硒的提取工艺研究现状及应用.pdf

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d o i 1 0 .3 9 6 9 ,j .i s s n .2 0 9 5 .1 7 4 4 .2 0 1 2 .0 1 .0 0 8 硒的提取工艺研究现状及应用 豳侯晓川1 ’2 ,肖连生2 ,张启修2 ,沈裕军1 ,彭俊1 1 .长沙矿冶研究院,长沙4 1 0 0 1 2 2 .中南大学冶金科学与工程学院,长沙4 1 0 0 8 3 摘要介绍提取硒的主要原料,详细阐述当前国内外提取硒工艺的研究和应用现状,分析火法提 硒和湿法提硒的特点,与火法提硒工艺相比,湿法提硒工艺具有能耗低、清洁环保、生产成本低 等优点。因此,湿法提硒工艺将逐渐替代火法提硒工艺,成为提取硒的主导工艺。 关键词硒;提取;工艺;现状;应用 中图分类号T N 3 0 4 .1 3文献标识码A文章编号2 0 9 5 - 1 7 4 4 2 叭2 O l - 0 0 5 3 0 5 硒是一种重要的工业原料川,也是动物和人体所必 需的微量元素之一【2 - 3 】。硒在自然界中稀少、分散,很 少有集中的矿床,地壳中的含量为一亿分之一。由于硒 具有半导体、光敏感等特性,所以常用来制造光敏元 件、电器元件、光学仪器等。在冶金、化学、玻璃等工 业领域,硒得到了广泛的应用;在营养、医学、生命科 学上,它是人体重要的微量元素Ⅲ。 2 0 世纪初,世界上已开始了硒的生产,但由于硒资 源稀少、含量极低、提取工艺复杂、价格昂贵等诸多因素 的影响,导致其工业应用受到很大的影响。随着科学技术 的进步和世界经济的迅猛发展,尤其是当今尖端科技领域 的不断拓展,硒的应用领域不断扩大,其应用主要集中在 化工、石油、电子、电器、玻璃、陶瓷、冶金、医药工业 等领域,并逐渐渗透到其他相关领域。在不久的将来,硒 的应用将不断有新的发展,半导体制冷元件、热电材料和 太阳能电池是其未来的发展方向。因此,硒是现代工业高 度发展,尤其是未来高端科技发展不可缺少的物质。 鉴于硒资源严重匮乏,硒的应用领域广泛。在硒的 提取工艺研究及应用上,冶金工作者进行了大量的研究 工作,以达到综合利用资源、消除硒对环境的污染、实 现清洁节能、环境友好的冶金目的,极大地推动了硒冶 金工业的发展。 1 提取硒的原料 1 .1 有色金属冶炼的阳极泥及其它副产物 有色金属冶金工业中,提取硒的主要原料为电解产 出的阳极泥,其中居于首位的是铜电解的阳极泥,其次 是镍和铅电解的阳极泥。硒在电解阳极泥中主要呈硒化 物的形态存在,其粒度一般都小于O .1 5m m ,硒的含量 根据处理矿石原料化学成分的不同存在一定的差异。 1 .2 有色冶炼与化工厂的酸泥 有色冶炼厂、化工厂硫酸及纸浆生产过程中,从烟 气中回收得到的尘泥或淋洗泥渣称为酸泥,酸泥富含硒 与碲咧,酸泥中的硒主要以单体硒形态存在。 作者简介侯晓川 1 9 7 1 一 男,湖北孝感人,博士,主要从事 冶金分离科学与工程研究。 有色金属工程2 0 1 2 年第1 期 5 3 万方数据 2 硒的提取工艺及应用 2 .1 湿法提硒 2 .1 .1 硫酸化焙烧提取硒 目前,世界上约半数的阳极泥采用硫酸化焙烧处 理。此法的优点在于1 物料呈浆状,操作过程中机 硫酸、空气含硒、碲的阳极泥 械损失较少;2 可以回收提硒残渣中的碲,回收率大 于7 0 %;3 在硫酸化焙烧过程中,由于不形成硒酸盐 或亚硒酸盐,因此,还原硒时可不需另加盐酸,比较 经济;4 简单地在第一工序将硒提取,硒的回收率大 于9 3 %;5 不发生硒及其化合物的升华,烟气量少,减 少了硒的毒害;6 适宜于对含贵金属及铜、镍、铅、铋 多的阳极泥综合利用。硫酸化焙烧提取硒的典型工艺 流程如图l 所示。 