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      用鉬精礦制備鉬酸銨試驗(yàn)研究

      2020-02-24 06:22:02李彥龍李銀麗李守榮魯興武陳一博焦曉斌牛永勝
      濕法冶金 2020年1期
      關(guān)鍵詞:鉬酸銨浸出液燒杯

      李彥龍,李銀麗,李守榮,魯興武,陳一博,焦曉斌,牛永勝

      (1.西北礦冶研究院,甘肅 白銀 730900;2.白銀有色集團(tuán)股份有限公司,甘肅 白銀 730900)

      鉬是一種難熔稀有金屬,具有優(yōu)異的物理化學(xué)性能,在冶金、農(nóng)業(yè)、電氣、化工、環(huán)保和宇航等領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用[1]。自然界中鉬資源較少,且主要以鉬的硫化物形式存在[2]。鉬酸銨是用鉬精礦制取鉬的重要中間產(chǎn)物[3]。鉬酸銨產(chǎn)品有二鉬酸銨、四鉬酸銨、七鉬酸銨、八鉬酸銨等,其中用量較大、使用范圍較廣的是四鉬酸銨和七鉬酸銨[4-6]。制取鉬酸銨的方法有很多,如焙燒—氨浸—酸沉工藝[7-11],焙燒—氨堿聯(lián)合浸出—酸沉工藝[12-15],鉬精礦高壓堿浸—酸沉/萃取工藝等[16-17]。焙燒—氨浸—酸沉工藝是鉬酸銨生產(chǎn)的傳統(tǒng)工藝,流程短,操作簡單,但鉬回收率較低且產(chǎn)品質(zhì)量不可控;焙燒—氨堿聯(lián)合浸出—酸沉工藝是傳統(tǒng)工藝的改良,其生產(chǎn)的鉬酸銨較傳統(tǒng)工藝純度更高,但工藝流程長,操作要求高;鉬精礦高壓氨/堿浸—酸沉/萃取工藝是近年來研究較多的工藝,鉬回收率高,且可同時(shí)回收其他伴生有價(jià)金屬,但對(duì)設(shè)備要求高,投資高,國內(nèi)應(yīng)用較少。

      試驗(yàn)研究了用新疆富蘊(yùn)縣索爾庫都克銅鉬精礦制備工業(yè)鉬酸銨,采用氧化焙燒—堿浸—硫化凈化—酸沉工藝處理鉬精礦,在較短流程內(nèi)得到工業(yè)鉬酸銨產(chǎn)品,供鉬精礦生產(chǎn)鉬酸銨的研究與生產(chǎn)參考。

      1 試驗(yàn)部分

      1.1 試驗(yàn)原料與設(shè)備

      試驗(yàn)所用鉬精礦取自新疆富蘊(yùn)縣索爾庫都克銅鉬礦,主要化學(xué)成分見表1,礦物組成見表2。鉬精礦中的鉬主要以硫化鉬形式存在,氧化鉬質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于1%。

      表1 鉬精礦的化學(xué)成分 %

      表2 鉬精礦的礦物組成

      主要試劑:碳酸鈉,硫化銨、硝酸,均為分析純。

      主要設(shè)備:攪拌器,JJ-1型,江蘇正基儀器有限公司;真空干燥箱,DZF-6050型,紹興市蘇珀儀器有限公司;馬弗爐,SX2-12-17TP型,州卓馳儀器有限公司;真空過濾泵,SHB-IV型,多用途循環(huán)水真空過濾泵;密度計(jì),1.0~1.6 g/cm3,河北省河間市黎民居玻璃儀器廠;溫度計(jì),0~100 ℃,河北省河間市黎民居玻璃儀器廠。

      1.2 試驗(yàn)原理與方法

      鉬精礦中的鉬大部分以硫化鉬形式存在,需在高溫下焙燒將其氧化轉(zhuǎn)化為三氧化鉬,反應(yīng)式為

      (1)

