吳思鴻

(紫金銅業(yè)有限公司,福建 上杭 364200)

0 前言

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,鉑族金屬的用途越來越廣泛,消費(fèi)量也日漸增多,鉑族金屬的地位變得越來越重要。我國鉑族金屬資源比較貧乏,探明儲量約為324 t,礦床類型復(fù)雜,以銅鎳硫化物礦床伴生的鉑族金屬礦床為主,95%以上的鉑族金屬作為銅、鎳副產(chǎn)品被回收利用[1]。鉑、鈀、金除從貴金屬礦中直接提取外,從銅陽極泥中富集回收也是另一重要途徑[2]。

福建某銅冶煉企業(yè)的火法冶煉中,鉑、鈀金屬主要在銅電解過程富集于銅陽極泥中,品位分別約為35 g/t、5 g/t。銅陽極泥的處理工藝是首先通過預(yù)處理脫除部分賤金屬,然后再采用火法熔煉或濕法溶解的技術(shù)富集,并精煉產(chǎn)出貴金屬產(chǎn)品[3-4]。福建某銅冶煉企業(yè)稀貴廠采用奧圖泰卡爾多爐冶煉技術(shù)處理銅陽極泥[5],鉑、鈀金屬在黃金提純工藝中富集至鉑鈀精礦。該企業(yè)近年來的鉑鈀精礦累計量已達(dá)到近1.2 t。鉑鈀精礦的累積,不僅無法實現(xiàn)礦產(chǎn)資源的充分利用,同時造成企業(yè)資本積壓,不利于企業(yè)發(fā)展。

為盡快充分利用礦產(chǎn)資源,減少企業(yè)流動資金,該企業(yè)加快鉑鈀精礦處理工藝研發(fā),目前該企業(yè)已開發(fā)出一套從鉑鈀精礦提純鉑、鈀貴金屬的工藝,但還未進(jìn)行工業(yè)化設(shè)計。產(chǎn)業(yè)化設(shè)計將根據(jù)企業(yè)未來3 年的發(fā)展趨勢進(jìn)行,同時優(yōu)化工藝管道,提升設(shè)備使用效率。

1 鉑鈀提純工藝

1.1 鉑鈀精礦來源及成分

某銅冶煉企業(yè)稀貴廠的銅陽極泥處理工藝以火法為主,以濕法為輔,主流程為“銅陽極泥→加壓浸出脫銅、碲→火法熔煉、吹煉→銀電解→王水分金→還原沉金”,在該過程中,鉑、鈀金屬不斷富集。銀電解產(chǎn)出的銀陽極泥采用硝酸浸出除渣,大部分鉑族金屬進(jìn)入浸出液,浸出液進(jìn)行氯化沉銀,沉銀后液再經(jīng)還原得到鉑鈀精礦。鉑鈀精礦具有銀含量高、金含量低的特點,具體成分見表1。

表1 鉑鈀精礦成分 %

1.2 鉑鈀提純工藝原理及流程

鉑鈀精礦化學(xué)成分復(fù)雜,含較多的銅、鉛、銻及鉍等雜質(zhì)金屬。這些雜質(zhì)主要以氧化物、氫氧化物或單質(zhì)金屬的形式存在,銀則以氯化銀、單質(zhì)金屬的形態(tài)存在,而金、鉑、鈀則是以單質(zhì)形態(tài)存在。鉑鈀提純的目的是回收鉑鈀精礦中的貴金屬,因此應(yīng)先將賤金屬分離,通常用稀鹽酸預(yù)處理除去賤金屬,再以水氯法使金、鉑、鈀溶解進(jìn)入液相,而銀則以氯化銀形態(tài)進(jìn)入固相,進(jìn)而實現(xiàn)賤金屬與貴金屬分離。貴液中的金用亞硫酸氫鈉還原得到海綿金,沉金后液中的鉑、鈀與氯化銨反應(yīng)生成六氯鉑酸銨、六氯鈀酸銨沉淀;六氯鈀酸銨與氨水反應(yīng)生成二氯四氨絡(luò)亞鈀溶于溶液中,六氯鉑酸銨不溶解,從而實現(xiàn)鉑、鈀分離;二氯四氨絡(luò)亞鈀用水合肼還原得到純度＞99%的海綿鈀;六氯鉑酸銨用水合肼還原得到粗鉑,粗鉑經(jīng)氯化浸出得到六氯鉑酸,六氯鉑酸與氯化銨反應(yīng)生成六氯鉑酸銨沉淀;這三個工序重復(fù)數(shù)次得到純凈的六氯鉑酸銨,六氯鉑酸銨再經(jīng)高溫煅燒得到純度＞99%的海綿鉑。鉑鈀提純工序流程如圖1所示。

