利用脆硫锑铅矿制备合格锑白的新工艺研究.pdf
利用脆硫锑铅矿制备合格锑白的新工艺研究 ① 谢兆凤, 李 波, 刘万里, 李 环, 蒋朝金, 黄海飞 (郴州市金贵银业股份有限公司,湖南 郴州 423038) 摘 要 采用硫化钠浸出脆硫铅锑矿,浸出液通入二氧化硫气体沉淀出硫化锑中间体,再将硫化锑沉淀在炉中氧化,产出符合国家 标准的合格锑白。 最佳工艺条件为温度 90 ℃,时间 3 h,搅拌速度 250 r/ min,液固比 2∶1,硫化钠与锑质量比为 2.8,氢氧化钠与锑 质量比为 0.3,该条件下锑浸出率达 92.5%。 将二氧化硫气体通入浸出液并控制终点 pH 值为 5~6,锑沉淀率不低于 99%,产出的硫 化锑含 Sb 65%、S 含量不高于 30%、As 含量不高于 0.02%。 硫化锑在 980~1 000 ℃下熔化,鼓入两路风氧化,产出的锑白产品达到 国家一级标准。 关键词 脆硫锑铅矿; 锑白; 硫化锑; 浸出; 氧化 中图分类号 TF111文献标识码 Adoi10.3969/ j.issn.0253-6099.2015.05.022 文章编号 0253-6099(2015)05-0080-05 A New Process for Preparation of Qualified Antimony White from Jamesonite XIE Zhao⁃feng, LI Bo, LIU Wan⁃li, LI Huan, JIANG Chao⁃jin, HUANG Hai⁃fei (Chenzhou Jingui Silver Industry Co Ltd, Chenzhou 423038, Hunan, China) Abstract In the process, sodium sulfide is used to leach jamesonite. The resulted leaching solution is precipitated by feeding sulfur dioxide gas to generate antimony sulfide intermediates. After that, the antimony sulfide precipitate is oxidized in a stove to produce antimony white up to national standards. The optimal conditions, including being leached at 90 ℃ for 3 h, stirring speed at 250 r/ min, liquid⁃solid ratio of 2∶1, with sodium sulfide to antimony in the mass ratio of 2.8 and sodium hydroxide to antimony in the mass ratio of 0.3, resulted in the antimony leaching rate up to 92.5%. The sulfur dioxide gas is fed into the leaching solution with the final pH controlled at 5 ~ 6, resulted in the obtained antimony sulfide containing 65% Sb, 30% S or less and 0.02% As or less, with antimony precipitation rate higher than 99%. Then, the antimony sulfide is melted at 980~1 000 ℃ with air blown in from two directions for oxidation, leading to the obtained antimony white up to the national primary standard. Key words jamsonite; antimony white; antimony sulfide; leaching; oxidation 我国具有丰富的锑矿资源,锑及其化合物被广泛 应用于机械材料、塑料、阻燃剂、微电子技术等领域,具 有十分重要的价值[1-4]。 