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彩鉬鉛礦清潔提取工藝研究

2011-04-24 13:48石建兵
中國鉬業(yè) 2011年4期
關(guān)鍵詞:鉬酸母液電解

董 堅,石建兵,董 萌

(遼寧沈宏集團(tuán)股份有限公司,遼寧大連116013)

彩鉬鉛礦,化學(xué)式 PbMoO4,純鉬酸鉛含Mo 26.1%,是輝鉬礦和鉬酸鈣之外最具工業(yè)價值的鉬礦物。由于鉬在冶金、化工各領(lǐng)域越來越廣泛地應(yīng)用以及輝鉬礦資源的日漸減少,針對彩鉬鉛礦開發(fā)和提取技術(shù)的研究也越來越多。

彩鉬鉛礦產(chǎn)自鉬礦床、鉛鋅礦床或鉛、鐵礦床的氧化帶,一般為中小礦床,因含雜質(zhì)呈現(xiàn)不同的色彩而得名,我國湖南和云南有比較集中的彩鉬鉛礦資源。彩鉬鉛礦不具可浮性與磁性,只能由重選得到含鉬量較低的彩鉬鉛精礦,因而很難采用火法冶煉工藝,多采用濕法提取工藝。

濕法提取過程中使用大量的酸、堿、鹽,會產(chǎn)生廢氣、廢水和廢渣,容易造成氣相、液相和固相的多種污染,其中的硫化氫和重金屬對環(huán)境危害極大,是濕法清潔提取工藝的研究重點。

鉬酸鉛PbMoO4屬離子型化合物,很多酸、堿、鹽如HNO3、HCl、NaOH、KOH、NaS和NaCO3等都能將其溶解,有較好的浸出效果。為了提高鉛鉬分離、金屬回收、節(jié)約資源和能源及防止污染的綜合效益,需要研究、選擇和組合,以實現(xiàn)清潔生產(chǎn)。

根據(jù)聯(lián)合國環(huán)境規(guī)化署的定義,清潔生產(chǎn)是指將綜合預(yù)防的環(huán)境策略持續(xù)應(yīng)用于生產(chǎn)過程和產(chǎn)品中,以便減少人類和環(huán)境的風(fēng)險性。對生產(chǎn)過程而言,包括節(jié)約原料和能源,淘汰有毒原材料并在全部排放物和廢物離開生產(chǎn)過程之前減少它的數(shù)量和毒性;對產(chǎn)品而言,清潔生產(chǎn)策略旨在減少產(chǎn)品在整個生產(chǎn)周期(包括從原料提煉到產(chǎn)品的終極處置)中對人類和環(huán)境的影響。

概括地說就是:低消耗、低污染、高產(chǎn)出,實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益、社會效益與環(huán)境效益的統(tǒng)一。

清潔生產(chǎn)是一種理念,也是一種工藝過程和生產(chǎn)組織形式。它并不總是新技術(shù)的發(fā)明,更多是以一、二種新技術(shù)為核心對多種已有工藝的正確篩選與組合。

本文敘述的試驗和研究,始終努力遵循了這一中心思想。

1 浸出和鉛鉬分離工藝的試驗選擇

1.1 浸出體系的選擇

理論上,各種酸、堿和許多鹽都能打破PbMoO4的弱離子鍵,用作彩鉬鉛礦的浸出劑都可得到較好的浸出效果。在工藝上主要是按固液分離、鉛鉬分離和防止污染作為選擇的理由。

1.1.1 3種浸出劑的初步試驗

對NaOH、Na2CO3、Na2S的浸出過程進(jìn)行比較時,主要考察固液分離和鉛鉬分離的效果。

含鉬10.24%的彩鉬鉛礦各100 g,磨至-180目,分別以NaOH 10g、Na2CO315g、Na2S 15 g,配成250 mL溶液在燒杯中隔水加熱浸出8 h,按溶液計算一次浸出率,靜止2 h沉淀后,觀察固液分離情況見表1。

