優(yōu)化碲錠工藝的生產(chǎn)實踐

寧 瑞，房孟釗

（1.大冶有色金屬有限責任公司，湖北黃石 435002；2.有色金屬冶金與循環(huán)利用湖北省重點實驗室，湖北黃石 435002）

大冶有色金屬有限責任公司冶煉廠從銅陽極泥中回收碲，生產(chǎn)99.99%的碲錠［1～3］，每年的產(chǎn)量都在逐漸增加，帶來的附加值是很大的，但是隨著產(chǎn)能的不斷釋放，碲原料的多樣性變化，生產(chǎn)過程中的問題也開始逐漸地增多，直接影響碲錠產(chǎn)品質(zhì)量的達標［4，5］。目前，在煅燒工序中，設備爐溫不均勻，職工未按照要求嚴格操作，導致TeO2頻繁出現(xiàn)過燒與欠燒現(xiàn)象，煅燒物料顏色明顯不均勻。在造液工序中，造液澄清速度極慢，上清液黃色渾濁，含有較多的微細不溶物，澄清時間長。過濾時易堵塞濾孔，每批次過濾時間需要5～7 d，延長生產(chǎn)周期，影響碲錠質(zhì)量，降低碲錠產(chǎn)能。在凈化工序中，溶液中的雜質(zhì)凈化不徹底，電積液不清澈，導致最終的產(chǎn)品碲錠中雜質(zhì)含量Cu、Pb、Bi、Fe等超標，未穩(wěn)定達到1＃碲錠標準。在電積工序中，電積單批產(chǎn)量低，碲電積直收率低，碲錠產(chǎn)能不能釋放，產(chǎn)量壓力大。如何有效地徹底解決這些問題，是進一步提升產(chǎn)能，降低生產(chǎn)成本，提高碲錠產(chǎn)品質(zhì)量達標的重要保證。

1 試 驗

1.1 試驗原料

目前，該廠稀貴車間生產(chǎn)碲錠的關鍵中間產(chǎn)物是中和二氧化碲，其主要元素含量見表1。

表1 中和二氧化碲主要元素含量 %

1.2 工藝流程

目前，該廠稀貴車間從中和TeO2到99.99%的碲片的生產(chǎn)工藝流程如圖1所示。

圖1 碲的生產(chǎn)工藝流程

1.3 工藝的優(yōu)化

煅燒工藝參數(shù)優(yōu)化：降低煅燒溫度至350℃，延長保溫時間至8 h以上，提高煅燒TeO2質(zhì)量。造液工序的優(yōu)化：加快造液澄清速度，添加1.5 g/L CaCl2強化澄清。凈化工序的優(yōu)化：強化造液凈化，加大Na2S添加量，抑制雜質(zhì)反溶。電積工序的優(yōu)化：造液中碲的濃度增加，提高電積液濃度，適當提高電積電流，電積終點精確控制，降低尾液碲濃度，提高電積直收率。澆鑄造渣的優(yōu)化：澆鑄設備的升級，提高碲錠產(chǎn)品的一次產(chǎn)出率，加強碲錠產(chǎn)品的外觀質(zhì)量，達到產(chǎn)品質(zhì)量更優(yōu)，生產(chǎn)周期更短。

2 結(jié)果與討論

2.1 提高二氧化碲煅燒質(zhì)量

為了降低碲錠雜質(zhì)含量，提高99.99%Te的合格率，穩(wěn)定產(chǎn)品品質(zhì)，消耗積壓的TeO2庫存，針對生產(chǎn)工藝和設備做出了改進。經(jīng)過試驗研究論證，發(fā)現(xiàn)煅燒TeO2質(zhì)量差是造液澄清過濾困難的關鍵原因。因此，采取了以下措施：（1）煅燒爐改造升級：爐溫更均衡，氧化更充分；（2）優(yōu)化煅燒工藝參數(shù)：明確煅燒溫度與保溫時間；（3）加強生產(chǎn)管理與職工培訓。通過煅燒爐的改造升級，車間將舊煅燒爐更換成爐體更大、自動化程度更高的新煅燒爐，保證了爐溫更均衡，氧化更充分。

