房孟釗，方 準(zhǔn)，趙浩然

（大冶有色金屬有限責(zé)任公司/有色金屬冶金與循環(huán)利用湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北黃石435002）

大冶有色金屬有限責(zé)任公司冶煉廠稀貴車(chē)間以銅陽(yáng)極泥為主要原料，綜合回收其中的銅（Cu）、金（Au）、銀（Ag）、鉑（Pt）、鈀（Pd）、硒（Se）、碲（Te）等有價(jià)金屬，尤其是對(duì)碲的回收，一直以來(lái)受到冶煉廠的重點(diǎn)關(guān)注[1-3]。鉑鈀精礦是回收碲的主要原料，也是銅陽(yáng)極泥處理過(guò)程的中間產(chǎn)物。鉑鈀精礦主要富集鉑、鈀、碲，同時(shí)還有少量的金。目前，碲的回收存在碲與貴金屬鉑、鈀、金的分離不徹底、生產(chǎn)工藝過(guò)程較為復(fù)雜、直收率低、生產(chǎn)成本居高不下等問(wèn)題，造成有價(jià)金屬分散嚴(yán)重，損失較多。為此，冶煉廠加大科研攻關(guān)力度，集中技術(shù)人員針對(duì)碲的生產(chǎn)問(wèn)題集思廣益，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的探索與試驗(yàn)，通過(guò)對(duì)鉑鈀精礦酸浸工序優(yōu)化，高效地從鉑鈀精礦中分離出碲與貴金屬，提高了碲的直收率，同時(shí)降低了生產(chǎn)成本，取得了一定的成果。

1 碲回收工藝流程

稀貴車(chē)間采用硫酸浸取和三次還原工藝從鉑鈀精礦中回收碲，其工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1 碲回收酸浸與還原工藝流程

硫酸浸取工序與一次還原工序完成碲與貴金屬的分離，即貴金屬富集到酸浸渣和一次還原渣中，送到精煉工序進(jìn)行貴金屬的分離與提純；二次還原工序與三次還原工序得到富集碲的二次還原渣和三次還原渣，送至回收碲的精煉工序。整個(gè)工藝流程中，因?yàn)樗峤鸵淮芜€原渣中含有一部分碲很難回收，碲的損失較大且貴金屬較為分散，還原劑亞硫酸鈉消耗量大。

2 鉑鈀精礦酸浸工序優(yōu)化試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)原料

鉑鈀精礦來(lái)自稀貴車(chē)間銅陽(yáng)極泥處理過(guò)程生成的中間產(chǎn)物，其有價(jià)金屬成分分析數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 鉑鈀精礦有價(jià)金屬成分分析數(shù)據(jù)

2.2 試驗(yàn)原理

硫酸浸取工藝以除去雜質(zhì)為目的，將鉑鈀精礦在硫酸體系中加入工業(yè)鹽進(jìn)行氯化，將鉍、鈣等元素形成不溶性硫酸鹽除去，貴金屬一部分進(jìn)入酸浸渣，一部分進(jìn)入溶液后被亞硫酸鈉還原富集。

鹽酸浸取工藝以富集貴金屬為目的，不需要再加入工業(yè)鹽提供氯離子，將鉑鈀精礦在鹽酸體系中浸出可溶物，使大部分單質(zhì)態(tài)貴金屬留在酸浸渣內(nèi)，再分步富集其他元素。

鉑鈀精礦中碲以單質(zhì)（Te）、TeO2、TeO3的形態(tài)存在。酸浸與還原過(guò)程中主要化學(xué)反應(yīng)方程式為：

1）酸浸工序：

2.3 試驗(yàn)方法

按圖1 所示的碲回收工藝流程，其他工藝條件不變，分別采用鹽酸和硫酸浸取鉑鈀精礦，通過(guò)對(duì)鉑鈀精礦處理量、工藝與生產(chǎn)穩(wěn)定性、外排液指標(biāo)、有價(jià)金屬分散情況、碲的直收率和生產(chǎn)成本等方面進(jìn)行考察，確定酸浸的最佳工藝條件。

3 結(jié)果與討論

3.1 硫酸與鹽酸工藝的對(duì)比

通過(guò)生產(chǎn)試驗(yàn)從鉑鈀精礦處理量、生產(chǎn)穩(wěn)定性、外排液的指標(biāo)等三方面進(jìn)行對(duì)比，確定最適合生產(chǎn)需求的工業(yè)酸種類(lèi)。

