设为首页 - 加入收藏
欢迎来到有色专家平台,请 登录 | 注册
当前位置: 主页 > 科研平台 > 科研成果 > 冶炼 >

矿浆电解新技术进展

2016-05-13 16:51 [冶炼] 来源于:中国有色设备信息网
导读: 采用常规湿法工艺处理含Co10~20%、Mn20~30%的钴、锰物料,钴/锰浸出及分离/提纯所消耗的化学试剂多,钴直收率和回收率低。采用矿浆电解,在温度80℃、1.25倍Co+Mn的理论电......
第一部分矿浆电解概述
   矿浆电解是近四十余年来发展的一种湿法冶金新技术,它将湿法冶金通常包含的浸出、溶液净化、电积三个工序合而为一,利用电积过程的阳极氧化反应来浸出矿石,使通常电积过程阳极反应的大量耗能转变为金属的有效浸出,这一变革不仅大大简化了生产流程,而且充分利用能源,对环境友好。
   不同金属硫化物的氧化电位不同,不同金属离子的还原电位也不相同,在某一特定介质中不同金属化合物的物化性质如溶解度等也存在很大差异。这些差异的存在使得矿浆电解在某种程度上可以实现对矿物的选择性浸出和金属离子的选择性提取。
   矿浆电解的研究起始于上世纪70年代,由于对矿浆电解浸出机理的研究很不深入,在矿浆电解工程化过程出现了诸多难以克服的工程问题。澳大利亚Dextec公司认为:矿物氧化主要是通过矿物颗粒和阳极之间的碰撞接触来完成,阳极电极面积越大,就越有利于矿物的浸出。为增大电极面积而设计的圆形矿浆电解槽内排布了密集的电极,大型化实施极为困难。1992年,Dextec放弃了矿浆电解的研究。
   与澳大利亚的研究同步,北京矿冶研究总院以邱定蕃院士为首的团队,也开始了矿浆电解的研究,取得了多项具有自主知识产权的专利技术。在浸出机理方面认为:矿浆电解过程,阳极反应约90%是Fe2+的氧化反应(Fe2+=Fe3++e),硫化物的氧化主要由Fe3+完成,Fe3+被硫化物还原为Fe2+,Fe2+又在阳极上氧化为Fe3+,如此反复循环;而硫化物颗粒和阳极之间的碰撞接触氧化并不是影响硫化物浸出的主要原因。
   以此为依据,北京矿冶研究总院设计出了结构较为简洁的方形矿浆电解槽,在工程化方面也取得了重大突破:在湖南柿竹园铋矿的处理中,在世界上第一次实现了矿浆电解的工业应用,获得了1998年度的国家科技发明二等奖;1999年在云南元阳实现了6000t/a复杂金精矿矿浆电解的工业应用,获得了2002年度的国家科技进步二等奖。
   实践表明,矿浆电解在经济、社会和环境等方面优势独特:
(1)流程短,一步产出金属;
(2)无需外加热,实现自热浸出;
(3)阳极反应以Fe2+的氧化为主,阳极电位低;
(4)试剂消耗少;
(5)和被提取元素所结合的硫大部分以单质硫的形式产出,可进一步提取利用;
(6)污染小,对环境友好。
 