表1 浸出率與固液分離情況記錄

兼顧浸出率、固液分離、鉛鉬分離、鉛回收和防止鉛污染,應(yīng)綜合NaOH與Na2S的優(yōu)點,組成新的復(fù)堿(NaOH-Na2S)浸出體系。

1.1.2 NaOH-Na2S浸出體系模擬逆流浸出的試驗

固液比(g/mL)設(shè)定為30%,根據(jù)對每次浸出量的假設(shè),第1次浸出用計算濃度的50%,第2次浸出用計算濃度的75%,第3次浸出用計算濃度,浸出時間每次2 h,3次浸出結(jié)果為:渣干重為礦量的70%,含鉬0.12%,含鉛51%,鉬浸出率99.18%;鉛回收率83%,基本達(dá)到了試驗?zāi)康?,體現(xiàn)了NaOH-Na2S浸出體系在浸出率、鉛鉬分離和鉛回收的綜合優(yōu)勢。但模擬的操作條件仍難以符合逆流浸出工藝的實際情況,加熱、攪拌等操作條件也達(dá)不到生產(chǎn)條件,決定在2~3 kg(礦)的規(guī)模上作更接近生產(chǎn)條件的中間試驗。

1.2 中間試驗

中間試驗采用不銹鋼桶、機械攪拌、電熱控溫、保持液面等措施,力求貼近蒸氣加溫逆流浸出的工藝條件。共進(jìn)行了2種礦(花桓和云南)8批共21次浸出,每批投入-180目彩鉬鉛礦2 kg,浸出液6 L。

1.2.1 原礦分析

表2 彩鉬鉛礦主要成分檢驗結(jié)果 %

1.2.2 條件和結(jié)果

8批彩鉬鉛礦21次浸出的條件和結(jié)果見表3。

表3 復(fù)堿逆流浸出彩鉬鉛礦中間試驗的條件和結(jié)果

1.2.3 結(jié)果分析

試驗充分體現(xiàn)出逆流浸出的優(yōu)點,最終浸出液Mo濃度最大(4-1)35.0 g/L、(7-1)33.2g/L,游離堿濃度最?。?-1)和(7-1)。

浸渣殘留鉬(除1號外)均≤0.1%;按渣量70%計算,浸出率99.35%;實現(xiàn)了高浸出率(99%以上)和較低的酸堿消耗。

1.3 試生產(chǎn)的驗證

按照中間試驗所得條件,對4.5 t彩鉬鉛礦分3批進(jìn)行了工業(yè)浸出試驗。

1.3.1 工藝條件

4.5 t原礦,含 Mo 9.14%、Pb 35.87%、As 0.77%,金屬量Mo 411 kg、Pb 1 611 kg;

浸出罐φ3.0 m,h 2.8 m,初始液量4.5 m3配入NaOH 60kg,Na2S 12 kg;

機械攪拌,蒸汽加熱同時有保持水平衡和輔助攪拌的作用,浸出時間從升溫到80℃共計2 h。

第1次浸出液濃度減半連用2次,以后均按逆流浸出程序操作。

1.3.2 浸出結(jié)果

試生產(chǎn)基本上重現(xiàn)了中間試驗的結(jié)果。如果固液分離和對浸渣的清洗加強,并大批量連續(xù)生產(chǎn)中完全實現(xiàn)多級逆流浸出,上述指標(biāo)還能進(jìn)一步提高。

中間檢測溶液中鉬濃度,1次浸液60 g/L以上,2次浸液40 g/L以上,3次浸液13 g/L左右;因為儲罐不足,所有的1次浸液和最后的2、3次浸液濃縮后都存于一個罐中,混合液6.85 m3含鉬54 g/L,按溶液計算浸出率 98.71%;浸出渣平均含鉬量0.09%,按渣計算浸出率99.21%;相差0.51個百分點,可能與操作中溶液損失有關(guān)。

1.4 浸出體系的分析

1.4.1 高浸出率的實現(xiàn)

