高砷锑金精矿矿浆电解连续扩大试验.pdf

2 0 1 5 年第1 2 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 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／J ．i s s n ．1 0 0 7 ‘7 5 4 5 ．2 0 1 5 ．1 2 ．0 0 2 高砷锑金精矿矿浆电解连续扩大试验 陈永强1 ’2 ，刘勇3 ，王成彦1 ，杨永强2 ，张永禄 1 ．北京科技大学，北京1 0 0 0 8 3 ；2 ．北京矿冶研究总院，北京1 0 0 1 6 0 ；3 ．湖南黄金集团，长沙4 1 0 0 0 7 摘要采用矿浆电解技术对高砷锑金精矿进行半工业试验。结果表明，锑的回收率达9 7 ％以上，金几乎 全部富集于渣中，砷和硫绝大部分留置于渣中，从根本上避免了砷害和S O z 危害。盐酸和电能消耗较 少，每吨锑的盐酸消耗量为2 8 6k g ，总电耗为33 8 9k w h ，其中电解电耗13 1 8k W h 。 关键词矿浆电解；含锑金精矿；锑；砷；金 中图分类号T F a l 8文献标志码A文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 1 5 1 2 0 0 0 5 0 3 C o n t i n u o u sE x p a n d i n gT e s to nS l u r r yE l e c t r o l y s i so fA s ‘r i c h A n t i m o n i cG o l dC o n c e n t r a t e C H E NY o n g q i a n 9 1 ’2 ，L I UY o n 9 3 ，W A N GC h e n g y a n l ，Y A N GY o n g q i a n 9 2 ，Z H A N GY o n g l u 2 1 ．S c h o o lo fM e t a l l u r g i c a la n dE c o l o g i c a lE n g i n e e r i n g ，U n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g yB e i j i n g ，B e i j i n g1 0 0 0 8 3 ，C h i n a ； 2 ．B e i j i n gG e n e r a lR e s e a r c hI n s t i t u t eo fM i n i n ga n dM e t a l l u r g y ，B e i j i n g1 0 0 1 6 0 ，C h i n a ； 3 ．H u n a nG o l dG r o u p 。C h a n g s h a4 1 0 0 0 7 ，C h i n a A b s t r a c t S l u r r ye l e c t r o l y s i sw a ss u c c e s s f u l l yu t i l i z e dt op r o c e s sA s r i c ha n t i m o n i cg o l dc o n c e n t r a t ei ns e m i p i l o tt e s t s ．T h er e s u l t ss h o wt h a ta n t i m o n yr e c o v e r yi s9 7 ％a b o v e ．G o l da n dm o s ta n t i m o n ya n ds u l f u ra r e e n r i c h e di n1 e a c h e dr e s i d u e ．H a z a r d so fg e n e r a t i o no fv a s ta r s e n i c a l k a l ir e s i d u ea n dl O W c o n c e n t r a t i o nS 0 2 g a sw e r ea v o i d e d ．T h ec o n s u m p t i o no fi n d u s t r i a lh y d r o c h l o r i ca c i di s2 8 6k gf o ro n et o np r o d u c t i o no f a n t i m o n y ．