钨粗精矿氯化冶金工艺研究.pdf
钨粗精矿氯化冶金工艺研究 ① 刘志强, 朱 薇, 郭秋松 (广州有色金属研究院 稀有金属研究所,广东 广州 510650) 摘 要 研究了气相氯化法从钨粗精矿中挥发多金属的影响因素。 研究结果表明 稀盐酸可以适当地提高钨品位,并可以除去 40%的钙;钨粗精矿经过盐酸预处理后,主要元素的氯化挥发率高于未处理精矿。 最佳氯化工艺条件为温度 700 ℃,保温时间 1 h, 活性碳用量为原矿的 20%,在此条件下还原氯化,钨的氯化挥发率大于 99%,钼、锡的氯化挥发率大于 97%;同时,铁、铝挥发率也较 高,导致氯化物中的铁、铝含量较高;氯化残留矿样为熔融的盐状,结块严重。 关键词 钨粗精矿; 氯化; 挥发 中图分类号 TF111文献标识码 Adoi10.3969/ j.issn.0253-6099.2014.04.016 文章编号 0253-6099(2014)04-0067-03 Research on Process of Chloride Metallurgy for Rough Tungsten Concentrate LIU Zhi⁃qiang, ZHU Wei, GUO Qiu⁃song (Guangzhou Research Institute of Non⁃ferrous Metals, Guangzhou 510651, Guangdong, China) Abstract Contributing factors to metals volatilized from rough tungsten concentrate by gas phase chlorination were studied. Results showed that diluted hydrochloric acid can not only increase tungsten grade to some extent but also remove 40% of calcium. After pre⁃treatment with hydrochloric acid, predominant elements in rough tungsten concentrate have a higher volatilizing rate than that without pre⁃treatment. From the research, it is found the optimal conditions for chlorination are as follows reduction⁃chlorination process at a temperature of 700 ℃ and being hold for 1 h, with the dosage of active carbon at 20% of raw ore, resulted in the tungsten volatilizing rate after chlorination over 99%, more than 97% for the volatilizing rate of molybdenum and tin, as well as both higher for iron and aluminum, leading to the chloride with a higher content of iron and aluminum, and the residual slag looking like molten salt and seriously agglomerated. Key words tungsten rough concentrate; chlorination; volatilization 有色金属的氯化物沸点较低易挥发,而且不同金 属氯化物的沸点不同并易溶于水,利用这些性质可方 便、有效地将矿石中的有色金属提取并分离。 氯化冶 金具有以下优点① 对原料的适应性强,可处理各种 不同类型的原料,甚至液态粗金属;② 作业温度比其 他火法冶金过程低;③ 分离效率高,综合利用好[1]。 氯化冶金经过多年的研究发展,已成为处理复杂矿以 综合回收有价元素的有效方法之一。 在高品位矿石资 源逐渐枯竭的情况下,对储量很大的低品位、成分复杂 难选的贫矿来说,氯化冶金的优势将日益凸显。 国内在 20 世纪 80 年代曾开展过钨氯化冶金方面 的研究[2-3],但由于多种原因,后续有关研究较少。 湖南 柿竹园复杂钨多金属矿中除钨外含有大量的有色金属 资源,且嵌布粒度极细,难以采用物理选矿方法进行分 选、富集成相应的有色金属精矿。 