在堿浸時,一是要供給鉬酸鈉形成所需的鈉離子,二是要保證浸出液有足夠的堿度。Na2S等強堿弱酸鹽電離度較低,達(dá)到一定濃度后,繼續(xù)加大用量,并不能按比例提高溶液中OH-濃度,從而限制了浸出率的提高。經(jīng)驗認(rèn)為彩鉬鉛礦浸出需要OH-濃度約1~2 mol,傳統(tǒng) Na2S浸出工藝是將Na2S過量20%來實現(xiàn);為了浸出液中S-、Pb2+最小量化,在NaOH-Na2S體系中采用Na2S與Pb等當(dāng)量添加,堿度則用40 g/L的NaOH濃度來解決。復(fù)堿浸出中,S-與Pb2+(及As)形成硫化物迅速沉淀,降低了溶液中離子的濃度,增加了鉬酸鉛的溶出速度。中間試驗鉬浸出率≥99%,工業(yè)試驗98.71%,遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于資料介紹的Na2S浸出率97%(渣中含Mo 0.52%)的指標(biāo)。

1.4.2 避免硫化氫污染

用Na2S過量20%提高堿度來保證浸出率,溶液中存在游離的S2-,沉淀鉬酸銨需要將pH值調(diào)整到1,酸化時S2-將成為劇毒的H2S析出(S2-+2H+=H2S↑),造成安全和環(huán)境問題;即使沉淀鉬酸鈣只將pH值調(diào)整到6.5~7,也會因為中和過程中局部過酸析出H2S,無法完全避免H2S的污染。另外溶液中硫化鈉的粘度會影響固液分離,在后續(xù)工藝中還可能增加鉬產(chǎn)品的含硫量。

既要取得良好的浸出率,又要避免硫化氫污染,新的Na2S-NaOH浸出體系嚴(yán)格按鉛(及其他重金屬)含量來計算加入Na2S,同時用一定濃度的NaOH得到相應(yīng)堿度,可以滿足浸出的多重要求。

1.4.3 鉛鉬分離、鉛回收及鉛污染的預(yù)防

當(dāng)嚴(yán)格按照計算量控制浸出體系中Na2S含量時,浸出的鉛幾乎全部合成人造鉛精礦沉淀,可以將鉬酸鈉溶液中的鉛、硫和重金屬雜質(zhì)控制到極低的水平,有利于鉛的回收和鉛污染的控制,而且對鉬產(chǎn)品的質(zhì)量極為有利。

原料中鉛的回收有很大的資源意義。復(fù)堿體系浸出,每處理1 t(Mo 10%,Pb 40%)的彩鉬鉛礦,就可收得600~700 kg人造鉛精礦。對低品位礦,從浸出渣中浮選出合格的人造鉛精礦極為易行,尾渣中鉛含量可以控制到極低的水平。NaOH、Na2CO3浸出時,鉛以鉛酸鈉進(jìn)入母液、以鉛雜質(zhì)進(jìn)入鉬產(chǎn)品或以碳酸鉛進(jìn)入尾渣,都有二次污染的危險,當(dāng)然不如在浸出時就將其造成穩(wěn)定的鉛精礦回收有效和有利。

工藝流程中每次浸出都應(yīng)盡可能徹底地固液分離,需要選定高效率、高分離率的分離設(shè)備和確定合理的操作規(guī)程,雖然不影響基本反應(yīng),但對提高浸出率和作業(yè)效率以及降低酸堿耗卻同樣重要。

2 鉬沉淀工藝的試驗選擇

2.1 沉鉬方式的選擇

若以冶煉鉬合金提供原料為目的,在鉬酸鈉、鉬酸銨和鉬酸鈣3種結(jié)晶(沉淀)方式中比較選擇,把分離效果、產(chǎn)品質(zhì)量和污染防治作為選擇的依據(jù)。

2.1.1 鉬酸鈉

鉬酸鈉(Na2MoO4),無色或白色結(jié)晶,無水工業(yè)級鉬酸鈉含鉬酸鈉≮98.0%(Mo45.4%),不溶物≯0.05,氯化物≯0.2。溶解度15.5℃時39.27%、100℃時45.57%,溶解度曲線過緩造成結(jié)晶困難。對于含鉬量較低的彩鉬鉛礦,浸出時的固液比限制了浸出液鉬酸鈉濃度提高,如前述50 g/L的溶液達(dá)到飽和需要濃縮近10倍,冷卻到常溫(15.5℃)也只能結(jié)晶出36%;采用蒸干濃縮方法,勢必有大量的雜質(zhì)共沉淀,影響鉬酸鈉質(zhì)量。2種分離方式又都有高能耗及母液中鉬的高殘留問題。