通過優(yōu)化煅燒工藝參數(shù)，降低煅燒溫度至350℃，延長保溫時間至8 h以上，加強物料翻動、吊換，二氧化碲造液渣成分見表2，由表2可知，兩種二氧化碲造液渣的成分沒有明顯的差別，說明煅燒時生成的黃色TeO3、重金屬氧化物、硅的氧化物等不溶性成分不是主要原因。過燒TeO2顏色很黃，結(jié)塊，質(zhì)地堅硬；正常TeO2淡黃色，顆粒均勻，質(zhì)脆，煅燒TeO2的質(zhì)量顯著提升。正常TeO2造液的澄清速度明顯優(yōu)于過燒TeO2。

表2 二氧化碲造液渣成分 %

通過加強職工的操作培訓和工藝管控后，要求進料煅燒不宜滿；若有較大結(jié)塊，需先升溫至250℃，翻動破碎；白天升溫至350℃，夜間升溫至360℃；煅燒時間不能少于8 h，要求連續(xù)不間斷，期間不能斷電；上下、爐門邊都變成淡黃色，即可出料。生產(chǎn)上煅燒產(chǎn)出大批的TeO2顏色更加均勻，避免了過燒與欠燒的問題。

2.2 造液工序的改進

造液工序是由碲粗煉過渡到碲精制的關鍵工序，同時降低溶液中雜質(zhì)含量，對電積碲片的質(zhì)量有直接的影響。經(jīng)過實驗探索，提出了三項改進技術。

1.強化澄清技術：增加添加劑氯化鈣，加速溶液的澄清。試驗過程中分別采用了天然淀粉、聚丙烯酰胺、聚合硫酸鐵、CaCl2作為添加劑，前三種未見明顯效果，但是添加CaCl2的澄清效果遠遠高于未添加CaCl2的原液。

2.強化除雜技術：添加過量的硫化鈉，有效抑制雜質(zhì)反溶，降低了溶液中Cu、Pb含量。

3.造液增濃技術：在前兩項技術的基礎上，增加TeO2的配料量，提高了溶液碲濃度，從而提高了電積前液的碲濃度，溶液的澄清度很高。

通過以上改進措施，造液澄清時間由之前的7 d降至2 d，過濾時間由7 d降至2 d，澄清效果顯著改善，溶液成分對比見表3。由表3可知，改進后溶液的碲含量明顯提高，主要雜質(zhì)元素Cu、Pb、Bi等含量顯著降低，雜質(zhì)含量都控制在1 mg/L以內(nèi)。即使其全部電解進入碲錠中，產(chǎn)品碲錠都能達到4N標準。

表3 溶液成分對比 mg/L

現(xiàn)場試驗碲錠平均品位統(tǒng)計見表4，由表4可知，通過提高TeO2煅燒質(zhì)量，造液工藝技術改進，顯著縮短了碲錠生產(chǎn)周期，穩(wěn)定了TeO2品質(zhì)，從而為提高電積產(chǎn)能，奠定了堅實基礎。新的改進措施實施以后，通過統(tǒng)計實際生產(chǎn)上2～5月份期間生產(chǎn)的碲錠平均品位，碲錠質(zhì)量穩(wěn)步提升，碲錠質(zhì)量完全達到Te9999標準。

2.3 電積工藝優(yōu)化

電流密度低，電積直收率低，是導致碲錠產(chǎn)能偏小的主要原因。因此，對電積工序做了如下改進：（1）在試驗論證的基礎上，將總電流由80 A提高至100 A；（2）在造液增濃技術的基礎上，將電積前液濃度由200 g/L，提高至250 g/L；（3）電積尾液濃度由90 g/L降至60 g/L；（4）更換濾布型號，改進過濾效果，提高電積前液純度。通過以上改進措施，電積前液純度更高，更清亮。同時工業(yè)生產(chǎn)上的電積周期由25 d降至20 d，電積直收率由55%提升至76%，單批電積碲片產(chǎn)量由800 kg提高至1 300 kg，電積效率顯著提升，產(chǎn)能迅速提高。

