。在经济、 高效地综合处理锑金精矿方面,人们做了大量研 究№8 | 。工艺矿物学研究表明,一般锑金精矿中硫化 物主要有辉锑矿、黄铁矿等,它们分别为锑、铁的主 要赋存矿物。在用矿浆电解法处理锑金精矿时,阳 收稿日期2 0 2 0 0 3 3 1 基金项目国家自然科学基金资助项目 5 1 6 0 4 0 3 0 作者简介张永禄 1 9 8 4 一 ,男,甘肃古浪人,硕士研究生,高级工程师;通信作者王成彦 1 9 6 8 一 ,男,河南南阳人,博士,教授 万方数据 6 4 有色金属 冶炼部分 h t t p //y s y l .b g r i m m .c n 2 0 2 0 年第8 期 极区发生的反应主要是硫化物的氧化分解[ 9 删。本 文基于热力学数据,对辉锑矿、黄铁矿在矿浆电解条 件下的氧化特性进行研究。 1相关热力学数据 锑金精矿矿浆电解在“盐酸 氯盐”体系中进 行。2 9 8K 时,查阅文献⋯叫2 1 将相关物质的标准摩 尔生成吉布斯自由能数据示于表1 。铁离子、锑离 子与氯离子形成配合物的累计生成常数示于表2 。 表l2 9 8K 时相关物种的标准摩尔 生成吉布斯自由能D ,G o T a b l el D r G oo fs o m es u b s t a n c e sa t2 9 8K / I ‘.I m o l - 1 物种 S b 2 S 3 S b 3 e F e S 2 F e 2 S 表2 配合物的累计生成常数 T a b l e2A c c u m u l a t i v ef b r m a t i o nc o n s t a n t s o fc o m p I e xc o m p o u n d s I 舔 4 .1 0 2分析讨论 矿浆电解处理锑金精矿时,阳极区发生相关金 属硫化物的顺序氧化分解,同时控制条件使硫转化 生成单质硫。锑金精矿中硫化物主要为辉锑矿 S b 。S 。 和黄铁矿 F e S 。 ,下面针对这两种矿物进行 计算分析。 2 .1 硫化物标准分解电位 辉锑矿、黄铁矿在水溶液中氧化分解生成单质 硫的反应如式 1 、 2 所示。 3 S 2 S b 3 6 e S b 2 S 3 1 反应 1 的标准摩尔吉布斯自由能变为 △r 口一一1 7 3 .6 2 6 9 .4 6 7 一一3 1 2 .5 3 4 埘/m o l 则辉锑矿标准氧化分解电位为 瓯%一一警一一鼍筹 o .5 ∞V F e 2 2 s o 2 e F e S 2 2 反应 2 的标准摩尔吉布斯自由能变为 △,p 一1 6 6 .9 1 一7 8 .8 7 一8 8 .0 3 埘/r n o l 则黄铁矿标准氧化分解电位为 % 一半 一萼等学- o .4 5 6 V 热力学计算发现,在水溶液中黄铁矿标准分解 电位较辉锑矿的低,也就是在氧化分解过程中,黄铁 矿可能会被优先氧化浸出,这样将会造成溶液中大 量铁杂质的累积。因此要创造条件,使得辉锑矿氧 化分解电位降低至黄铁矿分解电位以下,才有可能 实现锑的选择性浸出。 2 .2 “盐酸 氯盐”体系中硫化物分解电位计算 矿浆电解是在“盐酸 氯盐”介质中进行的, S b 3 、F e 2 在水溶液中与C l 一发生配位反应形成络 合离子S b C l ;1 和F e C l ;_ ‘,以S b 3 为例,配位反应 如式 3 所示。 S b 3 i C l 一 S b C l ;3 一” 3 在2 9 8K 时,配合常数值表示如下 B 竺军 滓1 ,2 ,⋯,6 4 B } i 1 ,2 ,⋯,6 4 ns ∥十口c l 其中 为S b 3 与C l 一形成的配合物累计生成 常数,具体值见表2 ;口s b c I 3 m 、口s b 3 、n c 广分别为配合 物S b C l ;3 1 ’、游离S b 3 和游离C 1 .的浓度。 当S b 。S 。在“盐酸 氯盐”溶液中达到溶解平衡 时,溶液中锑离子的总浓度a 。。为 n S I 。一口s b 。 ∑口s b c .⋯ 5 将公式 4 代人公式 5 ,得 ‰ ‰s 1 ∑即㈩ 6 令仍b 一1 ∑肛口打,则 n s b 3 一堕 8 邪6 对于辉锑矿反应式 1 ,2 5 ℃,达到平衡时,根 据能斯特方程,电位关系为 吣一‰ 等产g 警一o .㈣ 垄鱼雩琶鲁≥糌l g n 如 一o .5 4 0 o .0 1 9 71 l g 口S b 3 1 又百F 面可一l 舻辩 一u b 4 u 十u u 1 9 /l l g 口S b 3 9 将公式 8 代入 9 ,得 E S b 2S 3 。0 .5 4 0 0 .0 1 97 1 l g 口s b 一0 .0 1 97 1 l g 蛳 1 0 同理,可推导出黄铁矿反应式 2 达到平衡时 候,电位关系为 一6 7 9 汀 妒一;薹螂。