3.1.1 鉑鈀精礦處理量

經(jīng)過(guò)生產(chǎn)實(shí)踐得出：鉑鈀精礦采用硫酸浸取工藝平均處理量為每批2 t，采用鹽酸浸取工藝平均處理量為每批4 t，批次平均處理量翻倍。

3.1.2 生產(chǎn)穩(wěn)定性

采用硫酸浸取工藝，鉑鈀精礦溶解率低，單次投料量少，溶液中貴金屬含量相對(duì)低，一次還原工序操作難度大；同時(shí)為增加溶液中的氯離子濃度需加入大量工業(yè)鹽，易形成結(jié)晶導(dǎo)致管道堵塞影響生產(chǎn)。

采用鹽酸浸取工藝，單次投料量增加，非貴金屬雜質(zhì)和非金屬雜質(zhì)全部進(jìn)入溶液，出渣率大幅降低，后續(xù)還原工序操作簡(jiǎn)單。該工藝反應(yīng)時(shí)間短，鹽酸的危害性較硫酸低，生產(chǎn)安全性高。

3.1.3 外排液指標(biāo)

分別對(duì)硫酸浸取工藝和鹽酸浸取工藝的外排液進(jìn)行金、鈀、鉑和碲的含量分析，數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

由表2 見(jiàn)：上述2 種工藝外排液指標(biāo)相差不大，金和鈀的指標(biāo)都比較理想，但鉑和碲的波動(dòng)較為明顯，鹽酸浸取工藝鉑的指標(biāo)要較優(yōu)于硫酸浸取工藝。由此分析，外排液中鉑和碲的含量波動(dòng)應(yīng)與原料有很大關(guān)系。

表2 不同浸取工藝外排液成分分析數(shù)據(jù)

3.1.4 有價(jià)金屬的分散情況

在硫酸和鹽酸酸浸體系里，分散情況變化較大的有價(jià)金屬主要是鉑和碲，其分散情況數(shù)據(jù)見(jiàn)表3～4。因?yàn)樗峤c一次還原渣是提取貴金屬的主要原料，其中鉑占鉑鈀精礦中含鉑總質(zhì)量的比例越高，越有利于后續(xù)的提純；二次還原渣與三次還原渣是提取碲的主要原料，其中碲占鉑鈀精礦中含碲總質(zhì)量的比例越高，越有利于后續(xù)工序碲的提純。

表3 不同浸取工藝鉑分散情況數(shù)據(jù)對(duì)比

表4 不同浸取工藝碲分散情況數(shù)據(jù)對(duì)比

由表3 與表4 計(jì)算可知：硫酸浸取工藝和鹽酸浸取工藝酸浸渣與一次還原渣中鉑的質(zhì)量占比分別為62.89%和91.37%，說(shuō)明鹽酸浸取工藝鉑的富集效果更好；硫酸浸取工藝和鹽酸浸取工藝二次還原渣與三次還原渣中碲的質(zhì)量占比分別為87.31%和88.32%，說(shuō)明鹽酸浸取工藝碲的富集效果更好。綜合考慮，采用鹽酸代替硫酸酸浸鉑鈀精礦的效果更好。

3.2 鹽酸浸取工藝的改進(jìn)

鹽酸代替硫酸酸浸鉑鈀精礦，雖然貴金屬得到了富集，但是需要酸浸工序與一次還原工序兩步才能達(dá)到貴金屬與碲的徹底分離，因此，繼續(xù)對(duì)鹽酸浸取工藝改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)酸浸工序一步分離貴金屬與碲。3.2.1 鹽酸浸出試驗(yàn)

稱取136 g 干燥的鉑鈀精礦，液固質(zhì)量比為4 ∶1（與生產(chǎn)工藝相同），加入440 g/L 的工業(yè)鹽酸溶液浸取3.5 h。經(jīng)測(cè)定，浸出液的電位為615 mV。測(cè)定浸出液中金、鈀、鉑和碲的質(zhì)量濃度，結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 酸浸試驗(yàn)分析結(jié)果

