鉑鈀精礦酸浸與還原工藝的試驗探索

王亞東 房孟釗 黃向祥 趙浩然

(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利用湖北省重點實驗室，湖北 黃石 435002)

0 前言

某冶煉廠主要從自產的銅陽極泥提取碲，生產99.99%以上的碲錠[1-5]。隨著銅陽極泥物料的緊缺和價格的上漲，通過外購銅陽極泥來提高碲錠產量變得越來越困難[6-10]。雖然碲市場價格不斷變化，但碲錠作為企業最有價值的副產品，是企業利潤的增長點，一直被高度重視，所以碲錠的產量在逐年增長。在銅陽極泥產量無法保證的不利局面下，如何實現碲錠產量的增長一直是生產車間面臨的問題。為此，只有通過不斷改進碲的工藝流程[11-15]，才能提高碲的產量。鉑鈀精礦預處理的酸浸工序以及后續的三次還原工序的流程很長，酸浸液中的貴金屬金、鉑、鈀較分散，還原劑亞硫酸鈉用量大、利用率低，造成碲的損失量較大，直收率較低。因此，針對鉑鈀精礦酸浸與還原工序進行試驗探索，簡化工藝流程，將酸浸液中的貴金屬金、鉑、鈀與碲徹底分離，以降低生產成本、提高碲的直收率非常有必要，也是形勢所迫。

1 改進前的工藝流程

1.1 試驗原料

某冶煉廠從銅陽極泥中提取碲，在生產過程中，通過鋅粉置換和水解方法將金、鉑、鈀、碲富集，得到鉑鈀精礦[16]，鉑鈀精礦的品位見表1。

表1 鉑鈀精礦的品位

1.2 改進前的生產工藝流程

為了從鉑鈀精礦中回收金屬碲，目前實際生產中采用酸浸及三次還原工藝，工藝流程如圖1 所示。在整個工藝流程中，酸浸工序分離貴金屬，一次還原工序回收貴金屬金、鉑、鈀，二次還原工序回收大部分碲，三次還原工序回收剩余的碲，保證還原后液達標排放。

1.3 目前工藝流程存在的問題

根據實際生產參數，按照約2 ∶1 的液固比，將4 000 kg 鉑鈀精礦與水加入35%的工業鹽酸中。在浸出試驗過程中保持鹽酸濃度為4.5 mol/L，攪拌4 h 后過濾，得到酸浸渣和酸浸液，然后測量酸浸液的終點電位和金、鉑、鈀、碲的含量。酸浸液電位為615 mV，其他化驗結果見表2。由表2 可知，酸浸液的電位較高，說明整個試驗過程中酸浸液的氧化性比較強；此外，雖然碲的浸出率很高，但是大部分貴金屬金、鉑、鈀也被浸出并進入酸浸液中，碲與貴金屬沒有徹底分離。

圖1 改進前的酸浸與還原工藝流程

表2 酸浸試驗結果

目前，在實際生產中，為了保證進入酸浸液中的金、鉑、鈀完全還原，一般在一次還原工序中加入15包(25 kg/包)亞硫酸鈉。取實際生產的酸浸液與一次還原后液進行化驗分析，結果見表3。從表3 可知，經過一次還原工序，在酸浸液中的金、鉑、鈀徹底還原沉淀的同時，大量的碲也被還原沉淀進入貴金屬渣中，導致碲的直收率下降。

表3 實際生產的酸浸液與一次還原后液的化驗結果 mg/L

此外，目前采用的酸浸和三次還原工序的流程很長，還原劑亞硫酸鈉用量大、利用率低，造成碲的損失量較大，直收率較低。

2 酸浸與還原工序的試驗探索

為了縮減鉑鈀精礦酸浸與還原的工序、有效縮短碲的生產周期、降低生產成本、減少亞硫酸鈉用量，針對酸浸和還原工序進行試驗探索。對于酸浸工序，通過控制操作電位，加入中間物料堿浸渣和凈化渣，驗證是否可以一步將鉑鈀精礦中的金、鉑、鈀與碲徹底分離；針對碲的還原工序，通過調整亞硫酸鈉的添加方式，控制終點電位，驗證是否可以一步將酸浸液中的碲完全還原沉淀。

2.1 試驗原理

試驗主要發生的化學反應有:

2.2 結果與討論

2.2.1 酸浸試驗

實際的生產中，酸浸工序的原料是鉑鈀精礦、堿浸渣和凈化渣。堿浸渣是碲精煉過程中造液工序產生的廢渣，凈化渣是碲精煉過程中凈化工序產生的廢渣，它們含有不等量的碲。為了提高整個碲生產的回收率，將堿浸渣和凈化渣都返回到鉑鈀精礦中參與酸浸反應。實際生產中，加入堿浸渣和凈化渣后，通過觀察電位發現，酸浸液的電位在降低，這說明堿浸渣和凈化渣具有一定的還原性。通過對堿浸渣和凈化渣進行檢測分析，發現它們的主要成分是單質碲，而單質碲在一定的條件下可以對酸浸溶液中的金、鉑、鈀起還原作用，所以金、鉑、鈀可被還原進入酸浸渣中，碲則進入酸浸液中。

