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從煅燒的銅渣中回收鉬

2012年04月12日 11:18 5476次瀏覽 來(lái)源:   分類(lèi):   作者:

   摘要:從銅含量為0.77%~1.32%之間的銅渣中回收金屬,回收金屬主要為銅;然而一些渣也含有0.4%左右的鉬,有可能將熔融的銅渣變?yōu)橐环N新原料來(lái)開(kāi)發(fā)新工藝,得到新產(chǎn)品。從這點(diǎn)來(lái)講,使用焙燒-浸出工藝處理銅渣是為了回收渣中的鉬,用氧化焙燒法將氧化鐵轉(zhuǎn)化為不溶性赤鐵礦,而銅和鉬轉(zhuǎn)化為可溶態(tài)溶于酸溶液。因?yàn)殂f與氧化鐵類(lèi)晶石相結(jié)合,在浸出過(guò)程中它的還原會(huì)受四氧化三鐵成分影響,使用硫酸進(jìn)行渣浸出,鉬的回收率超過(guò)80%。因此,使用兩段工藝,即氧化焙燒后酸浸對(duì)鉬進(jìn)行回收,得到的結(jié)果表明這種方法的可行性。
  0 前 言
  當(dāng)前,受經(jīng)濟(jì)、環(huán)境及金屬高消費(fèi)問(wèn)題的影響,迫使人們開(kāi)發(fā)更經(jīng)濟(jì)有效、從二次資源中回收有價(jià)金屬的方法得到了推廣。智利每年要產(chǎn)出含銅量為0.77%~1.32%、含鉬0.4%及大量的鐵和二氧化硅的銅渣超過(guò)350萬(wàn)t,因而,在循環(huán)利用金屬萃取工藝上,銅渣就顯示出了它的經(jīng)濟(jì)潛力[1]。
  從銅渣中萃取金屬有許多濕法冶金方面的建議,這包括直接從硫酸或氯化鐵中浸出,也有將渣與硫酸、硫酸銨、硫酸鐵焙燒或在還原的條件下酸浸這方面的報(bào)道。然而,所有的報(bào)道都是涉及銅和鈷或鎳還原方面,關(guān)于通過(guò)濕法冶金工藝從銅渣中回收鉬的數(shù)據(jù)少有報(bào)道[4-8]。
  因此,有人提議焙燒低品位的鉬精礦與石灰或碳酸鈉,將鉬轉(zhuǎn)化為鉬酸鹽,也有人研究將廢催化劑與碳酸鈉焙燒,還原可溶性鉬酸鹽[9-12]。因此,生產(chǎn)鉬最有效的方法是將鉬精礦焙燒得到三氧化鉬,隨后對(duì)三氧化鉬進(jìn)行還原得到金屬鉬[12]。所以,本工作的重點(diǎn)是研究氧化物經(jīng)過(guò)焙燒后酸浸,從銅渣中回收鉬的可行性。
  1 從理論上講
  銅渣中的礦物學(xué)成分及所呈現(xiàn)的相取決于加
  工礦物的類(lèi)型、爐子的類(lèi)型及冷卻方法等幾方面的因素。緩冷導(dǎo)致渣的組分有相當(dāng)數(shù)量的結(jié)晶,形成大量的不同礦物相,冷卻的速度越慢,礦物相增長(zhǎng)越大;緩冷速度快,有可能產(chǎn)生非晶體渣,因而金屬在渣中分布越均勻[14]。當(dāng)銅渣是晶體時(shí),主相通常是伴有硅酸鹽的硅酸鐵鹽及金屬氧化物,銅以氧化物或硫化物或兩者的混合體存在。
  在銅的回收過(guò)程中,比較典型的銅渣分析顯示,鉬分散在整個(gè)氧化鐵相中,鉬高度氧化,并與四氧化三鐵的化學(xué)結(jié)構(gòu)相結(jié)合,如圖1所示。
  在冶煉前,由于鉬從硫化銅礦中浮選的效率低,所以鉬出現(xiàn)在渣中。同時(shí),也有報(bào)道說(shuō)鉬與屬于2FeO·MoO2-Fe3O4系列的尖晶石結(jié)合,浸出率低[15]。
  在熔融狀態(tài)下,除了帶入液體的一些銅及硫化銅以外,從化學(xué)性質(zhì)上講,渣是均質(zhì)的,在急速冷卻條件下,它仍保持均質(zhì)狀態(tài)。當(dāng)渣緩慢冷卻時(shí),它不會(huì)過(guò)氧化,且至少可能形成兩種固體相:硅酸亞鐵和部分被氧化成的四氧化三鐵,銅仍為硫化物;這種條件下通常通過(guò)浮選回收銅。然而,根據(jù)以下反應(yīng),銅、硫化銅及氧化銅在高度氧化焙燒條件下,溫度在600~800 ℃時(shí),能被轉(zhuǎn)化。
  Cu+1/2O2=CuO                      (1)
  Cu2S+2O2=2CuO+SO2                      (2)
  Cu2O+2/3O2=2CuO               (3)
  在這些條件下,當(dāng)溫度達(dá)到800~1 100 ℃之間時(shí),硅酸鐵在有氧條件下分解,具體如下:
  2FeO·SiO2+1/2O2=Fe2O3+SiO2                  (4)
  2FeO·SiO2+1/3O2=2/3Fe2O3+SiO2             (5)
  根據(jù)以下反應(yīng),鉬從它與氧化鐵的尖晶石的組合物中分離出
  2FeO·MoO2·Fe2O3+O2= 2Fe2O3+MoO3      (6)