㈣蝴。 D一叫触 叫。 啦丽一酗而一酗丽一嗽丽m鄙历∽ 吖二、一 度r 一 强 .一0 2 鼾型 K 一 竺黧竺舻时 万方数据 2 0 2 0 年第8 期 有色金属 冶炼部分 h t t p //y s y l .b g r i m m .c n 6 5 E F 。s 。一0 .4 5 6 O .0 2 95 7 l g 口F e O .0 2 95 7 1 9 9 F 。 1 1 2 9 8K 时,取金属离子浓度为0 .1m o l /L 时,利 用表2 中的累计生成常数,计算妒。。和p ,并将结 果代入公式 1 0 、 1 1 ,得到辉锑矿和黄铁矿电位与 氯离子浓度的关系式如式 1 2 、 1 3 所示。 E s b 。s 。 0 .5 2 02 9 0 .0 1 97 1 l g 1 1 0 2 3 0 口} 厂 1 0 3 ’5 0 n 邑一 1 0 4 2 0 口a 厂 1 0 4 7 0 n &一 1 0 4 ‘7 0 口邑一 1 0 4 ’1 0 口函 1 2 E F e S 。一0 .4 2 64 3 0 .0 2 95 7 l g 1 1 0 。’3 6 n } 广 1 0 0 4 0 口8 广 1 3 据此计算并绘制各自氧化分解平衡电位与溶液 中氯根的关系曲线如图1 所示。由图1 可见,随着 溶液中C 1 一浓度的增加,辉锑矿和黄铁矿的分解电 位都呈下降趋势,但是辉锑矿分解电位下降更快;在 C l 一浓度为2 .0 5m o l /L 时,两曲线相交,C l 浓度在 小于该值时,黄铁矿氧化分解电位低于辉锑矿,从热 力学角度看,黄铁矿优先分解,但当C l 一浓度大于该 值时,辉锑矿分解电位小于黄铁矿,从而使得辉锑 矿优先分解成为可能。需要说明的是,此处辉锑 矿和黄铁矿氧化电位曲线交于点2 .0 5m o l /L ,并 不是唯一的,而是会随实际溶液中各种成分的变 化而改变。 图1硫化物氧化分解电位与氯离子关系 F i g .1R e l a t i o n s h i p sb e t w e e ns u l f i d e O x i d a t i o nd e c O n I p O s i t i o np o t e n t i a la n d c h l o r i d ei o nc o n c e n t r a t i o n 2 .3 锑金精矿矿浆电解试验 在锑金精矿矿浆电解过程中,C 1 一浓度一般选 择在4 ~6m o l /L ,C l 一的加人,在提高溶液中锑溶解 度同时,还可以显著降低辉锑矿的氧化分解电位。 又由于过电位的影响,使得黄铁矿较辉锑矿的实际 氧化分解电位高。因此,在锑金精矿矿浆电解过程 中可实现辉锑矿的优先分解浸出。 以某锑金精矿为原料,在“盐酸 氯化钠”体系 中进行矿浆电解试验。锑金精矿原料成分S b 3 0 .8 7 %、F e1 3 .0 8 %、S2 5 .1 0 %、A s4 .2 5 %、S i 0 2 1 6 .0 4 %、A u3 2 .8 8g /t 。矿浆电解条件电量取1 .1 倍理论电量 理论电量定义假设锑金精矿中锑全部 以辉锑矿形式存在,按照式 1 氧化分解生成锑离子 和单质硫所需的电量,单位A h 、H C l3 0g /L 、时间 6h 、6 0 ℃、L /S 1 0 、F e5g /L ,氯化钠浓度5 0 、1 0 0 、 1 5 0 、2 0 0 、2 5 0g /L 。试验结果如图2 所示,氯化钠浓 度在5 0 ~1 5 0g /L 内,锑的浸出率随氯化钠浓度的 上升而增加,最终可超过9 8 %,当氯化钠浓度超过 1 5 0g /L 时,氯化钠浓度变化对锑浸出率影响甚微。 在整个所考察的氯化钠浓度范围内,铁的浸出率基 本稳定在4 %~8 %,从而达到了选择性浸出锑的 目标。 l o o 8 0 摹6 0 谆 丑 燃4 0 2 0 5 01 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 N a C v g ’| 1 图2 锑金精矿矿浆电解实验结果 F i g .2 T e s tr e s u l t so fs l u r r ye I e c t r o l y s i so f a n t i m o n yg o l dc o n c e n t r a t e 图3 a 为锑金精矿的S E M 形貌,图3 b 为矿浆电 解渣的S E M 形貌以及黄铁矿的E D S 分析结果。对 比图3 可见,在浸出渣中辉锑矿物相基本消失,而黄 铁矿物相颗粒完整,边界平滑,无明显的浸蚀痕迹。 说明在正常控制条件下的矿浆电解过程中,辉锑矿 被氧化分解,而黄铁矿则基本保持完整。