M o r e o v e r ，t h et o t a le l e c t r i c i t yc o n s u m p t i o ni s a b o u t33 8 9k W ha n dt h ed i r e c tc u r r e n t c o n s u m p t i o ni s1 318k W hf o ro n et o np r o d u c t i o no fa n t i m o n y ． K e yw o r d s s l u r r ye l e c t r o l y s i s ；a n t i m o n i cg o l dc o n c e n t r a t e ；a n t i m o n y ；a r s e n i c ；g o l d 针对复杂难冶高砷锑金精矿，应用于工业生产 的冶炼工艺主要是鼓风炉挥发焙烧～反射炉还原熔 炼和精炼工艺[ 1 。] 。该流程不仅锑、金回收率低，砷 害和低浓度S O 。烟气治理也非常困难。因此，采用 低污染、低能耗、高资源综合回收率的冶金新技术处 理高砷锑金精矿势在必行。 酸性湿法炼锑的流程[ 4 { 。主要有氯化铁浸出一 隔膜电积法、氯盐氯化一低温干馏法、新氯化一水解 法、氯气选择性浸出法、五氯化锑浸出一隔膜电积法 以及矿浆电解法等。其中，矿浆电解以其独特的优 势日益为人们所重视。 矿浆电解是北京矿冶研究总院自主研发的具有 我国自有知识产权的湿法冶金技术，多年的实践研 究[ 9 ‘13 ] 表明，采用该技术处理多金属复杂矿及伴生 矿，具有有价元素的综合利用好、金属回收率高、对 环境友好、经济效益高等特点。本文在小型试验口4 ] 研究取得优异技术指标的基础上，进行日处理1 0 0 k g 精矿规模的矿浆电解连续扩大试验。 收稿日期2 0 1 5 0 8 0 4 基金项目国家高技术研究发展计划 8 6 3 计划 项目 2 0 1 2 A A 0 6 A 1 1 0 作者简介陈永强 1 9 7 2 一 ，男，山东德州人，博士，教授． 万方数据 6 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y t ．b g r i m m ．c n 2 0 1 5 年第1 2 期 1 试验 1 ．1 试验原料 高砷锑金精矿由湖南新龙矿业有限责任公司浮 选车间提供，粒度一0 。0 7 4m m 占8 0 ％以上，含金 4 5 ．5 5g ／t ，其他主要成分 ％ S b3 0 ．3 5 、A s4 ．2 5 、 F e O1 6 ．7 8 、S2 5 ．7 0 、S i 0 22 0 ．6 3 。 1 ．2 试验方法 前期小型试验[ j 取得比较理想的技术指标精 矿中锑的浸出率为9 9 ％，绝大部分的金和砷留在浸 出渣中，产出的阴极锑含锑9 8 ．5 ％，经简单火法熔 铸可达到2 8 锑的标准。 称取一定重量的精矿，与水、定量的盐酸及返回 利用的电解液一并加入浆化稽，配成一定浓度的矿 浆，用蠕动泵将矿浆恒定流量泵人电解槽进行电 解[ 5 。。锑以离子形态进入电解液，硫被氧化成单质 硫留置于浸出渣中，金和砷几乎不溶出而直接留在 浸出渣中。定期从电解槽中取出阴极电极，剥取下 电积上的阴极锑后重新放人继续进行电解沉积。矿 浆达到一定停留时间后，浸出基本完成，浸出渣浆连 续排出电解槽，利用压滤机进行液固分离，压滤后液 泵入电解溶液储槽备用，浸出渣或进行提金处理，或 直接以金折价卖掉。定时检测电解液中铁离子的浓 度，当浓度接近1 0g ／L 时，需开路出部分电解液进 行萃取除铁处理。开路出的电解液经P 2 0 4 萃取后 返回矿浆电解系统循环使用。载铁P 2 0 4 经洗涤反 萃后，返回萃取系统循环使用。 1 ．3 主要设备 矿浆电解槽为方形结构，材质为有机玻璃，8 个 电解槽串联。电解槽中间装有机械搅拌装置和电加 热装置，内置隔膜框架，隔膜袋将电解槽内分成阴极 区和阳极区。电极为条栅结构，材质为金属钛，阳极 电极表面涂有一层防腐涂层。萃取装置为北京矿冶 研究总院自主研制的萃取槽。 2 结果与讨论 2 ．1 连续扩大试验运行情况 矿浆电解连续扩大试验运行的第一个月内，除 去试车前准备、停车盘存物料及维修设备外，实际电 解运行2 5 天。共处理18 1 3 ．