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《中南大学》 2011年
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碱性氧化法处理铜/铅阳极泥的研究

刘伟锋  
【摘要】:铜/铅阳极泥是电解精炼过程重要的副产物,含有铜、铅、硒、碲、砷、锑和贵金属等多种有价金属,完整的阳极泥处理工艺主要包括预处理过程、火法处理过程或湿法处理过程、贵金属提纯等四个过程,虽然关于阳极泥处理方法的研究很多,但是传统的阳极泥处理方法大多数都是在酸性体系中进行,主要存在金属回收率低、环境污染严重、设备腐蚀严重和处理成本高等缺点,所以,根据国家产业发展规划、节能降耗和环境保护等政策的要求,提出本课题研究。 为了实现铜/铅阳极泥中有价金属分步分离、减少环境污染、提高金属回收率和贵金属再次富集的多重目的,通过对比阳极泥直接碱性浸出和酸性浸出的金属分离效果,提出采用碱性氧化浸出和酸性浸出相结合的工艺成功处理了铜/铅阳极泥,碱性氧化浸出过程在有效分离了铜/铅阳极泥中的砷和硒的同时将其它金属氧化,然后在酸性浸出过程又分离了铜、碲和铋等金属,实现了贵金属的高效富集。论文的主要研究内容与结论如下: (1)通过对阳极泥碱性氧化浸出过程的关键因素和金属行为的研究,选择氧气(或空气)和双氧水作为氧化剂是可行的,喷嘴的使用可以促进空气氧化浸出过程的物料混合与氧化过程,加压氧化方式的使用可以同时提高反应过程温度、压力和氧分压等;根据Me-H2O系的E-pH图,研究了碱性氧化浸出过程中铜/铅阳极泥中主要金属的行为,铜、铅、铋、锑、金和银被氧化后以氧化物、含氧酸盐或单质形态进入碱性浸出渣,砷、硒、碲、硫、硅和氟以含氧钠盐形态进入碱性浸出液,即通过碱性氧化浸出过程实现有价金属的有效分离。 (2)通过对比碱性KOH和NaOH两个体系在不同氧化方式的金属分离效果,提出采用碱性加压氧化浸出与硫酸浸出相结合的方法处理铜阳极泥,在碱性加压氧化浸出过程分离砷和硒的同时氧化其他金属,碱性浸出渣的硫酸浸出过程中分离铜和碲,实现了有价金属高效脱除的目的; 确定了铜阳极泥碱性加压氧化浸出过程的最佳的工艺条件:NaOH浓度2.0mol/L、温度200℃、氧分压0.7MPa、时间3h、液固比5:1、填充比0.8和搅拌速度1000r/min,碱性浸出渣率保持在76.0%,砷和硒的浸出率达到99.0%以上,铜、银和碲的浸出率为零,铅和锑的浸出率仅保持在3.0%左右。用硫酸选择性浸出碱性浸出渣中的铜和碲,确定了硫酸浸出过程的最佳工艺条件:硫酸浓度2.7mol/L、温度85℃、液固比5:1、时间2h、空气压力为0.1~0.2MPa和搅拌速度300r/min,硫酸浸出渣率保持在60.0%,铜和碲的浸出率分别达到97.65%和77.53%,锡和锑的浸出率都小于2.0%,银和镍的浸出率分别为8.95%和5.85%。 在铜阳极泥的碱性加压氧化浸出过程中,硫酸铅物相会转化为氢氧化铅,再用硫酸浸出碱性浸出渣时,氢氧化铅又转化为硫酸铅,而硫酸钡在两个浸出过程中不发生物相转变。 (3)通过研究各种氧化方式对铅阳极泥碱性浸出过程和盐酸进出过程的影响,采用碱性分步氧化浸出与盐酸浸出相结合的方法处理铅阳极泥,在碱性分步氧化浸出过程分离砷的同时氧化其他金属,碱性浸出渣盐酸浸出过程中分离铋和铜,实现了有价金属的分步分离。 确定了铅阳极泥碱性分步氧化浸出过程的最佳工艺条件:氢氧化钠浓度2.0mol/L、液固比5:1、温度80℃和搅拌速度300r/min,首先控制空气压力0.2MPa氧化4h,然后再加入铅阳极泥重量的0.2倍的双氧水并反应3h,碱性浸出过程渣率为80.0%,砷和铅的浸出率分别为92.0%和5.0%。为了分离碱性浸出渣中的铋,确定了盐酸浸出过程的最佳工艺条件:盐酸浓度3.0mol/L、液固比5:1、温度85℃、时间2h和搅拌速度300 r/min,盐酸浸出过程渣率在40.0%左右,铋、铜、铅和锑的浸出率分别为96.35%、95.50%、12.35%和12.45%。 (4)探索了浸出液中有价金属的回收方法,锌粉或铝粉在本实验条件下都不能从碱性浸出液中还原回收硒;铜粉可以从硫酸浸出液中置换回收银和碲,置换率都达到99.0%以上;采用中和水解和硫酸钠沉淀相结合方法同时脱除盐酸浸出液中的铅和锑,理论计算与实验结果一致,在保持溶液pH=1和[SO42-]=0.2mol/L的条件下,溶液中锑和铅的浓度分别降低至1.38g/L和0.83g/L,起到了净化溶液的作用。 研究表明碱性氧化法预处理铜/铅阳极泥的方法是切实可行的,该课题所采用的研究方法与内容目前未见国内外的文献报道,该研究对于推动我国阳极泥处理工艺的改革具有很大的现实意义,尤其在提高稀散金属的回收率、杜绝砷的二次污染和提高贵金属回收率等三方面意义重大。
【学位授予单位】:中南大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:X756

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【引证文献】
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