冶金工程實(shí)訓(xùn)白鎢礦分解.doc

酸法分解白鎢礦的研究冶金工程094班 尹忠強(qiáng)摘要：簡(jiǎn)要說(shuō)明酸法工藝原理及影響分解率因素，詳細(xì)敘述酸法工藝處理白鎢礦近年來(lái)工業(yè)上改進(jìn)方向，指出酸法處理白鎢礦仍有極強(qiáng)的生命力，并提出新的酸法工藝流程。關(guān)鍵詞：酸法工藝；白鎢礦；工藝流程；進(jìn)展1、前言不同的金屬有不同冶煉方法，作為稀有金屬的鎢，根據(jù)其物理化學(xué)性質(zhì)，對(duì)其原料的分解進(jìn)行許多研究，目前投入工業(yè)使用的有蘇打高壓浸出法、苛性鈉浸出法、蘇打高溫?zé)Y(jié)-水浸法和酸分解法，對(duì)于不同的鎢礦物原料，偏重選取不同的方法，如對(duì)于黑鎢礦一般選取苛性鈉浸出法和蘇打高溫?zé)Y(jié)-水浸法，而對(duì)于白鎢礦，主要用蘇打高壓浸出法和酸分解法（主要有鹽酸分解和硝酸分解兩種）。但是隨著人們對(duì)環(huán)保的追求、技術(shù)的改進(jìn)以及出于效益的考慮，有些方法慢慢的淘汰了，如蘇打高壓燒結(jié)-水浸法，而同時(shí)一些新的方法正在被開(kāi)發(fā)出來(lái)，如氯化法等。鹽酸分解白鎢礦又叫做經(jīng)典酸工藝法。酸分解法為目前工業(yè)上處理白鎢精礦（要求含黑鎢及磷、砷等雜質(zhì)低，例如我國(guó)的一級(jí)二類(lèi)白鎢精礦)的主要方法，同時(shí)加拿大能源礦務(wù)局的實(shí)踐證明，對(duì)流程做適當(dāng)修改后，亦可用于處理質(zhì)量較差的的白鎢精礦。酸分解法因其流程短，、工藝過(guò)程簡(jiǎn)單、成本低而本廣泛使用。2、基本原理鹽酸分解白鎢礦的原理是基于礦物中的鎢酸鈣與鹽酸反應(yīng)生成溶解度很少的鎢酸和氯化鈣，氯化鈣能溶于鹽酸并與鎢酸分離開(kāi)來(lái)，白鎢礦與鹽酸的反應(yīng)方程式如下： 礦物中的其他雜質(zhì)因?yàn)樾螒B(tài)不同將進(jìn)行不同的反應(yīng)，其中硅、磷、砷、鉬或多或少的進(jìn)入到渣中與鎢酸混合。3、 影響分解率的因素許多冶金工作者對(duì)鹽酸分解白鎢礦的激勵(lì)進(jìn)行了研究，大多數(shù)贊同的結(jié)論是，通過(guò)生成物鎢酸膜的擴(kuò)散步驟是控制性步驟，鄭昌瓊等試驗(yàn)指出：過(guò)程中分解率x與浸出時(shí)間的關(guān)系服從下列方程式： 式中 k常數(shù)，與溫度及其他浸出條件有關(guān)； t進(jìn)出時(shí)間。根據(jù)上述機(jī)理得知，凡是能改善內(nèi)擴(kuò)散過(guò)程的因素都有利于提高分解率，溫度的升高將使擴(kuò)散系數(shù)增大；鹽酸濃度提高有利于HCl向內(nèi)部擴(kuò)散；降低精礦的粒度實(shí)際上增大了反應(yīng)面積，減少了鎢酸膜的厚度；機(jī)械磨礦作用（即在磨機(jī)內(nèi)進(jìn)行分解）更有利于除去鎢酸膜，因此這些提高分解率顯然是有利的，當(dāng)然，分解率還與原料成分、浸出設(shè)備等有關(guān)。4、 酸法工藝的進(jìn)展4.1礦石處理 眾所周知，從化學(xué)熱力學(xué)與動(dòng)力學(xué)的角度來(lái)看，用酸法處理白鎢精礦是最好的工藝方法。酸法工藝在礦石處理上近年來(lái)的最大進(jìn)展有以下三個(gè)方面。4.1.1預(yù)處理工藝預(yù)處理工藝是通過(guò)對(duì)白鎢精礦中的磷灰石等雜質(zhì)進(jìn)行預(yù)處理，提高礦石純度，減少后續(xù)凈化難度。