加压湿法冶金处理含铂族金属铜镍硫化矿的应用及研究进展
来源期刊:稀有金属2003年第6期
论文作者:黄昆 陈景
关键词:加压湿法冶金; 硫化矿; 高镍锍; 浮选精矿; 铂族金属;
摘 要:近年来, 加压湿法冶金应用于处理重有色金属硫化矿发展迅速, 在环境保护及强化金属提取方面显示了明显的优越性. 本文以加压湿法冶金处理含铂族铜镍硫化矿过程中铂族金属的行为为主线, 介绍了该领域的最新研究进展. 分别简要评述了加压氨浸、加压酸浸、加压碱浸和加压氰化等过程所适应的物料特性、工艺特征和生产实践. 对铂族金属在加压浸出过程中的行为进行了讨论.
稀有金属 2003,(06),752-757 DOI:10.13373/j.cnki.cjrm.2003.06.023
陈景
昆明贵金属研究所,云南大学化学与材料工程学院 云南昆明650221 ,云南昆明650091
近年来 , 加压湿法冶金应用于处理重有色金属硫化矿发展迅速 , 在环境保护及强化金属提取方面显示了明显的优越性。本文以加压湿法冶金处理含铂族铜镍硫化矿过程中铂族金属的行为为主线 , 介绍了该领域的最新研究进展。分别简要评述了加压氨浸、加压酸浸、加压碱浸和加压氰化等过程所适应的物料特性、工艺特征和生产实践。对铂族金属在加压浸出过程中的行为进行了讨论
中图分类号: TF83
作者简介:陈 景 (Email:Jingchenreal@hotmail.com) ;
收稿日期:2002-11-17
基金:国家九五攻关项目 ( 97 2 2 7 0 3 );
Abstract:
Recently, the pressure hydrometallurgy applied for treatment of non ferrous metal sulfide ores has developed rapidly. The technology has manifested irrefutable advantages in aspect of environment protection and extraction of metals. On basis of leaching process behaviors of platinum-group metals (PGMs) the lately progress in pressure hydrometallurgy of Cu Ni sulfide ores containing PGMs were presented. The typical processes including pressure ammonia leaching, pressure acid leaching, pressure alkaline leaching and pressure cyanide leaching were reviewed, including their ore characters, technological parameters and industrial practice. The behaviors of PGMs in pressure hydrometallurgy processes were also discussed.
Keyword:
pressure hydrometallurgy; sulfide ores; nickel matte; flotation concentrates; platinum group metals;
Received: 2002-11-17
