從文丘里泥中回收硒、碲工藝研究

胡鵬舉，謝祥添，布金峰

（陽(yáng)谷祥光銅業(yè)有限公司，山東 聊城 252327）

硒和碲屬于稀散金屬[1]，是現(xiàn)代高科技新材料特別是信息材料的重要組成部分。硒和碲一般都不存在獨(dú)立的礦床，而是伴生于有色金屬礦產(chǎn)或煤礦中[2]，其中從銅陽(yáng)極泥中提取硒、碲是生產(chǎn)硒、碲的重要來(lái)源[3,4]。在采用卡爾多爐工藝處理銅陽(yáng)極泥[5]時(shí)，硒、碲等有價(jià)組分會(huì)在壓浸后分流，一部分進(jìn)入浸出液，一部分存留于脫銅泥中，在不同的陽(yáng)極泥成分和浸出工況下，進(jìn)入兩者的比例有較大的差別。文丘里泥作為卡爾多爐處理脫銅泥時(shí)的中間物料，約占卡爾多爐處理脫銅泥比重的10%～20%，里面主要包含金、銀、硒、碲以及鉛、鉍等有價(jià)元素，目前對(duì)文丘里泥的主要處理方法是返爐熔煉，但這必然會(huì)造成部分硒碲的損失。通過查閱文獻(xiàn)[6,7]，目前對(duì)文丘里泥的主流開路工藝是利用堿法浸出，其中紫金礦業(yè)使用兩段堿浸處理文丘里泥制備出了二氧化碲產(chǎn)品[8]，但利用堿法從文丘里泥中浸碲時(shí)，不可避免的會(huì)引入雜質(zhì)鉛和硒，再經(jīng)過后續(xù)的凈化除雜等復(fù)雜流程，易造成碲的損失，文獻(xiàn)[8]中碲的直收率只有64.78%，所以需要進(jìn)一步優(yōu)化從文丘里泥中回收硒碲的工藝。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)原料和輔料

某公司文丘里泥、98%硫酸（分析純，煙臺(tái)遠(yuǎn)東精細(xì)化工有限公司）、無(wú)水亞硫酸鈉（分析純，天津市大茂化學(xué)試劑廠）、鐵粉（工業(yè)級(jí)，聊城宏發(fā)鐵粉銷售有限公司）。其中某公司的文丘里泥主要化驗(yàn)元素如下表1所示。

表1 文丘里泥主要元素成分表（%）

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

HH-6數(shù)顯恒溫水浴鍋（常州博遠(yuǎn)實(shí)驗(yàn)分析儀器廠）、JJ-1精密增力電動(dòng)攪拌器（常州博遠(yuǎn)實(shí)驗(yàn)分析儀器廠）、SHZ-D（Ⅲ）循環(huán)水式真空泵（鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司）、iCAP6300等離子體發(fā)射光譜儀（美國(guó)賽默飛世爾）。

1.3 實(shí)驗(yàn)原理及工藝流程

由于堿浸浸出較多的雜質(zhì)，本文采用硫酸處理文丘里泥，并通過酸浸→還原沉硒→還原沉碲的工藝對(duì)文丘里泥中的硒碲元素進(jìn)行回收。

1.3.1 酸浸原理

入爐物料中的部分硒碲物質(zhì)經(jīng)過卡爾多爐熔煉后轉(zhuǎn)化為二氧化硒和二氧化碲進(jìn)入文丘里泥中，使用硫酸處理文丘里泥后，硒、碲分別以亞硒酸和亞碲酸（亞碲酸可溶于強(qiáng)酸中）進(jìn)入浸出液中，其中涉及的化學(xué)反應(yīng)式如下式1—式3所示：

1.3.2 沉碲原理

金屬鐵的活性強(qiáng)于金屬碲，所以使用鐵粉可以把四價(jià)碲還原成單質(zhì)碲，其中涉及的化學(xué)反應(yīng)如下式4所示：

1.3.3 工藝流程

具體工藝流程如下圖1所示。

對(duì)于使用酸浸法從文丘里泥中提取粗硒和粗碲的工藝流程，其中使用二氧化硫沉硒已是比較成熟的工藝[9]，便不再深入研究。對(duì)此，本文主要對(duì)酸浸條件和沉碲條件進(jìn)行了較為詳細(xì)的研究。

圖1 工藝流程圖

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論

2.1 酸浸

對(duì)文丘里泥進(jìn)行酸浸時(shí)，主要考察了硫酸濃度、液固比、溫度和時(shí)間對(duì)酸浸效果的影響。

2.1.1 酸濃對(duì)浸出的影響

首先按照100、200、300、400和500g/L的硫酸濃度，分別在液固比L/S=5、80℃下反應(yīng)1h，得到不同硫酸濃度下的硒、碲浸出率如下圖2所示。由圖2可知，隨著硫酸濃度的增加，硒的浸出率基本不變化，穩(wěn)定在30%左右；而碲的浸出率先隨著硫酸濃度增加而增加，到達(dá)300g/L的酸度后，浸出率保持穩(wěn)定，其中酸度從100g/L增加至300g/L時(shí)，碲的浸出率從60.24%增長(zhǎng)至91.34%。

