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铋精矿加压氧化氨浸高效分离铜、硫和铋 ① 伏彩萍 (湖南柿竹园有色金属有限责任公司,湖南 郴州 423037) 摘 要 针对湖南柿竹园铋精矿火法冶炼过程中存在的成本高、低浓度 SO2和散烟排放污染环境、有价金属综合回收率低等问题, 以柿竹园铋精矿为原料,提出了加压氧化氨浸分离铋与铜、硫的新工艺,研究了氨水加入量、浸出温度、浸出时间、浸出压力及浸出 液固比等因素对铜、硫、铋浸出率的影响。 在氨水用量 1.8 mL/ g铋精矿、液固比 4 ∶1、釜压 2.8 MPa、浸出温度 160 ℃、浸出时间 5 h、搅 拌速度 600 r/ min 的优化工艺条件下,铜、硫浸出率分别达 93.57%和 92.87%,铋不浸出并以氧化铋形态全部入渣,实现了铜、硫与铋 的高效分离。 关键词 铋精矿; 氧压浸出; 铜; 硫; 铋; 氨浸; 铜铋分离 中图分类号 TF111文献标识码 Adoi10.3969/ j.issn.0253-6099.2020.02.027 文章编号 0253-6099(2020)02-0111-03 Efficient Separation of Copper, Sulfur and Bismuth by Ammonia Pressure Leaching of Bismuth Concentrate FU Cai⁃ping (Hunan Shizhuyuan Nonferrous Metals Co Ltd, Chenzhou 423037, Hunan, China) Abstract Problems of high cost, environment pollution caused by low concentration of SO2and smoke emissions, and low comprehensive recovery rate of valuable metals have been found during the pyrometallurgical processing of bismuth concentrate in Hunan Shizhuyuan Nonferrous Metals Company. Consequently, a new processing technique of ammonia pressure leach was proposed for separating bismuth from copper and sulfur, with the bismuth concentrate from Shizhuyuan Company as the raw material. Effects of factors, including the amount of ammonia water, leaching temperature, leaching time, pressure and liquid⁃solid ratio, on the leaching rates of copper, sulfur and bismuth were investigated. It is shown that leaching rates of copper and sulfur can reach 93.57% and 92.87% respectively, with an addition of ammonia water at an amount of 1.8 mL/ g, liquid⁃solid ratio at 4∶1, autoclave pressure at 2.8 MPa, leaching temperature of 160 ℃, leaching time of 5 h and stirring speed of 600 r/ min. It is found that bismuth is not leached out, but completely pulled into slag in the form of bismuth oxide, which indicates an efficient separation of copper, sulfur and bismuth is attained. Key words bismuth concentrate; oxygen pressure leaching; copper; sulfur; bismuth; ammonia leaching; separation of copper and bismuth 铋及其化合物具有优良的性能,广泛应用于国民经 济各个领域[1-4]。 我国铋资源储量位居世界第一,又以 湖南柿竹园多金属矿区铋储量最大[5-6]。 铋矿物大都 与钨、钼、铜等金属矿物共生,通常产出的铋精矿含有一 定量的铜[7-8]。 近年来,随着铜铋资源日益衰竭及贫细 杂化,选矿分离难度越来越大,生产成本越来越高,开发 新的分离工艺极为迫切和重要。 本文根据湖南柿竹园 铋精矿的组成特点及相关元素的化学性质,采用加压氧 化氨浸工艺进行铋与铜、硫的分离。 1 实 验 1.1 实验原料及装置 实验所用原料为柿竹园选矿所得铋精矿,其主要 成分见表 1,XRD 分析见图 1。 从图 1 可见,铋精矿中 主要包括辉铋矿、辉钼矿、黄铁矿、石英、黄铜矿、方铅 矿和萤石。 ①收稿日期 2019-10-28 作者简介 伏彩萍(1971-),女,甘肃天水人,高级工程师,主要从事铋冶炼和钨冶炼研究。 