      三氧化鉬與碳酸鈉反應(yīng)形成鉬酸鈉轉(zhuǎn)入溶液,反應(yīng)式為

      (2)

      氧化焙砂中含有Cu、Pb、Zn、Ni、Fe等雜質(zhì),浸出過程中會(huì)有部分進(jìn)入浸出液。這些雜質(zhì)的硫化物溶解度很低,易形成沉淀,因此采用硫化沉淀法將這些雜質(zhì)去除,反應(yīng)式為

      (3)

      鉬酸鹽溶液在酸性條件下易發(fā)生縮聚生成同多酸根離子,pH越低,縮合度越大。鉬酸銨溶液中加入硝酸,調(diào)pH至2~3,會(huì)形成水合四鉬酸銨沉淀。反應(yīng)式為

      (4)

      (5)

      試驗(yàn)采用氧化焙燒—堿性浸出—硫酸凈化—酸沉工藝處理鉬精礦。首先取適量鉬精礦置于馬弗爐中,在一定溫度下氧化焙燒,使其中的二硫化鉬全部轉(zhuǎn)化為三氧化鉬;然后取一定量焙砂于500 mL燒杯中,按一定液固體積質(zhì)量比加入到碳酸鈉溶液中,放入水浴鍋中于一定溫度下攪拌浸出一段時(shí)間,得到鉬酸鈉浸出液;向浸出液中加入一定量硫化銨,使Cu、Pb、Zn、Ni、Fe等雜質(zhì)形成沉淀去除;再向凈化液中加入一定量硝酸調(diào)節(jié)溶液pH,使溶液中的鉬以水合四鉬酸銨形式結(jié)晶沉淀,過濾干燥后得到四鉬酸銨產(chǎn)品。取濾液分析其中鉬質(zhì)量濃度,計(jì)算鉬浸出率。

      2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

      2.1 鉬精礦的氧化焙燒

      經(jīng)過球磨預(yù)處理的鉬精礦平鋪在馬弗爐中,料層厚度小于10 mm,保持物料與空氣充分接觸。焙燒溫度630~650 ℃,焙燒時(shí)間4 h。氧化焙燒后,鉬精礦成分發(fā)生改變,原料及焙砂成分見表3。氧化焙燒后,焙砂中鉬質(zhì)量分?jǐn)?shù)提高到51.38%,硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)下降到2.01%,其中90%以上的硫被氧化。

      表3 原料及焙砂成分 %

      2.2 從焙砂中浸出鉬

      2.2.1 Na2CO3用量對(duì)鉬浸出率的影響

      取焙砂50 g于500 mL燒杯中,控制液固體積質(zhì)量比5/1,加入250 mL水,加入碳酸鈉,燒杯置于60 ℃水浴鍋中攪拌90 min。Na2CO3用量對(duì)鉬浸出率的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

      圖1 Na2CO3用量對(duì)鉬浸出率的影響

      由圖1看出:隨Na2CO3用量增加,鉬浸出率提高;Na2CO3用量為50 g時(shí),鉬浸出率達(dá)最高,為94.57%;之后繼續(xù)增加Na2CO3用量,鉬浸出率變化不大。由浸出反應(yīng)式(2)可知,Na2CO3用量增加有利于反應(yīng)向右進(jìn)行,即有利于鉬酸鈉生成。因此,對(duì)于50 g焙砂,確定Na2CO3適宜用量為50 g。

      2.2.2 溫度對(duì)鉬浸出率的影響

      取50 g焙砂于500 mL燒杯中,控制液固體積質(zhì)量比5/1加入250 mL水,加入碳酸鈉50 g,把燒杯放在水浴中攪拌90 min。溫度對(duì)鉬浸出率的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示??梢钥闯觯簻囟葘?duì)鉬浸出率影響較大:隨溫度升高,鉬浸出率提高;溫度為80 ℃時(shí),鉬浸出率達(dá)最大95.53%;之后進(jìn)一步升高溫度,鉬浸出率反而下降。這是因?yàn)椋虝r(shí)間內(nèi)溫度升高,溶液蒸發(fā)量急劇增大體積減小,以鉬酸鈉形式浸出的鉬達(dá)到飽和甚至結(jié)晶進(jìn)入渣中,導(dǎo)致鉬浸出率降低。