第二部分矿浆电解的适应性
    多年的研究表明,矿浆电解技术比较适合于多金属复杂矿及伴生矿的处理,如复杂锑铅矿、铅锌银混合矿、钼铋混合矿、复杂金精矿、大洋结合矿等。
    1.复杂锑铅矿矿浆电解
在HCl—NH4Cl体系中采用矿浆电解处理复杂锑铅矿,可以实现锑、铅的一步分离和锑的一步提取,在阴极直接产出含锑98%的金属锑板,锑浸出率大于98%。锑铅矿中的铅则主要以PbCl2和PbSO4的形态在渣中富集;通过对银的控制浸出,可以使80%以上的银和铅富集在一起,并进一步回收。
    2.高铅金精矿矿浆电解
在HCl—CaCl2体系中采用矿浆电解处理高铅金精矿,铅浸出率>95%;80~96%的银被同时浸出并在海绵铅中析出,金不浸出。
矿浆电解渣再直接氰化,金浸出率约98%。和金精矿原矿直接氰化相比,金浸出率提高约3%,氰化物消耗量降低10kg/t-矿。
    3.大洋多金属结核矿矿浆电解
矿浆电解由于结合了电解过程阴极的还原性和阳极的氧化性,因而可以利用廉价的直流电使多金属结核在阴极还原浸出的同时,使浸出的锰在阳极再重新氧化生成MnO2产品。
从宏观上看,矿浆电解过程中,结核中锰的价态并没有发生改变,只是在电场的作用下发生了MnO2的迁移。
在硫酸体系中通入0.8倍锰的理论浸出电量,锰、钴、镍、铜的浸出率均达到97%以上。阳极析出的二氧化锰含锰大于59%。
    4.钴锰物料矿浆电解
采用常规湿法工艺处理含Co10~20%、Mn20~30%的钴、锰物料,钴/锰浸出及分离/提纯所消耗的化学试剂多,钴直收率和回收率低。采用矿浆电解,在温度80℃、1.25倍Co+Mn的理论电量下,钴/锰浸出率可以达到99%。由于大部分锰在阳极重新以MnO2析出,实现了锰的初步脱除,因此产出的钴/锰浸出液的钴锰比由常规浸出的1:3升高至4:3—大幅降低了后续钴溶液的除锰负荷,节省了试剂消耗。
    5.铅冰铜矿浆电解
铅冰铜是铅冶炼过程的中间产物,一般含40%铅、30%铜、20%硫、约10000g/t的银和少量铁、砷,目前主要采用反射炉吹炼分离铜/铅,污染很大。氧压浸出则因硫酸铅的包裹,铜浸出率一般不会超过80%。
在硫酸体系中采用矿浆电解处理,给入1.1倍Cu+Pb的理论浸出电量,可以使约95%的铜和约10%的银被浸出,在阴极产出含铜约80%的铜粉,大部分铅和银则以硫酸铅渣的形态产出并富集在一起(含铅~60%、银~15000g/t)—实现铜和铅、银的分离。

第三部分矿浆电解的局限性
   矿浆电解的实质是依靠电极的氧化或还原反应来浸出矿石。其处理物料的能力(浸出能力)取决于所提供的电量的多少。但已工业应用的4.5m3矿浆电解槽由于电极面积偏小(~18m2),按150A/m2的电流密度,只能给入2700A的电流-处理能力低,并严重影响着矿浆电解的进一步推广和应用。如何增大矿浆电解槽的阴阳极面积、如何延长适用于氯化物体系的电极寿命等,是必须解决的工程问题。   
另外,针对低附加值物料的处理(如铅精矿、铜精矿),由于不能直接产出高纯产品(产物纯度低),在目前的市场状况下,矿浆电解尚不具有经济性。