2.1.2 鉬酸銨

因為形成條件不同,鉬酸銨具有多種化學(xué)式,是重要的鉬鹽產(chǎn)品和鉬的中間產(chǎn)品。

從鉬酸鈉溶液用氯化銨沉淀鉬酸銨,主要問題有:(1)分離難以徹底,母液一般有1 g/L鉬殘留;(2)強酸性母液,中和后形成成分復(fù)雜的高濃度鹽水,難以達(dá)標(biāo)排放;(3)鉬酸銨需脫氨后才能用于冶煉,不僅增加工序和能耗,還會產(chǎn)生氨氣污染。

2.1.3 鉬酸鈣

鉬酸鈣(CaMoO4),白色粉末結(jié)晶,純CaMoO4含鉬48%,是鉬鐵冶煉主要原料之一,又是制取其他高純度鉬鹽的中間物。在鉬酸鈉中沉淀鉬酸鈣,一般是用氯化鈣在中性偏下進(jìn)行,中和耗用的酸只有銨沉的1/2,中性母液有循環(huán)使用的可能;另一個優(yōu)點是鉬酸鈣在水中的溶解度極低,母液殘留的鉬可以降低到0.1 g/L以下,不須高強度濃縮就可以得到較高的沉淀率,能較好地避免污染、節(jié)約能源和提高分離率。

用鉬酸鈣或與氧化鉬混合冶煉鉬鐵,由于渣相的堿度提高,能夠大幅度降低熔點,降低熔渣黏度,提高金屬沉降速度并延長沉降時間,從而使渣鐵分離更充分,減少鉬鐵錠界面的渣嵌合,提高鉬鐵的回收率和質(zhì)量。鉬酸鈣冶煉鉬鐵的另一個優(yōu)點,在于渣的主要成分由二氧化硅變成了硅酸鈣,經(jīng)過水淬等適當(dāng)?shù)幕罨闯蔀楹芎玫牡V質(zhì)肥料,不僅含有豐富的鈣、鎂、硅等植物必需的中量元素肥分,還含有豐富的鉬、鐵、鋅、錳等重要的微量元素,對提高產(chǎn)量、提高品質(zhì)和改良土壤有顯著的作用。

傳統(tǒng)爐外法鉬鐵冶煉渣,大約含有0.6%~1%的鉬,其中金屬態(tài)、氧化態(tài)(Mo6+)和還原態(tài)(Mo4+)大約各1/3,用跳汰等重選方法能夠把絕大部分金屬態(tài)鉬合金回收,而其他形態(tài)的鉬都隨渣遺棄。年產(chǎn)5 000 t鉬鐵所拋棄的7 000余t渣中,有20~30 t未還原鉬,相當(dāng)于0.4%的回收率損失,或30~45 t鉬酸銨肥料,價值逾600萬元,是長期被忽視的鉬肥資源。

2.2 鈣沉工藝的試驗研究

初期的鈣沉小型試驗,只有80%的沉淀率和30%的含鉬量,鉛也嚴(yán)重超標(biāo)。認(rèn)識逐漸加深之后,根據(jù)氯化鈣的含鈣量來計算用量,使沉淀率上升到85%以上,含鉬量上升到41%以上;通過溶液凈化和pH值的調(diào)整,鉛、硫雜質(zhì)的含量,也都達(dá)到了工業(yè)鉬酸鈣標(biāo)準(zhǔn)(見表4)。

表4 工業(yè)鉬酸鈣指標(biāo) %

為了進(jìn)一步提高沉淀率和質(zhì)量,建立工藝要素對指標(biāo)影響的規(guī)律性認(rèn)識,設(shè)計進(jìn)行了關(guān)于沉淀條件的多因子正交試驗。

2.2.1 多因素正交試驗的設(shè)計

從眾多的影響因素中剔除了沒有疑問的因素如溶液氧化、凈化、鉬濃度等,將尚無定論的硫酸根濃度、pH值、沉淀劑過量系數(shù)和沉淀溫度作為試驗因素,在經(jīng)驗數(shù)據(jù)范圍內(nèi)各取3個變量安排試驗。見表5、表6。

