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从铅锌生产中回收锗和铟
2008-06-29 14:07:25  作者:  来源:中华矿业网  浏览次数:3  文字大小:【】【】【
  •   一、从铅锌氧化矿冶炼中回收锗 某含锗铅锌氧化矿采用烟化挥发法得到的氧化锌烟尘用沮法处理。烟尘含锗0.025一0.032%。为了提高浸出率,采用两次酸浸法,然后从一次酸浸溶液中回收锗。一次酸浸溶液含锗0.04~0. ...
一、从铅锌氧化矿冶炼中回收锗
某含锗铅锌氧化矿采用烟化挥发法得到的氧化锌烟尘用沮法处理。烟尘含锗0.025一0.032%。为了提高浸出率,采用两次酸浸法,然后从一次酸浸溶液中回收锗。一次酸浸溶液含锗0.04~0.054 克/升,经控制温度60~70℃ ,pH =2~3 ,即可用丹宁酸沉淀出丹宁酸锗。丹宁加入量为锗的25~45倍,沉淀时间20~25 分钟,以沉淀后溶液含锗0.5~0.8 毫克/升为合格。沉淀率94%以上。丹宁酸锗经过加水浆化洗涤和压滤得到含锗2.5%以上的锗精矿,从锗精矿回收锗的流程如下图所示。
 