伴生铂族金属的铜镍硫化矿是获取铂族金属的重要资源。 其传统冶炼工艺是先采用火法富集铂族金属, 如浮选精矿-焙烧-造锍熔炼-磨浮分选-镍精矿熔炼粗镍-电解-阳极泥处理-分离提纯铂族金属, 或浮选精矿-焙烧-造锍熔炼-高锍湿法浸出分离贵贱金属-精矿回收铂族金属。 此类工艺的特点在于: 以有色金属选冶流程为主体, 附带富集提取铂族金属, 实现有价金属全面综合回收, 但对提取铂族金属而言流程过于冗长, 若浮选精矿中铂族金属品位低, 则分散损失较大, 收率受到影响; 若主金属铜镍钴品位过低, 则工艺成本增高, 经济效益受到影响, 且环境污染严重。 尽管存在上述问题, 目前国内外处理含铂族硫化铜镍矿的生产工艺仍大多采用火法造锍富集铂族金属。 究其原因系铂族金属在原矿或浮选精矿中品位太低, 而标准电极电位则很高, 试图直接氧化酸溶浮选精矿时, 试剂耗量大, 溶液成分复杂, 设备防腐要求高, 环境污染更为严重, 铂族金属则很难完全溶解, 因此有人认为“直接从浮选精矿中用湿法浸溶提取铂族金属, 从经济和技术两方面衡量都没有产业化应用的条件”
加压湿法冶金具有反应速度快, 流程短, 操作环境好, 附产元素硫, 能耗低, 加工成本低, 建设投资少等一系列优点, 符合冶金行业可持续发展及走新型工业化道路的要求。 近几十年来, 加压工艺应用于处理重有色金属硫化矿及难处理金矿等方面在国际上已发展成为相当成熟的技术
本文对加压湿法冶金在处理含铂族铜镍硫化矿提取回收铂族金属领域的应用进行总结, 分别简要评述了加压氨浸、 加压酸浸、 加压碱浸和加压氰化等过程所适应的物料特性、 工艺特征和生产实践, 讨论了该领域在加压氰化方面的最新进展。
1 加压氨浸
加压氨浸技术
加压氨浸处理有色金属硫化矿具有工艺简单, 设备防腐容易解决, 环境污染轻, 并能回收大部分硫的特点, 对难选多金属硫化矿特别有效。 但该法在处理含铂族铜镍硫化矿或其浮选精矿时, 由于贵金属能形成氨络合物而在溶液中分散, 造成溶液成分复杂、 提取回收流程冗长, 因而无法适用于处理含贵金属品位高的物料。 另外, 工业实施中还需考虑氨的回收, 试剂消耗较大, 也限制了该工艺的发展。
目前, 世界上采用加压氨浸工艺具有代表性的生产厂有Fort Saskatchewan镍精炼厂
Kwinana镍精炼厂处理的物料为硫化镍精矿和镍高锍, 处理的工艺由两段加压浸出增为三段浸出, 即在原流程前增加一段常压浸出用来溶解合金相中的镍, 此时所需氧量不高。 三段浸出增加了氧的利用率, 并且铂族金属分散损失率也下降到<10%。
2 加压酸浸
随着设备材质及制造技术的发展, 酸性介质的加压浸出得到迅速发展。 与加压氨浸相比, 采用加压酸浸技术更适用于处理含铂族金属的硫化矿及铜镍锍。 20世纪70年代以后建立的铂族金属生产厂, 大多在火法熔炼后采用酸性加压浸出技术
加压酸浸在工业上的应用主要分为两大类: 一类是常压-加压酸浸, 即浸出由一段或几段常压浸出和一段加压浸出组成, 如芬兰Outokmpu公司的Harjavalta精炼厂; 另一类是两段或多段加压浸出, 如南非Impala铂厂。
Harjavalta精炼厂处理的物料为粒状高镍锍, 工艺流程由4部分组成, 即磨矿、 浸出、 净化和电积。 常压浸出为3段, 浸出温度90 ℃。 常压浸出后, 浸出渣送卧式五隔室高压釜进行加压浸出, 加入高压釜的溶液为来自镍电积系统的阳极液。 高压釜直径为2.9 m, 长11.5 m, 分为5个隔室, 每个隔室有机械搅拌。 加压反应为硫酸介质, 压力为2 MPa, 操作温度200 ℃, 铂族金属富集率大于98%。
采用类似流程的还有20世纪60年代投产的南非Springs镍精炼厂、 英美Pindulla冶炼厂和70年代投产的美国Amax公司的镍港精炼厂。
由于铜、 镍、 钴等金属及其硫化物, 在不同酸度、 温度、 氧分压条件下有不同的行为, 要兼顾到贱金属的相互分离提取, 加压酸浸技术常常用两段或多段选择性浸出。
Impala铂厂处理高锍的三段加压酸浸工艺流程示于图1
图1 Impala公司加压酸浸原则流程 [34]
Fig.1 Principal flow sheet of pressure acid leaching in Impala Co
南非Rustenburg精炼厂
我国新疆喀拉通克铜镍矿阜康冶炼厂
3 加压碱浸