由表5 可見(jiàn)：金、鈀、鉑和碲的浸出率都大于90%。

因?yàn)橘F金屬金、鈀和鉑在鉑鈀精礦中大部分以單質(zhì)形態(tài)存在，然而90%以上卻在酸浸工序與碲一起進(jìn)入溶液，不利于貴金屬與碲的有效分離。單質(zhì)金、鈀和鉑在酸浸過(guò)程中被氧化成離子形態(tài)進(jìn)入溶液中，由此說(shuō)明鉑鈀精礦具有一定的氧化性。為了降低酸浸工序溶液的氧化性，硫酸浸取工藝采用加入亞硫酸鈉還原的方法，降低溶液的電位，將進(jìn)入溶液的貴金屬金、鈀和鉑還原沉淀到渣中，達(dá)到貴金屬與碲分離的目的。但也有一部分進(jìn)入溶液的碲同時(shí)被還原進(jìn)入渣中，不利于碲的回收。因此，鹽酸浸取工藝中采用碲生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的堿浸渣、凈化渣代替亞硫酸鈉，降低酸浸工序的電位，一步達(dá)到貴金屬金、鈀、鉑與碲的有效分離。

3.2.2 生產(chǎn)跟蹤與試驗(yàn)

實(shí)際生產(chǎn)中，酸浸工序的原料不僅僅是鉑鈀精礦，生產(chǎn)流程中產(chǎn)生的堿浸渣、凈化渣（具有還原性）等中間物料，也隨鉑鈀精礦一同進(jìn)入酸浸工序。堿浸渣、凈化渣的主要成分為單質(zhì)碲，能夠還原酸浸出液中的貴金屬。

對(duì)5 批次不同投料情況的鹽酸浸取過(guò)程進(jìn)行跟蹤，投料情況見(jiàn)表6，相應(yīng)投料批次的浸出液和一次還原液分析結(jié)果見(jiàn)表7。

表6 鹽酸浸取工藝投料情況

表7 浸出液和一次還原液分析結(jié)果

由表6 和表7 可見(jiàn)：隨著堿浸渣或凈化渣添加量的增多，鹽酸浸出液的電位明顯降低，金、鈀和鉑的質(zhì)量濃度也明顯降低；當(dāng)堿浸渣添加量為350 kg 時(shí)，酸浸液的電位值380 mV，金、鈀、鉑含量與實(shí)際生產(chǎn)上的一次還原液接近，甚至更低，說(shuō)明在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中不必再添加亞硫酸鈉進(jìn)行一次還原；繼續(xù)增大堿浸渣或凈化渣添加量，鹽酸浸出液的電位值進(jìn)一步降低，但渣量明顯增大。

測(cè)定第1 批次和第3 批次的酸浸渣中金、鈀、鉑和碲的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，結(jié)果見(jiàn)表8。

表8 酸浸渣成分分析數(shù)據(jù)

由表8 可見(jiàn)：向鉑鈀精礦中添加350 kg 堿浸渣，用鹽酸浸取后，酸浸渣中的碲含量明顯增加，達(dá)到甚至超過(guò)一次還原渣的碲含量。酸浸渣中碲越多，說(shuō)明被還原沉淀的碲越多，不利于后續(xù)碲的富集。由此推斷，若繼續(xù)增加堿浸渣的添加量，再加入亞硫酸鈉做一次還原，碲的損失將繼續(xù)增大，直收率將進(jìn)一步降低。

為了驗(yàn)證一次還原工序投加亞硫酸鈉回收貴金屬時(shí)是否會(huì)導(dǎo)致大量的碲被同時(shí)還原進(jìn)入還原渣，按照實(shí)際生產(chǎn)要求，對(duì)第1 批次投料的一次還原工序添加375 kg 亞硫酸鈉回收貴金屬，測(cè)定一次還原前后溶液中金、鈀、鉑和碲的質(zhì)量濃度，分析結(jié)果見(jiàn)表9。

表9 一次還原前后溶液中金、鈀、鉑和碲的質(zhì)量濃度

由表9 可見(jiàn)：雖然酸浸液中的金、鈀和鉑被還原得較徹底，但是也有17.5%的碲被還原進(jìn)入還原渣，溶液中的碲濃度由48.5 g/L 降至40.0 g/L，導(dǎo)致碲直收率顯著降低，不利于后續(xù)碲的富集。