为了考查柿竹园复杂 钨多金属矿中其它有色金属的可开采利用价值,本文采 用气相氯化法探索钨粗精矿中有色金属的氯化挥发性。 1 实验原料及实验方法 1.1 实验原料及试剂 本试验所用矿样为柿竹园提供的钨粗精矿,其化 学成分如表 1 所示。 表 1 钨粗精矿主要元素含量(质量分数) / % FeFCaO WO3MoO3SnO2Al2O3 BiCu SiO2 7.693.3123.73 10.840.130.607.320.051 0.064 21.48 实验所用试剂有盐酸(化学纯);活性碳(化学 ①收稿日期 2014-01-21 基金项目 国家“973”项目(2012CB724200) 作者简介 刘志强(1973-),男,湖北赤壁人,教授级高级工程师,硕士,研究方向为稀有金属冶金。 第 34 卷第 4 期 2014 年 08 月 矿 冶 工 程矿 冶 工 程 MINING AND METALLURGICAL ENGINEERING Vol.34 №4 August 2014 纯);氯气(工业级)。 1.2 实验流程及主要设备 将钨粗精矿采用 1%盐酸溶液进行预处理脱除部 分碳酸钙;将处理过的钨粗精矿及未处理的钨粗精矿 分别与碳粉混合均匀;装入石英坩埚,放入 SSX-12-16 高温管式电阻炉中,试验装置如图 1 所示。 通入氯气, 进行氯化焙烧,氯化气体冷凝收集。 将氯化后的矿样 残渣和冷凝下来的氯化物分别称重并分析含量,计算 各金属的氯化挥发率。 图 1 试验装置 1 冷凝水出口;2 冷凝水进口;3 冷凝器;4 温度计; 5 炉体;6 石英管;7 加热元件;8 热电偶 1.3 分析方法 所有元素分析委托广州有色金属研究院分析检测 中心测试,主要采用重量法、容量法和 ICP 仪器分析。 2 实验结果与讨论 2.1 钨粗精矿盐酸预处理 为了进一步提高钨粗精矿的品位和除掉部分钙, 采用浓度为 1%的稀盐酸对钨粗精矿进行浸出实验。 钨粗精矿 100 g,室温下浸出 2 h,在不同盐酸添加量的 条件下的浸出渣质量如图 2 所示。 从图 2 可以看出, 当盐酸添加量大于 1 500 mL 后,浸出渣质量变化不 大。 对盐酸添加量为 1 500 mL 时的浸出渣进行成分 分析,结果如表 2 所示。 对比表 2 与表 1 可以看出,稀 盐酸可以适当地提高钨品位,但提高幅度不大;酸浸可 以除去 40%的钙,但可将大部分的铋、铜浸出。 图 2 稀盐酸添加量与浸出渣质量的关系 表 2 浸出渣主要元素含量(质量分数) / % FeFCaO WO3MoO3SnO2Al2O3 BiCu SiO2 8.834.1117.76 13.190.170.799.970.094 0.026 27.12 2.2 氯化时间对主要金属氯化挥发率的影响 为考察氯化时间对各金属氯化挥发率的影响,将预 处理过的钨粗精矿样品与碳粉按 100 ∶ 40 混合均匀, 取 20 g 混合矿样装入自行设计的氯化挥发炉中;在 1 073 K 下,氯气流量为 0.6 L/ min,分别采用不同氯化 时间进行氯化实验;氯化后,氯化残留矿样呈黑色,有 未反应完的碳粉,样品酥松。 试验结果如图 3 ~ 4 所 示。 从图 3~4 可以看出在1 073 K 下钨粗精矿中钨、 钼、锡的氯化挥发率大于 96%;随着时间延长钨、钼、 锡等的氯化挥发率都提高,但其它金属如铁、铝的氯化 挥发也加大。 综合考虑,保温 1 h 就可以保证主要有 价元素有很高的挥发率。 图 3 氯化时间对主要金属氯化挥发率的影响 图 4 挥发物中主要金属含量与氯化时间的关系 2.3 不同碳含量对主要金属氯化挥发率的影响 为考察碳粉含量对各金属氯化挥发率的影响,将 预处理过的钨粗精矿样品与碳粉按不同比例混合均 匀,取 20 g 混合矿样装入自行设计的氯化挥发炉中, 在 1 073 K 下,氯气流量为 0.6 L/ min,氯化 1 h。 试验 结果如图 5~6 所示。 从图 5~6 可以看出随着碳含量 86矿 冶 工 程第 34 卷 增加,钨、钼氯化挥发率明显提高,钨粗精矿中钨、钼、 锡的氯化挥发率大于 96%;但碳含量增加,铁铝在氯 化物中的比例增加。 可以看出,当碳含量为原矿质量 的 20%~30%时就可保证主要有价元素有很高的挥发 率。 当含碳量低于 30%时,氯化残留矿样呈白色,为 熔融的盐状,结块严重。 图 5 碳含量对主要金属氯化挥发率的影响 图 6 挥发物中主要金属含量与碳含量的关系 2.4 不同氯化温度对主要金属氯化挥发率的影响 为考察氯化温度对各金属氯化挥发率的影响,将 预处理过的钨粗精矿样品与碳粉按 100∶20 混合均匀, 取 20 g 混合矿样装入自行设计的氯化挥发炉中,氯气 流量为 0.6 L/ min,分别采用不同氯化温度进行氯化实 验,试验结果如图 7~8 所示。 