第四部分高砷锑复杂金精矿矿浆电解
   锑是我国的优势矿产资源,随着以辉锑矿为主的锑资源的耗竭,我国锑的生产已转向了复杂多金属共生矿的处理。
含砷锑复杂金精矿目前大都采用鼓风炉硫化挥发-锑氧反射炉还原熔炼工艺处理,能耗高、消耗大、锑/金回收率低、成本高、生产环境差,砷及低浓度SO2污染严重。金属回收率:锑91%、金92%,粗锑成本7500元/t。
   为实现高砷锑复杂金精矿的低污染高效绿色提取,2012年,我们和有关企业合作开展了矿浆电解的研究。小型试验取得了锑浸出率大于99%、砷、金浸出率小于0.5%、铁浸出率5%、渣含锑小于0.5%、阴极锑含锑大于98%的结果;连续试验取得了锑浸出率大于98%、砷、金浸出率小于0.5%、铁浸出率4%、渣含锑小于1%、阴极锑含锑大于97%的结果。  
    在前述研究基础上,针对矿浆电解存在的工程问题,我们又研制了12m3钛基复合材料栅型网状电极矿浆电解槽,使电解槽的阳极面积提高至110m2,阴极面积提高至35m2,可通入高达12000A的电流,大幅提高了物料的处理能力,并于2013年5月建成了年处理3000t高砷锑金精矿的矿浆电解试验线,进行了2年多的工业试验。
高砷锑金精矿矿浆电解  
   连续扩大试验共处理锑金精矿1822kg,产出阴极锑527kg,锑回收率97.91%,吨锑工业盐酸消耗280kgb,直流电耗1320kWh 。
   平均渣含锑1.04%,锑浸出率大于98%;平均渣含砷5.76%,砷浸出率小于0.5%。
工业试验于2013年5月开始,主要技术参数如下:
电解液成分:Sb ~35g/L、HCl ~25g/L、Fe5~10g/L
矿浆温度:50~60℃
电流强度:6000~12000A
槽电压:~2.2V
物料加入量: 200~360kg/h
矿浆流量:1.6m3/h
阴极补液量:0.5m3/h 
其它指标:
铁浸出率:~3.5%
HCl(31%)消耗:206kg/t-Sb
总电耗:3350kWh/t-Sb(直流电耗:2540kWh/t-Sb)
工业废水实现了零排放
2年多的运行表明,吨锑加工成本约7000元,略低于现有的火法冶炼成本,但金、锑回收率显著提高,且消除了砷污染,经济和社会效益显著。
    高砷锑金精矿经矿浆电解处理后,金、砷在渣中富集(Au~65g/t、As~7%、S~30%、Fe~16%)。由于含砷高,外售时金的计价系数不到80%。而采用两段沸腾炉氧化焙烧脱砷脱硫-氰化浸金,金浸出率也只有约88%,副产回收的As2O3毒性高、销售困难,潜在环境风险大。
    结合微波加热的特点以及含砷矿浆电解渣的特性,我们提出了矿浆电解渣微波分解脱砷提金的构思。
初步研究表明:在惰性气氛下,矿浆电解渣用微波加热至560℃并保温30min,As、S的脱除率均大于99.5%。脱砷焙砂再氰化浸出,Au浸出率可以达到96%。砷则以较低毒性的雄黄和雌黄产出,其存储和填埋相对简单。  
    微波脱砷对国内外大量含砷金矿的低毒化高效处理也具有很好的适应性。若能在工程及设备方面取得突破,必会有很好的应用前景。
 
第五部分结语
    不同的冶金技术均有各自的适应性和局限性,对矿浆电解来说,40余年的发展历程并不算长,许多新的问题尚需我们深入研究和解决。但随着资源的愈发复杂,作为一种有效的预处理、预分离手段和技术,矿浆电解在多元复杂矿的处理中,必会有自己的一席之地。

(编辑:中冶有色技术网)



中冶有色技术网版权声明:

一、本网所有的内容均属于作者或页面内声明来源的人版权所有。
二、凡注明文章来源为“中冶有色技术网”的文章,均为中冶有色技术网原创或者是合作机构授权同意发布的文章。
①凡本网注明来源:中冶有色技术网 www.china-mcc.com的所有文字、图片和音视频稿件,版权均为中冶有色技术网独家所有,任何媒体、网站或个人在转载使用时必须注明来源中冶有色技术网 www.china-mcc.com,否则本网有权利将依法追究违反者责任。
②本网转载并注明其他来源的稿件,是本着为读者传递更多信息之目的,并不意味着赞同其观点或证实其内容的真实性。其他媒体、网站或个人从本网转载使用时,必须保留本网注明的稿件来源,禁止擅自篡改稿件来源,并自负版权等法律责任。违反者本网也有权利将依法追究责任。
三、如需转载,转载方必须与中冶有色技术网( 邮件:ysjs@china-mcc.com 或 电话:010-88793500)联系,签署授权协议,取得转载授权。
四、凡本网注明“来源:“XXX(非中冶有色技术网)”的文章,均转载自其它媒体,转载目的在于传递更多信息,并不构成投资建议,仅供读者参考。
五、若据本文章操作,所有后果读者自负,中冶有色技术网概不负任何责任。
六、本站郑重声明:所载文章、数据仅供参考,使用前请核实,风险自负!
图文信息