根據(jù)企業(yè)實際工藝生產(chǎn)條件及鉑、鈀產(chǎn)品質(zhì)量要求,鈀提純工藝設(shè)計為“洗礦→鹽酸酸浸除雜→氯化浸出→亞硫酸鈉還原金→鉑鈀沉淀→鉑鈀分離→鈀還原”;鉑提純工藝設(shè)計為“氯鉑酸銨還原→王水浸出→氧化水解→氯化銨沉鉑→煅燒”或者“氯鉑酸銨還原→氯化浸出→鉑選擇性沉淀(氯化銨沉鉑)→煅燒”。在兩個鉑提純工藝中,前者趕硝和趕溴耗時很長,不易控制;后者各步驟耗時短,易控制。通過綜合比較工業(yè)化反應(yīng)釜試驗的反應(yīng)時間、直收率、操作難易和是否會給廢水處理引進(jìn)難處理離子等因素,選擇后者為最佳鉑提純工藝。

1.3 鉑鈀提純工藝特點

在前期開發(fā)鉑鈀提純工藝研究時,研發(fā)小組根據(jù)鉑鈀精礦來源及成分特點,在原鈀提純設(shè)計工藝上新增洗礦、亞硫酸鈉還原金兩道工序。增加洗礦工序主要是因為鉑鈀精礦從硝酸體系中提取得到,含有硝酸根離子,洗礦工序可以洗去鉑鈀精礦中硝酸根離子,避免在鹽酸除雜過程中形成類王水,使貴金屬溶解進(jìn)入浸出液,造成貴金屬損耗。亞硫酸鈉還原金工序主要是用于回收鉑鈀精礦中少量的黃金,可有效避免金進(jìn)入鉑、鈀金屬中,提升鉑、鈀金屬品位,同時提高黃金回收率。

2 工業(yè)化設(shè)計

2.1 鉑鈀精礦產(chǎn)量計算

福建某銅冶煉企業(yè)設(shè)計陰極銅產(chǎn)量為20 萬t/a,未來計劃陰極銅產(chǎn)量為28 萬t/a,陽極泥率約1%,即銅陽極泥產(chǎn)量約為2 800 t/a。根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計,每噸銅陽極泥產(chǎn)出的鉑鈀精礦量為0.25 kg/t,因此鉑鈀精礦年產(chǎn)量約為700 kg。為滿足企業(yè)發(fā)展趨勢,鉑鈀精礦此次工業(yè)化設(shè)計按年產(chǎn)鉑鈀精礦700 kg,工作時間每天1 班8 h 計算。由于鉑金屬產(chǎn)量較鈀金屬少,鉑提純每年集中處理1～2 次,且鉑提純工藝流程更為簡單,設(shè)備選型主要考慮滿足鈀提純工藝的要求。

2.2 設(shè)備選型

2.2.1 設(shè)備連接圖

基于圖1 鉑鈀提純工藝流程,結(jié)合企業(yè)實際情況,開展工業(yè)化生產(chǎn)設(shè)計。由于鉑鈀提純工藝流程長,鉑、鈀年產(chǎn)量較低,同時受制于場地,無法每道工序配套一個反應(yīng)釜,因此在工藝設(shè)備設(shè)計時充分考慮鉑鈀提純工藝特點、工藝操作間歇作業(yè)特性,并最大限度利用現(xiàn)場場地,設(shè)計了圖2 的設(shè)備連接圖。該套系統(tǒng)具有設(shè)備投入少、節(jié)省成本、后續(xù)設(shè)備管道維護(hù)工作量少、占用空間場地少等特點,但也存在一些缺點,如工藝流程長而設(shè)備少。若前后工序設(shè)備清洗不到位,易發(fā)生物料交叉污染,因此對操作人員的精細(xì)化作業(yè)程度要求高。

圖1 鉑鈀提純工序流程圖

2.2.2 設(shè)備計算

項目設(shè)計規(guī)模為年處理量700 kg 鉑鈀精礦。作業(yè)方式為間歇式作業(yè),每天1 班8 h,鈀提純工序周期約10 d 時間,每月工作按20 d 計算,即每月處理2 批次鉑鈀精礦。

