銻金精礦隔膜電積預處理新工藝研究

劉宗強，彭思堯，楊建英，張緒亮，李焌源，雷 杰，楊建廣

（1．懷化湘西金礦設計科研有限公司，湖南 沅陵 419607；2．中南大學 冶金與環境學院，湖南 長沙 410083；3．江西省環境工程職業學院，江西 贛州 342000）

我國銻資源儲量和產量均居世界首位［1］。目前，硫化銻礦資源正逐年減少，以脆硫銻鉛礦、高砷鉛銻精礦、低品位銻金精礦等為主的銻礦資源越來越受重視，尤其是金銻礦，但因為有毒砂等有害成分伴生，且金呈顯微狀態存在或嵌布在其他礦物內，這類礦石很難處理［2－3］。銻金精礦的處理方式可分為2種［4］：1）以提金為主，即打開包裹體，然后氰化浸出金。這種方式易形成“二次包裹”［5］；2）以富集金為主，即逐步分離脈石和賤金屬，再回收金。如鼓風爐揮發熔煉—貴銻電解［6］，這種工藝的流程長、能耗高、煙氣量大、污染重等問題難以解決［6－8］。近年來，也有學者提出或實施其他工藝：礦漿電解法［9］，細菌氧化法［10－11］，焙燒氧化法［5，12－13］，氣氛中揮發銻［14］等。

為解決銻金精礦尤其是低品位銻金精礦冶煉工藝存在的諸多問題，提出采用銻循環隔膜電積濕法冶金工藝［15－18］處理銻金精礦。試驗主要考察該工藝對多類銻金精礦處理的適應性和主要金屬走向。

1 試驗部分

1．1 試驗原料

試驗所用銻金精礦分別來自澳大利亞銻業公司（1＃精礦）、湖南辰州礦業公司（2＃精礦）及甘肅棗子溝礦（3＃精礦），主要化學成分見表1。3種精礦中的金、銻、砷物相見表2、3。

表1 精礦主要化學成分 %

表2 精礦中金物相分布 g／t

表3 精礦中銻、砷物相分布 %

從表1可知：1＃精礦屬于典型高品位銻金礦，鐵、砷等雜質質量分數低；3＃精礦為低品位復雜銻金礦，鐵、砷等雜質質量分數較高。

物相分析結果表明：3種精礦中銻主要以輝銻礦形式存在；3＃精礦中金主要被硫化物包裹及以單加連形式存在，這種賦存性質不適合氰化浸出，必須經預處理使包裹的金暴露出來；1＃和2＃精礦中，砷主要以硫化砷形式存在，而3＃精礦中砷主要以毒砂形式存在，還有一定量硫化砷。

1．2 試驗工藝流程

圖1 基于隔膜電積的銻金精礦處理工藝流程

銻隔膜電積工藝的實質就是利用陰離子膜將陰、陽兩極室分隔開來進行電解，陽極室中的Sb3＋在電流作用下失去電子轉化成Sb5＋，陰極室中的Sb3＋則得到電子轉化成銻單質。電積結束后，陰極直接得到電積銻，陽極產出的SbCl5溶液則作為氧化劑返回浸出，實現整個流程的閉路循環，無廢水排放。

1．3 試驗方法

1．3．1 浸出試驗

浸出試驗在密閉燒瓶中進行，采用DF－II型集熱式磁力加熱攪拌器攪拌。將一定量SbCl5、HCl和適量添加劑加入到燒瓶中，置于恒溫水浴中加熱，待升溫至一定溫度時加入精礦并充分攪拌，反應結束后進行液固分離，用2mol／L稀鹽酸約100mL洗渣2～3次，洗液與浸出液合并，浸出渣烘干、稱重并分析成分。

浸出反應為

1．3．2 浸出液還原、凈化試驗

浸出液的還原、凈化試驗在1 000mL燒瓶中進行，規模為每次500mL浸出液。按所需條件向燒瓶中加入浸出液，并將其置于恒溫油浴中，加入還原劑和凈化劑，并攪拌一定時間。試驗前后分別分析濾液中Sb3＋、Sb5＋、As3＋等雜質離子質量濃度，計算雜質離子去除率。

還原過程主要反應為

凈化過程主要反應為

1．3．3 電積試驗

近年來，美國推行重返亞太策略和亞太均衡的活動越來越多，這其中以文化為主要形式的活動表現在:“以文化普遍主義反對文化相對主義；以普世性價值壓迫本土性價值；以工業文明批判農業文明；以民主主義牽制權威主義；以抽象人權限制具體國權。”西方文化的強勢作用極大地影響了泛北部灣區域國家的社會發展進程和政治文化生活，文化霸權主義是該地的經濟合作面臨重大的文化困境，從而對中國與區域內各國開展深入合作產生了一定的威脅。