經(jīng)過(guò)預(yù)處理的白鎢精礦在以后的氨溶工序中不需要經(jīng)過(guò)凈化，APT 產(chǎn)品可以直接達(dá)到高純。預(yù)處理工藝簡(jiǎn)單，但缺點(diǎn)也是明顯的，首先是預(yù)處理過(guò)程中難免造成 W O3 損失，需要回收，無(wú)疑使簡(jiǎn)單的工藝復(fù)雜化；其次，預(yù)處理工藝在白鎢精礦的適應(yīng)性上存在局限性，限制了使用的范圍。4.1.2 密閉酸分解酸法工藝原來(lái)采用的是敞口負(fù)壓分解，由于抽風(fēng)的原因，大量鹽酸煙霧通過(guò)風(fēng)管沒(méi)有參與反應(yīng)。致使鹽酸白白損失、熱效率不高及操作環(huán)境惡劣。密閉酸分解就是將原有的敞口負(fù)壓分解改為密閉正壓分解。經(jīng)過(guò)測(cè)算，其礦石分解率比敞口分解高，單批分解率在 99 %以上。同時(shí)蒸汽單耗與鹽酸單耗降低，對(duì)環(huán)保的壓力也相應(yīng)減少，特別是操作環(huán)境得到徹底改變。密閉酸分解最主要的難點(diǎn)在于懸掛式密封以及進(jìn)料系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。4.1.3 白鎢精礦電場(chǎng)分解白鎢精礦電場(chǎng)分解的基本原理是利用電場(chǎng)作用將鹽酸電解為 H+和 Cl-，既而在料液中生成H C lO，激發(fā)化學(xué)活性，提高分解率，降低鹽酸單耗，分解溫度也有所降低，廢酸酸值在30 g/ L 時(shí)，分解率可以達(dá)到 98 %以上，反應(yīng)溫度可以低于 50 。白鎢精礦電場(chǎng)分解的主要難點(diǎn)在于電化學(xué)反應(yīng)槽的設(shè)計(jì)與操作。4.2雜質(zhì)的凈化在雜質(zhì)凈化的問(wèn)題上，除了酸堿法通用技術(shù)外，酸法工藝的進(jìn)展主要集中在以下幾個(gè)方面 。4.2.1 一遍高純工藝以前酸法工藝制取高純 APT 都是采用二次工藝，流程冗長(zhǎng)。一遍高純工藝的技術(shù)特點(diǎn)，就在于氨溶工序一次凈化得到高純鎢酸銨溶液。該工藝經(jīng)濟(jì)效益巨大，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，是酸法工藝開(kāi)拓性的成果，曾獲四川省科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)。4.2.2 新型除磷凈化劑傳統(tǒng)工藝凈化所用的試劑為氯化鎂，在凈化的過(guò)程中會(huì)引入 Cl-，對(duì)于制備某些深加工產(chǎn)品極其不利，而且隨著母液與氨溶渣的處理，沒(méi)有 Cl-的開(kāi)口，在系統(tǒng)中循環(huán)累積；如果采用白鎢沉淀作為開(kāi)口，不可避免地會(huì)造成 Cl-的排放，則氨氮與Cl-的處理不可回避，既增加成本，又增加處理難度。新型除磷凈化劑是一種全新的復(fù)合凈化劑，借鑒化工行業(yè)的成熟技術(shù)，推廣到鎢濕法冶金，沉淀與吸附結(jié)合，同時(shí)避免傳統(tǒng)凈化劑的諸多缺陷。4.2.3新型除鉬試劑與工藝傳統(tǒng)的除鉬方法在諸多文獻(xiàn)中都有詳細(xì)的論述，無(wú)論是提高酸值，或者以硫化為基礎(chǔ)的沉淀法，這些方法要么不適用于酸法工藝，要么造成環(huán)保壓力增大，或者成本巨大，需設(shè)立專(zhuān)門(mén)的工序。