圖2 硫酸濃度對(duì)硒、碲浸出率的影響

2.1.2 液固比對(duì)浸出的影響

固定硫酸濃度為300g/L，按照體積質(zhì)量液固比L/S=1、2、3、4、5，分別在80℃下反應(yīng)1h，得到不同液固比下的硒、碲浸出率如下圖3所示。由圖3可知，隨著液固比的增加，硒的浸出率基本無(wú)變化，穩(wěn)定在30%左右；而碲的浸出率增加不明顯，當(dāng)液固比為3時(shí)，碲的浸出率基本穩(wěn)定在90%左右，其中液固比L/S從1增加至5時(shí)，碲的浸出率從80.24%增長(zhǎng)至90.74%。

圖3 液固比對(duì)硒、碲浸出率的影響

2.1.3 溫度對(duì)浸出的影響

固定硫酸濃度為300g/L，液固比L/S=5，按照酸浸溫度50℃、60℃、70℃、80℃和90℃，分別反應(yīng)1h，得到不同酸浸溫度下的硒、碲浸出率如下圖4所示。由圖4可知，隨著溫度的增加，硒的浸出率基本不變化，穩(wěn)定在30%左右；而碲的浸出率開始隨著溫度的增加而增加，當(dāng)酸浸溫度達(dá)到80℃時(shí)，碲的浸出率基本穩(wěn)定在90%左右，其中酸浸溫度從50℃增加至80℃時(shí)，碲的浸出率從57.84%增長(zhǎng)至91.02%。

圖4 酸浸溫度對(duì)硒、碲浸出率的影響

綜上所述，酸浸處理文丘里泥浸出硒、碲時(shí)，文丘里泥中30%的硒容易被浸出，而酸濃、液固比和溫度都會(huì)影響碲的浸出，最優(yōu)條件為硫酸濃度300g/L，液固比L/S=5，酸浸溫度80℃。

2.2 沉碲

酸浸液經(jīng)過沉硒作業(yè)后得到沉碲前液，使用鐵粉作為還原劑進(jìn)行沉碲作業(yè)，沉碲時(shí)主要考察了鐵粉用量、沉碲溫度和沉碲時(shí)間對(duì)沉碲效果的影響。

2.2.1 鐵粉系數(shù)對(duì)沉碲的影響

首先按照1倍、2倍、3倍、4倍和5倍的鐵粉用量，在70℃下分別反應(yīng)5h，得到不同鐵粉使用量下的沉碲效果如圖5所示。由圖5可得，隨著鐵粉使用量的增加，碲還原率也隨著增加，當(dāng)鐵粉使用量達(dá)到理論量的3倍后，碲還原率基本保持在99.5%以上，其中鐵粉使用量從1倍增加至3倍時(shí)，碲還原率從68.96%增長(zhǎng)至99.57%。

圖5 鐵粉用量對(duì)碲還原效果的影響

2.2.2 溫度對(duì)沉碲的影響

固定3倍鐵粉用量，在30℃、40℃、50℃、60℃和70℃下分別反應(yīng)5h，得到不同沉碲溫度下的沉碲效果如圖6所示。由圖6可知，隨著反應(yīng)溫度的增加，碲還原率也隨之增加，當(dāng)沉碲溫度達(dá)到60℃后，碲還原率基本保持在99.5%以上，其中反應(yīng)溫度從30℃增加至60℃時(shí)，碲還原率從71.38%增長(zhǎng)至99.54%。

圖6 沉碲溫度對(duì)碲還原效果的影響

2.2.3 反應(yīng)時(shí)間對(duì)沉碲的影響

固定3倍鐵粉用量，反應(yīng)溫度60℃，分別反應(yīng)1h、2h、3h、4h和5h，得到不同反應(yīng)時(shí)間下的沉碲效果如圖7所示。由圖7可知，隨著反應(yīng)時(shí)間的增加，碲還原率也隨之增加，當(dāng)沉碲時(shí)間達(dá)到4h后，碲還原率基本保持在99.5%以上，其中反應(yīng)時(shí)間從1h增加至4h時(shí)，碲還原率從79.36%增長(zhǎng)至99.72%。

圖7 沉碲時(shí)間對(duì)碲還原效果的影響

綜上所述，使用鐵粉沉碲時(shí)，最優(yōu)條件是鐵粉加入量為理論量的3倍，沉碲溫度60℃，反應(yīng)時(shí)間4h。

2.3 產(chǎn)品

粗硒和粗碲成分如下表2和表3所示，由表2和表3可知，粗硒的品位達(dá)到99%，粗碲的品位達(dá)到93.19%。

表2 粗硒成分表/%

表3 粗碲成分表/%

3 結(jié)論

（1）在300g/L硫酸、L/S為5、80℃下處理文丘里泥酸浸1h后，硒和碲的浸出率分別為30.13%和91.34%，在3倍鐵粉用量、60℃下對(duì)沉碲前液還原4h后，碲還原率達(dá)到99.57%。

（2）從文丘里泥中提取粗碲的整個(gè)工藝流程中，碲的直收率可達(dá)到89%，得到的粗硒主品位達(dá)到99%，得到的粗碲主品位達(dá)到93.19%。

（3）對(duì)文丘里泥進(jìn)行硒、碲開路后，不僅提高了硒和碲的回收率，還有利于提升卡爾多爐的物料處理能力。