其中锑白以其优异的阻燃效 果以及在催化剂、媒染剂、织物、纸张、玻璃脱色等领域 的广泛应用[5-6],受到广大研究者的青睐。 目前,锑白 的生产主要分为火法和湿法[2-3],其中火法生产锑白 对原料的要求高、能耗高,且铅砷等有害重金属杂质含 量较高[7-8];湿法制取锑白是近年来兴起的工艺[9-11], 它不仅在工业生产中具有工作环境好、生产周期短等 优越性,而且生产出的锑白质量好、活性高,在市场上 受到普遍欢迎。 虽然火法制备锑白工艺长时间占主导 地位,但随着湿法工艺的日益改善,其对有价元素的有 效利用以及环境友好等优点,且紧贴可持续发展战略, 湿法制备锑白越来越被人们所接受。 常见的湿法生产锑白工艺流程长、废水量大、设备 腐蚀大,产品质量有待进一步提高,湿法制取锑白最常 用的原料为锑精矿。 脆硫锑铅矿是重要的含锑原料之 一[12],盛产于中国广西大厂一带矿山,利用脆硫铅锑 矿制备锑白的传统方法是[13]脆硫铅锑矿经过烧结⁃ 鼓风炉还原熔炼产出铅锑合金,然后再精炼产出二号 精锑,最后再氧化得到锑白产品;也有企业直接将铅锑 合金在特殊的锑白炉中吹炼得到合格锑白产品。 这些 工艺都存在生产过程控制复杂、直收率低等问题。 针对传统工艺存在的问题,本文提出了一种用脆 硫锑铅矿制备合格锑白的新工艺,采用硫化钠浸出脆 硫铅锑矿,浸出液通入二氧化硫气体沉淀出硫化锑中 ①收稿日期 2015-04-02 基金项目 “十二五”国家科技支撑计划项目(2012BAE06B00)资助 作者简介 谢兆凤(1964-),男,湖南涟源人,高级工程师,博士,主要从事有色金属冶炼研发工作。 第 35 卷第 5 期 2015 年 10 月 矿矿 冶冶 工工 程程 MINING AND METALLURGICAL ENGINEERING Vol.35 №5 October 2015 间体,再将硫化锑沉淀在炉中氧化,产出符合国家标准 的合格锑白。 1 实 验 1.1 原料与设备 实验主要原料为产自广西南丹某厂的脆硫锑铅矿 精矿,主要成分见表 1。 表 1 脆硫铅锑精矿成分(质量分数) / % SbPbAsSAg1) 23.1227.051.0324.20800 1) 单位为 g/ t。 所用试剂硫化钠(Na2S)、氢氧化钠(NaOH)、二氧化 硫(SO2)为工业级试剂。 实验主要设备有机械搅拌槽 (200 L)、板框压滤机(1 m2)、坩埚电阻炉(S-62-5-10)、 空气压缩机(Y-0.67/7)、石墨坩埚(16#)、不锈钢坩埚 (Φ159280)等。 1.2 原理与工艺流程 脆硫铅锑矿在硫化钠与氢氧化钠的溶液中浸出, 所得浸出液通入二氧化硫气体酸化沉淀得到三硫化二 锑中间体,发生的化学反应如下 Sb2S3+3Na2S����2Na3SbS3(1) 4Na3SbS3+9SO2���� 6Na2S2O3+3S↓+2Sb2S3↓(2) 2Na3SbS3+3SO2+3H2O���� 3Na2SO3+3H2S↑+Sb2S3↓(3) 三硫化二锑中间体在高温下氧化生产出合格锑 白,发生的化学反应如下 2Sb2S3+9O2����2Sb2O3+6SO2(4) 利用脆硫铅锑矿制备合格锑白的工艺流程见图 1。 磨矿 浸出 脆硫铅锑矿 回收铅 铅渣 硫化钠、氢氧化钠 浸出液 氧化回收大苏打 二氧化硫 酸化 沉淀溶液 锑臼 图 1 锑白制备工艺流程 1.3 分析方法 整个实验中,采用连续滴定法测定锑、砷,采用国 标方法硫酸铈滴定法测定锑,采用溴酸钾滴定法分析 砷,采用碘标⁃硫代硫酸钠滴定法分析硫的形态,采用 PHB-4 型 pH 计测量酸度。 