7 3k g 浮选高砷锑金 精矿 干基 ，产出5 4 0 ．5k g 阴极锑和10 3 9 ．2k g 浸 出渣 干基 。阴极锑中锑、砷和金的平均含量分别 为9 8 ．5 ％、0 ．2 4 ％和0 ．2 7g ／t 。金属锑的回收率达 9 7 ．7 8 ％。连续扩大试验运行稳定阶段部分渣含锑 和阴极锑成分分析结果分别列于表1 和表2 。 表1 浸出渣部分分析结果 T a b l e1 C o m p o s i t i o no fl e a c h e dr e s i d a e ／％ 试验运行初期，浸出渣中锑含量不稳定，渣含锑 较高 2 ％～6 ．5 ％ 。一方面是因为试验开始时经常 调试各种试验参数，使得矿浆在电解槽内停留时间 不足，反应不充分即被排出电解体系；另一方面是浆 化洗涤浸出渣的洗水中没有配入氯化铵，使得洗涤 效果不好，浸出渣中仍夹带锑离子。修正并固定试 验参数，延长矿浆在电解体系内的停留时间，洗水中 配入少量盐酸和氯化铵，锑的浸出效果明显改善，浸 出渣中锑含量逐步降低至1 ．0 ％左右。后期试验运 行稳定阶段，锑浸出率大于9 9 ％，而砷的浸出率小 于1 ％，金基本不浸出并富集在渣中，可作为金精矿 集中处理。绝大部分砷和硫均留置在浸出渣中。 2 ．2 电解槽运行情况 连续扩大试验运转情况表明，在一定的搅拌转 速下，矿浆能够均匀地悬浮于方形电解槽内，逐级推 进且不积矿，矿浆连续流动，方形电解槽完全满足正 常操作的要求。电解槽材质为有机玻璃，绝缘性和 防腐性能良好，稳定易于加工成型，透明性好，方便 观察电解槽内矿浆浸出情况。电解槽内充满矿浆以 及电解液温度较高时，也不会发生变形。试验结果 万方数据 2 0 1 5 年第1 2 期有色金属 冶炼部分 h t t p H y s y l ．b g r i m m ．c n 表明，有机玻璃适用于小规模试验。但是有机玻璃 材质质地较脆，表面硬度不够，在大规模工业生产中 应选用其他耐腐、耐温、耐磨和强度高、硬度大的材 料，比如改性聚丙烯。连续试验结果表明，方形电解 槽完全能满足工艺要求。 表2 部分批次阴极锑分析结果 T a b l e2 C o m p o s i t i o no fs e v e r a lb a t c h e so f a n t i m o n yp r o d u c t 编号S b ／％A s ／％ A u ／ g t 一1 Y j T 0 3 Y J T 0 4 Y J T 0 5 Y J T 0 6 Y j T 0 7 Y J T 0 8 Y J T 0 9 Y J T l O Y J T l l Y J T l 2 Y J T l 3 2 ．3 酸耗及电耗 连续扩大试验中，所用到的主要试剂为氯化铵、 三氧化二锑、三氯化铁和盐酸。其中，氯化铵、三氧 化二锑和三氯化铁都是一次性投入，试验运行过程 无需再添加。因此，试验过程中消耗的试剂只有盐 酸。整个扩大试验过程中工业盐酸 3 4 ％ 的消耗为 每吨锑2 8 6k g 。 根据车间配电室电表读数，可以计算出试验运 行期间的总电耗。总电耗除矿浆电解直流电耗和浆 化槽搅拌电机电耗外，还包括车间照明、其他设备安 装与调试、维修、电解槽内矿浆加热及电烘箱等电 耗。扩大试验总电耗为每吨锑33 8 9 ．1 2k W h ，其 中，矿浆电解直流电耗13 1 8k W h 。在小规模的生 产过程中，由于受到设备和规模等因素的制约，矿浆 电解电耗只占总电耗的4 0 ％，其余6 0 ％的电能消耗 在与之配套的设备上。而大规模的工业生产运行 中，矿浆电解电耗是电能消耗的主要部分。 2 ．4 萃取除铁 溶液中的三价铁离子在矿浆电解过程中起着重 要作用，不仅直接与锑金精矿发生氧化反应，而且还 参与阴阳极的电极反应，降低槽电压。但是，如果溶 液中的三价铁离子浓度过高的话，就会增大溶液的 黏度，降低电流效率，对矿浆电解也是不利的。因此 要保证有适量的三价铁离子的存在。 原试验计划中，铁离子浓度达到1 0g ／L 左右 时，开启萃取除铁工序。连续试验过程中，由于铁的 富集速度比较慢 运转二十几天，浓度最高5g ／L ， 因此本文在铁离子浓度较低的情况下，进行了萃取 除铁试验。 以小型试验研究数据作参考，确定萃取除铁工 序为三级萃取、三级洗涤和四级反萃。萃取剂为 3 0 V o P 2 0 4 ，相比1 1 ，洗涤液为2 0 0g ／LN H 。C 1 和 2 0g ／LH C I 混合液，相比5 1 ，反萃剂为6m o l ／L H C l ，相比2 1 。 