第 40 卷第 2 期 2020 年 04 月 矿矿 冶冶 工工 程程 MINING AND METALLURGICAL ENGINEERING Vol.40 №2 April 2020 表 1 铋精矿主要元素化学分析结果(质量分数) / % BiCuSFeAg 31.824.3018.5710.550.049 20103040506070 2 / θ                                             /V3 /V3 /, 100 80 60 40 20 0 100120140160180200 1*5 Cu S Bi              图 3 浸出温度对铜、硫、铋浸出率的影响 2.3 浸出时间对铜、硫、铋浸出率的影响 浸出温度 160 ℃,其他条件不变,浸出时间对铜、 硫、铋浸出率的影响见图 4。 从图 4 可以看出,在 2~3 h 内,铜、硫浸出率随浸出时间延长而显著增大;继续延 长浸出时间,铜、硫浸出率缓慢增加;浸出 5 h 后,铜、 硫浸出率分别达到 93.74%和 92.17%。 铋浸出率小于 0.1%。 综合考虑,反应时间选择 5 h 较合适。 1*;0h 100 80 60 40 20 0 2134567 1*5 Cu S Bi              图 4 浸出时间对铜、硫、铋浸出率的影响 211矿 冶 工 程第 40 卷 2.4 釜压对铜、硫、铋浸出率的影响 浸出时间 5 h,其他条件不变,釜压对铜、硫、铋浸 出率的影响见图 5。 从图 5 可以看出,铜、硫浸出率随 釜压增加而增加。 当釜压由 1.0 MPa 升至 2.0 MPa 时,铜、硫浸出率由 65.32%、61.25%分别增至 90.53%、 84.86%;之后,继续增加釜压,铜、硫浸出率缓慢增加, 当釜压增至 2.8 MPa 时,铜、硫浸出率分别为 92.65%、 92.21%。 这是因为铜、硫主要以硫化物形态存在,增 加釜压能提高氧气浓度,促进铜、硫氧化浸出;当铜、硫 氧化完全后,继续增加釜压不能促进反应进行,铜、硫 浸出率增幅降低甚至不变。 铋基本入渣,铜、硫与铋分 离效果好。 因此,选择釜压为 2.8 MPa。 -MPa 100 80 60 40 20 0 1.01.52.02.53.0 1*5 Cu S Bi              图 5 釜压对铜、硫、铋浸出率的影响 2.5 浸出液固比对铜、硫、铋浸出率的影响 釜压 2.8 MPa,其他条件不变,液固比对铜、硫、铋 浸出率的影响见图 6。 从图 6 可以看出,液固比由 1 ∶1 增至 4 ∶1,铜、硫浸出率分别由 52.53%、50.32%增至 93.65%、92.23%;之后,继续增加浸出液固比,铜、硫浸 出率反而略有下降,这是因为随着液固比增加,氨水浓 度降低。 因此,液固比选择 4∶1较宜。 A.mL g-1 100 80 60 40 20 0 12345 1*5 Cu S Bi              图 6 液固比对铜、硫、铋浸出率的影响 2.6 综合性试验 根据最佳实验条件进行了综合性实验。 实验条件 为铋精矿 250 g, 氨水 450 mL, 液固 比 4∶1, 釜压 2.8 MPa,浸出温度 160 ℃,浸出时间 5 h,搅拌速度 600 r/ min。 实验结果见表 2。 表 2 综合性试验结果 试验 编号 渣率 / % 浸出渣成分/ %浸出率/ % CuSCuS 182.910.321.5893.8392.95 282.870.331.6193.6492.82 382.920.351.6093.2592.86 平均值0.331.6093.5792.87 表 2 显示,在最佳工艺条件下,铋精矿经加压氧化 氨浸后,铜、硫浸出率分别达 93.57%和 92.87%。 浸出 液中铋、铁含量均小于 0.001 g/ L,说明铋、铁全部入 渣,实现了铜、硫与铋、铁的高效分离,为铜、硫及铋的 高效综合回收奠定基础。 在最佳工艺条件下得到的浸出渣 XRD 分析见图 7。 结果显示,图谱中主峰为氧化铋,已不见辉钼矿、黄 铁矿、黄铜矿等物相,说明铋精矿经过加压氧化氨浸, 硫化铋基本转化为氧化铋,铋精矿中硫氧化较彻底,渣 中已不见硫化物晶相。 20103040506070 2 / θ         Bi2O3 ;A A; 图 7 浸出渣 XRD 图谱 铋精矿经加压氧化氨浸后,其中的辉铋矿、黄铜 矿、辉钼矿、黄铁矿晶相均消失,并产生了氧化铋的新 物相,为下步铋的清洁高效回收创造了条件。 3 结 论 1) 铋精矿经加压氧化氨浸湿法冶金工艺可实现 铜硫与铋的高效分离,为后续铜、硫、铋的综合回收创 造了有利条件。 2) 铋精矿经加压氧化氨浸后铜、硫进入溶液,铋 以氧化物形态进入浸出渣中,在优化浸出工艺条件下, 铜、硫的浸出率分别为 93.57%和 92.87%。 3) 采用湿法冶金分离工艺,不仅能够综合回收有 价金属铜,而且能解决铋精矿火法冶炼成本高及低浓度 SO2烟气污染环境等问题。(下转第 118 页) 311第 2 期伏彩萍 铋精矿加压氧化氨浸高效分离铜、硫和铋 在焊缝凝固过程中,奥氏体转变成铁素体,氢在铁素体 中扩散较快,易转移到尚未转变的热影响区,氢在热影 响区的奥氏体中扩散慢,无法扩散到距熔合区更远的 母材中,故氢原子易在熔合区附近富集,提高熔合区的 氢脆性。 由于焊缝硬度较高、塑性较差,同时由于焊材合金 元素含量高,在不预热条件下形成大量淬硬组织,对焊 缝的拘束作用增加,使裂纹易在焊缝中扩展;此外,焊 缝中存在的侧板条铁素体,先共析铁素体及贝氏体等 抗裂纹扩展能力差的组织,也会促进裂纹在焊缝的 扩展。 3 结 论 1) Q690 钢手工焊和气保焊焊接接头冷裂纹起源 于坡口根部,沿熔合区扩展后转向焊缝直至贯穿致焊 缝表面。 2) 裂纹在 Q690 钢焊缝中扩展主要是由于焊缝硬 度较高、塑性较差,以及淬硬组织对焊缝的拘束作用, 导致裂纹在焊缝中扩展。 熔合区缺陷密度高,裂纹扩 展抗力差,导致冷裂纹易在其中传播。 3) 针状铁素体有利于提高 Q690 钢焊缝抵抗裂纹 扩展能力,先共析铁素体、侧板条铁素体和贝氏体等组 织抗裂纹扩展能力较低,因此冷裂纹优先沿着这些组 织区域扩展。 参考文献 [1] 李红英,赖永秋. 直接淬火工艺对 Q690 钢组织和性能的影响[J]. 热加工工艺, 2017,46(6)203-205. 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