2 实验结果及讨论 2.1 浸出工序 2.1.1 温度对锑浸出率的影响 在时间 3 h、液固比 3∶1、搅拌速度 250 r/ min、硫化钠与锑质量比为 2.8、氢 氧化钠与锑质量比为 0.3 的条件下,考察了温度对锑 浸出率的影响,结果见图 2。 由图 2 可以看出,温度对 锑浸出率的影响较大,当温度在 90 ℃以后,锑浸出率 变化不大,约为 92.5%左右。 故选择浸出温度为 90 ℃ 进行其它条件实验。 温度/℃ 浸出率/ 回 回 回 回 回回 100 90 80 70 60 50 40 20406080100 图 2 浸出温度对锑浸出率的影响 2.1.2 时间对锑浸出率的影响 在温度 90 ℃、液固 比 3∶1、搅拌速度250 r/ min、硫化钠与锑质量比为2.8、 氢氧化钠与锑质量比为 0.3 的条件下,考察了时间对 锑浸出率的影响,结果见图 3。 由图 3 可以看出,当浸 出时间在 3 h 以上时,锑浸出率随时间变化很平缓, 3 h 时锑浸出率为 93.5%,故选择最佳浸出时间为 3 h。 时间/min 浸出率/ 回 回 回 回 回 94 92 90 88 86 84 82 6090120160180 图 3 浸出时间对锑浸出率的影响 2.1.3 搅拌速度对锑浸出率的影响 在温度 90 ℃、 液固比 3 ∶1、时间 3 h、硫化钠与锑质量比为 2.8、氢氧 18第 5 期谢兆凤等 利用脆硫锑铅矿制备合格锑白的新工艺研究 化钠与锑质量比为 0.3 的条件下,考察了搅拌速度对锑 浸出率的影响,结果见图4。 由图4 可知,随着搅拌速度 增大,锑浸出率逐渐增加,当搅拌速度达到 250 r/ min 时,锑浸出率已达到最大值 92.5%。 故选择最佳搅拌 速度为 250 r/ min。 浸出率/ 回 回 回 回 回 94 92 90 88 86 84 82 80 100150200250300 搅拌速度/r min-1 图 4 搅拌速度对锑浸出率的影响 2.1.4 液固比对锑浸出率的影响 在温度 90 ℃、时 间 3 h、搅拌速度 250 r/ min、硫化钠与锑质量比为 2.8、 氢氧化钠与锑质量比为 0.3 的条件下,考察了液固比 对锑浸出率的影响,结果见图 5。 由图 5 可以看出,液 固比对锑浸出率影响不大,结合浸出液中锑的浓度宜 尽量高,故选择液固比为 2∶1。 浸出率/ 回 回 回 回 95 94 93 92 91 90 2345 液固比 图 5 液固比对锑浸出率的影响 2.1.5 硫化钠用量对锑浸出率的影响 在温度 90 ℃、时间 3 h、液固比 2∶1、搅拌速度 250 r/ min、氢氧 化钠与锑质量比为 0.3 的条件下,考察了硫化钠用量 对锑浸出率的影响,结果见图 6。 从图 6 可以看出,在 硫化钠与锑质量比小于 2.8 时,锑浸出率逐渐增加,在 比值大于 2.8 以后,锑浸出率随硫化钠用量增加变化 不大。 按反应式(1)计算,硫化钠与锑的质量比理论 上应为 1.63∶1,造成硫化钠消耗偏高的原因可能有两 个第一,硫化钠被空气中的氧所氧化;第二,锑的浸出 需要过量的硫化钠。 故选择硫化钠的用量为锑质量的 2.8 倍。 mNa2S/mSb 浸出率/ 回 回 回 回回 94 92 90 88 86 84 82 2.22.42.62.83.0 图 6 硫化钠用量对锑浸出率得影响 2.1.6 氢氧化钠用量对锑浸出率的影响 在温度 90 ℃、时间 3 h、液固比 2∶1、搅拌速度 250 r/ min、硫化 钠与锑质量比为 2.8 的条件下,考察了氢氧化钠用量 对锑浸出率的影响,结果见图 7。 从反应式(1)可看 出,锑浸出过程并不消耗氢氧化钠,但从图 7 可以看 出,加入一定量氢氧化钠能提高锑浸出率,原因是氢氧 化钠的加入可抑制硫化钠水解。 氢氧化钠的最佳用量 为锑质量的 0.3 倍。 