复杂锑铅矿矿浆电解过程的热力学分析.pdf

第5 5 卷第3 期 2003 年8 月 有色金属 N O N F E R R O U SM E T A L S V O l5 5N O3 A u g u s t 2 0 0 3 复杂锑铅矿矿浆电解过程的热力学分析 王成彦，邱定蕃，江培海 北京矿冶研究总院，北京10 0 0 4 4 摘要从热力学角度分析脆硫锑铅矿在H C I - N H ．C I 介质中的矿浆电解过程。在t f C I - N F h C I 体系中．硫化物电位E 瑚的值和 排列顺序和标准电扳电位E 2 ”相比发生变化．有利于复杂锑铅矿选择性矿浆电解。在H C Io5 ～l m o t ／L ，N H ．c 1 1 5 0 - ～2 t X g ／L 和6 0 “ 2 条件下．锑的溶解度达1 0 0 9 ／L 以上，而铅只有约2 9 ／L ．这样完全可以避免铅在阴极析出对阴极锑的污染，实现锑和铅的一步分离。 关键词冶金物理化学；复杂锑错矿；矿浆电髌；锑；热力学 中圈分类号T F S l 8 ；T F 8 1 2 ；T F l l l5 2 1 文献标识码A文章编号1 0 0 1 ～0 2 1 1 2 0 0 3 0 3 0 0 5 5 ～0 4 用矿浆电解法在H c l ．N 地c 1 体系中处理广西 复杂脆硫锑铅矿取得了比较好的结果⋯。脆硫锑 铅矿 S b 6 F e P b 4 S ．a 的组成复杂，对其热力学性质研 究得比较少，有关热力学数据也很难查到。鉴于脆 硫锑铅矿的组成可以分解写为3 s b 2S l 4 P b S F e S ， 因此根据s b 2 S 3 和P b S 的热力学性质，借助E p H 图分析有关反应的热力学数据，对探讨脆硫锑铅矿 浸出过程有一定的指导意义。 1 S b 2 S ，一C 1 一一H ，0 和P b S C l ～．} L O 系E p H 图 S b 2 S 3 一c 1 一} { 2 0 和P b S C 1 一一H 2 0 系的E p H 图 图1S b 2 s 3 - C I 一- H 2 0 系E - p H 圈 2 5 ℃ F i g ．1E - p Hd i a g r a m0 fS b 2 岛C l 一一H 2 0s y s t e m 2 5 ‘C 见图1 和图2 i “。图1 和图2 表明，E F d ／F d 大 大高于s b 2 S 3 和P b S 的还原电位，F e ”完全可以氧 收稿日期2 0 0 2 0 8 0 8 作者简介王成彦 1 9 6 8 一 ，男，河南南阳人，教授，博士 邱定蕃 1 9 4 1 一 ．男．江西广昌人．教授，博士生导师 中国工控院院士 化s b 2 s 3 和P b S 。矿浆电解时，s b 2 s 3 和P b S 可以通 过非氧化性络合酸溶、化学氧化和阳极氧化三种途 径被浸出。 析出元素硫的平衡p H 值上限为一2 ．3 4 ，下限 为一5 ．5 4 ，当p H 大于一2 ．3 4 时，硫化物中的硫应氧 化成H S 0 4 一或S 0 4 ’。事实上，由于动力学的原 因，9 0 ％以上的硫仍以单质形态产出【3 J 。保持溶液 有一定的酸度有利于元素硫的生成，促进s b 2 S 3 和 P b S 的溶解，提高锑的溶解度，并防止锑盐水解。 0 ．5 0 ．4 0 ．3 0 ．2 0 I 己0 - 0 I - 4 2 - 0 3 n 4 图2P b S - C I 一- l b O 系E - p H 国f 2 5 ℃】 F i g ．2E p Hd i a g r a mo fP b S ．- C I 。H 2 0s y s t e m 2 5 “ C 2 矿浆电解的选择性 矿浆电解时，矿物 主要是硫化矿 在阳极区被 氧化浸出，在阴极上则发生金属离子的还原析出。 依不同矿物之间的性质差异，可以实现选择性浸出 和沉积。由于在氯盐体系中，很多金属离子均可以 和a 一形成配合物，因此仅凭标准电极电位值判断 金属硫化物在阳极被氧化浸出的顺序和金属离子在 阴极还原析出的顺序是不恰当的。 万方数据 有色金属第5 5 卷 在p H 0 ，各金属离子浓度均为1 0 m o b ％， c l 一 3 m o l ／L 的条件下，各硫化物标准电极电位 E 1 9 8 和实际电位E 2 9 8 的排列顺序见表1 1 “。 表l 硫化物的E 2 9 8 和E 9 8 的排列顺序 T a b l e1 D e g r e S s i o no r d e ro fE 2 9 日a n dE 2 9 8 hs u l n h i d ef r o mh i g ht ol o w E 2 “ A 9 2 SC u F e S 2F e S 2B i 2 S 3s b 2 岛p b S Z n SF e S E 狲A a S 氏岛s k C u F e S 2 P b S B b 是z n SF e S 3 锑、铅、银在H C l 一N H 。a 体系中 的溶解规律 复杂锑铅矿在H c l ．N H 4 C I 体系中矿浆电解处 理不仅在游离酸较低的情况下保证了较高的锑溶解 度，而且大大降低了铅的溶解度，实现了锑、铅的一步 分离和锑的直接提取。