2.4 澆鑄造渣優(yōu)化

碲錠2018～2019年平均品位對比見表5，優(yōu)化澆鑄造渣工藝，通過表面結(jié)晶，有效降低碲錠鈉含量。2019年碲錠的品質(zhì)顯著提高。2019年所產(chǎn)碲錠內(nèi)Cu、Fe、S、Si、Mg等雜質(zhì)含量明顯低于2018年，碲錠雜質(zhì)含量也在Te9999標準線之內(nèi)。2019年所產(chǎn)碲錠含Te量均值＞99.99%。

表5 碲錠2018～2019年平均品位對比 %

2018年全年入庫16批次碲錠，只有11月、12月兩批次碲錠品質(zhì)達到Te9999產(chǎn)品標準，其它批次主品位及雜質(zhì)含量均不達標，全年合格率僅為12.5%。2019年全年入庫20批次，只有2批次碲錠品質(zhì)達不到Te9999標準，其中2019年碲錠產(chǎn)量18.388 t，Te9999碲錠的合格率達到90.00%。

2.5 提高產(chǎn)品一次產(chǎn)出率

改進澆鑄方式及澆鑄模具，對澆鑄爐改造升級：（1）每爐次產(chǎn)量由30 kg提高到80～100 kg；爐體可自動傾轉(zhuǎn)，可升降澆鑄平臺；（2）設備升級后，有效降低了碲損耗，提高了澆鑄工序碲直收率。2018年產(chǎn)碲片9.692 t，澆鑄碲錠8.516 t，產(chǎn)品一次產(chǎn)出率87.86%；2019年產(chǎn)碲片20.165 t，澆鑄碲錠18.388 t，產(chǎn)品一次產(chǎn)出率91.19%。

2.6 提升產(chǎn)品外觀質(zhì)量

碲錠外觀存在發(fā)白、發(fā)黃、夾雜等問題，為了改進產(chǎn)品外觀質(zhì)量，采取了以下措施：（1）澆鑄造渣過程取消硝酸鉀加入；（2）改進澆鑄爐及澆鑄車，提高澆鑄過程穩(wěn)定性；（3）提高模具溫度，避免碲錠開裂、發(fā)脆。對碲錠外觀質(zhì)量進行統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)2018年碲錠外觀不合格率為25.3%，2019年碲錠外觀不合格率降至12.5%，有效減少了產(chǎn)品回爐量及澆鑄損耗。

3 結(jié) 論

1.煅燒爐的升級改造及參數(shù)的優(yōu)化，保證了爐溫更均衡，中和TeO2氧化更充分，煅燒的TeO2顆粒均勻，造液的澄清速度明顯優(yōu)于過燒TeO2。

2.增加氯化鈣與過量的硫化鈉，可以加速溶液的澄清，有效抑制雜質(zhì)反溶。造液澄清時間縮短，過濾時間縮短，溶液的碲含量明顯提高，主要雜質(zhì)元素Cu、Pb、Bi等含量顯著降低。

3.更換濾布型號，改進過濾效果，提高電積前液純度；總電流提高至100 A，電積前液碲的濃度提高至250 g/L，電積尾液碲的濃度降至60 g/L。電積周期降至20 d，電積直收率提升至76%，單批電積碲片產(chǎn)量提高至1 300 kg。

4.優(yōu)化澆鑄造渣工藝，99.99%碲錠的合格率達到90.00%，每年產(chǎn)生的經(jīng)濟效益為71.25萬元。

5.澆鑄方式與澆鑄模具的優(yōu)化，每爐次產(chǎn)量提高到80～100 kg，有效降低了碲損耗，提高了澆鑄工序碲直收率，產(chǎn)品一次產(chǎn)出率91.19%。

6.澆鑄造渣過程取消硝酸鉀加入，改進澆鑄爐及澆鑄車，提高澆鑄過程穩(wěn)定性，提高模具溫度，碲錠外觀不合格率降至12.5%，有效減少產(chǎn)品回爐量及澆鑄損耗。