mNaOH/mSb 浸出率/ 回 回 回 回回 93 92 91 90 89 0.00.10.20.30.4 图 7 氢氧化钠用量对锑浸出率得影响 2.1.7 综合实验 通过以上实验,确定脆硫锑铅矿浸 出的最佳条件为温度 90 ℃,时间 3 h,搅拌速度 250 r/ min,液固比 2∶1,硫化钠与锑质量比为 2.8,氢氧 化钠与锑质量比为 0.3。 按照最佳浸出条件配料脆硫 锑铅矿 64 kg、硫化碱 41 kg、烧碱 4.5 kg,锑浸出率可 达到 92.5%,浸出液中锑浓度为 72.5 g/ L;浸出渣成分 为Pb 40.91%、Sb 4.50%、As 0.57%、Ag 1 236 g/ t。 2.2 酸化沉淀工序 2.2.1 pH 值对锑沉淀率的影响 向锑浓度为 72.5 g/ L 的浸出液中通入浓度为 99%的二氧化硫进行沉淀,考 察了 pH 值对锑沉淀率的影响,结果见表 2。 从表 2 可 以看出,随着沉淀 pH 值降低,锑沉淀率逐渐增加,在 pH=5~6 时锑沉淀率达到 99.5%左右,此时溶液中硫 代硫酸钠的浓度达到 160 g/ L 左右,所以控制溶液的 28矿 冶 工 程第 35 卷 沉淀 pH 值为 5~6 较合适。 表 2 pH 值对锑沉淀率的影响 pH 值 后液成分/ (gL -1 ) SbAsNa2S2O3 锑沉淀率 / % 50.60.40160.499.5 60.60.42160.599.5 72.70.45157.697.5 85.60.48150.495.4 910.50.50145.092.4 2.2.2 二氧化硫浓度对锑沉淀率的影响 向锑浓度 为 72.5 g/ L 的浸出液中通入二氧化硫进行沉淀,控制 终点 pH 值为 5~6,考察了二氧化硫浓度对锑沉淀率 的影响,结果见表 3。 表 3 二氧化硫浓度对锑沉淀率的影响 SO2浓度 / % 后液成分/ (gL -1 ) SbAsNa2S2O3 锑沉淀率 / % 100.50.4160.099.2 200.70.42165.499.6 300.650.44175.699.4 400.640.42160.599.6 990.60.4160.499.8 从表 3 可以看出,二氧化硫浓度对锑沉淀率影响 不大,只要控制沉淀 pH 值在 5~6 之间,锑沉淀率都会 达到 99%以上。 2.2.3 沉淀渣后处理 对沉淀得到的锑渣进行不同 方式的处理,处理后锑渣的具体成分见表 4。 表 4 处理方式对锑渣成分的影响 处理方式 锑渣成分/ % SbAsS 烘干27.400.1848.0 洗涤、烘干49.160.0842.4 烘干、洗涤、再烘干59.650.0435.6 洗涤、烘干、熔化扒渣65.040.0230.8 烘干、洗涤、再烘干、熔化69.12030.2 由表 4 可以看出,对锑渣的后处理可提高锑品位 和最大限度地除去有害元素砷。 未经处理的锑渣含锑 只有 27%,可能是其中夹带有大量的硫代硫酸钠和单 质硫。 根据酸化基本反应式可知,酸化产出的沉淀混 合物的组分是 S 和 Sb2S3,这种混合物中锑的理论含量 为 62.84%;熔化扒渣时有一部分单质硫被除去,故其 中的锑含量最高达 69.12%,已接近纯三硫化二锑的锑 含量 71.72%。 通过以上实验,确定了锑渣的后处理方式为锑渣 过滤时用水洗涤,再经过烘干后在 750 ℃下熔化并扒 渣,所得锑渣含 Sb 65.12%、S 含量高于 30%、As 含量 低于 0.02%。 2.3 氧化工序 2.3.1 氧化实验装置 使用坩埚炉加热,使锑渣熔化 后再鼓空气氧化,烟气经布袋收尘得锑白,实验装置如 图 8 所示。 热电偶 柑祸炉 布袋 二次风 一次风 吹风管 柑祸 图 8 氧化实验装置示意 2.3.2 氧化实验及结果 以前面产出的锑渣进行氧 化实验,主要考察了坩埚材质、氧化温度和吹风方式等 因素对锑白质量的影响,结果见表 5。 