電積試驗在隔膜電解槽中進行，采用恒溫水浴控溫。先將裝有陰、陽極液的電解槽放入水浴箱中加熱到指定溫度，再放入陰、陽極板，在一定電流密度下進行電積。電積結束后，陰極銻板干燥并稱重，分析其中雜質質量分數。陰、陽極發生的主要反應為：

2 試驗結果與討論

2．1 浸出

以之前獲得的優化工藝條件［17－18］（浸出溫度85℃，［H＋］＝3．5mol／L，液固體積質量比8∶1，SbCl5過量系數1．1，浸出時間1．5h）重復進行多次浸出，試驗結果見表4。

表4 精礦浸出試驗結果 %

由表4可知，在優化條件下進行浸出，銻浸出率在99%以上，渣中銻質量分數＜0．6%，95%以上的金進入渣中，砷入渣率高于76%。

2．2 浸出渣物相分析

浸出之后的浸出渣中金、銻和砷的物相分析結果見表5、6。

表5 浸出渣中金的物相分布 g／t

表6 浸出渣中銻、砷的物相分布 %

對比浸出前后金的物相及含量變化，可以看出：浸出后，1＃精礦的浸出渣中單加連形式的金的比例增加31%，而硫化物中的金減少30%；2＃精礦的浸出渣中硫化物中的金增加21%；3＃精礦浸出渣中硫化物中的金增加3%，而氧化物和硅酸鹽中的金變化不大。值得指出的是，上述分析數據中，2＃精礦的浸出渣中硫化物中的金不減反增，這可能是盡管輝銻礦被大量浸出（解離），但由于輝銻礦解離時析出的大量單質硫在冷卻后又黏附在細顆粒金表面形成二次包裹導致金物相在硫化物中的含量偏高。但這層包裹態的硫可以在后續的除硫過程中輕易脫除，從而將其包裹的金再次暴露出來。

對比浸出前后精礦及浸出渣中銻、砷的物相及含量變化可以看出，3種精礦中的99%以上的輝銻礦都被浸出，其他形式的銻也有部分被浸出。浸出過程可以顯著破壞原料中硫化礦物相，銻得以浸出進入到溶液中，而被其包裹的金則被解離出來。浸出之后，氧化物形式的砷減少的較多，砷浸出率分別為92%、51%和49%。毒砂和砷酸鹽也有減少，而硫化砷物相變化不大，渣中含砷比例分別提高6%、5%和3%。

2．3 浸出液還原、凈化

浸出液還原試驗條件：銻粉用量為將溶液中Sb5＋還原為Sb3＋所需銻粉理論量的1．5倍，還原溫度60℃，反應時間30min。凈化試驗條件：凈化劑次亞磷酸鈉用量為將溶液中As3＋還原為單質砷所需理論量的1．5倍，反應溫度80℃，反應時間90min。對3種精礦的浸出液進行還原除砷，試驗結果見表7。結果表明，還原除砷后，溶液中砷質量濃度可以降到1～7mg／L，除砷率達98．5%以上，除砷效果良好。

表7 精礦浸出液凈化試驗結果

2．4 電積

對凈化后的溶液進行電積，電積條件：溫度（42±2）℃，電流密度200～250A／m2，異極距5 cm。電積8h后獲得的電銻板如圖2所示?？梢钥闯觯秒姺e銻呈銀灰色，表面平整致密，未發生“爆銻”現象。陰極銻的ICP－AES分析結果見表8。

圖2 陰極銻外觀圖

表8 陰極銻的ICP－AES分析結果 %

對比國標產品，除雜質銅外，試驗所得電銻中的主要雜質Pb、As、S、Fe等的質量分數與國標要求相當。產品中銅質量分數較高的主要原因是所用陰極材質為銅合金，而本次驗證試驗電積時間較短，所得銻質量不多，銻板上粘有少量極板上的銅，導致最終產品銅質量分數超標。工業生產中需進行長周期電積，該現象可以有效避免，而且通過后期的銻板熔鑄過程也可以除去大部分夾雜的銅。電積過程主要技術經濟指標見表9，陰極效率可以達99%以上，槽電壓在1．6～1．8V之間，噸銻電耗小于1 200kWh。

表9 電積過程主要技術經濟指標

3 結論

隔膜電積工藝對高、低品位銻金精礦均能有效處理。銻金精礦中99%以上的銻可被浸出，通過后續凈化—電積工藝可得到純度99．5%以上的電積銻。采用該工藝浸出時，還可以實現金在浸出渣中的富集，控制浸出渣中銻質量分數為0．3%～0．8%，金入渣率可保持在97%以上。不管原料中砷質量分數高低與否（本次試驗為0．3%～5．65%），通過本工藝處理后，凈化液中的砷均可以深度脫除到10mg／L以下，銻板中的砷可以降到痕量。

本工藝流程簡單，對環境無污染，能耗低，生產成本低，是一種節能環保的清潔銻冶金新工藝。

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