表5 試驗因素水平表

表6 采用L9(34)正交表設(shè)計的試驗處理表

試驗的考核指標(biāo)為:①沉淀率,用母液殘留鉬含量(g/L)考核;②鉬酸鈣雜質(zhì)量,用產(chǎn)品含S百分比考核;③鉬酸鈣含鉬量,用產(chǎn)品含鉬百分比考核。

試驗結(jié)果的分析計算采用Lg(34)極差分析表進(jìn)行。

2.2.2 試驗結(jié)果與分析

試驗結(jié)果直錄于試驗分析表7中。

2.2.3 結(jié)果分析

(1)對沉淀率的影響

①對沉淀率影響順序為:B氯化鈣加入量 >A溶液酸堿度>D硫酸根含量>C沉淀溫度。

②從操作看,溶液沸騰時形成的鉬酸鈣結(jié)晶較粗,沉降快,操作上較易掌握。

③從提高沉淀率加上操作原因,應(yīng)采取A3B3C3D1的工藝組合。

表7 L9(34)試驗結(jié)果分析表

(2)對鉬酸鈣含鉬量的影響

①各因素對含鉬量影響排序為:B>C>D>A。

②當(dāng)鈣鉬比由1.0增加到1.5時,與平均含鉬量呈顯著負(fù)相關(guān);沉淀溫度90℃時比80℃時平均含鉬量高0.79個百分點,仍有意義。

③含鉬量和沉淀率互為消長,又有很大的變量存在,不宜犧牲沉淀率片面追求高含鉬量,須權(quán)衡輕重,平衡取舍,以尋求合理的平衡點。

表8 含鉬量和沉淀率關(guān)系 %

實踐中可以有3種取向:

第1種,確保98%以上回收率,爭取36%以上含鉬量;

第2種,確保40%以上含鉬量,爭取93%以上回收率;

第3種,2次沉淀,第1次1/1加鈣,沉淀80%~90%的鉬,保證41%以上含鉬量,液中應(yīng)留5 g/L左右鉬濃度以便2次沉淀;第2次1.5/1加鈣,保證90%以上回收率,殘鉬控制在0.5 g/L以下,總回收率可以達(dá)到98%以上,由于第2次產(chǎn)品僅占總量10%,即使含鉬量僅35%,平均也能超過40%。

(3)對鉬酸鈣含硫量的影響

在溶液硫酸根1~20 g/L范圍內(nèi),影響最大的因素是鈣沉?xí)r溶液的pH值,pH=7時平均含硫量與6、6.5時分別為140%、230%,其次才是溶液硫酸根濃度,溫度和加鈣量影響很小??梢娪绊戙f酸鈣含硫量的因素相當(dāng)復(fù)雜,除本次試驗了解到溶液pH值比較重要,還可能有很多未知的因素。在生產(chǎn)上除了盡量避免硫雜質(zhì)的進(jìn)入(例如不使硫化鈉過量),主要應(yīng)將溶液pH值控制好。

2.3 試生產(chǎn)驗證

按試驗產(chǎn)生的思路組織試生產(chǎn),對浸出試生產(chǎn)產(chǎn)生的6.85 m3含鉬量54 g/L的浸出液進(jìn)行沉淀鉬酸鈣作業(yè)。

第1次以1/1加鈣,鉬酸鈣含鉬41.6%,殘鉬3.9 g/L,沉淀率92.2%;第2次以1.5/1加鈣,鉬酸鈣含鉬37.0%,殘鉬0.4 g/L,回收率89.8%。2次總回收率 99.25%、平均含鉬量 41.05%、含硫0.054%,都達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。

鉬酸鈣沉淀工藝條件組合應(yīng)該是:溶液pH值6.5,鈣和鉬的摩爾比1.2(2次沉淀時為1/1和1/1.5),溫度沸騰,并注意在前期作業(yè)中防止硫雜質(zhì)的進(jìn)入。

