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        分銀渣中鉛的回收及硫酸鉛的制備

        2018-05-13 17:10:56簡志超汪秋雨韓亞麗胡意文
        銅業(yè)工程 2018年2期
        關(guān)鍵詞:硫酸鉛液固比碳酸鈉

        簡志超,汪秋雨,王 日,韓亞麗,胡意文

        (江西銅業(yè)技術(shù)研究院有限公司,江西 南昌 330096)

        1 引言

        本文研究的分銀渣是采用“預(yù)處理脫雜-硫酸化焙燒-水浸分銅-堿浸分碲-氯化分金-亞鈉分銀”工藝處理銅陽極泥最后剩下的尾渣,分銀渣的主要成分為BaSO4和PbSO4,其中鉛的含量高達15%以上,由于沒有合適的處理工藝,長期以來分銀渣返回銅冶煉主系統(tǒng)處理。分銀渣在火法冶煉過程中存在兩方面問題,一方面是87%左右的鉛會進入冶煉爐渣中,從而無經(jīng)濟回收價值,造成資源的浪費;另一方面是鉛不但會惡化爐況,而且影響主金屬銅的品質(zhì)。因此,從分銀渣中的回收鉛具有重要意義。

        目前,濕法回收含鉛物料中鉛方法主要有氯鹽法[1-4]、堿法[5-6]和碳酸鹽轉(zhuǎn)化 - 酸浸法[7-8]。氯鹽法是在NaCl-HCl-MCln的酸性氯鹽體系下,將難溶鉛鹽轉(zhuǎn)化成可溶性[PbCln+2]n-絡(luò)合陰離子,實現(xiàn)鉛的高效浸出,該工藝需在80℃以上進行過濾,否則PbCl2會析出返回渣相,導(dǎo)致鉛浸出率偏低,而且實際生產(chǎn)過程中很容易出現(xiàn)氯化鈉結(jié)晶導(dǎo)致過濾困難、管道堵塞等問題。堿法是在高濃度的NaOH溶液條件下,將難溶鉛鹽轉(zhuǎn)化成可溶性的鉛酸鈉,實現(xiàn)鉛的高效浸出,該工藝存在堿使用量大、生產(chǎn)成本高、實際操作困難等問題;碳酸鹽轉(zhuǎn)化-酸浸法是用碳酸鹽將難溶鉛鹽轉(zhuǎn)化成碳酸鉛,碳酸鉛用酸溶解,含鉛浸出液可用于電解鉛或加沉淀劑沉淀鉛,該方法在弱堿性介質(zhì)中浸出,對設(shè)備要求低,且可以按市場需求產(chǎn)出不同的鉛化工產(chǎn)品。本文采用碳酸鹽轉(zhuǎn)化-酸浸法來回收分銀渣中鉛,研究了碳酸鈉濃度、溫度、液固比、反應(yīng)時間對鉛浸出率的影響,獲得了最佳的浸鉛工藝條件,在最佳工藝條件下實現(xiàn)了分銀渣中鉛的高效提取,并制備出可外售的硫酸鉛產(chǎn)品。

        2 實驗

        2.1 原料

        以某銅冶煉廠分銀渣為原料,對其進行化學(xué)成分及物相分析。表1和圖1分別為分銀渣的XRF和XRD檢測結(jié)果,結(jié)果顯示分銀渣中鉛含量為16.69%,主要以PbSO4的物相存在。

        圖1 分銀渣的XRD圖譜

        2.2 主要設(shè)備

        電感耦合等離子光譜分析儀(5100 ICP-OES),X射線衍射光譜儀(XRD, Rigaku, D/max-RB),實驗室用烘箱(DHG-9023A),電動攪拌機(JB-90D),恒溫水浴鍋(HH-S1),真空泵等。

        2.3 試驗方法

        圖2為碳酸鈉轉(zhuǎn)化-酸浸脫鉛工藝流程,碳酸鈉與分銀渣中硫酸鉛反應(yīng)轉(zhuǎn)化;轉(zhuǎn)化渣用醋酸溶解;醋酸鉛與濃硫酸反應(yīng)生產(chǎn)硫酸鉛沉淀,并再生醋酸循環(huán)使用。

        圖2 碳酸鈉轉(zhuǎn)化酸浸脫鉛工藝

        3 結(jié)果與討論

        3.1 條件試驗

        以分銀渣為原料,開展不同碳酸鈉濃度、液固比、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間等條件下的碳酸鈉轉(zhuǎn)化-酸浸出鉛實驗,研究最佳鉛浸出工藝參數(shù)??刂拼姿峤鰲l件為,液固比6∶1、反應(yīng)溫度70℃、反應(yīng)時間為2h,醋酸的加入量為理論加入量的150%。

        在溫度75℃、液固比10∶1、時間2h的反應(yīng)條件下,研究不同碳酸鈉濃度對鉛浸出率的影響,其實驗結(jié)果如圖3所示。研究結(jié)果表明,鉛的浸出率隨著鈉鹽濃度的增加而增大,當(dāng)鈉鹽濃度為20g/L以后鉛的浸出率趨于穩(wěn)定。在保證鉛浸出率的同時,應(yīng)盡可能降低碳酸鈉濃度來降低成本,因此確定最佳碳酸鈉濃度為20 g/L。