表 5 氧化条件对锑白质量的影响 坩埚 材质 温度 / ℃ 鼓风 方式 锑白质量/ % Sb2O3PbOAs2O3Fe2O3S白度 石墨 700单91.870.37 800单87.140.37 800单93.360.32 1 000单98.670.32 1 000双99.260.0550.0940.11 不锈钢1 000双91.580.140.0930.0090.00586 1 000双98.780.0280.05690 1 000双99.500.0240.0980.0090.00493 1 000双97.560.0350.096 从表 5 可以看出,坩埚材质主要会影响锑白产品 中铁的含量,氧化过程中不锈钢坩埚和吹风管的腐蚀, 会使产品中铁含量偏高,所以在制备过程中选用合适 的材质可以降低产品中铁的含量。 锑白制备过程应尽可能避开 Sb2O4的生成温度, 即 400~800 ℃,而锑渣在低于 900 ℃时氧化效果不理 想,故选择氧化温度 1 000 ℃较合适。 采用两路风的吹风方式可以制备合格的锑白产 品,第一路风起搅动和初步氧化作用,另一路风起氧化 和冷却作用,只要条件控制适当,在该吹风方式下可得 到合格的锑白产品。 2.3.3 小 结 将实验得到的典型样品与国家标准 38第 5 期谢兆凤等 利用脆硫锑铅矿制备合格锑白的新工艺研究 GB4062-83 的锑白产品进行比较,结果见表 6。 表 6 实验样品与锑白产品(GB4062-83)质量比较 品级 化学成分/ %物理性能 Sb2O3As2O3PbO杂质总和 白度/ % +0.045 mm 含量/ % 零级锑白 ≥99.50 ≤0.06 ≤0.10≤0.593≤0.1 一级锑白 ≥99.00 ≤0.12 ≤0.20≤1.093≤0.5 实验样品 ≥99.50 ≤0.098 ≤0.024≤0.893≤0.3 从表 6 可以看出,实验样品达到国家一级标准,与 国家零级锑白相比,实验样品中三氧化二砷的含量较 高,所以有必要在以后的实验过程中继续研究。 3 结 论 1) 提出了用硫化钠和氢氧化钠浸出脆硫铅锑矿, 浸出液通入二氧化硫气体沉淀出硫化锑中间体,再将 硫化锑沉淀在炉中氧化,最终制备符合国家标准的合 格锑白的新工艺。 2) 浸出工序最佳工艺条件为温度 90 ℃,时间 3 h,搅拌速度 250 r/ min,液固比为 2∶1,硫化钠与锑质 量比为 2.8,氢氧化钠与锑质量比为 0.3,在此工艺条件 下锑浸出率达 92.5%。 3) 浸出液通入二氧化硫气体并控制终点 pH 值 为 5~6,锑沉淀率不低于 99%,产出的硫化锑渣含 Sb 65%、S 含量不高于 30%、As 含量不高于 0.02%。 4) 硫化锑渣在不锈钢坩埚中于 980~1 000 ℃下 熔化,鼓入两路风氧化,产出的锑白产品达到国家一级 标准。 参考文献 [1] 孙 倬. 重有色金属冶炼设计手册(锡锑汞贵金属卷)[M]. 北 京冶金工业出版社,1995. [2] 赵天从. 锑[M]. 北京冶金工业出版社,1987. [3] 何启贤,陆玺争. 铅锑冶金生产技术[M]. 北京冶金工业出版 社,2005. [4] 杨 亮,王 涛,李 响,等. 低着色力 Sb2O3生产工艺影响因素 的探索[C]∥2010 年中国阻燃学术会议论文集,2010. [5] YANG Tian⁃zu, JIANG Ming⁃xi, LAI Qiong⁃lin. Sodium sulfide leac⁃ hing of low⁃grade jamesonite concentrate in production of sodium py⁃ roantimoniate[J]. Journal of Central South University of Technology, 2005,12(3)290-294. [6] Yang Tian⁃zu, Liu Wei⁃feng, Jiang Ming⁃xi et al. Production and processes of sodium pyroantimonate in China[C]∥Sohn International Symposium Advanced Processing of Metals and materials,TMS,2006 411-420. [7] 翟居付,赖琼琳,李利丽. 