銻在地殼中平均豐度僅為百萬(wàn)分之一,是極稀有戰(zhàn)略金屬。目前已知的含銻礦物達(dá) 120 余種,具有工業(yè)冶煉價(jià)值的有輝銻礦(Sb2S3)、方銻礦(Sb2O3)、銻華(Sb2O3)、銻赭石(Sb2SxOy)、黃銻華(Sb2O4·H2O)、硫氧銻礦(Sb2SxOy)、自然銻(Sb)、硫汞銻礦(HgSb4S7 )、脆硫銻鉛礦(Pb4FeSb6S14)、黝銅礦(Cu12Sb4S13)等。其中,輝銻礦是銻冶煉的主要礦物原料,利用其生產(chǎn)的金屬銻占總產(chǎn)量的 60% 以上。銻礦物按賦存類型可分為氧化礦、混合礦、硫化礦三種,目前以硫化礦為主,包括硫化銻礦、脆硫銻鉛礦、硫化銅(砷)銻礦。 1.銻的礦物資源與分布 銻的冶煉方法目前銻的提取以硫化礦為主,冶煉方法分為火法工藝和濕法工藝,以火法冶煉為主,濕法煉銻根據(jù)反應(yīng)體系的不同又分為酸性體系和堿性體系,銻的冶煉工藝概述如圖 1 所示。 1.1 火法煉銻生產(chǎn) 火法煉銻目前以揮發(fā)焙燒(熔煉)-還原熔煉工藝為主,該工藝于1884年提出和應(yīng)用。利用硫化銻容易氧化成氧化銻,且氧化銻易揮發(fā)的性質(zhì),使銻與其它雜質(zhì)分離,再還原得到金屬銻。目前主要采用鼓風(fēng)爐進(jìn)行揮發(fā)焙燒(熔煉),硫化銻礦在其中進(jìn)行揮發(fā)焙燒(熔煉)獲得三氧化二銻,在收塵系統(tǒng)中冷卻收集獲得銻氧粉,后與還原劑混合,在反射爐中進(jìn)行還原熔煉得到粗銻,并精煉得到高純銻。該工藝中主要發(fā)生的反應(yīng)為:
鼓風(fēng)爐揮發(fā)熔煉作為目前主要的揮發(fā)工藝,具有“低料柱、薄料層、高處理量、熱爐頂”的特點(diǎn),但焦率較高,一般為爐料量的20%~25%或精礦量的30% ~ 45% 。鼓風(fēng)爐揮發(fā)熔煉的產(chǎn)物有銻氧、銻锍、粗銻、爐渣和煙氣。銻氧是揮發(fā)熔煉的最終產(chǎn)品,主要成分是三氧化二銻;銻锍和粗銻是揮發(fā)熔煉中間產(chǎn)物,銻锍不能送反射爐處理,而粗銻因含鐵較高,也不適合送反射爐處理,一般返回鼓風(fēng)爐處理,對(duì)于含金銻礦熔煉,粗銻可用于捕集金,爐渣主要由脈石、熔劑和焦炭灰分組成。鼓風(fēng)爐揮發(fā)熔煉的煙氣量大,其中的 SO2 濃度低而難以制酸,因此,一般采用石灰進(jìn)行吸收處理,使其達(dá)標(biāo)排放。鼓風(fēng)爐揮發(fā)熔煉得到的銻氧粉經(jīng)還原熔煉獲得金屬銻,主要發(fā)生氧化銻還原和雜質(zhì)氧化造渣兩個(gè)反應(yīng)。而銻氧粉中的部分雜質(zhì)在熔煉時(shí)容易被還原而進(jìn)入金屬銻中,因此在還原熔煉結(jié)束后,需向反射爐中加入純堿,并鼓入空氣,進(jìn)行粗銻精煉。 鼓風(fēng)爐揮發(fā)熔煉工藝對(duì)原料適應(yīng)性強(qiáng),既能處理硫化礦,也能處理氧化礦和硫氧混合礦;特別適用于處理高品位銻精礦,而且銻品位越高,生產(chǎn)能力大,回收率高。但該工藝也存在流程長(zhǎng)、能耗高、熱效率低和低濃度SO2 煙氣難以利用等弊端。 1. 2 濕法煉銻生產(chǎn)工藝 濕法煉銻由于不產(chǎn)生SO2和能耗低等優(yōu)點(diǎn)而受關(guān)注,我國(guó)從 1965 年就開(kāi)始對(duì)銻精礦進(jìn)行濕法處理研究,其不僅能夠處理單一含銻物料,同時(shí)也能處理復(fù)雜多金屬銻礦;根據(jù)浸出方式的不同分為酸性浸出和堿性浸出。而受生產(chǎn)效率、電流效率、設(shè)備腐蝕、廢水治理等多因素的影響,目前大規(guī)模的濕法工藝不多,目前在工業(yè)應(yīng)用的濕法工藝主要如下兩種。 1. 2. 1 酸性濕法煉銻 酸性濕法煉銻主要是采用三氯化鐵或氯氣等作為浸出劑,在酸性溶液中將銻浸出,浸出液通過(guò)電積或還原處理制備金屬銻,也可通過(guò)中和-水解法制備銻白產(chǎn)品。FeCl3 浸出法利用三價(jià)鐵的氧化性在酸性條件下浸出硫化銻,而根據(jù)對(duì)浸出液處理方式的不同,又有 FeCl3 浸出 - 電積法和 FeCl3 浸出-水解法。FeCl3 浸出-電積法過(guò)程中的主要反應(yīng)如下:
FeCl3 浸出-電積法在隔膜電解槽中進(jìn)行,隔膜材料選用陰離子交換膜,陽(yáng)極一般為石墨,陰極為鈦板或銅板。電積時(shí),浸出液在陰極槽,金屬銻則在陰極板析出,而陰極廢液則在陽(yáng)極槽,通過(guò)陽(yáng)極的氧化反應(yīng)使得Fe2+ 氧化為 Fe3+,從而達(dá)到浸出劑再生的目的,實(shí)現(xiàn)工藝的循環(huán)利用。酸性氯化浸出-電積法提取金屬銻具有浸出率高、電流效率高、產(chǎn)品純度高等優(yōu)點(diǎn),同時(shí)缺點(diǎn)也明顯,設(shè)備防腐要求高、浸出選擇性差、浸出液難以凈化、電積中有爆銻生成、鐵離子增生難以開(kāi)路等。 1.2. 2 堿性濕法煉銻 堿性濕法煉銻采用的浸出劑是硫化鈉與氫氧化鈉的混合溶液,該工藝主要分為堿性浸出和浸出液的處理兩步,浸出液處理主要采用電積工藝,分為隔膜電積和非隔膜電積。在浸出過(guò)程中主要發(fā)生的反應(yīng)如下: 溶液中除了銻會(huì)被浸出以外,雜質(zhì)元素 Hg、As、Sn 等的硫化物也會(huì)進(jìn)入溶液,而 Cu、Pb、Fe、Zn、Ag等金屬的硫化物則不與溶液反應(yīng)。 在生產(chǎn)過(guò)程中,硫化鈉的過(guò)量系數(shù)1.1~1.2、氫氧化鈉濃度20~30g/L。浸出之后的浸出液大多采用電積法進(jìn)行處理。電積法可以產(chǎn)出質(zhì)量較好的陰極銻,并且金屬回收率也高于火法。浸出液的主要成分是 Na3SbS3 、Na2S和NaOH,還有其它硫化鹽類。電積過(guò)程中發(fā)生的總反應(yīng)式如下: 4Na2 SbS3 + 12NaOH = 4Sb + 12Na2 S + 6H2O + 3O2 (12) 陽(yáng)極正常是OH-放電,但如果溶液中的S2-和Cl-濃度累積升高,則可能導(dǎo)致S2- 放電生成硫單質(zhì)和析氯,造成極板的腐蝕和工作環(huán)境的惡化;陰極除了銻和氫的放電外,還有雜質(zhì)金屬放電,若電解條件控制不當(dāng),陰極會(huì)有大量的氫析出。 堿性浸出液通過(guò)電積可以得到質(zhì)量較好的陰極銻,金屬回收率高,但隔膜電積的工藝較復(fù)雜,且電積過(guò)程中可能會(huì)使硫被氧化,使多硫化物大量生成,電耗也大。 2. 銻的提取展望 2.1 硫化銻礦資源日益枯竭,需加強(qiáng)對(duì)氧化銻礦和硫氧混合礦的開(kāi)采、選別和冶煉技術(shù)開(kāi)發(fā),目前對(duì)氧化礦的選礦水平和技術(shù)指標(biāo)仍不高,回收率低,有待大幅改善。 2. 2 富氧強(qiáng)化熔煉是銻冶煉的重要發(fā)展方向,目前在爐體設(shè)計(jì)、渣型研究和選擇、熔煉制度、硫化銻揮發(fā)抑制等方面仍有大量工作需要開(kāi)展,只有解決好這些問(wèn)題才能實(shí)現(xiàn)硫化銻的強(qiáng)化熔煉,提高整體水平。 2. 3 濕法煉銻在處理多金屬、復(fù)雜礦時(shí)具有較大的靈活性,并可直接生產(chǎn)氧化銻產(chǎn)品,因此清潔高效的浸出 - 電積體系仍需要研發(fā)。 同時(shí)在當(dāng)前雙碳的大背景下,清潔、低碳的煉銻新技術(shù)也需進(jìn)行深入研究和開(kāi)發(fā)。 |
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