从图 7~8 可以看出温 度对钨、钼、锡的氯化挥发率影响不大;在 650~700 ℃ 图 7 氯化温度对主要金属氯化挥发率的影响 图 8 挥发物中主要金属含量与氯化温度的关系 下,主要有价元素有很高的挥发率。 铁、铝在氯化物中 的含量很高;氯化残留矿样呈白色,为熔融的盐状,结 块严重。 2.5 不同氯气流量对主要金属氯化挥发率的影响 将预处理过的钨粗精矿样品与碳粉按 100 ∶ 20 混 合均匀,取 20 g 混合矿样装入自行设计的氯化挥发炉 中;在 973 K 下,分别在不同氯气流量下进行氯化实 验。 试验结果如图 9~10 所示。 从图 9~10 可以看出 氯气流量对钨粗精矿中钨、钼、锡的氯化挥发率影响较 大,当氯气流量大于 0.6 L/ min 时,可以保证主要有价 元素有很高的挥发率。 铁、铝在氯化物中的含量很高; 氯化残留矿样呈白色,为熔融的盐状,结块严重。 图 9 氯气流量对主要金属氯化挥发率的影响 图 10 挥发物中主要金属含量与氯气流量的关系 (下转第 74 页) 96第 4 期刘志强等 钨粗精矿氯化冶金工艺研究 正丁醇为相调节剂,当不加入正丁醇时,P204 对 铝、铁的萃取率也较高,但对 Cr 3+ 的萃取率较低,只接 近 60%,而随着正丁醇量的加入,对 Cr 3+ 的萃取率增 加,当正丁醇加入量为 5%时,Cr 的萃取率达到 90%以 上,继续增加正丁醇的量,Cr 的脱除率变化不明显。 正丁醇最佳加入量为 5%。 该工艺有效实现了杂质 Cr、Al、Fe 与 Ni、Co 的分 离,除杂后液可直接进行镍钴分离,回收镍钴。 3 结 论 1) 水解除杂过程中,水解温度为 80 ℃,氧化剂用 量系数为 30,NaOH 浓度为 10%,水解终点 pH 值为 4 5,搅拌速率为 300 r/ min, Cr、Al、Fe 的脱除率分别 为 97.8%,98.6%,99%,镍钴损失率均小于 1%,达到了 初步的除杂效果,有利于后续深度净化。 2) 萃取深度除杂过程中,采用 P204+磺化煤油萃 取体系,常温下 10 级逆流萃取,P204 的浓度为 15%, 正丁醇加入量为 5%,萃取相比 O/ A = 1/2,萃取初始 pH=1.0,萃取时间 2 min,Cr、Al、Fe 的除杂率分别为 93.8%、90%和 92.0%,除杂效果良好。 参考文献 [1] 侯晓川,肖连生,高从堦,等. 废高温镍钴合金浸出液净化试验研 究[J]. 有色金属(冶炼部分),2010(4)9-11. 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(上接第 69 页) 根据前一阶段试验可知温度 650~700 ℃,碳加 入量为原矿的 20% ~30%,氯气流量 0.6 L/ min,氯化 时间 1 h 为最佳氯化工艺条件。 在该条件下钨氯化率 大于 99%、钼锡氯化率大于 97%。 2.6 优化预处理钨粗精矿与未处理钨粗精矿的氯化 工艺试验 在前述最佳氯化工艺条件基础上,对未处理钨粗精 矿按温度 700 ℃,矿/ 碳=100 ∶20,氯气流量 0.6 L/ min, 氯化时间 1 h 条件进行氯化试验,比较预处理工艺的 必要性。 对比结果如表 3 所示。 表 3 预处理前后矿样中主要元素的氯化挥发率 实验 氯化挥发率/ % WO3MoO3SnO2BiCu 未处理98.0297.5693.3597.8049.12 酸浸预处理99.2797.6197.5679.96100 从表 3 可知钨粗精矿经过盐酸处理后进行氯化 焙烧,主要元素的氯化挥发率高于未处理精矿。 未处 理精矿钨氯化率为 98%左右、锡氯化率为 93%左右。 3 结 论 1) 稀盐酸可以适当地提高钨品位,并可以除去 40%的钙,但酸浸出能将大部分的铋、铜浸出。 2) 钨粗精矿经过盐酸预处理后,最佳氯化工艺条 件为温度 650~700 ℃,碳加入量为原矿质量的 20% ~30%,氯气流量0.6 L/ min,氯化时间1 h,在该条件下 钨氯化率大于 99%、钼锡氯化率大于 97%;铁、铝在氯 化物中的含量很高;氯化残留矿样呈白色,为熔融的盐 状,结块严重。 3) 钨粗精矿经过盐酸处理后,主要元素的氯化挥 发率高于未处理精矿。 未处理精矿钨氯化率为 98% 左右、锡氯化率为 93%左右。 参考文献 [1] 陈新民. 火法冶金过程物理化学[M]. 北京冶金工业出版社, 1994. [2] 龙叔仲,谢 忠. 沸腾氯化从锡渣及钨钽铌矿富集钽铌综合回收 钨、锡有价金属的研究[J]. 稀有金属,1991,15(5)333-336. [3] 刘茂盛,李洪桂. 用固体氯化剂提取钨细泥中锡、铋、铜的研究 [J]. 稀有金属,1986,10(1)16-20. 47矿 冶 工 程第 34 卷