纯硒 硫酸浸出液 1 如沉淀 金属碲 图l 硫酸化焙烧提取硒的工艺流程 在硫酸化焙烧过程中,将阳极泥配以料重 8 0 %~1 1 0 %的硫酸,搅拌混合均匀,在3 5 0 ~5 0 0 ℃ 温度下焙烧,物料中的硒及其化合物与硫酸发生如下 主要化学反应随4 J s e 2 H 2 s 0 4 H 2 s e 0 3 2 S 0 2f H 2 0 1 S e 2 H 2 S 0 4 S e 0 2f 2 S 0 2f 2 H 2 0 2 C u S e 4 H 2 S 0 4 S e 0 2f C u S 0 4 3 S 0 2f 4 H 2 0 3 C u 2 S e 2 H 2 S 0 4 2 0 2 S e 0 2f 2 C u S 0 4 2 H 2 0 4 A &S 刮- 4 H 2 S 0 4 S e 0 2f A &S 0 4 3 S 0 2f 4 H 2 0 5 其它硒化物 M e S e 及重金属 M e 等发生如下 反应 镰能S 时1 2 H 2 S O I 4 S e 0 2f 卅M e S 0 4 6 S 0 2f 1 2 H 2 吣2 M e 2 S 洲H 2 S 0 4 S e 0 2f M e 2 S 0 4 3 S 0 2f 4 H 2 0 7 M e 2 H 2 S 0 4 M e S 0 4 S 0 2f 2 H 2 0 8 在硫酸化焙烧过程中,阳极泥中的硒及其化合物发 生反应,生成极易挥发的S e 0 2 ,S e 0 2 极易溶解于水生 成H s e o ,。因此,采用串联数级盛水的吸收塔,吸收烟 气中的S e o ,在高于7 0 ℃的吸收温度时,硒的吸收率 c u s 0 4 溶液 f 回收铜 大于9 0 %。在温度高于7 0 ℃时,生成的亚硒酸被烟气 中的二氧化硫还原为单体硒。在吸收s e o ,过程中,控 制吸收液的硫酸浓度与温度很重要。如果硫酸的浓度过 高则会发生如下反应 S e H 2 S 0 4 - S e S 0 3 H 2 0 9 S 时2 H 2 S 0 4 S e 0 2 2 H 2 0 2 S 0 2 1 0 S e 0 2 2 H 2 0 3 S 0 2 H 2 S e S 2 0 6 H 2 S 0 4 1 1 若溶液温度低于7 0 ℃,硒生成H s e s 0 6 。在高于7 0 ℃ 时,H 2 s e s O 。不稳定而离解析出硒。 H 2 S e S 2 0 6 S el S 0 2 H 2 S 0 4 1 2 2 .1 .2 氧化焙烧一碱浸提硒 鉴于硒及其化合物在低温下可氧化为氧化物,该类 氧化物易被氢氧化钠浸出。硒被浸出后,转入盐酸介质 中,通入二氧化硫还原出硒。一般铜阳极泥在2 5 0 ~3 8 0 ℃ 下进行氧化焙烧,过程中发生如下化学反应 C u 2 S e 2 0 2 u S e 0 3 C u 0 1 3 5 4 工程进展E n g i n e e r i n gl m p r o V e m e n t 幸 万方数据 C u S e 2 0 2 C u S e 0 4 1 4 2 A 9 2 S e 3 0 2 2 A &S e 0 3 1 5 A &S e 0 2 2 A g S e 0 2f 1 6 A u S e 2 2 0 2 A u 2 S e 0 2f 17 在9 0 ℃的温度下,焙烧料用碱浸出,发生如下化学 反应 A 9 2 S e 0 3 2 N a 0 H 兰N a 2 S e 0 3 H 2 0 十A &O 18 C u S e 0 3 2 N a O H - N a 2 S e 0 3 H 2 0 C u O 1 9 S e 0 2 2 N a O H N a 2 S e 0 3 H 2 0 2 0 碱浸出液采用硫酸中和至p H 为7 ~8 时,溶液中 