從碲化銅渣中回收碲試驗研究

李彥龍，李銀麗，李守榮，金明虎，王宏偉，魯興武，王長征

(西北礦冶研究院，甘肅 白銀 730900)

銅冶煉陽極泥中碲質量分數一般為1%～10%，是回收碲的重要來源[1-3]。陽極泥中的碲經“酸浸-卡爾多爐”工藝處理后進入碲銅渣、蘇打渣、熔煉渣，通過處理蘇打渣和碲銅渣可回收碲[4-10]。碲回收工藝主要有硫酸化焙燒+水浸、氧化酸浸+堿浸、蘇打焙燒+水浸、加壓酸浸和加壓堿浸等[4]。硫酸化焙燒工藝的碲回收率較高，但流程長、物料損失較大、設備損耗大，且生產過程中環境污染嚴重[5-6]；氧化酸浸工藝對碲渣中銅的脫除率較高，但后續除雜過程復雜，設備腐蝕嚴重，廢水量大，工藝過程控制不穩定[7-8]；蘇打焙燒處理量大，適合于大規模生產應用，但配套設備投資高，環境污染嚴重，碲損失較大[9-10]；加壓堿浸和加壓酸浸的碲回收率較高，但工藝流程較長，對設備要求高，基建和維護費用均較高[11-12]。目前，回收的碲產品以工業二氧化碲(TeO2質量分數90%)和碲錠(Te質量分數99%)為主[13-14]，碲資源價值未實現最大化。

試驗研究采用氧化堿浸工藝從碲銅渣中選擇性浸出碲，浸出液經中和沉淀和還原，將碲轉化成高純碲，以期實現碲的高效回收。

1 試驗部分

1.1 試驗原料、試劑及設備

碲化銅渣：取自西北某銅冶煉廠，為銅電解陽極泥氧壓浸出液經銅粉還原后的渣，化學成分見表1。

表1 碲銅渣的化學成分 %

試劑：氫氧化鈉、鹽酸、硫酸、氯酸鈉，均為分析純。

試驗設備：真空過濾機、電加熱盤等。

1.2 試驗原理及方法

碲銅渣中的碲主要以Cu2Te形式存在。氧化環境下，碲化銅與堿發生化學反應，碲轉化成亞碲酸鈉進入溶液，而銅則形成難溶物留在渣中。亞碲酸鈉溶液用稀硫酸中和形成亞碲酸沉淀，再經陳化自然分解成二氧化碲；二氧化碲用濃鹽酸溶解，然后用亞硫酸鈉還原得到進一步凈化，獲得高純碲粉。主要化學反應見式(1)～(6)。

Cu2O↓+NaCl+H2O；

(1)

6CuO↓+4NaCl+3H2O；

(2)

(3)

(4)

(5)

2Na2SO4+4HCl。

(6)

取一定質量碲銅渣于燒杯中，加入一定量氫氧化鈉溶液和氯酸鈉，在一定溫度下攪拌浸出；反應一段時間后，過濾，浸出液中加入等體積稀硫酸沉淀亞碲酸；過濾后，亞碲酸經陳化自然分解成二氧化碲；過濾后，用濃鹽酸溶解二氧化碲，得四氯化碲溶液；四氯化碲溶液中加入一定量亞硫酸鈉，經還原獲得碲粉；碲粉用純水洗滌后獲得高純碲。

2 試驗結果與討論

2.1 碲銅渣氧化堿浸

2.1.1 氫氧化鈉質量濃度對浸出的影響

碲銅渣質量100 g，液固體積質量比5/1，溫度80 ℃，氯酸鈉質量濃度40 g/L，浸出時間60 min，氫氧化鈉質量濃度對碲浸出率的影響試驗結果如圖1所示。

圖1 氫氧化鈉質量濃度對碲浸出率的影響

由圖1看出：隨氫氧化鈉質量濃度增大，碲浸出率提高，氫氧化鈉質量濃度增至80 g/L時，碲浸出率為86.68%；繼續增大氫氧化鈉質量濃度，碲浸出率變化不大。碲銅渣中可浸出的碲量有限，浸出開始階段，隨氫氧化鈉質量濃度增大，碲浸出率提高；氫氧化鈉用量超過一定量后，碲浸出率趨于穩定，基本得到完全浸出。綜合考慮，確定氫氧化鈉質量濃度以80 g/L為最佳。