由表6～9 可知：用鹽酸代替硫酸酸浸投料時(shí)，1.25 t 鉑鈀精礦附帶添加一部分堿浸渣（或凈化渣），控制電位380 mV 以下，貴金屬將完全進(jìn)入酸浸渣中，可以省去一次還原工序，減少亞硫酸鈉用量375 kg，碲的直收率可提高17.5%。

3.2.3 優(yōu)化后的工藝流程

通過(guò)生產(chǎn)實(shí)踐證明：采用鹽酸代替硫酸浸取鉑鈀精礦，利用電位控制可一步完成貴金屬與碲的高效分離。優(yōu)化后的碲回收酸浸與還原工藝流程見(jiàn)圖2。

圖2 優(yōu)化后碲回收酸浸與還原工藝流程

3.3 生產(chǎn)成本與經(jīng)濟(jì)效益估算

3.3.1 生產(chǎn)成本

2018 年1—7 月采用硫酸浸取工藝，鉑鈀精礦處理成本為4 985 元/t；2018 年10 月采用鹽酸浸取工藝，鉑鈀精礦處理成本為7 312 元/t。鹽酸浸取鉑鈀精礦相較于硫酸，成本增加了2 327 元/t。

3.3.2 經(jīng)濟(jì)效益估算

鉑鈀精礦處理量按400 t/a，w(Pt) 按0.02%，w(Te) 按15%，酸浸渣與一次還原渣總質(zhì)量占鉑鈀精礦的比例按50%，二次還原渣與三次還原渣占鉑鈀精礦的比例按50%，鉑的單價(jià)按25.6 萬(wàn)元/kg，碲的單價(jià)按68 萬(wàn)元/t 計(jì)，假設(shè)兩種酸浸方式的后續(xù)工藝相同，鉑回收率按80%計(jì)，碲回收率按85%計(jì)，硫酸浸取和鹽酸浸取工藝的生產(chǎn)成本和利潤(rùn)計(jì)算如下：

1）硫酸浸取工藝：

含鉑總質(zhì)量：400 × 50% × 200 × 62.89% ÷1 000=25.16 kg。

回收鉑利潤(rùn)：25.16×80%×25.6=515.28 萬(wàn)元。

二次還原渣+ 三次還原渣含碲總質(zhì)量：400×50%×15%×87.31%=26.19 t。

回收碲利潤(rùn)：26.19×85%×68=1 513.78 萬(wàn)元。

生產(chǎn)成本：400×4 985=199.40 萬(wàn)元。

2）鹽酸浸取工藝：

酸浸渣+一次還原渣含鉑總質(zhì)量：400×50%×200×91.37%÷1 000=36.55 kg。

回收鉑利潤(rùn)：36.55×80%×25.6=748.54 萬(wàn)元。

二次還原渣+三次還原渣含碲總質(zhì)量：400×50%×15%×88.32%=26.50 t。

回收碲利潤(rùn)：26.50×85%×68=1 531.70 萬(wàn)元。

生產(chǎn)成本：400×7 312=292.50 萬(wàn)元。

將上述數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)匯總于表10。

表10 不同浸取工藝?yán)麧?rùn)對(duì)比

由表10 計(jì)算可知：采用鹽酸代替硫酸浸取鉑鈀精礦，其余工序完全相同的條件下，每年可增加利潤(rùn)158.08 萬(wàn)元。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)生產(chǎn)試驗(yàn)，采用硫酸和鹽酸浸取分別從鉑鈀精礦處理量、生產(chǎn)穩(wěn)定性、外排液的指標(biāo)等三方面進(jìn)行對(duì)比，確定鹽酸相較于硫酸更加適合實(shí)際生產(chǎn)需求。采用鹽酸浸取工藝，單次投料量增加，出渣率大幅降低，且鉑的富集效果更好，對(duì)碲的富集效果略好于硫酸浸取。酸浸工序鉑鈀精礦投料時(shí)，添加少量堿浸渣或凈化渣，控制電位380 mV 以下，貴金屬將完全進(jìn)入酸浸渣中，可以省去一次還原工序，1.25 t 鉑鈀精礦處理可減少亞硫酸鈉用量375 kg，碲的直收率可提高17.5%。鹽酸浸取鉑鈀精礦相較于硫酸，成本增加了2 327 元/t，但由于鉑和碲回收率的提高，每年可增加利潤(rùn)158.08 萬(wàn)元，經(jīng)濟(jì)效益明顯。