硫化锑精矿湿法清洁冶金新工艺研究

【摘要】：针对现有复杂硫化锑精矿湿法处理工艺存在的流程长、废水排放量大等问题,本论文提出并系统研究了硫化锑精矿氯盐氧化浸出—净化—隔膜电积新工艺。新工艺首先以SbCl5-HCl作为浸出剂浸出辉锑矿,之后对浸出液进行还原净化,所得净化液进行隔膜电积。电积后在阴极析出金属锑,在阳极室则得到SbCl5并作为氧化剂返回浸出,从而实现了流程的闭路循环。 论文首先开展了SbCl5-HCl-H2O体系热力学分析,结果表明,SbCl5-HCl-H2O体系浸出Sb2S3时,当体系的[H+]1mol/L、[Cl-]3mol/L时有利于锑的浸出；通过Matlab编程得到了锑粉还原主要反应的ΔrG(?)-T关系式,获得了还原反应热力学判据；应用金属硫化物残留浓度与pH值关系图对高酸溶液硫化除重金属进行了分析,验证了次磷酸钠还原除砷的理论,得出在HCl浓度约4mol/L条件下加热至较高温度有利于浸出液硫化除杂及还原除砷。 论文其次开展了隔膜电积时电极过程动力学研究,结果表明,试验条件下阴极首先放电的是SbCl4-和SbCl52-两种络阴离子,中间产物SbCl(s)再得电子析出金属锑。阳极不会析出氧气及氯气,而是Sb3+氧化生成Sb5+；阴极极化曲线分析表明,随[Sb]T和温度升高,阴极反应速度加快,有利于降低电耗；而随添加剂浓度、[H+]和[C1-]的增加,阴极电化学极化增大,有利于得到结晶细致的产物。 在上述理论基础之上,论文开展了锑精矿氯盐浸出—净化—隔膜电积试验研究,得到优化条件及结果如下：(1)浸出过程：温度85℃、[H+]3.5mol/L液固比8：1、SbCl5过量系数1.1、浸出时间1.5h,Sb3+浸出率可达99.5%；(2)净化过程：浸出液通过锑粉还原、硫化除杂和Na3PO2还原除砷,Cu2、Cd2、Pb2+和As3+去除率分别达到96.32%、83.33%、88.57%和81.51%；(3)电积过程：温度42±2℃,电流密度200-250A/m2,阴极液[Sb3+] 70g/L, [H+] 4mol/L, NaCl浓度40g/L, [Cl-] 6.0mol/L,添加剂A 30mg/L,添加剂D 20 mg/L。得到的阴极锑达到GB/T Sb99.50号锑锭标准,阴极效率99%,阳极效率88%,电耗约1200kWh/t锑。 论文最后还开展了浸出液直接电积锑试验,试验结果表明,阴极仍然能够得到致密平整的锑板,不会发生爆锑,得到的产物颜色较黑,槽压上升较快,阴极电流效率98.36%。 【关键词】：辉锑矿 锑 氯化冶金 隔膜电积 闭路循环工艺
【学位授予单位】：中南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TF818
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 文献综述9-32
• 1.1 概述9-12
• 1.1.1 锑的性质9
• 1.1.2 锑的用途9-11
• 1.1.3 锑的资源与分布11-12
• 1.1.4 锑的生产与消费12
• 1.2 锑冶金概况12-29
• 1.2.1 火法炼锑13-21
• 1.2.2 湿法炼锑21-29
• 1.3 氯盐电沉积中的爆锑现象29-30
• 1.3.1 爆锑29
• 1.3.2 爆锑机理探讨29-30
• 1.4 本课题的研究背景、意义及研究内容30-32
• 第二章 实验原料、流程及方法32-41
• 2.1 试验原料及试剂32-33
• 2.1.1 试验原料32
• 2.1.2 化学试剂32-33
• 2.2 试验仪器及装置33-34
• 2.3 试验流程34-35
• 2.4 试验方法35-37
• 2.4.1 五氯化锑浸出辉锑矿试验35-36
• 2.4.2 浸出液净化试验36
• 2.4.3 三氯化锑水溶液电沉积锑试验36-37
• 2.5 分析与检测方法37-41
• 2.5.1 化学分析37-40
• 2.5.2 仪器分析40-41
• 第三章 硫化锑矿浸出—净化—隔膜电积制取金属锑的理论基础41-58
• 3.1 浸出过程热力学分析41-43
• 3.2 净化过程理论基础43-46
• 3.2.1 锑粉还原43-44
• 3.2.2 硫化除重金属44-45
• 3.2.3 次磷酸钠还原除砷45-46
• 3.3 电极过程机理研究46-58
• 3.3.1 SbCl_3-HCl-H_2O系热力学平衡分析46-48
• 3.3.2 阴极反应分析48
• 3.3.3 阳极反应分析48-50
• 3.3.4 电极过程动力学研究50-57
• 3.3.5 本章小结57-58
• 第四章 五氯化锑浸出辉锑矿及浸出液净化过程研究58-67
• 4.1 五氯化锑浸出试验58-64
• 4.1.1 单因素条件试验58-62
• 4.1.2 综合扩大试验62-64
• 4.2 浸出液还原及净化试验64-65
• 4.2.1 锑粉还原试验64-65
• 4.2.2 硫化除重金属试验65
• 4.2.3 次磷酸钠还原除砷试验65
• 4.3 本章小结65-67
• 第五章 三氯化锑水溶液隔膜电积工艺研究67-79
• 5.1 单因素条件试验67-72
• 5.1.1 温度对电沉积过程的影响67-68
• 5.1.2 添加剂种类及浓度对电积过程的影响68-69
• 5.1.3 Sb~(3+)浓度对电积过程的影响69-72
• 5.1.4 电流密度对电积过程的影响72
• 5.2 综合试验72-74
• 5.2.1 连续电积试验72-74
• 5.2.2 直接电积试验74
• 5.3 阴极产物的表征74-78
• 5.3.1 宏观形貌分析74-75
• 5.3.2 XRD结构分析75
• 5.3.3 SEM-EDX分析结果75-77
• 5.3.4 ICP-AES成分分析77-78
• 5.4 本章小结78-79
• 第六章 结论及建议79-82
• 6.1 结论79-80
• 6.2 建议80-82
• 参考文献82-88
• 致谢88-89
• 攻读学位期间的主要研究成果89

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