從黑銅渣中提取鉍的工藝研究

劉 瑜

（甘肅有色冶金職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅 金昌 737100）

鉍在自然界中以游離金屬和礦物的形式存在。由于其性脆，導(dǎo)電和導(dǎo)熱性都較差，因此主要以金屬形態(tài)配制易熔合金，以化合物形態(tài)用于醫(yī)學(xué)。它常與鉛、錫、鎘、銻、銦等組成一系列低熔合金，可做防火裝置、自動噴水器的熱敏元件、電器保險絲、鍋爐和空壓機氣缸的安全塞等[1]。

本文以銅濕法冶煉流程中的黑銅渣為原料，采用干燥～球磨～硫酸浸出～浸出渣干燥～研磨～鹽酸浸出～N235富集鉍的工藝流程，確定了硫酸浸出、鹽酸浸出、N235富集鉍最佳工藝條件，為從黑銅中回收有價金屬鉍提供了一條經(jīng)濟可行的簡單回收工藝[2]。

1 實驗

1.1 實驗原料

本實驗原料為典型的銅電解除雜過程中產(chǎn)出的黑銅渣，其物相分析結(jié)果和ICP-AES分析結(jié)果如表1、表2所示。

表1 黑銅渣物相分析結(jié)果（%）

表2 某黑銅渣lCP-AES分析結(jié)果單位：μg/g(除%外)

Cd 5.7 Si 81.9 B 1.2 Na 231.8 Mn 6.2 Be 0.1 Mg 264.5 Ca 489.9 V 4.3 Cu 69.10%Al 131.2 La 3.8 S 2.40% Sc 1 As 5.30% K 80.4 Mo 6.4 Ag 6.6 P 41.4 Ti 4.5 Zr 3 Y 0.8

ICP-AES分析結(jié)果表示該黑銅渣中的金屬元素主要包括Cu、As、Sb、Bi、Ni，非金屬元素S的含量高達(dá)2.4%。

1.2 實驗流程

本實驗研究工藝流程如圖1所示。

圖1 從黑銅渣中提取鉍的工藝流程

2 實驗結(jié)果與討論

2.1 硫酸浸出

本實驗以Cu、Bi浸出率為參考指標(biāo)，在固定條件（液固比為8∶1，攪拌速度為400r·min-1，空氣量為0.2Nm3/h）下，以溫度（A）、酸濃度（B）和浸出時間（C）為考察因素，采用正交實驗和極差分析的方法研究各因素對硫酸浸出效果的影響，并從中挑選出最佳工藝參數(shù)。

正交實驗結(jié)果如表3所示。

表3 正交實驗結(jié)果

由表3可知，①對Cu浸出率的影響因素依次為溫度（A因素）、浸出時間（C因素）、酸濃度（B因素）；②對Bi浸出率的影響因素依次為酸濃度（B因素）、浸出時間（C因素）、溫度（A因素）；③確定最佳工藝參數(shù)為：溫度90℃，H2SO4濃度175g/L，浸出時間5小時。

2.2 鹽酸浸出

將硫酸浸出渣干燥、研磨至-100目，在攪拌速度為300r·min-1，鹽酸濃度為180g/L的條件下，分別以液固比為6：1和8：1對其浸出，重點考察液固比、反應(yīng)時間對Cu、Bi浸出率的影響[3]。

實驗結(jié)果如表4所示。

表4 鹽酸浸出實驗結(jié)果

6 180 48.95 16.06 180 61.51 25.62 7 210 48.76 14.85 210 62.93 26.18 8 240 54.07 14.85 240 60.83 27.14

由表4可知，①銅浸出率較低，且液固比、反應(yīng)時間對其影響不大；②鉍浸出率隨反應(yīng)時間增加而升高，反應(yīng)120min后，鉍浸出率趨于穩(wěn)定；③鉍浸出率隨液固比增大而升高，在液固比為8∶1時，鉍浸出率約60%。

2.3 N235萃取

實驗條件：N235濃度為0.08mol/L（煤油為稀釋劑）、萃取相比為O/A=1/1、萃取時間為30min，考察不同萃取工藝（單次萃取、連續(xù)萃取）對Cu、Bi萃取率的影響。

實驗結(jié)果如表5、表6所示。

表5 N235單次萃取實驗結(jié)果

由表5可知，鉍萃取率約95%，銅萃取率約9%，N235萃取劑對Cu、Bi的分離效果比較好。

表6 N235連續(xù)萃取實驗結(jié)果

由表6可知，在連續(xù)6次萃取過程中，鉍的萃取率都高于87%，而在第5次萃取時銅的萃取率已降到1%以下。可以預(yù)測，連續(xù)萃取可提高富鉍溶液中鉍的富集程度，有望實現(xiàn)銅、鉍分離。

3 結(jié)論

（1）從黑銅渣中提取鉍的工藝流程：黑銅渣干燥～球磨～硫酸浸出～浸出渣干燥～研磨～鹽酸浸出～N235富集鉍。

（2）硫酸浸出最佳工藝條件：溫度為90℃，H2SO4濃度為175g/L，浸出時間為5小時，液固比為8∶1，空氣流量為0.2Nm3/h，攪拌速度為300r·min-1。實驗結(jié)果表明：銅浸出率將達(dá)到80%以上，而鉍的浸出率則在10%左右。

（3）鹽酸浸出最佳工藝條件：硫酸浸出渣干燥、研磨至-100目后進行浸出，浸出過程中攪拌轉(zhuǎn)速為300r/min，鹽酸濃度為180 g/L。實驗結(jié)果表明：銅浸出率較低，且液固比、反應(yīng)時間對其影響不大；鉍浸出率隨反應(yīng)時間增加而升高，反應(yīng)120min后，鉍浸出率趨于穩(wěn)定；鉍浸出率隨液固比增大而升高，在液固比為8∶1時，鉍浸出率約60%。

（4）N235對鉍的單次萃取率約95%，對銅的單次萃取率約9%，通過有機相連續(xù)萃取可提高富鉍溶液中鉍的富集程度，有望實現(xiàn)銅和鉍的有效分離。