高铋渣料直接法生产锑白的新工艺[J]. 中国有色冶金,2007(6)51-53. [8] 吴少华,谭显铂,戴永俊. 顶吹法生产锑白新工艺的研究与应用 [J]. 中国有色冶金,2006(4)23-25. [9] 段学臣,赵天从. 湿法锑白的晶型转变[J]. 中国有色金属学报, 1996,6(1)36-39. [10] 肖松文,肖 骁,刘志宏,等. 水解法锑白的晶型结构控制机理 [J]. 无机材料学报,2000,15(4)589-594. [11] 张荣良,史宝良,史爱波,等. 从含锑烟灰中湿法提取立方晶型三 氧化二锑[J]. 有色金属(冶炼部分),2011(5)12-15. [12] 聂晓军,朱柒金,陈庆邦. 从复杂含砷锑银矿制取立方晶型锑白 [J]. 矿产综合利用,2000(1)5-9. [13] 唐谟堂,赵天从. 广西大厂脆硫锑铅矿新处理工艺及其基础理论 的研究[J]. 中南矿冶学院学报,1982(4)18-26. �������������������������������������������������������������������������������������������������� (上接第 79 页) 由表 4 可以看出,综合浸出条件实验取得了满意的 效果。 镍钴浸出率,无论按液计还是按渣计都能达到 98%和 90%以上,锰的液计浸出率约为 1%,99%的锰进 入渣中形成富锰渣。 原料中的铜和锌随镍钴一起进入 浸出液中,而原料中的铁由于在原料储存运输过程中发 生了价态变化,在还原氨浸过程中仅有约 2%进入浸出 液,绝大部分随锰一起留在浸出渣中。 所得浸出渣中锰 含量达 35%以上,可综合回收其中的锰金属。 4 结 论 1) 红土镍矿经加压酸浸⁃碱性沉淀工艺所得的初 级镍钴料,可采用还原氨浸法实现镍钴的选择性浸出。 2) 浸出体系中总氨、总碳浓度是影响浸出液稳定 性和镍钴锰浸出率的重要 因 素。 在 NH3 H2O⁃ NH4HCO3体系中,ρ(CO2)T= 35~40 g/ L,ρ(NH3)T= 110~120 g/ L,还原剂85% N2H4H2O 溶液用量为 2 倍 钴元素摩尔含量,液固比为 15 mL/ g,室温下浸出 3 h, 保温陈化 2 h,镍钴浸出率分别为 98.75%和 92.71%, 约 99%的锰进入浸出渣。 参考文献 [1] 彭容秋. 镍冶金[M]. 长沙中南大学出版社,2004. [2] 大连理工大学无机化学教研室. 无机化学[M]. 北京高等教育 出版社,2005. [3] 韩跃新,马松勃,王宇斌,等. 氨法浸出某精矿中低含量镍铜钴的 试验研究[J]. 矿冶工程,2014(6)56-59. [4] 王开毅,蔡春林,钱 东,等. 钴渣氨浸工艺研究[J]. 稀有金属, 2002,25(4)312-314. [5] 蔡春林. 钴渣氨浸及萃取分离铜钴镍的研究[D]. 长沙中南工业 大学化学系,2000. [6] 卢苏君,王书友,诸葛福瑜,等. Co(Ⅲ)⁃Na2SO3⁃H2SO4体系浸出 钴的研究[J]. 有色金属(冶炼部分),2013(5)17-19. [7] 马立文,聂祚仁,席晓丽,等. Co⁃Ni⁃Fe⁃Mn 配合⁃沉淀体系的平衡 热力学[J]. 中国有色金属学报,2013,23(2)516-527. [8] Katsiapi A, Tsakiridis P E, Oustadakis P, et al. Cobalt recovery from mixed Co⁃Mn hydroxide precipitatesby ammonia⁃ammonium carbonate leaching[J]. Minerals Engineering, 2010,23643-651. 48矿 冶 工 程第 35 卷