制取锗的原则流程

1 .氯化蒸馏    氯化蒸馏的实质是将锗精矿与一定量的浓盐酸共热进行反应,使快生成沸点较低的GeCl4经过蒸馏使之与其它杂质分离。氯化、蒸馏两个过程在同一设备装置中进行,其反应是:
                     GeO2+ 4HCI=GeCl4+2H2O
    为了避免反应逆向进行(GeCl4水解),必须维持较高伪盐酸浓度。正常情况下,反应终点的盐酸酸度不低于6~6.5 当量,锡度不小于83℃ 。所生成的GeCl4呈蒸气状态蒸馏出来,冷凝收集,尾气用盐酸吸收。
    锗精矿中杂质砷在氯化蒸馏中发生如下反应:
                     As2O + 6HCl = 2AsCl3+3H2O
AsCl3的沸点仅只为130℃ ,大量砷随GeCl4一起被蒸馏出来,严重影响GeCl4的质量。为了使砷不蒸馏出来,在氯化蒸馏时,适当加入氧化剂,使三价砷氧化成五价,形成不挥发的砷酸而保留于溶液之中,最好的氧化剂是氯气。因此在溶液中加入MnO2或KMnO4(在有盐酸存在下),使之发生如下反应:
                    MnO2+ 4HCl = MnCl2+2H2O 十Cl2
                    AsCl3+Cl2+4H2O =H3AsO4+ 5HCl
    氧化剂还可使精矿中可能存在的少量硫化锗(GeS)氧化,从而也提高了锗的回收率。 氯化蒸馏设备是采用带有搅拌器的双层耐酸搪瓷蒸馏釜,蒸馏的盐酸浓度是8.5~9.5 当量。操作是间歇性的,蒸出的GeCl4(比重1.874)在温度为-10℃ 的冷凝系统吸收。
2 GeCl4的净化   氯化蒸馏获得的GeCl4一般都含有大量的杂质。为了得到高纯度锗,必须精细地净化GeCl4,其目的主要是除去其中的杂质砷(AsCl3)。从GeCl4中净化除去AsCl3的方法很多,如饱和氯的盐酸萃取法,通氯氧化复蒸法,精馏法及化学法等。净化结果,要求GeCl4中含AsCl3量降低到0.001 %以下。
(l)饱和氯盐酸萃取祛是在摹取器中进行。它把萃取法和化学法(砷的氯化氧化法)结合为一体。萃取是基于GeCl4和AsCl3在浓盐酸中的溶解度不同的性质而将其分离,以浓盐酸作萃取剂,对含有AsCl3的GeCl4进行反复萃取,使AsCl3从GeCl4中分离出来,盐酸中预先饱和氯气,其目的在于使其在萃取中起氧化作用,把三价砷氧化成五价,成为不溶于GeCl4的砷酸,达到更完全分离砷的目的。反应为:
                    AsCl3+4H2O + Cl2: =H3AsO4+ 5HCl
    作为氧化剂的物质还有双氧水。它具有更高的氧化能力,且可使操作过程简化。
(2)通氯覆盖法此法是根据一般蒸馏原理,将蒸馏釜和几个盛盐酸的分馏釜串连起来,通氯连续蒸馏。通氯的目的仍然是为了使三价砷氧化成五价而保留于盐酸溶液中。过程的实质是把蒸馏,氧化、萃取在一个系统中完成,这一方法操作简便,金属回收率高,除砷效果也好。
(3)精馏法除砷精馏GeCl4进行净化是基于GeCl4和AsCl3混合液在平衡时,液相和气相组成不相同钓性质而将其分离。低沸点的GeCl4在蒸气中有较大的百分含量。根据这一性质,采取多次部分冷凝的方法即可使AsCl3与GeCl4分离。精馏是在石英筛板塔中进行,精馏过的GeCl4纯度可达到99.999~99.9999%。
3 GeCl4的水解    获得纯净的GeCl4之后,为了制取GeO2,使GeCl4发生水解,其反应是:
                   GeCl4+( 2 + n)H2O = GeO2·nH2O + 4HCl
    GeO2在盐酸中的溶解度是随盐酸浓度的增高而下降,在盐酸浓度5.3 当量时,GeO2的溶解度最小。
    为了保证GeO2的纯度,水解时所用的水必须经过净化,其电阻率应大于0 .1 兆欧姆米。
    水解在带有搅拌器的水解槽中进行。水解槽的制作材料不能与GeCl4、HCl 和GeO2发生作用,水解产物在140~160℃ 温度下烘干备用。
4 .氢还原   一般情况下,都是采用氢作还原剂使晓q 还原,其反应如下:                     
GeO2+H2=GeO +H2O
GeO +H2=Ge+H2O
总的反应为:
                         GeO2 + 2 H2=Ge+2H2O
    当温度超过600℃ 时,GeO2强烈地被还原成金属锗。由于GeO2的还原要经过GeO阶段,而GeO在700℃ 以上就非常剧烈地挥发,所以用氢还原GeO2的温度应严格控制在600~680 ℃ 下进行,绝不允许超过700℃ 。
    还原剂氢在使用前要经过脱水,脱氧处理,纯度必须在99.999 %以上。
还原过程在电炉反应管中进行,反应管的外面套上一个加热套管。为了保证锗的质量,反应管采用透明石英管。
    还原采取逆流作业,即氢气从出料端导入,这样可避免已经还原出来的金属锗再被反应所产生的水蒸气所氧化。
    还原操作过程是:先按每舟350 ~400 克GeO2装料于高纯石墨舟内,并推入炉内,以每分钟7~8 升的流量通入氢气,炉子开始升温至600~650 ℃ ,每隔一定时间(视加温带的长短而定)向炉内推进一个石墨舟,为了使GeO2还原完全,炉内尚有一高温带,其温度为750~00 ℃ ,还原完全的石墨舟移动至出料端时开始出炉。
5 .铸锭  铸锭是在另一座管式电炉中进行,炉中温度控制在938~1050℃ ,舟中的粉状锗熔融成锭,之后降温到250℃ 以下取出锭子进行表面处理。产出的锗锭首先用纯度很高的水煮沸,然后用80% HNO3和20% HF 混合液淋洗至表面显出金属光泽,然后再用纯水煮沸一次,擦干即为成品。处理好的锗锭用四探针法测定其电阻串,低于0.05 欧姆米者为不合格产品,应返回重新处理。
    为了得到一定重量和外形规整的锗锭,同时也可进一步除杂质,通常可将小锭在真空下加热铸成大锭,真空度应为2.66帕斯卡,炉子温度为960~1050℃ 。
 
