铜砷锑多元合金真空蒸馏硫化法除砷锑

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)真空冶金国家工程实验室 作者:杨先凯

  从理论上分析了采用真空蒸馏硫化法处理铜砷锑多元合金除As,Sb的可行性,并通过实验探讨了加硫量、蒸馏温度、蒸馏时间对As,Sb脱除效果的影响。结果表明:在系统残压5~15 Pa,加硫过量率为200%,蒸馏温度1473 K,蒸馏时间30min条件下,杂质元素As、Sb含量分别降至0.039%,1.02%,脱除率分别为99.84%,95.17%,脱除效果明显好于直接真空蒸馏。蒸馏后得到的残余物为Cu2S,纯度较高,含量可达98%左右,Cu直收率为97.60%,经吹炼可得能够适用于电解精炼的阳极铜。

  关键词: 真空蒸馏;硫化;铜砷锑多元合金;除As,Sb

  基金项目: 云南省科技计划重点项目(项目批准号:2011FA008)

  铜浮渣是粗铅火法精炼第一步除杂质铜得到的产物, 国内外一般采用苏打 铁屑法在反射炉、回转短窑或鼓风炉中处理, 产物有粗铅、冰铜、合金、炉渣和烟尘。其中的合金只在浮渣中As, Sb 较多时才可产出, 原因是As, Sb 与Cu 之间的结合力很强, 易形成多种化合物, 并且可以单独成相, 与其它产物分层较明显。因此产出的合金富含Cu, As, Sb, Pb 等元素[ 1- 5] 。

  随着一次资源日益枯竭和环保要求日益严格, 研究如何高效地从此类合金中提取有价金属显得很有意义。因为合金中As 含量过高( 16.65% ) ,所以限制了某些传统冶金方法的使用, 比如氧化挥发法、碱性精炼法、烟化炉硫化挥发法等[ 6- 8] 。在回收复杂多金属合金中的有价金属时, 真空蒸馏法是一种很好的预处理手段。在真空蒸馏处理此合金的实验中,As, Sb 的挥发率没有达到预期的效果, 实际挥发率与理论计算结果相差很大。在系统残压20~ 30 Pa 条件下, 蒸馏温度1773 K, 保温时间240min, 蒸馏残余物中仍含有2.37% As, 2.67% Sb。原因是该合金中As, Sb 与Cu 之间存在的很强结合力,阻碍了As, Sb 的自由挥发。可见, 真空蒸馏法虽能除去合金中的大部分杂质, 但是得到的残余物仍然远远达不到电解阳极铜的标准。为了能进行电解精炼, 还需采用其它方法进一步除杂[ 9] 。鉴于以上传统直接真空蒸馏法的不足, 本文在此基础上做了改进: 在合金中熔入硫, 使合金硫化, 然后再真空蒸馏。

  原理是利用Cu 对S 的亲和力大于As, Sb 对S 的亲和力, 使Cu-As, Cu-Sb 化合物中的Cu 硫化变为Cu2S。As, Sb 可能变成金属态, 独立存在, 也可能续被多余的S 硫化, 变为硫化物。这两种形态的挥发性都要比之前的形态好很多, 可以大大提高As,Sb 的脱除率。蒸馏残余物为Cu2S, 经吹炼可得能够应用于电解精炼的阳极铜。本文的目的在于探索真空蒸馏硫化法处理此合金脱除As, Sb 的可行性, 限度及比较理想的工艺条件, 包括加硫量、蒸馏温度、蒸馏时间, 以期为工业化生产提供理论依据和实验基础数据。

  (1) 真空蒸馏硫化法处理铜砷锑多元合金除杂质As, Sb 效果还是很显著的。在系统残压5~ 15Pa, 加硫过量率为200%, 蒸馏温度1473 K, 蒸馏时间30 min 条件下, 杂质元素As, Sb 含量分别降至0.039% , 1.02% , 脱除率分别为99.84% , 95.17%,脱除效果明显好于直接真空蒸馏。在Pb 含量方面,两种方法并没有显著的差别, 可见Pb 的挥发并没有受到其它元素的影响。蒸馏后得到的残余物为Cu2S, 纯度较高, 含量可达98% 左右, Cu 直收率为97.60% , 经吹炼可得能够适用于电解精炼的阳极铜。

  (2) 真空蒸馏仅是一个物理过程, 处理内存较强化合物结合力的物料时难以达到较好的除杂效果,需引入化学反应。

  (3) 合金中含量很高的砷最终以砷单质或者硫化砷的形态存在, 二者都是无毒的, 不会污染环境和危及人的生命安全, 实现了砷的无害化处理, 体现了真空冶金清洁, 环保的优点。

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