3 堿的回收和母液循環(huán)利用

在鉬提取的傳統(tǒng)工藝中,堿浸之后用鹽酸中和,沉淀分離之后形成高濃度的鹽,為母液循環(huán)利用和無害排放造成很大的困難。如果用電化學(xué)的方法分離回收NaOH,降低pH值時不增加其他離子,則對于節(jié)約酸、堿和母液的循環(huán)利用將有非常重要的意義。

3.1 離子膜電解技術(shù)在提取冶金中的應(yīng)用

3.1.1 離子膜電解原理

由鈉鹽(NaCl)電解生產(chǎn)NaOH和HCl,是酸堿工業(yè)生產(chǎn)的主要途徑,其電化學(xué)原理亦通用于其他鈉鹽的分離。雙膜電解Na2SO4原理見圖1。

圖1 雙膜電解Na2SO4示意圖

槽的左側(cè)裝有陰膜,右側(cè)裝有陽膜,兩側(cè)加直流電場,2種離子交換膜將電解槽分隔成陽極室、陰極室和中間室。中間室通入Na2SO4溶液,陽極室通入稀硫酸,陰極室通入苛性鈉稀溶液,在直流電場的作用下,中間室的Na+通過陽膜進(jìn)入陰極室與陰極上產(chǎn)生的OH-合成NaHO,SO2-4通過陰膜進(jìn)入陽極室與陽極上產(chǎn)生的H+合成H2SO4。

3.1.2 在鎢提取技術(shù)中的應(yīng)用

已見報道,鎢提取技術(shù)中,用碳酸鈉浸出白鎢精礦的溶液中含有過剩的碳酸鈉,萃取前須用酸中和到pH 2.5~3.0,不僅浪費堿,酸的消耗也很大,采用陽離子交換膜電滲析,從陰極室回收堿,同時使陽極室溶液達(dá)到所需要的pH值條件。與傳統(tǒng)的鹽酸酸化提取鎢酸相比,有堿回收、節(jié)省酸和溶液循環(huán)利用三重意義。其原理見圖2。

圖2 電滲析回收堿示意圖

3.2 從鉬酸鈉溶液中回收堿的試驗

Cr、Mo、W、是同族元素,性質(zhì)接近,MoO4-2比WO4-2的電負(fù)性還要強些,因此Na2MoO4溶液也能夠采用同樣的技術(shù)。

3.2.1 探索應(yīng)用離子膜電解技術(shù)從堿浸鉬溶液回收堿的可能性

試驗條件:塑料電解槽380 mm×150 mm× 30 mm,有效容積1.7 dm3;陰、陽電極為石墨380 mm×150 mm,極間距離30 mm;中間為異相強酸型陽離子交換膜(上海產(chǎn));陰極原液:堿浸液3 000 mL,成分見表9;陽極原液蒸餾水3 000 mL。

3.2.2 電解試驗

電解條件和過程參數(shù)見表9,電解前后各極室成分變化見表10。

表9 電解條件和過程參數(shù)

表10 電解前后各極室成分變化

3.2.3 試驗結(jié)果分析

電解過程見圖3。

圖3 膜電解從鉬酸鈉回收堿示意圖

在直流電場作用下,Na+向陰極運動,透過陽離子膜進(jìn)入陰極室,與陰極產(chǎn)生的OH-結(jié)合為NaOH,1.7 L超過1 mol濃度陽極室堿溶液在1 h內(nèi),pH降低到7以下,Na+由158.6 g/L降低到90.9 g/L,同時液量減少了1/5,實際上有50.4%的Na+遷移到了陰極室。因為陽離子膜的選擇透性,MoO-24陰離子不會進(jìn)入陰極室,在陰極室可以得到很純的堿溶液,可以返回用于彩鉬鉛礦浸出液配制。

同一般電解槽兩極發(fā)生的情況一樣,陰極析出H2、陽極析出O2,陽極室H+使溶液pH降低,陰極室OH-與Na+合成堿,同時達(dá)到回收堿和節(jié)省酸的目的。