在用三氯 化铁浸出多金属硫化矿时,黄铁矿仅在粒度极细的 情况下才会有少量被浸出,邓化华等[ 1 胡在用三氯化 铁处理含金多金属硫化矿时,黄铁矿中的铁的浸出 率约为5 %。类似地,本研究锑金精矿矿浆电解过 程中,阳极区发生的主要反应也是三氯化铁对金属 硫化物的氧化反应,黄铁矿在该过程中表现稳定。 万方数据 6 6 有色金属 冶炼部分 h t t p //y s y l .b g r i m m .c n 2 0 2 0 年第8 期 3结论 图3 锑金精矿 a 和浸出渣 b 的S E M /E D s 分析结果 F i g .3s E M /E D Sa n a l y s i so fa n t i m o n yg o I dc o n c e n t r a t e a a n dl e a c h i n gr e s i d u e b 1 在水溶液中黄铁矿标准分解电位较辉锑矿的 低,从热力学角度看,氧化分解过程中黄铁矿可能会 被优先氧化浸出。 2 当溶液中加入C l 一以后,辉锑矿和黄铁矿氧 化分解电位都呈现下降趋势,其中辉锑矿下降更为 迅速;当C r 浓度大于2 .0 5m o l /L 时,辉锑矿的分 解电位开始处于黄铁矿的下方,在热力学上使得辉 锑矿优先选择性氧化分解成为可能。 3 在按照电量取1 .1 倍理论电量、H c l3 0g /L 、 时间6h 、6 0 ℃、L /S 一1 0 、F e5g /L ,氯化钠1 5 0g /L 条件下,用矿浆电解法处理含锑3 0 .8 7 %锑金精矿 时,锑的浸出率可超过9 8 %,而铁的浸出率在8 %以 下,可实现锑的选择性浸出。 参考文献 [ 1 ]Y A N GTZ ,R A 0s ,L I UwF ,e ta 1 .As e l e c t i v e p r o c e s sf o re x t r a c t i n ga n t i m o n yf r o mr e f r a c t o r yg o I d o r e [ J ] .H y d r o m e t a l l u r g r ,2 0 1 7 ,1 6 9 5 7 1 5 7 5 . 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G U 0XY ,X I NYT ,W A N GH ,e ta 1 .M i n e r a l o g i c a l c h a r a c t e r i z a t i o na n d p r e t r e a t m e n t f o r a n t i m o n y e x t r a c t i o nb yo z o n eo fa n t i m o n y b e a r i n gr e f r a c t o r y9 0 1 d c o n c e n t r a t e s [ J ] .T r a n s a c t i o n s o fN o n f e r r o u sM e t a l s S o c i e t yo fC h i n a ,2 0 1 7 ,2 7 8 1 8 8 8 1 8 9 5 . U B A L D I N IS ,V E G L l 0F ,F O R N A R lP ,e ta 1 .P r o c e s s f l o w s h e e tf o r g o l d a n d a n t i m o n yr e c o v e r yf r o m s t i b n i t e [ J ] .H y d r o m e t a l l u r g y ,2 0 0 0 ,5 7 3 1 8 7 1 9 9 . 胡一航,孙留根,杨永强,等.锑金矿旋流电解试验[ J ] . 有色金属 冶炼部分 ,2 0 1 8 1 2 0 一2 4 . H UYH ,S U NLG ,Y A N GYQ ,e ta 1 .E x p e r i m e n t a l s t u d yo nc y c l o n ee l e c t r o l y s i so fa n t i m o n yg o l do r e [ J ] . N o n f e r r o u sM e t a l s E x t r a c t i v eM e t a l l u r g y ,2 0 1 8 1 2 0 一2 4 . 王成彦,邵爽,马保中,等.中国锑铋冶金现状及进展[ J ] . 