试验结果表明，铁的平均萃取率为5 1 ．5 0 ％，所 得P 2 0 4 萃余液含铁较低，小于2g ／L ，完全可以返 回矿浆电解工序循环利用。在萃取除铁过程中，溶 液中的极少量锑离子由于机械夹带等原因进入有机 相，通过洗水洗涤可将锑洗掉，再生有机P 2 0 4 中锑 含量极低，均在0 ．0 1g ／L 以下。 3 分析与展望 矿浆电解技术处理高砷锑金精矿的半工业试验 取得了很好的技术经济指标，锑回收率达9 7 ％以 上，金几乎全部富集于渣中利于回收，砷和硫绝大部 分留置于渣中，从根本上避免了砷害和S O 危害。 盐酸和电能消耗较少。目前，该工艺已工业化生产， 2 0 1 3 年5 月，北京矿冶研究总院在湖南新邵辰州锑 业有限责任公司建成的10 0 0t ／a 金属锑生产线正 式投产，取得优异成果[ 1 “，初步显示出在经济效益、 社会效益和环境方面的优越性。 复杂难冶高砷锑金精矿矿浆电解工业生产的成 功，为传统火法炼锑工艺的技术改造提供了一种无 污染的新工艺，为湿法炼锑技术开辟了广阔的开发 前景。 4结论 1 矿浆电解技术处理高砷锑金精矿的扩大试验 过程中工业盐酸 3 4 ％ 的消耗为每吨锑2 8 6k g ，总 电耗为每吨锑33 8 9 ．1 2k W h ，其中，矿浆电解直流 电耗13 1 8k W h 。 2 锑回收率达9 7 ％以上，金几乎全部富集于渣 中，利于回收，砷和硫绝大部分留置于渣中，从根本 上避免了砷害和S O z 危害。 参考文献 [ 1 ] 赵天从．锑E M ] ．北京冶金工业出版社，1 9 8 7 2 0 0 4 4 1 。 [ 2 ] 雷霆，朱从杰，张汉平．锑冶金[ M ] ．北京冶金工业出 版社，2 0 0 8 1 4 3 - 3 0 2 ． 下转第1 2 页 万方数据 1 2 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 1 5 年第1 2 期 提取钴的研究现状与展望[ J ] ．湿法冶金，2 0 0 8 ，2 7 4 1 9 j 一1 9 9 ． [ 3 ] 陈永强，邱定蕃，王成彦，等．从氨性溶液中萃取分离铜、 钴的研究E J ] ．矿冶，2 0 0 3 ，1 2 3 6 1 - 6 3 ． [ 4 ] 鲁兴武，邵传兵，易超，等．湿法炼锌副产铜渣的综合利 用[ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 1 2 6 1 7 一1 8 ，3 9 ． r 5 ] P e n nRI 。，S t o n eAT ，V e b l e nDR ．D e f e c t sa n d D i s o r d e r ；P r o b i n gt h eS u r f a c eC h e m i s t r yo fH e t e r o g e n i t e C o O O H b yD i s s o l u t i o nU s i n gH y d r o q u i n o n ea n d I m i n o d i a c e t i cA c i d [ J ] ．JP h y s ．C h e mB ，2 0 0 1 ，1 0 5 2 0 4 6 9 0 4 6 9 7 ． [ 6 ] 王成彦。氨性溶液中铜镍钴的萃取分离[ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 0 2 1 2 3 2 6 ． [ 7 ] 姚标．从水钴矿中选择性提取铜和钴的新工艺研究 [ D ] ．长沙中南大学，2 0 1 2 1 5 3 5 ． [ 8 ] 张景强，邵传兵．利用钴矿制取氯化钴的试验研究[ J ] ． 甘肃冶金，2 0 0 7 ，2 9 4 4 6 4 9 ． r 9 ] K a t s i a p iA ，T s a k i r i d i sPE ，O u s t a d a k i sP ，e ta 1 ．C o b a l t r e c o v e r yf r o mm i x e dC o M nh y d r o x i d ep r e c i p i t a t e sb y a m m o n i a a m m o n i u mc a r b o n a t el e a c h i n g [ J ] ．