的N a 2 S e 0 3 转化为H 2 S e 0 3 N a 2 S e 0 3 H 2 S 0 4 H 2 S e 0 3 N a 2 S 0 4 2 1 向H S e O ,的溶液中加入盐酸酸化,并通二氧化硫 将H 2 S e 0 3 还原为元素硒,得到的粗硒粉含硒9 9 %,其 反应方程式为 H 2 S e 0 3 2 S 0 2 H 2 0 S eI 2 H 2 S 0 4 2 2 N a 2 S c 0 3 2 H C l 2 S 0 2 H 2 0 e S eI 2 H 2 S 0 4 2 N a C l 2 3 2 .1 .3 加压氧浸提硒 将铜阳极泥加入高压釜中,在温度为1 6 0 ~1 8 0 ℃、氧 压为2 5 0 ~3 5 0k P a 的条件下进行浸出,碲以T e 4 或 T e 6 形态转入溶液,碲与铜浸出率接近l o o %。浸出渣经 过制粒焙烧,阳极泥中的硒被氧化为二氧化硒,经过水 吸收,二氧化硫还原为单质硒。其工艺流程图如图2 所示。 图2 加压浸出提取硒的工艺流程 2 .1 .4 水溶液氯化提取硒 向浆化的阳极泥中通入氯气,氯气通入矿浆中,与 其中的水反应形成强氧化性的H C l O ,然后,从物料中 浸出硒 H 2 0 C 1 2 H C l H C l 0 2 4 2 H C l 0 2 H C l 0 2 2 5 S e 2 H C l 0 H 2 0 H 2 S e 0 3 2 H C l 2 6 C u 2 S e 4 H C l O H 2 S e 0 3 H 2 0 2 C u C l 2 2 7 A 9 2 S e 3 H C l 0 H 2 S e 0 3 H C l 2 A g C ll 2 8 当H C l O 过量时,硒及其化合物被氧化形成 H 2 S e 0 4 S e 3 H C l 0 H 2 0 一H 2 S e 0 4 3 H C l 2 9 C u 2 S e 5 H C l 0 H 2 S e 0 4 H 2 0 2 C u C l 2 H C l 3 0 A 9 2 S 刮- 4 H C l O H 2 S e 0 4 2 H C l 2 A g C lI 31 3 S e S e 0 2 4 H C l _ 2 S e 2 C 1 2 2 H 2 0 3 2 水溶液氯化的最佳条件是氯化温度2 5 ~8 0 ℃、液 固比为8 、H C l 水溶液中含5 0 ~1 0 0g /L 氯化钠、氯气用 量为l 埏阳极泥O .9 ~1 .3 蝇C l 。氯化法综合回收硒与碲 典型工艺流程如图3 所示。 浸出液 二氧化硫 萃余液 碳酸钠 还原后液 浸出渣 回收贵金属 负载有机相 回收金 粗硒 啪2 沉淀 r 提取碲 图3 水溶液氯化法提取硒、碲工艺流程 2 .1 .5 选冶结合提硒 1 阳极泥选冶提硒 由于阳极泥粒度较细,含铅等金属量高,采用相应的 选矿捕收剂,优先浮选得硒、碲精矿;然后从中回收硒、 碲。前苏联莫斯科铜厂阳极泥成分为 % S e2 ~6 ,A u O .0 4 ~0 .1 6 ,A g2 .8 l ~3 .1 7 ,P dO .0 9 ~2 .8 4 ,P tO .0 l ~ 0 .4 4 ,C u1 1 .2 8 ~2 7 .6 。先将阳极泥脱铜,再调料浆浓度 达2 0 0g /L ,加入丁基铵黑药2 5 0g /L 进行浮选,获得含 有色金属工程2 0 1 2 年第1 期 5 5 万方数据 硒9 .2 3 %~1 4 .3 5 %的硒精矿,硒的回收率大于9 4 .4 %唧。 日本大阪铜厂阳极泥成分为 % s e1 7 ~2 l , T e1 .0 ~2 .2 ,P b2 6 ~3 1 ,A u2 .2 6 ,A g1 4 .2 ~1 9 .9 , s4 .6 ~4 .7 ,先用硫酸溶液脱铜,再加水调矿浆浓度至 1 0 0g /L 、p H2 ,加2 0 8 号黑药5 0g ,L 进行浮选。