试验中较详细地研究了锑、铅 和银氯化物在H C I - N H C l 体系中的溶解规律。 3 ．1 锑的溶解度 H C l ．N H 4 C I 体系中锑的溶解度随N H c l 浓度、 H C I 浓度和温度的变化见图3 - 图5 。 5 01 5 02 5 0 氯化铵浓度M 毋L - 1 图32 5 ℃时锑溶解度随N m c l 浓度的变化 F i g3E f f e c td [ N H 4 a ] o nm t u b i l i t yo fs u 2 5 ℃ 通过对不同条件下H a ．N 心C l 体系中锑溶解 度的测定可知，锑在该体系中溶解度很高，在H C l 0 ．5 ～l m o l ／L ，N 甩C l1 5 0 ～2 0 0 9 ／L 和6 0 ℃条件下， 锑的溶解度可达1 0 0 9 ／L 以上，完全可以满足阴极 析出板状锑的要求。 3 ．2 铅的溶解度 H C I ．N } i 4 2 1 体系中铅的溶解度随N H 4 C l 浓度、 H C I 浓度的变化见图6 和图7 。 不同条件下H C I N 心e l 体系中铅溶解度的测 定结果表明，铅在该体系中的溶解度较低，在H a 0 ．5 ～l m o l ／L ，N 地C 11 5 0 ～2 0 0 9 ／ L 和6 0 ℃条件下， 铅的溶解度只有2 9 ／L 左右，这样完全可以避免铅 在阴极析出对阴极锑的污染，从而实现锑、铅的一步 分离。 3 ．3 银的溶解度 H C I N H 4 C 1 体系中银的溶解度随N H C l 浓度、 H C I 浓度和温度的变化见图8 - - 图1 0 。 0 ．2 0406 0 ．8l0 H C I 浓度／ m o lL ‘1 。●一5 0 9 儿H H 础‘} 一i o o g 儿N H 4 c 【 士_ 1 5 0 9 ／LN F l 4 C I * 2 0 0 肌N H 4 C 1 ■} 一2 5 0 P 几N H 4 a - - - O - - - 3c l f m ．N F l 4 C I 图42 5 ℃时锑溶解度随盐酸浓度的变化 F i g ．4 E f f e c to f [ H C I ] o f fs o l u b i l i t yo f b 2 5 “ C 2 03 04 05 06 07 0 温度，℃ 图5H C l0 ．5 t o o l ／L , l i f t 锑溶解度随温度的变化 F i g ．5 E f f e c to ft e m p e r a t u r eo ns o l u b i l i t y o fS b H C l0 ．5 t o o l ／L 5 01 5 02 5 0 氧化铵浓度／ g ．L - 1 图62 5 ℃时铅溶解度随N m C I 浓度的变化 F i g ．6 E i { e c to f 【N H 4 c I ] 0 ns o l u b i l i t yD { P b 2 5 ℃ l-一掣埘聪靠 一I_一H，醛璐窜 万方数据 第3 期王成彦等复杂锑铅矿矿浆电解过程的热力学分析5 7 0 20 40 ．608 1 ．0 H C l 浓度／ m o l L 4 图72 5 ℃时铅溶解度随盐酸浓度的变化 F i g ．7 E f f e c to f 【H c l ] O ns o l u b i l i t yo fP b 2 5 r ．， 氯化铵浓度H g L 1 1 图82 5 ℃时银溶解度随N i l 。C I 浓度的变化 F i g8E f f e c to f [ N H , C I ] O i lm l u b i l i t yo fA g 2 5 Y 2 H a N H 4 a ．s b a 3 体系中，当锑达到饱和浓度 时，银的溶解度随N H 4 c l 浓度的变化见图1 1 ，随 H C l 浓度的变化见图1 2 。 H C l ，N H 4 C I 体系和H C l ．N H C l S b 2 1 3 体系中银 溶解度的测定显示，银在该体系中的溶解度也较高， 在H a0 ．5 ～I t o o l ／L ，N 地a1 5 0 ～2 0 0 9 ／L 和6 0 ℃ 试验条件下，银的溶解度可达l g 几左右。 2 5 S 2 ．0 若” 蠡- o 0 5 0 ．0 0 ．2040 ．60 ．81 ．0 H C l 浓度／ m o l - L 4 图92 s ℃时银溶解度随盐酸浓度的变化 F i g ．9 E f f e c to f [ H C I ] o nA gs o l u b i l i t y 2 5 “ C 25 2 ．0 15 1 ．0 2 03 04 05 06 07 0 温度，℃ 图1 0H C l0 ．5 m o l ／L 时银溶解度随 温度的变化 F i g1 0E f f e c to ft e m p e r a t u r eO nA gs o l u b i f i t y H C l0 ．5 m o l ／L 氯化铵浓度， 乎L 1 图1 12 5 ℃锑饱和时银溶解度随氯化铵 浓度的变化 F i g1 1 E f f e c to f [ N H c 叼O i ls o l u b i l i t yo fA g i nS bs a t u r a t e ds o l u t i o n 2 5 ℃ 25 20 15 1 ．