為了進一步驗證堿浸渣和凈化渣的還原性，根據酸浸工序中物料組成的不同，進行了5 組對比試驗:①不添加堿浸渣和凈化渣，只有鉑鈀精礦4 000 kg；②加入鉑鈀精礦4 000 kg，再配入凈化渣350 kg；③鉑鈀精礦4 000 kg，再配入凈化渣500 kg；④加入鉑鈀精礦4 000 kg，再配入堿浸渣350 kg；⑤加入鉑鈀精礦4 000 kg，再配入堿浸渣500 kg。將這5 組試驗的酸浸液與實際生產的一次還原后液進行對比，測量每組試驗的電位，并且化驗酸浸液的成分，酸浸液對比結果見表4。

表4 對比試驗的酸浸液成分分析

通過與空白試驗①進行對比可以發現，試驗②與③的酸浸液的電位明顯下降，酸浸液中的金、鉑、鈀含量降低，說明貴金屬都被還原沉淀，凈化渣具有還原性；試驗④與⑤的酸浸液的電位也明顯下降，酸浸液中的金、鉑、鈀含量降低，說明貴金屬都被還原沉淀，堿浸渣具有還原性。從表4 還可以看出，在鉑鈀精礦酸浸工序中，加入的堿浸渣或凈化渣的量越大，酸浸液的電位降低越明顯，同時酸浸液中的貴金屬含量越低。對比實驗④的酸浸液與實際生產的一次還原后液后發現，兩種溶液中的貴金屬含量很接近，這說明在鉑鈀精礦中加入一定量堿浸渣或凈化渣直至酸浸液的電位降至380 mV 以下時，就可以將鉑鈀精礦中的碲與貴金屬徹底分離，不需要再添加亞硫酸鈉進行一次還原工藝。

綜上所述，鉑鈀精礦進行酸浸時，通過控制電位，在鉑鈀精礦中加入一定量的堿浸渣或凈化渣，直至酸浸液中的電位降至400 mV 以下，鉑鈀精礦中的貴金屬將被徹底還原沉淀進入酸浸渣中，可以省去一次還原工序，降低生產成本。

2.2.2 亞硫酸鈉還原試驗

實際生產中，為了將酸浸液中的碲徹底還原沉淀，需在一次還原工藝后增加二次還原與三次還原兩道工序，因此亞硫酸鈉的用量很大。兩道還原工序中亞硫酸鈉的加入量至少在60 包以上，不僅亞硫酸鈉的利用率較低，而且生產成本很高。

2.2.2.1 改變亞硫酸鈉的添加方式

實際生產過程中，亞硫酸鈉添加的速度過快，大于攪拌混勻的速度，導致溶液上層SO2飽和逸出，這是造成亞硫酸鈉利用率低、碲還原不徹底的主要原因。因此，對現有工藝進行如下改進:1)控制液面高度，使溶液剛好淹沒加熱盤管與側擋板，以改進攪拌效果；2)亞硫酸鈉的添加需緩慢勻速，在0.5 h 內添加10 包；3)亞硫酸鈉分多次添加，每加完10 包間隔0.5 h；4)監控溶液的電位，確定合理的反應終點。

2.2.2.2 試驗結果分析

采用以上改進措施，進行了兩次還原試驗，兩次試驗的二次還原液成分分析結果見表5。從表5 可知，兩次還原試驗均加入了38 包亞硫酸鈉，電位均降至300 mV 以下，酸浸液中的碲被還原得較為徹底，無需再進行三次還原工序。因此，改變亞硫酸鈉的添加方式，控制溶液終點電位，不僅可以提高亞硫酸鈉的利用率，徹底還原酸浸液中的碲，而且可以省去三次還原工序，進一步減少亞硫酸鈉的用量，進而降低生產成本。

表5 兩次還原試驗的二次還原液成分分析

3 改進后的工藝流程

通過酸浸試驗與亞硫酸鈉還原試驗的探索論證，現采用的工藝流程可以省去一次還原工序及三次還原工序，新的鉑鈀精礦酸浸還原工藝流程如圖2 所示。改進后的工藝不僅大大簡化了生產流程，提高生產效率，而且降低生產成本。

工藝改進后，每批次加入的亞硫酸鈉減少了25 包，全年生產100 批次，則全年節約藥劑成本16.25 萬元；每批次可多回收16 g 鈀、10 g 金，全年可多回收1.6 kg 鈀，1 kg 金，則全年多回收的產品可產生效益約100 萬。全年總計產生的效益約為116.25 萬元。

4 結論

圖2 簡化工藝流程圖

1)鉑鈀精礦酸浸液具有較強的氧化性，中間物料堿浸渣和凈化渣的主要成分是單質碲，具有一定的還原性。在鉑鈀精礦的酸浸工序中加入一定量的堿浸渣或凈化渣，使酸浸液中的電位降至400 mV 以下，貴金屬金、鉑、鈀將完全被還原進入酸浸渣中。

2)通過改變亞硫酸鈉的添加方式和控制電位降至300 mV 以下，不僅可以提高亞硫酸鈉的利用率，還可以一次徹底還原酸浸液中的碲。

綜上，通過酸浸試驗和還原試驗的探索，簡化了鉑鈀精礦的酸浸和還原工藝，取消了原工藝的一次還原工序和三次還原工序，不僅縮短了碲的生產周期，而且降低了生產成本。