有色金属 冶炼部分 ,2 0 1 9 8 1 1 1 7 . W A N GCY ,S H A 0S ,M ABZ ,e ta 1 .S t a t u sa n d d e v e l o p m e n to fa n t i m o n ya n db i s m u t hm e t a l I u r g y t e c h n o l o g i e si nC h i m [ J ] .N o n f e r r o u sM e t a l s E x t m c t i v e M e t a l l u r g y ,2 0 1 9 8 1 1 1 7 . Z H A N GYI 。,W A N GCY ,M ABZ ,e ta 1 .E x t r a c t i n g a n t i m o n yf r o mh i g ha r s e n i ca n dg o l d c o n t a i n i n gs t i b 血t e o r eu s i n gs l u r r ye l e c t m l y s i s [ J ] .H y d m m e t a l l u r g y ,2 0 1 9 , 1 8 6 2 8 4 2 9 1 . 万方数据 2 0 2 0 年第8 期 有色金属 冶炼部分 h t t p //y s y l .b g r i m m .c n 6 7 [ 1 0 ] 杨永强,王成彦,陈永强,等.高砷锑金精矿矿浆电解小 型试验研究[ J ] .矿冶,2 0 1 4 ,2 3 5 5 6 6 0 . Y A N GYQ ,W A N GCY ,C H E NYQ ,e ta 1 .L a b s c a l e t e s ts t u d yo ns l u r r ye l e c t r o l y s i so fA S - r i c ha n t i m o n y g o l d c o n c e n t r a t e [ J ] .M i n i n g a n dM e t a l l u r g y ,2 0 1 4 , 2 3 5 5 6 6 0 . [ 1 1 ] 赵瑞荣,石西昌.锑冶金物理化学[ M ] .长沙中南大学 出版社,2 0 0 6 2 5 2 . 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N o n f e r r o u sM e t a l s E x t r a c t i v eM e t a l I u r g y ,19 8 8 4 2 4 2 8 . 上接第5 5 页 Q I A OGL .T h ea p p l i c a t i o no fd r yb a r r i e rl a y e r o n 16 0k Ap o t l i n ei nP i n g g u oA l u m i n u ms m e l t e r [ C ] // C A OSL .P r o c e e d i n g so f2 0 0 7C h i n aI n t e r n a t i o n a l C 0 n f e r e n c eo n ~u I T l i n u mM e t a l l u r g y ,B e U i n g M e t a l l u r g i c a l I n d u s t r yP r e s s ,2 0 0 7 4 4 4 4 4 6 . [ 7 ] 焦庆国,邱仕麟,罗英涛.预焙铝电解槽焦粒焙烧启动 方法探讨[ J ] .铝镁通讯,2 0 0 4 2 2 2 - 2 4 . J I A 0QG ,Q I USL ,L U OYT .D i s c u s s i o no nt h e s t a r t 。u pm e t h o do fp r e b a k e da l u m i n u mc e l lc o k e r o a s t i n g [ J ] .A l u m i n u mM a g n e s i u mC o m m u n i c a t i o n , 2 0 0 4 2 2 2 2 4 . [ 8 ] 刘振乾,曹亚兵,王小康.5 0 0k A 预焙铝电解槽工艺现 状评述[ J ] .有色金属 冶炼部分 ,2 0 1 5 6 4 2 4 5 . L I UZQ ,C A OYB ,W A N GXK .C o m m e n t a r yo n t e c h n i c a ls t a t u so f5 0 0k Ap r e b a k e da l u m i n u mc e l l [ J ] . 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