  圖2實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)的結(jié)構(gòu)圖
  因而,氧化焙燒會(huì)使鐵硅酸鹽分解,形成不溶于酸溶液的四氧化三鐵和二氧化硅,這樣在室溫條件下,經(jīng)過(guò)焙燒工序處理的產(chǎn)品就很容易通過(guò)酸浸進(jìn)行處理,鉬的還原效果就好,銅仍留在渣里面。
  2 實(shí) 驗(yàn)
  緩冷和極速冷卻的系列冶煉銅渣的化學(xué)特性,如表1所示。
  表1系列冶煉銅渣的化學(xué)性質(zhì)* %
  在一個(gè)典型的試驗(yàn)中,渣在實(shí)驗(yàn)室的管式Lindberg-Blue 爐0.5 cm厚的固定床上進(jìn)行焙燒,條件如下:溫度700 ℃,所用氣體中混有90%的空氣及10%的二氧化硫,物料粒度400目為100%,所得到的煅燒砂使用標(biāo)準(zhǔn)浸出測(cè)試法用如下條件在實(shí)驗(yàn)室中浸出:溫度為18~20 ℃,硫酸為50 g/L,液固比為10∶1,物料粒度200目為100%,如圖2所示浸出2 h。進(jìn)行浸出測(cè)試以確定不經(jīng)過(guò)煅燒步驟渣的溶解性,條件如下:溫度為20 ℃,硫酸150 g/L,液固比為10∶1。
  空氣與二氧化硫混合是為了評(píng)估使用冶煉煙氣促成四氧化三鐵反應(yīng)的可行性,正如以前報(bào)告中提到的計(jì)劃那樣,增加銅渣的商用價(jià)值[17]。
  3 結(jié)果與討論
  圖3顯示的是使用掃描電鏡技術(shù)掃描到的緩冷渣的特性,微探針?lè)治鲲@示的是沉積的氧化物及硅酸鹽的絡(luò)合物,鉬在這里形成了一個(gè)Fe-Mo-O的分離相,如1#、2#和4#相所示,絡(luò)合物中鐵的含量在52.03%~63.57%之間,鉬含量在1.25%~6.35%之間。同時(shí),這些相中二氧化硅的含量低,表明鐵能在磁鐵礦中呈現(xiàn)如FeO·MoO2-Fe3O4樣的尖晶石結(jié)構(gòu),3#相顯示的是玻璃狀的鐵硅酸鹽型含鉬量低的二氧化硅富集溶液。
  圖4是渣的掃描電鏡分析,如圖4a所示,可觀察到鐵分布在整個(gè)玻璃狀的鐵硅酸鹽相中;圖4b顯示的是鉬散布在渣中并與鐵的分布路徑緊鄰的硅酸鹽相。
  鐵的高萃取率表明鐵硅酸鹽的主要部分分解,這導(dǎo)致酸的消耗及溶液中膠態(tài)氧化硅增加,也增加了后期鉬分離的難度。每噸渣所消耗的硫酸量在800~1 000 kg,溶液中的二氧化硅的富集量在10~15 g/L。
  如圖5所示,含不同成份磁鐵礦的渣使用焙燒-浸出工藝,可觀察到渣隨著鉬還原量的增加,四氧化三鐵含量減少。
  由于鉬與氧化鐵尖晶石結(jié)合在一起,酸浸不易分解,需要氧化成為鉬的易溶態(tài)或氧化鉬,這樣才能在浸出過(guò)程中溶解,鐵被氧化成為氧化鐵,以便對(duì)鉬進(jìn)行選擇性浸出。
  在氧化過(guò)程中,氧化鐵尖晶石轉(zhuǎn)化為氧化鐵,鉬從鐵尖晶石相中分離出,同時(shí)也被氧化成為它的最高氧化態(tài)并反應(yīng)生成熱穩(wěn)定的合成物,該合成物可以從氧化鐵及硅酸鹽合成物中不受限進(jìn)行選擇性浸出。
  這里應(yīng)當(dāng)注意渣的熔點(diǎn),這些合成物可以互溶,且由于氧化亞鐵和四氧化三鐵決定了銅渣的氧化態(tài),可以得出鉬的還原態(tài)為Mo4+。
  因?yàn)樵秀f的濃度比較低,與以非常高的濃度并以Fe2+及Fe3+氧化物形態(tài)存在的氧化鐵相比,很難經(jīng)過(guò)分析證實(shí)二氧化鉬的存在。然而,有一點(diǎn)非常清楚,渣與四氧化三鐵尖晶石晶化,形成二氧化鉬固溶體,鉬的浸出率非常低。
  4 結(jié) 論
  鐵和鉬分布在整個(gè)玻璃狀硅酸鹽相,且在渣中鉬的分布與鐵的分布路徑緊緊相鄰,因此,鉬主要與氧化鐵尖晶石相結(jié)合。
  由于氧化反應(yīng)破壞了渣的結(jié)構(gòu),產(chǎn)生赤鐵礦及方晶石,氧化鐵及二氧化硅成為渣的主要成份,二氧化硅相中也應(yīng)當(dāng)有次要的氧化物成份出現(xiàn),因而,在完全被氧化的渣中,硅酸鹽及氧化鐵就成為預(yù)期的兩個(gè)主要的基本相。
  人們普遍認(rèn)為,渣氧化的結(jié)果是鉬和鐵被氧化成最高氧化態(tài),因而使用酸浸工藝就可以將鉬從渣的氧化微粒中選擇性浸出。
  渣中的四氧化三鐵顯示,鉬是嵌入在尖晶石固體相中,說(shuō)明它在酸溶液中的溶解度非常低。然而,渣的溶解度測(cè)試結(jié)果顯示,當(dāng)渣中的四氧化三鐵含量減少時(shí),鉬的萃取率提高,這對(duì)渣的焙燒轉(zhuǎn)化同樣有效。

責(zé)任編輯:仁可

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