      圖2 溫度對(duì)鉬浸出率的影響

      2.2.3 液固體積質(zhì)量比對(duì)鉬浸出率的影響

      取50 g焙砂于500 mL燒杯中,加水?dāng)嚢瑁刂埔汗腆w積質(zhì)量比加入50 g碳酸鈉,80 ℃下攪拌浸出90 min,液固體積質(zhì)量比對(duì)鉬浸出率的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

      圖3 液固體積質(zhì)量比對(duì)鉬浸出率的影響

      由圖3看出:隨液固體積質(zhì)量比增大,鉬浸出率降低。這是因?yàn)?,在Na2CO3用量一定條件下,隨液固體積質(zhì)量比增大,Na2CO3濃度降低,則浸出過程的反應(yīng)速率降低,在90 min有限的反應(yīng)時(shí)間內(nèi)鉬浸出量減少,鉬浸出率降低;液固體積質(zhì)量比為3/1時(shí)鉬浸出率達(dá)96.75%;液固體積質(zhì)量比為2/1時(shí),鉬浸出率增幅不大。綜合考慮,確定液固體積質(zhì)量比以3/1為宜。

      2.2.4 浸出時(shí)間對(duì)鉬浸出率的影響

      取50 g焙砂于500 mL燒杯中,控制液固體積質(zhì)量比3/1加入150 mL水,再加入50 g Na2CO3,將燒杯放入80 ℃水浴中攪拌浸出一定時(shí)間。浸出時(shí)間對(duì)鉬浸出率的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。隨浸出進(jìn)行,鉬浸出率迅速提高;浸出90 min時(shí),鉬浸出率達(dá)96.75%;之后再繼續(xù)反應(yīng),鉬浸出率提高幅度不大。綜合考慮,確定適宜的浸出時(shí)間為90 min。

      圖4 浸出時(shí)間對(duì)鉬浸出率的影響

      2.3 從浸出液中沉淀鉬

      用Na2CO3浸出焙砂所得浸出液的主要化學(xué)組成見表4。

      表4 浸出液的主要化學(xué)成分 g/L

      2.3.1 焙砂堿浸液凈化

      焙砂堿浸液體積250 mL,調(diào)pH至4左右,溫度40~50 ℃,加入硫化銨0.4 g,攪拌1 h,反應(yīng)結(jié)束后固液分離。

      凈化過程中,硫化銨分多次加入,以分別除去溶液中Cu2+、Fe2+等;溶液中加入適量雙氧水將低價(jià)鉬離子氧化為高價(jià)鉬離子。

      2.3.2 鉬酸銨的沉淀

      取凈化液230 mL,調(diào)pH至0.5~1.0,溫度40~50 ℃,攪拌反應(yīng)1 h后過濾。試驗(yàn)結(jié)果見表5??梢钥闯觯簝艋s后的溶液用硝酸沉淀鉬,鉬損失率僅為1.47%。

      表5 鉬酸銨的沉淀試驗(yàn)結(jié)果

      3 結(jié)論

      用鉬精礦制備鉬酸銨是可行的。對(duì)鉬精礦進(jìn)行焙燒,將其中的鉬轉(zhuǎn)化為三氧化鉬,然后用碳酸鈉浸出,將鉬轉(zhuǎn)入溶液;含鉬浸出液用硫化銨凈化除雜,然后用硝酸沉淀鉬,得到鉬酸銨產(chǎn)品。該工藝較為簡單,流程較短,鉬回收率達(dá)97%,回收效果較好。

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