M i n e r a l s E n g i n e e r i n g ，2 0 1 0 ，2 3 8 6 4 3 6 5 1 ． [ 1 0 ] 彭忠东，万文治，胡国荣．预处理对铜钴铁合金中钴浸 出率的影响[ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 0 7 6 2 0 - 2 3 ． [ 1 1 ] 舒万银，喻海雅，蒋满松．N 5 1 0 对铜铁钴镍萃取性能的 研究[ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，1 9 8 4 ， 0 2 3 9 4 1 ． [ 1 2 ] 汪胜东，蒋训雄，尹才斫．用L I X 8 4 从富钴结壳硫酸浸 出液中选择性萃取铜[ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 0 2 2 6 - 9 ． [ 1 3 ] 刘铭，周雍茂．用N 2 3 5 一T B P 混合体系从硫酸盐溶液 中协同萃取除铁[ J ] ．中国有色金属学报，2 0 0 5 ，1 5 1 0 1 6 4 0 1 6 5 4 。 [ 1 4 ] 蒋开喜，蒋训I 雄，汪胜东，等．一种深海多金属结核和富 钴结壳混合氨浸方法中国，2 0 0 5 1 0 1 3 4 5 1 3 ．2 [ P ] ． 2 0 0 6 - 0 5 2 4 ． [ 1 5 ] 巨少华．M A C A 体系中铜、镍和金的冶金热力学及其 低品位矿的堆浸工艺研究[ D ] ．长沙中南大学，2 0 0 6 2 0 一4 5 ． [ 1 6 ] 李倩，张宝，夏晓梅，等．高钴锌电解液制取羟基氧化钴 的研究[ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 1 4 1 0 1 - 4 ． 上接第7 页 [ 3 ] 赵天从，汪键．有色金属提取冶金手册锡锑汞[ M ] ．北 京冶金工业出版社，1 9 9 9 2 7 2 3 7 2 ． [ 4 ] 邱定蕃．矿浆电解[ M ] ．北京冶金工业出版社，1 9 9 9 1 4 8 1 9 5 ． [ 5 ] 王成彦，邱定蕃，江培海．国内锑冶金技术现状及进展 [ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 0 2 5 6 - 1 0 ． [ 6 ] 王成彦，邱定蕃，江培海，等．矿浆电解技术1 0 年来的进 展及应用[ c ] ／／有色金属工业科技创新一中国有色金属 学会第七届学术年会论文集，2 0 0 8 1 6 6 1 7 0 ． f T ] 高亮，杨建广，陈胜龙，等．硫化锑精矿湿法清洁冶金新 工艺[ J ] ．中南大学学报自然科学版，2 0 1 2 ，4 3 1 2 8 3 7 。 [ 8 ] 张元福，陈家蓉，樊远鉴．辉锑矿矿浆电解炼锑工艺研 究[ J ] ．湿法冶金，1 9 9 8 ，1 7 1 卜5 ． 9 ] 王成彦，邱定蕃，江培海，等．脆硫锑铅矿矿浆电解实验 研究[ J ] ．有色金属，2 0 0 2 ，5 4 3 2 4 2 7 ． [ 1 0 ] 王成彦．复杂锑铅矿浆电解工艺及理论研究[ D ] ．昆 明昆明理工大学，2 0 0 2 5 8 7 1 ． [ 1 1 ] 王成彦，邱定蕃，江培海，等．辉铋矿矿浆电解过程硫 的形成及氧化机理[ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 0 2 6 2 - 6 ，2 2 ． [ 1 2 ] 陈永强，邱定蕃，王成彦，等．含铜铅复杂金精矿矿浆电 解处理新工艺[ J ] ．有色金属，2 0 0 5 ，5 7 3 6 2 6 5 ． [ 1 3 ] 尹飞，江培海，王成彦，等．矿浆电解法浸出大洋多金 属结核的研究[ J ] ．矿冶，2 0 0 4 ，1 3 4 4 2 4 5 ． [ 1 4 ] 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l - J ] ．矿冶，2 0 1 4 ，2 3 5 5 6 6 0 ． [ 1 5 ] 张永禄，王成彦，陈永强，等．高砷锑金精矿矿浆电解 生产实践[ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 1 4 i l 1 6 2 0 ． 万方数据