9 9 .7 % 以上的硒、金、银均进入精矿,精矿含硒大于3 1 .2 %、 碲4 .6 %、金1 .6 1 %及银3 5 .1 5 %,9 3 %以上的铅进入尾矿, 硒的回收率大于9 4 %一J 。 2 酸泥选冶提硒 含硒0 .0 8 %~0 .1 1 %、银O .0 5 %、铅4 9 .5 %的某 铜厂酸泥,其中硒主要呈c u 2 s e 与A &s e ,9 9 %的铅为 P b S 0 4 。经微酸加乙二胺预处理后,用石灰5 0 0 鲈、丁基 黄药1 0 0 趴等药剂浮选脱除尾矿,浮选得含硒1 .0 5 %、银 O .7 2 %的精矿,硒的回收率达到8 7 %。 选冶法的优点在于经济适用,脱铅良好。减少了 后续处理物料量,硒、碲和贵金属的选矿回收率高,且 脱铜工序与湿磨阳极泥合~,简化了工艺。 2 .1 .6 萃取法提取硒 由于硒及其化合物或多或少具有毒性,从环境保护 考虑,萃取法显然具有很好的发展前景。 1 盐酸介质中萃取硒 T B P 可萃取盐酸溶液中的硒,在萃取过程中,采 用T B P 可将溶液中的s e 4 十萃取;胺类萃取剂如三辛 胺 T o A 可在盐酸介质中萃取S e 4 ,要求T O A 的浓 度超过0 .7m o 儿⋯。 2 硫酸介质中萃取硒 在硫酸介质中,萃取硒的报道较少。有报道可采用 D 正H P A /甲苯萃取S e 4 ,在含0 .0 5 ~2 .5m o l /L 的硫酸 溶液中,可用二乙基二硫代磷酸钠/C c l 。萃取S e 4 [ ”J 。 迄今为止,除T B P 在工业上用于萃取S e 4 外,还 未见到其他萃取剂用于硒的工业应用报道。 2 .1 .7 离子交换树脂吸附硒 在盐酸溶液中,硒会形成相应的H s e 0 ,。、H S e 0 4 - 、 s e O ,2 。及s e o 。2 ’等络合阴离子,在盐酸浓度超过6m o 儿 时,则形成s e c l ;‘、s e c l 6 2 ‘等络合阴离子。可采用阴离 子交换树脂3 皿9 .1 0 n 及A B 1 7 等交换吸附硒,硒在p H 值为3 ~4 的溶液中具有最大的交换吸附率。 日本竹原铜厂采用阳离子交换树脂除去亚硒酸溶液 中存在的杂质,其后通二氧化硫还原沉出单质硒,经氨 水处理得到9 9 .9 9 7 %的灰硒1 1 2 J 。 在硝酸介质中,我国研究者采用离子交换树脂、通 过交换吸附,将9 9 %的粗硒提纯到9 9 .9 9 5 %的纯硒。 首先,采用硝酸将9 9 %的粗硒溶解得含硒1 5 9 ,L 的亚硒 酸溶液;然后,通过O H 。型阴离子交换树脂吸附硒 H 2 S e 0 3 2 R O H R 2 S e 0 3 2 H 2 0 3 3 当树脂交换吸附达到饱和后,在8 0 ℃的温度下, 采用6 %氢氧化钠溶液解析 R 2 S e 0 3 2 N a 0 H 2 R O H N a 2 S e 0 3 3 4 将较纯净的N a 2 S e q 溶液调p H 5 .5 ,通过H 型阳 离子树脂交换,得到纯H ,s e 0 ,溶液 N a 2 S e 0 3 2 R H H 2 S e 0 3 2 R N a 3 5 将所得纯净的H s e O ,溶液,采用N a H s 0 3 或 N a 2 S O ,溶液还原,沉淀出9 9 .9 9 5 %的硒粉。 2 .2 火法提硒 2 .2 .1 苏打法提取硒 苏打法是另一种从阳极泥中回收硒的方法,其优点 在于在第一道工序就能使贵金属与硒、碲良好分离,且 贵金属回收率高硒的回收工艺简单可以综合回收碲 与铜。苏打法提硒可分为苏打熔炼法与苏打烧结法。 