0 O5 0 0 0 20 ．40 ．60 ．81 ．0 H C I 浓度H m o l L ‘1 图1 22 5 ℃锑饱和时银溶解度随盐酸 浓度的变化 F i g ．1 2 E ／f e e to f [ H C I ] O i ls o l u b i l i t yo fA g i ns bs a t u r a t e ds o l u t i o n 2 5 ℃ 4 结论 在H C I N I - 1 4 C I 体系中，硫化物电位E 2 9 8 的值和 排列顺序和标准电极电位F ‰8 相比发生变化，有利 一I_∞s，越蜂晤 1一咖，赵蜒骓 一I_一嚣uI，蜊袋昭 1．1№，巡蜒昭 万方数据 5 8 有色金属 第5 5 卷 于复杂锑铅矿选择性矿浆电解。H C I N H 。C I 体系具 有锑溶解度高、铅溶解度低的特点，在H c l0 ．5 ～ i m o l ／L ，N 地C I1 5 0 ～2 0 0 9 ／L 和6 0 “ C 条件下，锑的 溶解度可达l O O g ／L 以上，铅的溶解度只有2 9 ／L 左 右，这样完全可以避免铅在阴极析出对阴极锑的污 染，从而实现锑、铅的一步分离。 参考文献 [ 1 j 王成彦，邱定着，江培海，等．脆硫锑铅矿矿浆电解试验研究[ J ] 有色金属，2 0 0 2 ，5 4 3 2 4 [ 2 3 扬显万，张荚杰．矿浆电解原理[ M 3 北京；冶金工业出版社，2 0 0 0 [ 3 ] 赵天从锑冶金[ J ] 北京冶金工业出版社，1 9 8 7 【4 ] 王成彦，邱定着，江培海脆硫锑铅矿矿浆电解机理研究【J ] 有色金属，2 0 0 3 ，5 5 1 2 5 [ 5 ] 王成彦，邱定著，江培海．脆硫锑铅矿矿浆电解电极反应[ J ] 有色金属，2 0 0 3 ，5 5 2 2 5 T h e r m o d y n a m i cA n a l y s i so fS l u r r yE l e c t r o l y s i sP r o c e s s o fR e f r a c t o r yS b - P bC o n c e n t r a t e W A N GC h e n g y a n 。Q I U 皿月g 向n ，j I A N GP e i h a i B e O i n gG f ⋯fR e ．a r c hI n s t i t u t eo f M i n i n g ＆M e t a l l u r g y ，B e i j i n g1 0 0 0 4 4 ，C h i n a 】 A B S T R A C T T h es l u r r yd e C t r o l y s i sp r o c e s so fc o m p l e xa n t i m o n yl e a dc o n c e n t r a t ei nH a N 托C Im e d i u mi st h e r m o d y n a m i e a l l y 砌y z e dI nm N H C As y s t e m ，t h ev a l u e aa n dt h eo r d e ro fd e e r ．m - p o t e n t i a lo fs u l f i d em i n e r a l sa x ev a r i e de o m r m 8t o t h es t a n d a r dO l q e a ．t h es e l e c t i v es l u r r ye l e c t r o l y s i so ft h er e f r a c t o r yS b _ P bc o n c e n t r a t ei sf a v o r e db yt h i sv a r i a t i o n ．I nt h e c o n d i t i o no f H C l0 ．5 ～l m o l ／L ，N H d a l 5 0 - - 2 0 0 9 ／La n d6 0 ℃，t h es o l u h i t i t yo fa n t i m o n y i sa b o v e l 0 0 9 ／L ，b u to n l y a b o u t2 9 ／I ，f o rl e a d ，t h e r ei sD Oc o n t a m i n a t i o no fl e a dt Ot h ec a t h o d ea n t i m o n y ，t h e r e f o r et h ed i r e c ts e p a r a t i o no fa n t i m o n ya n dl e a dc a nb ea c m m p l i s h e db ys l u r r ye l e c t r o l y s i sp r o c e s si nt h i se o n d l t i o n K E YW O R D S m e t a l l u r g i c a lp h y s i e o c h e m i s t r y ；r e f r a c t o r yS b _ P bc o n c e n t r a t e ；s l u r r yd e c t m l y s i s ；a n t i m o n y ；t h e r m o d y n a m ∞ 上接第4 0 页C o n t i n u e df r o mP ．