        圖3 鈉鹽濃度對鉛轉(zhuǎn)化脫除效果的影響

        在碳酸鈉濃度為20g/L、反應(yīng)溫度75℃、反應(yīng)時間2h的條件下,研究不同液固比對鉛轉(zhuǎn)化浸出率的影響,其實驗結(jié)果如圖4所示。研究結(jié)果表明,液固比對鉛浸出率影響不大,從降低廢水量的角度考慮,應(yīng)該盡可能的降低液固比,而從便于生產(chǎn)操作考慮控制液固比為6∶1較為合理,因此確定最佳的液固比為6∶1。

        圖4 液固比對鉛轉(zhuǎn)化脫除效果的影響

        在碳酸鈉濃度為20g/L、液固比6∶1、反應(yīng)溫度75℃的反應(yīng)條件下,研究不同反應(yīng)時間對鉛轉(zhuǎn)化浸出率的影響,實驗結(jié)果如圖5所示。研究結(jié)果表明,硫酸鉛轉(zhuǎn)化反應(yīng)在0.5h左右時間就基本完成,但考慮實際生產(chǎn)的攪拌強度達不到實驗室強度,為了保證鉛的浸出率,確定最佳的反應(yīng)時間為1.0h。

        圖5 反應(yīng)時間對鉛轉(zhuǎn)化脫除效果的影響

        在碳酸鈉濃度為20g/L、液固比6∶1、反應(yīng)時間1.0h的反應(yīng)條件下,研究不同反應(yīng)溫度對鉛轉(zhuǎn)化浸出率的影響,實驗結(jié)果如圖6所示。研究結(jié)果表明,溫度對鉛浸出率影響不明顯,從降低能耗考慮,確定最佳的反應(yīng)溫度為常溫。

        圖6 反應(yīng)溫度對鉛轉(zhuǎn)化脫除效果的影響

        碳酸鈉轉(zhuǎn)化酸浸脫鉛最佳工藝參數(shù)為:碳酸鈉濃度為20g/L、液固比6∶1、反應(yīng)時間1.0h、反應(yīng)溫度為常溫。

        3.2 驗證試驗

        開展4組驗證試驗,在碳酸鈉濃度20g/L、液固比6∶1、常溫反應(yīng),反應(yīng)時間為1.0 h的條件下,進行分銀渣的鈉鹽轉(zhuǎn)化反應(yīng);鈉鹽轉(zhuǎn)化后的轉(zhuǎn)化渣采用醋酸浸鉛,醋酸加入量為理論加入量的150%,液固比為6∶1、反應(yīng)溫度為70℃、反應(yīng)時間為2h。

        表2為碳酸鈉轉(zhuǎn)化后液的化學(xué)成分。碳酸鈉轉(zhuǎn)化后液中各元素含量都相對較低,說明鈉鹽轉(zhuǎn)化過程分銀渣中元素基本不被浸出。

        表2 碳酸鈉轉(zhuǎn)化后液的主要化學(xué)成分 g·L-1

        用醋酸溶解鉛轉(zhuǎn)化渣,表3為醋酸浸出液的化學(xué)成分。醋酸浸出液主要含量為Pb,其它元素含量都較低,說明轉(zhuǎn)化渣中的鉛被選擇性浸出,而Au、Ag、Sn、Sb等元素富集在渣中。

        表3 醋酸浸出液的主要化學(xué)成分 g·L-1

        表4為脫鉛渣的化學(xué)成分。

        表4 脫鉛渣的主要化學(xué)成分 %

        研究結(jié)果表明,采用碳酸鈉轉(zhuǎn)化-醋酸浸脫鉛工藝,能有效從分銀渣中選擇性回收鉛,而錫、銻、金、銀不分散富集在脫鉛渣中。鉛含量由分銀渣中的17.17%降低至3.02%,鉛的平均浸出率為86.54%,平均渣率為76.6%。

        3.3 硫酸鉛制備

        以表3.2醋酸浸出液液為原料,采用硫酸沉鉛制備硫酸鉛,反應(yīng)終點判斷為加入硫酸不再產(chǎn)生白色沉淀,常溫反應(yīng)30min,制備出的硫酸鉛純度為99.5% 以上, Cu、Sb、Ag、Au、As、Te的含量都低于ICP檢測下限。硫酸沉鉛的優(yōu)點,沉鉛試劑為價格低廉的硫酸,而且再生醋酸可循環(huán)使用。

        4 結(jié)論

        (1)采用碳酸鈉轉(zhuǎn)化-醋酸浸脫鉛工藝,能有效從分銀渣中選擇性分離出鉛,解決分銀渣直接返回銅冶煉處理系統(tǒng)處理,影響主金屬銅品質(zhì)以及鉛資源浪費的問題。

        (2)碳酸鈉轉(zhuǎn)化-醋酸浸脫鉛最佳工藝參數(shù)為:碳酸鈉濃度為20g/L、液固比6:1、反應(yīng)時間1.0h、反應(yīng)溫度為常溫。在最佳工藝條件下,分銀渣中鉛含量由17.17%降低至3.02%,鉛的平均浸出率為86.54%,平均渣率為76.6%。

        (3)醋酸浸出液采用硫酸沉鉛可制備出純度99.5%以上硫酸鉛產(chǎn)品。

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