新疆某鈹精礦浸出工藝研究

王清良 李 中 李 乾 胡鄂明 熊 驍 成泉輝

(1.南華大學核資源工程學院，湖南衡陽421001;2.水口山有色金屬公司第六冶煉廠，湖南衡陽421001)

鈹是一種稀有金屬，在自然界中主要存在于綠柱石和羥硅鈹石中。鈹的化學性質比較穩定，在空氣中能夠形成具有保護作用的氧化層，高溫冶煉也難以改變其形態，所以鈹的化合物被廣泛應用于航空航天、信息工業、原子能、冶金、核反應堆等領域［1］。

最初的冶金用鈹都提取自綠柱石，這是因為綠柱石相對于其他鈹礦石屬于比較純凈的鈹鋁硅酸鹽，從中提取鈹幾乎是簡單的鈹鋁分離，流程簡單。但隨著鈹應用領域的不斷拓展［2］，僅從綠柱石中提鈹已不能滿足現代化建設的需要，羥硅鈹石就成為了繼綠柱石后最常見的提鈹礦物，雖然其純度不如綠柱石，但其儲量較高。

從鈹礦石中提鈹的方法有很多種［3-5］，應用最多的有硫酸法［6］和氟化法［7］。硫酸法先用高溫焙燒(1 400～1 500℃)破壞鈹礦石的結構，再用硫酸將鈹、鋁、鐵等能溶于酸的元素浸出，進而除雜得到氧化鈹。氟化法先將礦石與硅氟酸鈉混合，750℃左右燒結后再進行濕磨、常溫水浸，溶于水的鈹氟酸鈉進入溶液，從而實現鈹與礦石的分離。氟化法雖然能耗較低，但鈹溶液氟含量較高，且脫氟困難，當溶液中氟與氧化鈹的濃度比大于10%時，會大大影響鈹回收率。因而鈹生產加工企業較少采用氟化法。本試驗將采用硫酸預處理—攪拌浸出工藝對鈹精礦進行浸鈹研究。

1 試驗礦樣、試劑及儀器

1.1 試驗礦樣

試驗所用礦樣為新疆某鈹礦所生產的鈹精礦，粒度為0.074～0 mm，主要化學成分分析結果見表1。

表1 礦樣主要化學成分分析結果Table 1 Main chemical composition of the sample %

1.2 試驗試劑及儀器

1.2.1 試驗試劑

(1)試驗用 H2SO4、NaOH、HCl、EDTA、酒石酸鉀鈉、三乙醇胺、十六烷基三甲基溴化銨(CTMAB)、乙醇為分析純。

(2)混合掩蔽劑溶液。取EDTA和酒石酸鉀鈉各5 g于燒杯中，再加入30 mL三乙醇胺和70 mL水，攪拌溶解。

(3)0.01 mol/L的十六烷基三甲基溴化銨溶液。將3.64 g的CTMAB溶于100 mL乙醇中，再加水至1 000 mL。

(4)鈹標準溶液。稱取3.541 0 g硫酸鈹(BeSO4·4H2O)于燒杯中，加30 mL水，2 mL硫酸，加熱溶解，移入1 000 mL容量瓶中，用水稀釋至刻度，搖勻，此溶液1 mL含500 μg氧化鈹。移取2.00 mL鈹標準溶液于500 mL容量瓶中，加50 mL硫酸，用水稀釋至刻度，搖勻。此溶液氧化鈹含量為2 μg/mL。

1.2.2 試驗儀器及設備

試驗儀器設備見表2。

表2 試驗儀器及設備Table 2 Instruments and equipments used in the experiment

2 試驗方法

將質量比一定的鈹精礦與濃硫酸放入自制的反應釜中，反應釜置于一定溫度的數顯恒溫油浴鍋中保溫4 h，將預處理后的礦樣放入錐形瓶中，按一定的固液比加自來水，在轉速為300 r/min六聯攪拌器上攪拌一定時間，然后用真空抽濾機進行固液分離，并對濾渣進行清洗，分析溶液中的氧化鈹含量，計算礦石中鈹的浸出率。

3 試驗結果與討論

3.1 濃硫酸用量試驗

試樣濃硫酸預處理的目的是將鈹精礦中能溶于酸的鈹、鋁、鐵等從礦石中浸出。當試樣中加入的硫酸不足時，反應不完全，鈹等離子就不能充分進入液相中，從而影響氧化鈹的浸出率;當試樣中加入的硫酸過多時，不僅會造成硫酸的浪費，增加生產成本，而且會給后處理帶來麻煩。因此，必須確定適宜的濃硫酸配加量。