加压酸浸过程中, 当物料中含硫高 (>20%) 时, 通常的氧分压下很难使硫完全氧化转化, 它们残留在浸出渣中降低贵金属的富集效果, 从而将增加后续分离硫的工序。 另外, 对于含硫低 (<10%) , 且含有大量耗酸碱性脉石的硫化矿或其浮选精矿, 若采用加压酸浸技术则经济上不合理。 对具有以上特性的含铂族硫化矿物采用加压氧化碱浸工艺是适宜的。 在碱性介质中, 溶液中的氧浓度相对较高, 加速了硫的氧化转化, 有利于破坏矿物结构中硫化物对铂族金属的包裹, 使铂族金属解离出来。 而且, 高压釜也可不用价格很贵的钛材, 普通耐碱腐蚀的钢材即可满足工艺要求。
美国犹他州巴里克公司Mercur矿山
刘时杰
4 加压氰化
氰化法从19世纪末就被用于处理矿山金矿。 估计目前世界上85%以上的金矿是用该法处理。 此方法能广泛应用的重要原因是, 在碱性介质中氰化物可高选择性地络合溶解金、 银, 同时, 从氰化液中用活性炭吸附、 锌粉置换、 阴离子交换树脂吸附等方法能方便有效地回收金。 多年来, 化学及冶金界曾试图用类似提金的方法用氰化物来直接处理含铂族金属矿物。 但由于在常温常压下氰化钠溶液基本上不能浸出铂和钯
对于含铂族金属的硫化矿, 欲用加压氰化法处理时则问题将复杂得多
该项研究提供了一条全湿法处理铜镍品位偏低的含铂族硫化矿或其浮选精矿的技术途径, 突破了氰化法不适于浸出铂族金属的观念, 具有较强的原创性
5 铂族金属在加压浸出过程中行为
硫化矿在硫酸介质中进行加压氧化浸出时, 按热力学分析, 在1 MPa氧压下, 反应体系的氧化电位不会超过铂族金属的氧化电位, 加之在硫酸介质中铂族金属不会与SO42-形成配位化合物, 因此, 在通常的氧压浸出条件下不可能发生铂族金属的溶解损失。 这就为完全浸出贱金属、 并使硫化物氧化至元素硫甚至将元素硫氧化为硫酸创造了有利条件。 通常在加压硫酸浸出过程中, 铂族金属皆能以很高的回收率富集在浸出渣中。
当硫化矿在NH4OH介质中加压氧化浸出时, 由于铂族金属具有很强的形成配合物的能力, 氨分子又是具有一对自由电子的良配体, 极易形成氨合配离子, 导致铂族金属的溶解分散。 在氨浸过程中, 铜、 镍、 硫的氧化浸出率高于90%时, 贵金属已大量溶解。 温度越高, 浸出时间越长, 贵金属的溶解分散越大。 在80 ℃、 氧分压0.5 MPa条件下浸出6 h, 几乎全部钯及约50%的其它贵金属皆溶解在浸出液中。 氯离子也与铂族金属易生成氯配阴离子, 当硫酸介质中含有Cl- 时, 将导致部分铂族金属溶解而转入浸出液, 易溶顺序为Pd>Rh>Ru>Pt>Os。 氯离子浓度在0.1~10 g·t-1范围内, 氯离子浓度、 浸出液酸度及浸出温度越高, 铂族金属的溶解损失率越大。 在[Cl-]=10 g·t-1, [H2SO4]=1 mol·L-1, 150~160 ℃, pO2=0.7 MPa条件下, 钯的溶解损失可高于90%, 其它铂族金属的溶解损失则高于50%。
此外, 在氰化物介质中, CN-属配位力很强的软碱基团, 按热力学分析, 能与铂族金属形成可溶性的氰配阴离子, 但实际过程中该反应对硫化矿或其浮选精矿在常温常压条件下几乎不会发生。 只有当硫化矿经预处理后在加压高温氰化条件下, 铂族金属才会发生氰化反应。
6 结 语
本文介绍了加压湿法冶金处理含铂族金属铜镍硫化矿的应用概况以及该领域的最新研究进展。 分别简要叙述了加压氨浸、 加压酸浸、 加压碱浸和加压氰化等过程所适应的物料特性, 工艺特征, 生产实践和科研进展。 加压氨浸过程由于易造成铂族金属分散, 不适于处理含贵金属品位高的物料。 硫酸介质中加压氧化酸浸更适合于处理含铂族金属硫化矿及铜镍锍。 20世纪70年代以后建立的铂族金属生产厂, 大多都在火法富集工序后采用了酸性加压浸出技术。 对含硫高或含有大量碱性脉石的物料, 采用加压碱浸工艺比较适宜。 加压氰化法处理含铂族金属物料是最近几年才出现的新技术, 已用于处理含铂族失效汽车催化剂回收铂族金属。 该法不适于直接处理含铂族金属硫化矿, 但若将物料经过适当的预处理, 则可以实现直接从含铂族硫化矿或其浮选精矿中选择性浸出提取铂钯, 并综合回收铜镍钴等有价金属的目的。
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