4 0 N a O H 熔体的锅内熔化，粗铋初步除渣后铸成阳极，电属及稀散金属的混合硫化矿，有价金属的综合回收 解得到精铋和银精矿，银精矿经熔炼电解得产品银。效果良好。 s 结论 和原筹善麓蒿篡鬣嚣蒜冀冀 1 “火法一湿法联合流程”适宜于铅、铋、贵金生产工艺。 参考文献 [ 1 ] 汪立果铋冶金[ M ] ．北京冶金工业出版社，1 9 8 8 【2 ] 彭容秋重金属冶金学【M ] 长沙中南工业大学出版社，1 9 9 1 [ 3 ] 黄礼煌．金银提取技术[ M ] 北京冶金工业出版社，1 9 9 5 [ 4 ] 有色金属提取冶金手册编辑委员会．有色金属提取冶金手册[ M ] ，北京冶金工业出版社，1 9 9 9 D i r e c tA l k a l iS m e l t i n gP r o c e s so fP b B i - A gS u l f i d eO r e L IS h i q l n 9 1 ”。H E J i n 9 1 ，T A a N G M o t a n g ‘ 1C e n t r a lS o u t hU n i v e r s i t y ，C h a n g s h a4 1 0 0 8 3 ，C h i n a ； 2L i u z k o uC h i n aT i nG r o u pC oL t d ，L i u z l m u5 4 5 0 0 6 ，G u a n g M ．C h i n a A B S T R A C T T h et r e a t m e n to fP b - B I A gs u l f i d eo r ea n dr e c o v e r yo fv a l u a b l em e t a l s 研出t h ec o r p o r a t i o no fp y r o - a n dh y d t o - m e t a l l m g i c a lp r o c e s s r ei n v e s t i g a t e d ．T h eP b _ B i A gs u l f i d eo r ei sd i r e c t l ys m e l t e db yu s eo fa l k a l ip r o e a s si nar e w e r b e m t o r y f u r n a c e ，a n dt h ep r o d u c t s ，i ．e ．P b - B ia l l o y ，s l a g ，a n dm a t t e ，a r et r e a t e dr e s p e c t i v e l yt o1 3 巳c - o v e rl e a d ，h s m u t h ，s i l v e r ， c o p p e r ，m o l y b d e n u m ，z i n ce t c ．n l i st e c h n o l o g yi sa d a p t e dt Ot h em i x e do r eo fl e a d ，b i s m u t h ，p r e c i o u sa n dr r em e t a l s ， a n de f f e c t i v ef o rc o m p r e h e n s i v et e t D v e r yo fm e t a l si nt h eo Y e ．I ti sc l e a np r o d u c t i o nt e c h n o l o g yw i t hn ol m U u t l o no ne r w i m n m e n t ，l o we n e r g yc o n s u m p t i o n ，l e s sa u x i l i a r ym a t e r i a l se x h a u s t ，a n dh i g hr e c o v e r yo fm e t a l s K E YW O R D S m e t a l l u r g i c a lt e c h n o l o g y ；P b ．B i A gs u l f i d eo r e ；c o r p o r a t i o no fp y r o a n dh y d r o m e t a l l u r g i c a l p r o c e s s ；a l k a l is m d t i n g ；e l e c t r o l y s i s ；a l k a l ir e c o v e r y 万方数据