新型除鉬工藝，是借鑒李洪桂教授的相似元素深度凈化原，在分解與氨溶工序添加新型除鉬試劑進(jìn)行鎢鉬分離，無(wú)須改變現(xiàn)有流程，成本相對(duì)低廉，最關(guān)鍵之處還在于可以較方便地回收鉬。4.3其他真正高效與理想的流程，其特征之一就是能實(shí)現(xiàn)盡可能高的實(shí)收率。傳統(tǒng)的酸法工藝都是采用將蒸發(fā)母液轉(zhuǎn)化為鎢酸鈉與煮渣液一起(凈化)進(jìn)行白鎢沉淀，即經(jīng)過(guò)副流程再轉(zhuǎn)入主流程，實(shí)收率低，在增加了流程與成本的同時(shí)加大了環(huán)保壓力。全新的酸法流程則完全取消了副流程。4.3.1母液轉(zhuǎn)化為鎢酸銨采用全新的處理設(shè)備和轉(zhuǎn)化工藝，將母液直接轉(zhuǎn)化為鎢酸銨，返回氨溶凈化密閉分解。4.3.2 氨溶渣的處理在洗滌崗位采用除鈣技術(shù)除去沒(méi)有完全洗凈的Ca2+，氨溶渣過(guò)濾時(shí)透洗后再進(jìn)行轉(zhuǎn)化，直接得到鎢酸銨溶液返回氨溶凈化。4.3.3 廢料的處理在整個(gè)流程中，只有APT廢料與黃鎢廢料。將廢料采用全新的軟廢料回收工藝直接轉(zhuǎn)化為鎢酸銨溶液返回氨溶凈化，轉(zhuǎn)化率接近 100 %，還可以在該過(guò)程中添加雜質(zhì)抑制劑，減少凈化難度。5新的酸法工藝5.1.1工藝流程處理白鎢精礦新的酸法工藝流程見(jiàn)附圖。 附圖 新的酸法工藝處理白鎢精礦流程5.1.2工藝特點(diǎn)(1)環(huán)保壓力小新工藝除鹽酸氣需要回收、氨氣需要治理、氨溶渣需要堆放外，沒(méi)有其他需要處理的環(huán)保問(wèn)題，無(wú)含氨氮、Cl-等的廢水需要處理。堿法工藝則有大體積含磷、砷、硅及Cl-的交后液 (離子交換)、含S O2 -4的萃余液(萃取工藝) 和大量壓煮渣、磷砷渣(萃取工藝) 及除鉬渣需要堆放、氨氣和少量H2S 氣體亦需要治理。比較而言，新的酸法工藝環(huán)保壓力相對(duì)較小。(2) 實(shí)收率高由于蒸發(fā)母液與氨溶渣處理均直接得到鎢酸銨溶液返回氨溶凈化，所以實(shí)收率高。(3) 成本下降從流程可以定性地分析，成本下降是必然的。(4) APT 產(chǎn)品質(zhì)量好由于整個(gè)新酸法流程在凈化過(guò)程中刻意避免Cl-等雜質(zhì)離子的引入，所以APT 的質(zhì)量良好，特別是在APT 的晶型、晶貌的控制上有其方便之處，適宜特殊品種的產(chǎn)品生產(chǎn)，同樣對(duì)以 APT 為原料的產(chǎn)品質(zhì)量提高也有好處。整套工藝的存在問(wèn)題是在凈化深度上不足，不能很好地處理雜礦與中、低品位礦。6、結(jié)語(yǔ)無(wú)論最終在白鎢精礦的處理上采用何種工藝，回顧與總結(jié)酸法工藝，都是非常有意義的，許多成果的原理與思路今后都具有很好的借鑒作用。處理白鎢精礦的酸法工藝，仍具有極強(qiáng)的生命力。參考文獻(xiàn): 1 李洪桂.稀有金屬冶金原理 M 1 北京；冶金工業(yè)出版社 ，19811 2 夏慶林.白鎢礦低壓堿分解工業(yè)實(shí)驗(yàn)與應(yīng)用J中國(guó)鎢業(yè)，2004 ， (4) :371 3 廖利波.白鎢礦酸法處理新工藝研究D1長(zhǎng)沙:中南大學(xué)冶金科學(xué)與工程學(xué)院，20001 4 趙本福，等.以含鈣鎢礦粉為原料生產(chǎn)鎢酸鈉溶液的方法P1，中國(guó)專(zhuān)利 :1455008 A ，2003