硫酸用量試驗的試樣預處理溫度為180℃，攪拌浸出液固質量比為2∶1，攪拌時間為4 h，試驗結果見圖1。

圖1 濃硫酸用量試驗結果Fig.1 Test result on dosage of concentrated sulfuric acid

由圖1可以看出，濃硫酸與試樣的質量比從1.4提高至2.0，氧化鈹浸出率先顯著上升，后升幅趨小。從成本、效益角度考慮，確定試樣與濃硫酸的質量比為 1∶1.5。

3.2 預處理溫度試驗

預處理溫度是影響鈹浸出的重要因素。預處理溫度不夠，濃硫酸破壞礦物結構效果不理想，鈹很難從礦石中分離出來，因而影響鈹的浸出。預處理溫度越高，能耗和生產成本也越高。

預處理溫度試驗試樣與濃硫酸的質量比為1∶1.5，攪拌浸出液固質量比為2∶1，攪拌時間為4 h，試驗結果見圖2。

圖2 預處理溫度試驗結果Fig.2 Test results on different pretreatment temperature

由圖2可以看出，預處理溫度從140℃提高至160℃，氧化鈹浸出率較低，且浸出率提高的幅度很小，表明在此溫度下不能很好地破壞鈹礦物的晶體結構;當預處理溫度進一步提高至180℃時，氧化鈹浸出率大幅度上升。因此，確定試樣濃硫酸預處理溫度為180℃。

3.3 浸出液固比試驗

在鈹礦石的浸出中，當濃硫酸用量一定時，液固比過大，則硫酸濃度過低，硫酸的破壞力不夠;液固比過小，不利于硫酸與試樣接觸和礦物中的物質進入液相。因此，液固比對鈹浸出效果的影響較大。

浸出液固質量比試驗的試樣與濃硫酸的質量比為1∶1.5，預處理溫度為180℃，攪拌時間為4 h，試驗結果見圖3。

圖3 浸出液固比試驗結果Fig.3 Test results on various ratio of liquid to solid

由圖3可以看出，液固質量比從1∶1提高至4∶1，氧化鈹浸出率先上升后下降。因此，確定試樣硫酸浸出的液固質量比為2∶1。

3.4 攪拌時間試驗

攪拌時間試驗的試樣與濃硫酸的質量比為1∶1.5，預處理溫度為 180 ℃，液固質量比為 2∶1，試驗結果見圖4。

圖4 攪拌時間試驗結果Fig.4 Test result on various length of stirring time

由圖4可以看出，攪拌時間延長，鈹浸出率上升，當攪拌時間達4 h時，氧化鈹浸出率達到97%。考慮浸出成本因素，確定攪拌時間為4 h。

4 結論

(1)新疆某鈹精礦與濃硫酸按質量比1∶1.5混合后，在反應釜內溫度為180℃情況下預處理4 h，預處理后的礦漿加水至液固質量比為2∶1，在攪拌器轉速為300 r/min情況下攪拌浸出4 h，氧化鈹浸出率達到97%，浸出效果良好。

(2)各影響因素條件試驗表明，濃硫酸的用量、預處理溫度、攪拌浸出過程的液固比和浸出時間對氧化鈹浸出率都有顯著的影響，其中以浸出溫度的影響最為顯著。

［1］ 李春雷.淺談氧化鈹的應用市場與生產技術現狀［J］.新疆有色金屬，2007(3):31-33.Li Chunlei.Talking about the market situation and production technology application beryllium oxide［J］.Xinjiang Non-Ferrous Metals，2007(3):31-33.

［2］ 張友壽，秦有鈞，吳東周，等.鈹和含鈹材料的性能及應用［J］.焊接學報，2001，22(6):92-96.Zhang Youshou，Qin Youjun，Wu Dongzhou，et al.Beryllium and beryllium-containing materials properties and applications［J］.Transactiongs of the China Welding Institution，2001，22(6):92-96.

［3］ 成泉輝.非綠柱石鈹礦生產工業氧化鈹的工藝研究與實踐［J］.中國有色冶金，2006(6):24-26.Cheng Quanhui.Technology research and practice non-beryl beryllium using beryllium oxide ore production of industrial［J］.China Nonferrous Metallurgy，2006(6):24-26.

［4］ 全 俊，李誠星.我國鈹冶金工藝發展概況［J］.稀有金屬與硬質合金，2002，30(3):48-59.Quan Jun，Li Chengxing.Beryllium overview of the development of metallurgical process［J］.Metals and Cemented Carbides，2002，30(3):48-59.

［5］ 符劍剛，蔣進光，李愛民，等.從含鈹礦石中提取鈹的研究現狀［J］.稀有金屬與硬質合金，2009，37(1):40-44.Fu Jiangang，Jiang Jinguang，Li Aimin，et al.Research status of beryllium extraction from ores containing beryllium［J］.Metals and Cemented Carbides，2009，37(1):40-44.

［6］ 李 衛，葉紅齊，劉振國.硫酸法處理含氟鈹礦石的工藝改進研究［J］.湖南冶金，2003，31(4):32-35.Li Wei，Ye Hongqi，Liu Zhenguo.Sulfuric acid treatment of fluorine beryllium ore process improvement［J］.Hunan Metallurgical，2003，31(4):32-35.

［7］ 全 俊.氟化法生產工業氧化鈹工藝研究［J］.湖南有色金屬，2011，27(5):20-23.Quan Jun.Research fluorinated industrial production of beryllium oxide technology［J］.Hunan Nonferrous Metals，2011，27(5):20-23.