二、从硫化锌精矿冶炼中回收
某厂硫化锌精矿含铟,在湿法冶炼中铟富集于浸出渣回转窑挥发的氧化锌烟尘中,其含铟量达0.05~0.06 % ,并含少量锗(0.003~0.005%)。这种烟尘单独用中性和酸性两段浸出,并在酸性浸出液中加锌粉置换,即可产出铟镉渣,其成分如表一。
 
 表一:铟镉渣的成分(%)
 
从这种原料中回收铟的过程包括粗铟的提取和粗铟的精炼两部分。
1 .粗的提取
( l )碱洗   碱洗的目的是用苛性钠使铟转化成氢氧化铟,而铅、锌等生成相应的钠盐进入溶液与铟分离。此过程是在空气搅拌碱洗槽中进行,加入碱与粗铟之比2:3,同时加入6%硝酸钠作氧化剂。通入蒸气直接加热3.5~4小时,温度大于90℃,再加水冲稀煮沸而后沉淀4小时,使铟充分水解,碱洗渣含铟可达5.5%。该溶液作为提铟的原料。
( 2 )酸浸    将碱洗以后的残渣用硫酸溶解,这时铟镉进入溶液,而铅、铜保留在浸出渣中。酸浸是在机械搅拌酸浸槽中进行,用蒸气加热,温度大于80℃ ,酸与残渣之比为1:0.6~0.8,硫酸浓度太高则硫酸铟溶解度降低,太低则过滤困难,一般维持120~15O克/升。为了提高浸出串,酸浸有时要进行两次。酸浸溶液含锢为8克/升。
( 3 )加锌除砷    酸浸以后的溶液还要用加锌粉除砷,同时也可除铜和铅等。为此调整酸度100~150克/升,温度80~85℃。加锌粉要缓慢进行,直到终酸为50~100克/升为止,如果酸的浓度太低,铟也会被置换。除砷后的溶液经过过滤,滤液加少量NH4Cl后用铝片置换出银白色铟为合格。
( 4 )置换铟     除砷以后的溶液用铝板和锌板置换出海绵铟,对于含镉高的溶液用锌板置换可得到疏松的海绵铟,对于含镉低的溶液则用铝板置换能得到容易剥离的铟片。置换后液送锌系统。铝板置换铟的条件是始酸50~100克/升,终酸30~50克/升,温度约80℃ 。
( 5 )铟镉分离    先将海绵铟制团熔化,控制温度350~400℃,并加入苛性钠覆盖,顺便可使少量锌,铝形成钠盐进入渣中。铟镉合金锭采用真空蒸馏分离。真空蒸馏是在双层罐式炉进行,用煤气加热,利用铟镉沸点的不同,将容易蒸发的镉蒸气导入冷凝器冷凝回收镉。蒸馏温度750~850℃ ,真空度13.33~1.333 帕斯卡。蒸馏完毕,罐内剩下的为粗铟,其成分列于表二中。
 
表二:粗铟化学成分(%)
 
2 .粗的精炼
( l )熔盐除铊   是根据铊易溶解入氯化锌与氯化铵熔盐的特性,在普通搪瓷器皿中将粗铟熔化后加入ZnCl2与NH4Cl ( 3 : l)的混合物,用机械搅拌,控制温度270~280℃,维持反应时间1小时。除铊效力可达80~90%,铟中含铊可降到0.001~0.002%。
( 2 )真空蒸馏除镉   原理和条件与上述相伺,采用的设备为真空感应电炉或管式电炉乙经过真空蒸馏除镉后,可使镉的含量降到0.0004%以下。
( 3 )电解精炼   是进一步使铟中的少量铅、铜,锡残留于阳极泥,而锌、铁、铝进入电解液,将铟进一步捉纯;电解精炼的电解液为硫酸铟的酸性溶液,含铟80~3100克/升,游离酸8~10克/升,为了增加氢的超电压,提高电流效率,还加入80~100克/升的氯化钠。阴极为纯铟板或高纯铝板,阳极为真空蒸馏后的粗锢,外套两层锦纶布袋,以防阳极泥脱落污染阴极。电解在常温下进行。
电解得到的阴极铟用苛性钠作覆盖剂熔化铸锭,可得到99.99%的纯铟。此流程铟的总回收率为91%。
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