1 苏打熔炼法回收硒 苏打熔炼法回收硒的典型工艺流程如图4 所示 见 下页 。 将脱铜阳极泥配以料重4 0 %~5 0 %的苏打,混合 均匀并投入电炉中,在4 5 0 ~6 5 0 ℃下进行苏打熔炼,硒 与碲转变为易溶于水的硒酸盐或亚硒酸盐,相关化学反 应方程式 2 S e 2 N a 2 C 0 3 3 0 2 2 N a 2 S e 0 4 2 C 0 2 3 6 C u 2 S e N a 2 C 0 3 2 0 2 N a 2 S e 0 3 C 0 2 2 C u O 3 7 2 C u 2 S e 2 N a 2 C 0 3 5 0 2 2 N a 2 S e 0 4 2 C 0 2 4 C u 0 3 8 C u S e N a 2 C 0 3 2 0 2 _ N a 2 S e 0 4 C 0 2 C u O 3 9 2 C u S e 2 N a C 0 3 3 0 2 2 N a 2 S e 0 3 2 C 0 2 2 C u 0 4 0 S e 0 2 甘4 a 2 C 0 3 _ N a 2 S e 0 3 C 0 2 4 1 A 9 2 S e N a 2 C 0 3 0 2 N a 2 S e 0 3 C 0 2 2 A g 4 2 2 A &S e 2 N a 2 C 0 3 3 0 2 2 N a 2 S e 0 4 2C 0 2 “A g 4 3 2 N a 2 S e 0 3 0 2 2 N a 2 S e 0 4 4 4 苏打熔炼反应起始于3 0 0 ℃,在5 0 0 ~6 0 0 ℃时,反 应便剧烈进行;温度达到7 0 0 ℃,则会有S e 0 的明显挥 发。为了保证氧化反应完全进行,使硒生成水溶性盐,苏 打熔炼温度应控制在6 5 0 ~7 0 0 ℃进行。 2 苏打烧结法回收硒 此法适于处理贫碲高硒的阳极泥物料,因高碲料会妨 碍获得纯硒,苏打烧结法回收硒的流程如图5 所示”3 1 。 将含S e 2 1 %、T e l %的阳极泥配入料重9 %的苏打,加 水调成稠浆,挤压制粒、烘干,投入电炉内,保持低于 烧结温度下,控制在4 5 0 ~6 5 0 ℃f 1 4 】通入空气进行苏打 烧结,硒转化为硒酸钠或亚硒酸钠。烧结料用8 0 ~9 0 ℃ 热水浸出,在通空气搅拌的情况下,得到含铜6 2g /L 、银 5 6 工程进展E n g i n e e r .n gI m p r o v e m e n t 万方数据 碳酸钠 空气脱铜阳极泥 硫酸铜溶液 回收铜 提取碲 图4 苏打熔炼法回收硒与碲的典型工艺流程 3 .6g /L 的亚硒酸盐溶液,此浸出液经浓缩至干,干渣配 上炭在6 0 0 ~6 2 5 ℃的电炉内还原熔炼而得到N a ,S e 【峙】 N a 2 S e 0 3 3 C N a 2 S e 3 C O 4 5 N a 2 S e 0 4 4 C N a 2 S e 4 C O 4 6 水溶解N a 2 S e ,过滤得到的残渣返回利用。向滤液 鼓入空气氧化而得到灰硒产物 2 N a 2 S e 2 H 2 0 0 2 2 S eI 4 N a 0 H 4 7 在此过程中,9 0 %的硒自溶液中析出,经水洗即得 粗硒,硒的总回收率在9 3 %~9 5 %的范围内。 2 .2 .2 真空蒸馏提硒法 利用硒的低沸点,而铜、铅、锌、金、银等沸点较 高的的特性,将硒与杂质分离。将含硒物料投入真空蒸 馏炉内,加温到3 0 0 ~5 0 0 ℃,含硒物料熔融,控制真 空度为1 3 ~3 0P a ,蒸馏与保温2 ~3h ,物料中的硒 被蒸馏出来,导入冷凝室于2 7 0 ~3 0 0 ℃冷凝,从冷凝 物回收得到9 2 %的粗硒,经处理除杂得9 9 .5 %硒;而 高沸点难挥发的其他物质残留在蒸馏渣中,可从蒸馏渣 中分别综合回收有价金属。 