新疆某鈹精礦浸出工藝研究

王清良 李 中 李 乾 胡鄂明 熊 驍 成泉輝

(1.南華大學(xué)核資源工程學(xué)院，湖南衡陽(yáng)421001;2.水口山有色金屬公司第六冶煉廠，湖南衡陽(yáng)421001)

鈹是一種稀有金屬，在自然界中主要存在于綠柱石和羥硅鈹石中。鈹?shù)幕瘜W(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定，在空氣中能夠形成具有保護(hù)作用的氧化層，高溫冶煉也難以改變其形態(tài)，所以鈹?shù)幕衔锉粡V泛應(yīng)用于航空航天、信息工業(yè)、原子能、冶金、核反應(yīng)堆等領(lǐng)域［1］。

最初的冶金用鈹都提取自綠柱石，這是因?yàn)榫G柱石相對(duì)于其他鈹?shù)V石屬于比較純凈的鈹鋁硅酸鹽，從中提取鈹幾乎是簡(jiǎn)單的鈹鋁分離，流程簡(jiǎn)單。但隨著鈹應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展［2］，僅從綠柱石中提鈹已不能滿足現(xiàn)代化建設(shè)的需要，羥硅鈹石就成為了繼綠柱石后最常見(jiàn)的提鈹?shù)V物，雖然其純度不如綠柱石，但其儲(chǔ)量較高。

從鈹?shù)V石中提鈹?shù)姆椒ㄓ泻芏喾N［3-5］，應(yīng)用最多的有硫酸法［6］和氟化法［7］。硫酸法先用高溫焙燒(1 400～1 500℃)破壞鈹?shù)V石的結(jié)構(gòu)，再用硫酸將鈹、鋁、鐵等能溶于酸的元素浸出，進(jìn)而除雜得到氧化鈹。氟化法先將礦石與硅氟酸鈉混合，750℃左右燒結(jié)后再進(jìn)行濕磨、常溫水浸，溶于水的鈹氟酸鈉進(jìn)入溶液，從而實(shí)現(xiàn)鈹與礦石的分離。氟化法雖然能耗較低，但鈹溶液氟含量較高，且脫氟困難，當(dāng)溶液中氟與氧化鈹?shù)臐舛缺却笥?0%時(shí)，會(huì)大大影響鈹回收率。因而鈹生產(chǎn)加工企業(yè)較少采用氟化法。本試驗(yàn)將采用硫酸預(yù)處理—攪拌浸出工藝對(duì)鈹精礦進(jìn)行浸鈹研究。

1 試驗(yàn)礦樣、試劑及儀器

1.1 試驗(yàn)礦樣

試驗(yàn)所用礦樣為新疆某鈹?shù)V所生產(chǎn)的鈹精礦，粒度為0.074～0 mm，主要化學(xué)成分分析結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 礦樣主要化學(xué)成分分析結(jié)果Table 1 Main chemical composition of the sample %

1.2 試驗(yàn)試劑及儀器

1.2.1 試驗(yàn)試劑

(1)試驗(yàn)用 H2SO4、NaOH、HCl、EDTA、酒石酸鉀鈉、三乙醇胺、十六烷基三甲基溴化銨(CTMAB)、乙醇為分析純。

(2)混合掩蔽劑溶液。取EDTA和酒石酸鉀鈉各5 g于燒杯中，再加入30 mL三乙醇胺和70 mL水，攪拌溶解。

(3)0.01 mol/L的十六烷基三甲基溴化銨溶液。將3.64 g的CTMAB溶于100 mL乙醇中，再加水至1 000 mL。

(4)鈹標(biāo)準(zhǔn)溶液。稱取3.541 0 g硫酸鈹(BeSO4·4H2O)于燒杯中，加30 mL水，2 mL硫酸，加熱溶解，移入1 000 mL容量瓶中，用水稀釋至刻度，搖勻，此溶液1 mL含500 μg氧化鈹。移取2.00 mL鈹標(biāo)準(zhǔn)溶液于500 mL容量瓶中，加50 mL硫酸，用水稀釋至刻度，搖勻。此溶液氧化鈹含量為2 μg/mL。

1.2.2 試驗(yàn)儀器及設(shè)備

試驗(yàn)儀器設(shè)備見(jiàn)表2。

表2 試驗(yàn)儀器及設(shè)備Table 2 Instruments and equipments used in the experiment

2 試驗(yàn)方法

將質(zhì)量比一定的鈹精礦與濃硫酸放入自制的反應(yīng)釜中，反應(yīng)釜置于一定溫度的數(shù)顯恒溫油浴鍋中保溫4 h，將預(yù)處理后的礦樣放入錐形瓶中，按一定的固液比加自來(lái)水，在轉(zhuǎn)速為300 r/min六聯(lián)攪拌器上攪拌一定時(shí)間，然后用真空抽濾機(jī)進(jìn)行固液分離，并對(duì)濾渣進(jìn)行清洗，分析溶液中的氧化鈹含量，計(jì)算礦石中鈹?shù)慕雎省?/p>