圖2 鉑鈀提純設(shè)備連接示意圖

2.2.2.1 攪拌槽體設(shè)計

在鉑鈀提純工序中,液固比為4∶1或5∶1,在槽體設(shè)計中取5∶1。結(jié)合金提純每批次產(chǎn)出鉑鈀精礦約35 kg,取每批次鉑鈀精礦處理量35 kg。

根據(jù)以上兩個條件,可計算出槽體體積為:V有效=V礦+V液=35/1.75 +35×5/1=195 L。取槽體幾何體積有效率為0.75,得出:V幾何=V有效/0.75=195/0.75=260 L。

根據(jù)現(xiàn)場場地情況,取槽體規(guī)格為φ內(nèi)700 mm×700 mm 的攪拌槽。

攪拌槽的其他性能為:1)規(guī)格為橢圓球底,帶攪拌器;2)介質(zhì)為鹽酸、王水、溴酸鈉、氨水等;3)工作壓力為常壓;4)工作溫度為25～100 ℃;5)加熱方式為隔層蒸汽(0.6 MPa)加熱,冷卻方式為工藝水冷卻;6)材質(zhì)要求為鈦材;7)攪拌裝置包括鈦材攪拌槳、變頻電機(jī)。

2.2.2.2 真空過濾器性能

1)幾何體積V幾何為596 L,有效容積V有效為400 L,規(guī)格為φ內(nèi)1 000 mm×760 mm,橢圓球底,底端放液;2)介質(zhì)為鹽酸、王水、溴酸鈉、氨水等;3)工作溫度＜90 ℃;4)耐負(fù)壓-100 kPa。

2.2.2.3 泵體

采用真空泵1 臺、流量4 m3/h 的輸送泵5 臺。

2.3 經(jīng)濟(jì)效益分析

根據(jù)企業(yè)未來擴(kuò)建生產(chǎn)計劃,這套工藝設(shè)備系統(tǒng)可實現(xiàn)年處理700 kg 鉑鈀精礦的目標(biāo),按現(xiàn)有鉑鈀精礦的鉑平均品位1.80%、鈀平均品位15.61%,鉑鈀提純的鉑、鈀回收率設(shè)計目標(biāo)分別為95.0%、98.5%以上,可知每年可產(chǎn)出12.0 kg 鉑粉、107.6 kg鈀粉。

2.3.1 預(yù)計收益情況

參照上海有色金屬網(wǎng)價格,鉑、鈀價格分別為200 元/g、550 元/g,鉑外售價值為12×1 000×200=240 萬元;鈀外售價值為107.6×1 000×550=5 918 萬元。

因此,項目投產(chǎn)預(yù)計年可增加銷售收益約6 158萬元(未計算金、銀回收收益)。

2.3.2 投資及生產(chǎn)成本

每年的投資及生產(chǎn)成本見表2。

表2 年投資及生產(chǎn)成本 萬元

因此,效益投入比為:6 158 萬元/67 萬元=92,即效益是投入的92 倍。

由此可知該項目具有良好的經(jīng)濟(jì)效益,此工藝工業(yè)化推廣是可行的,能夠及時回收鉑鈀精礦中的鉑、鈀等貴金屬,為企業(yè)創(chuàng)造新利潤點。該項目已完成建設(shè),并投入生產(chǎn),各項指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計要求。

3 結(jié)束語

針對某企業(yè)的鉑鈀精礦原料特性設(shè)計鉑、鈀提純工藝,并進(jìn)行設(shè)備選型、工業(yè)化設(shè)計和經(jīng)濟(jì)效益分析。根據(jù)生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析,鉑、鈀回收率分別達(dá)95.0%、98.5%以上,鉑、鈀產(chǎn)品質(zhì)量均達(dá)到99.0%以上。對于未來年產(chǎn)陰極銅28 萬t 的銅冶煉企業(yè),該工藝年可回收12.0 kg 鉑粉、107.6 kg 鈀粉,年增加收益6 158 萬元,設(shè)備及場所改造投資成本約67萬元,收益是投資的92 倍,經(jīng)濟(jì)效益明顯。隨著操作人員精細(xì)化操作能力的提升,鉑鈀提純在回收率及產(chǎn)品質(zhì)量均有進(jìn)一步提升的空間。

鉑鈀精煉提純工藝實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn),有效解決提升企業(yè)充分利用礦產(chǎn)資源的能力,使其在行業(yè)中的競爭力得到有效提升。