2.1.2 氯酸鈉質量濃度對浸出的影響

碲銅渣質量100 g，液固體積質量比5/1，溫度80 ℃，氫氧化鈉質量濃度80 g/L，浸出時間60 min，氯酸鈉質量濃度對碲浸出率的影響試驗結果如圖2所示。

圖2 氯酸鈉質量濃度對碲浸出率的影響

由圖2看出：隨氯酸鈉質量濃度增大，碲浸出率提高；至氯酸鈉質量濃度為60 g/L時，碲浸出率達最高，為84.7%；此后，氯酸鈉質量濃度繼續增大，碲浸出率反而降低。這主要是氯酸鈉濃度過大會造成溶液中碲的過氧化，進而形成難溶碲酸鈉，影響碲浸出率。綜合考慮，確定氯酸鈉質量濃度以60 g/L為最佳。

2.1.3 浸出時間對浸出的影響

碲銅渣質量100 g，液固體積質量比5/1，溫度80 ℃，氫氧化鈉質量濃度80 g/L，氯酸鈉質量濃度60 g/L，浸出時間對碲浸出率的影響試驗結果如圖3所示。

圖3 浸出時間對碲浸出率的影響

由圖3看出：在一定浸出時間范圍內，隨浸出進行，碲浸出率呈先升高后降低趨勢，浸出90 min時，碲浸出率最高；之后，碲浸出率逐漸降低并趨于穩定，至180 min時穩定于77.68%。隨浸出時間延長，溶液中的碲有部分發生氧化，形成難溶碲酸鈉，造成碲浸出率先升高后降低。綜合考慮，確定浸出時間以90 min為宜。

2.1.4 液固體積質量比對浸出的影響

碲銅渣質量100 g，溫度80 ℃，氫氧化鈉質量濃度80 g/L，氯酸鈉質量濃度60 g/L，浸出時間90 min，液固體積質量比對碲浸出率的影響試驗結果如圖4所示。

圖4 液固體積質量比對碲浸出率的影響

由圖4看出：隨液固體積質量比增大，碲浸出率先升高而后下降，液固體積質量比為5/1時，碲浸出率最高。隨液固體積質量比增大，體系中氯酸鈉總量增大，使部分碲發生過氧化形成難溶碲酸鈉，進而影響碲浸出率。綜合考慮，確定液固體積質量比以5/1為宜。

2.1.5 溫度對浸出的影響

碲銅渣質量100 g，氫氧化鈉質量濃度80 g/L，氯酸鈉質量濃度60 g/L，浸出時間90 min，液固體積質量比5/1，溫度對碲浸出率的影響試驗結果如圖5所示。

圖5 溫度對碲浸出率的影響

由圖5看出：隨溫度升高，碲浸出率提高；溫度升至80 ℃后，碲浸出率逐漸趨于穩定。在一定溫度范圍內，升溫可加快浸出反應速度。溫度高于80 ℃后，溶液中制約碲浸出率的因素主要是浸出劑、氧化劑濃度及可浸出碲的量，受溫度影響不大。綜合考慮，確定浸出溫度以80 ℃為宜。

2.2 二氧化碲制備碲粉

對金屬浸出液用等體積稀硫酸溶液中和至pH為5～6，獲得的二氧化碲符合行業標準YS/T 1194—2017牌號TeO299.5產品要求；對二氧化碲用濃鹽酸溶解，再以亞硫酸鈉還原得到高純碲粉。高純碲粉化學組成見表2。可以看出，產品符合行業標準YS/T 222—2010牌號Te99.99產品要求。

表2 碲粉的化學組成 %

3 結論

采用氧化堿浸—中和沉淀—還原工藝從碲銅渣中回收碲是可行的，適宜條件下，碲回收率達85%以上。工藝較為簡單，所得碲粉純度較高，質量符合行標牌號Te99.99精碲產品標準要求。