3 試驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1 濃硫酸用量試驗(yàn)

試樣濃硫酸預(yù)處理的目的是將鈹精礦中能溶于酸的鈹、鋁、鐵等從礦石中浸出。當(dāng)試樣中加入的硫酸不足時(shí)，反應(yīng)不完全，鈹?shù)入x子就不能充分進(jìn)入液相中，從而影響氧化鈹?shù)慕雎?當(dāng)試樣中加入的硫酸過(guò)多時(shí)，不僅會(huì)造成硫酸的浪費(fèi)，增加生產(chǎn)成本，而且會(huì)給后處理帶來(lái)麻煩。因此，必須確定適宜的濃硫酸配加量。

硫酸用量試驗(yàn)的試樣預(yù)處理溫度為180℃，攪拌浸出液固質(zhì)量比為2∶1，攪拌時(shí)間為4 h，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖1。

圖1 濃硫酸用量試驗(yàn)結(jié)果Fig.1 Test result on dosage of concentrated sulfuric acid

由圖1可以看出，濃硫酸與試樣的質(zhì)量比從1.4提高至2.0，氧化鈹浸出率先顯著上升，后升幅趨小。從成本、效益角度考慮，確定試樣與濃硫酸的質(zhì)量比為 1∶1.5。

3.2 預(yù)處理溫度試驗(yàn)

預(yù)處理溫度是影響鈹浸出的重要因素。預(yù)處理溫度不夠，濃硫酸破壞礦物結(jié)構(gòu)效果不理想，鈹很難從礦石中分離出來(lái)，因而影響鈹?shù)慕?。預(yù)處理溫度越高，能耗和生產(chǎn)成本也越高。

預(yù)處理溫度試驗(yàn)試樣與濃硫酸的質(zhì)量比為1∶1.5，攪拌浸出液固質(zhì)量比為2∶1，攪拌時(shí)間為4 h，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 預(yù)處理溫度試驗(yàn)結(jié)果Fig.2 Test results on different pretreatment temperature

由圖2可以看出，預(yù)處理溫度從140℃提高至160℃，氧化鈹浸出率較低，且浸出率提高的幅度很小，表明在此溫度下不能很好地破壞鈹?shù)V物的晶體結(jié)構(gòu);當(dāng)預(yù)處理溫度進(jìn)一步提高至180℃時(shí)，氧化鈹浸出率大幅度上升。因此，確定試樣濃硫酸預(yù)處理溫度為180℃。

3.3 浸出液固比試驗(yàn)

在鈹?shù)V石的浸出中，當(dāng)濃硫酸用量一定時(shí)，液固比過(guò)大，則硫酸濃度過(guò)低，硫酸的破壞力不夠;液固比過(guò)小，不利于硫酸與試樣接觸和礦物中的物質(zhì)進(jìn)入液相。因此，液固比對(duì)鈹浸出效果的影響較大。

浸出液固質(zhì)量比試驗(yàn)的試樣與濃硫酸的質(zhì)量比為1∶1.5，預(yù)處理溫度為180℃，攪拌時(shí)間為4 h，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3 浸出液固比試驗(yàn)結(jié)果Fig.3 Test results on various ratio of liquid to solid

由圖3可以看出，液固質(zhì)量比從1∶1提高至4∶1，氧化鈹浸出率先上升后下降。因此，確定試樣硫酸浸出的液固質(zhì)量比為2∶1。

3.4 攪拌時(shí)間試驗(yàn)

攪拌時(shí)間試驗(yàn)的試樣與濃硫酸的質(zhì)量比為1∶1.5，預(yù)處理溫度為 180 ℃，液固質(zhì)量比為 2∶1，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖4。

圖4 攪拌時(shí)間試驗(yàn)結(jié)果Fig.4 Test result on various length of stirring time

由圖4可以看出，攪拌時(shí)間延長(zhǎng)，鈹浸出率上升，當(dāng)攪拌時(shí)間達(dá)4 h時(shí)，氧化鈹浸出率達(dá)到97%?？紤]浸出成本因素，確定攪拌時(shí)間為4 h。

4 結(jié)論

(1)新疆某鈹精礦與濃硫酸按質(zhì)量比1∶1.5混合后，在反應(yīng)釜內(nèi)溫度為180℃情況下預(yù)處理4 h，預(yù)處理后的礦漿加水至液固質(zhì)量比為2∶1，在攪拌器轉(zhuǎn)速為300 r/min情況下攪拌浸出4 h，氧化鈹浸出率達(dá)到97%，浸出效果良好。

(2)各影響因素條件試驗(yàn)表明，濃硫酸的用量、預(yù)處理溫度、攪拌浸出過(guò)程的液固比和浸出時(shí)間對(duì)氧化鈹浸出率都有顯著的影響，其中以浸出溫度的影響最為顯著。

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