3 提取硒工艺的发展趋势 从现有提取硒的工艺看,硒的提取工艺主要分为 火法提硒和湿法提硒。火法提取硒工艺由于对原料的 高硒铜阳极泥 烧结料 、T e 粗硒 图5 苏打烧结法回收硒与碲的典型工艺流程 适应性强、操作简单且易于实现工业生产。因此,火 法提硒工艺成为一种传统的提取硒的工艺,在工业生 产中得到了广泛的应用。由于预处理技术的不断改 进,技术不断完善,在相当长的一段时间内,火法提 硒成为从铜电解阳极泥中提取硒的主导工艺。但由于 火法提硒工艺具有烟气量大、易于产生s O 和S e O 等 有毒气体、存在能耗高等问题。因此,火法提硒工艺 具有其局限性,严重地影响其进一步推广应用而湿 法提硒工艺由于其具有能耗低、清洁环保、生产成本 低等优越性,湿法提硒工艺将逐渐替代火法提硒工 艺,成为提取硒的主导工艺。 4 结论 鉴于世界硒资源严重短缺,供需矛盾比较突出,尤 其是我国表现得更为明显。因此,加大二次硒资源的综 合开发与利用,优化硒冶炼新工艺的研究与开发已成为 一项紧迫的任务。经过科技工作者多年不懈的努力,虽 然在寻找硒矿资源,研究开发提取硒的清洁、节能、环 保新工艺方面取得了很大的进步,但与科技高速发展对 高品质硒产品的需求,尚存在一定的差距。因此,在现 有的工作基础上,一方面,坚持加强硒矿床的探矿、开采, 综合利用现有含硒的二次资源;另一方面,进一步进行 提取硒新工艺的研究,以提高硒的回收率,降低生产成 本,满足高科技的不断发展对硒的需求。 下转第6 2 页 有色金晨工程2 0 1 2 年第1 期5 7 黜1 嵋 辛枞牵磁牵№辛黼辛 万方数据 【3 】徐祖耀.形状记忆材料[ M 】.上海上海交通大学出版社, 2 0 0 0 ,4 0 1 .4 3 7 ,1 0 0 - 1 1 3 . 【4 】S U T O UY ,K A I N U M AR ,I S H I D AK . E f r e c to fa U o y i n g e l e m e n to nt h es h a p em e m o r yp r o p c I n i c so fd l l c t i l eC u - A l - M 【n a l l o y s 【J 】.M a 时S c iE n gA ,1 9 9 9 ,2 7 3 /2 7 5 3 7 5 - 3 7 9 . 【5 】S U T O UY ,O M O R IT ,W A N GJJ ,e ta 1 .C h m c t e r i s t i c so f C u - A l - M n - b 豁e ds h a p em e m o r ya l l o y sa I l dt h e i ra p p l i c a t i o n s 叨. M a t e rS c iE n gA .2 0 0 4 ,3 7 8 2 7 8 2 8 2 . [ 6 ] P R A D oMO ,B A I u L O C H ECA .M a n e n s i t i c 廿蛐s f o m a t i o ni n am i c t o m a 粤l e t i cC u A l M na l l o y s 【J 】.S c r i p t aM a t e r ,2 0 0 l , 4 4 2 4 3l 一2 4 3 6 . 【7 】王三煜.记忆合金调节式制冷器研究【J ] .红外技术。2 0 0 7 , 1 9 9 5 2 8 .5 3 . 上接第5 7 页 参考文献 【1 ] 刘培棣.硒资源及其综合开发利用[ M 】.北京中国科学技术 出版社,1 9 9 3 6 5 - 7 1 . 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