3.3 膜電解技術(shù)引起的提取工藝變革

采用膜電解回收堿并實現(xiàn)浸液循環(huán)后,彩鉬鉛礦堿浸提取鉬酸鈣的工藝流程,便完全具備了清潔生產(chǎn)的特征和實質(zhì),見圖4。

圖4 彩鉬鉛礦堿浸提取鉬酸鈣的清潔工藝流程

3.3.1 浸出負(fù)堿耗、零酸耗

浸出液中配入的1 mol左右的游離NaOH,在電解中很容易回收;Na2S中的S在與PbMoO4反應(yīng)中生成的 PbS沉淀,Na2MoO4在溶液中以 Na+和MoO24-存在,溶液的pH≥14,膜電解后降低到6~7,50%以上鈉離子成為NaOH回收。實際回收的堿是配入的NaOH的1.5倍,原工藝用以中和的摩爾數(shù)與回收堿相同的鹽酸完全節(jié)省下來。

3.3.2 浸液循環(huán)零排放

膜電解后pH約6~7的溶液,用CaCl2沉淀CaMoO4。因為不用鹽酸中和,母液Cl-濃度增加緩慢,可以多次循環(huán)使用;若進(jìn)一步電解到pH值更低,直接用純度很高的消石灰沉淀鉬酸鈣(要根據(jù)溶液含鉬量來計算和控制pH值),母液中不含氯鹽,理論上補充堿液后可以無限多次繼續(xù)浸出,實現(xiàn)浸液完全循環(huán)和廢水零排放。另外在浸液完全循環(huán)的條件下,少量未沉淀的鉬可以在下次浸出時收回,進(jìn)一步提高回收率和CaMoO4的含鉬量。

另一種可能的途徑,采用陽膜進(jìn)行電滲析從浸出液中回收堿,在陽極室得到酸堿度很低的Na2MoO4-H2MoO4溶液,直接得到鉬酸或加入需要的陽離子沉淀為鉬鹽,這與從鎢酸鈉溶液中回收NaOH產(chǎn)出鎢酸的原理是相同的。

3.3.3 電解效率和堿回收成本

電解效率、堿回收成本等在上述規(guī)模的試驗中尚無法分析,但可以從類似的生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)中得到近似的結(jié)果。遼寧凌海市化學(xué)試劑廠用氯化鉀生產(chǎn)高純氫氧化鉀(33%液體產(chǎn)品)的主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)為:

設(shè)備:陽離子膜14片共14 m2;

電流密度:2.4 kA/m2;

電耗:900 kWh/t,折固體KOH2 700 kWh/t。

按綜合電價0.5元/度計算用電成本:液體KOH1 350元/t,

因為NaOH分子量只有KOH的40/56,電耗應(yīng)為3 180 kWh/t,電費1 590元/t。液體堿產(chǎn)品可以直接用于浸出,不發(fā)生干燥等成本,比購買NaOH節(jié)省近50%;每回收1 t堿同時節(jié)省中和用含量36%鹽酸3.0 t以上,又可節(jié)省2 000多元,加上廢水處理費用和水資源的價值,經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。

清潔生產(chǎn)的實施將為企業(yè)爭取到經(jīng)濟(jì)、社會和環(huán)境三位一體的綜合效益:最大限度地將“原料全部變成產(chǎn)品”——鉬和鉛的高回收率;最大可能地“節(jié)約資源和能源”——酸、堿和水;把污染防止于工藝過程之中——防止硫化氫、氨氣、氯化氫氣體污染的產(chǎn)生、防止含堿、酸、鹽廢水的產(chǎn)生、防止鉛污染的產(chǎn)生。

前面已經(jīng)說過,在清潔生產(chǎn)的實現(xiàn)中,往往不全是新技術(shù)的發(fā)明,更多的是新技術(shù)和現(xiàn)有技術(shù)的合理組合。復(fù)堿(NaOH-Na2S)浸出體系、2次沉淀鉬酸鈣、膜電解(電滲析)回收堿與逆流浸出、浮選富集鉛精礦等技術(shù)的組合,體現(xiàn)了清潔生產(chǎn)的理念,是一次有意義的嘗試。

本文的意圖,還在于提供一種思路和一個實例,期望能夠?qū)﹁F合金行業(yè)清潔生產(chǎn)的實現(xiàn)有所促進(jìn)。

[1]張文鉦:鉬冶煉[M].西安:西安交通大學(xué)出版社,1991.

[2]陳國華,王光信.電化學(xué)方法應(yīng)用[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2003.

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