金锑矿Na2CO3-NaCl低温熔盐体系一步炼锑新工艺研究

摘要

针对传统火法炼锑存在的冶炼温度高，能耗大、消耗多、生产成本高、环境污染严重等问题，本文提出了低温熔盐炼锑新工艺，该工艺采用纯碱、氯化钠为主要成分的熔盐体系，在温度700～900℃及同时加固硫剂ZnO的情景下，进行低温熔盐固硫熔炼，一步产出粗锑，粗锑中富集了有价金属，大部分熔盐经分离后热态直接返回熔炼，部分参与反应的Na2CO3用湿法工艺回收，生成的ZnS经选矿后可出售也可在焙烧脱硫后循环使用。
　　 对硫化锑低温熔盐熔炼过程进行了热力学分析，计算结果表明:硫化锑与ZnO在有碳还原的条件下的反应可自发进行，同时硫化锑也会与Na2CO3反应，但生成的Na2S很快又会被ZnO再生，这些反应在热力学上的趋势很大;对熔炼过程机理进行热力学计算，通过比较每种途径控制步骤的△Gθ发现Sb2S3先和ZnO发生固硫反应生成Sb2O3，再还原成金属锑为主要反应途径;
　　 对硫化锑精矿中主要脉石成分:MgCO3、FeS2、CaCO3、SiO2、Al2O3在熔炼过程的行为进行了热力学分析，结果表明:二氧化硅全部生成可溶性的Na2SiO3，消耗了Na2CO3熔盐。CaCO3和MgCO3在850℃时分解，不与Na2CO3反应。Al2O3和FeS2部分发生反应，消耗Na2CO3熔盐，熔炼实验需要不断补加Na2CO3。计算结果表明:AgS、PbS、Cu2S、As2O3在熔炼条件下发生反应生成金属Ag、 Pb、Cu、As进入粗金属，FeS和ZnS在熔炼过程中不发生反应进入熔炼渣中。
　　 以辰州矿业产的含金硫化锑精矿进行低温熔盐熔炼试验，采用单因素法分别考察了熔盐组成、熔炼温度、熔炼时间、熔盐量、固硫剂ZnO量和煤粉量对金属锑直收率和粗锑品位的影响。获得优化实验条件为:熔炼温度850℃、W熔盐/W固体物=5∶1、WNa2CO3/ WNaCl=0.55∶0.45、WZnO/W理论量=1.0、反应时间1h、4倍理论煤粉量。在此优化条件下进行综合扩大试验，锑的直收率为85.58％，所得粗锑品位为81.93％。
　　 采用XRD分析和DSC-TGA热分析技术，研究了硫化锑精矿在低温熔盐熔炼过程中主要脉石成分的行为。发现其行为与热力学分析结果基本相符合，只是CaCO3部分发生反应。
　　 该工艺熔炼温度大幅降低，减少能源消耗，改善了作业环境，整个熔炼过程没有烟气产生，消除了低浓度SO2烟气对环境的污染，对锑冶炼的技术进步具有重要意义。

目录

声明

摘要

第一章 文献综述

1．1 锑概述

1．1．1 锑冶金发展

1．1．2 锑的性质及用途

1．1．3 锑主要化合物的性质及应用

1．2 锑冶金

1．2．1 火法炼锑

1．2．2 湿法炼锑

1．3 熔盐

1．3．1 熔盐性质

1．3．2 重金属低温熔盐熔炼

1．4 本课题的研究背景、意义及研究内容

第二章 硫化锑精矿低温熔盐熔炼理论基础

2．1 硫化锑精矿低温熔盐熔炼基础理论

2．1．1 反应吉布斯自由能计算

2．1．2 熔盐相图

2．2 熔盐熔炼提取粗锑的热力学分析

2．2．1 硫化锑精矿低温熔盐熔炼热力学分析

2．2．2 主要脉石成分与Na2CO3熔盐反应热力学分析

2．2．3 精矿中其它微量硫化物的低温熔盐熔炼的热力学分析

2．3 硫化锑精矿低温熔盐熔炼机理分析

2．4 本章小节

第三章 硫化锑精矿低温熔盐熔炼实验

3．1 试验原料和试剂

3．2 试验流程和设备

3．3 反应配料计算

3．4 分析检测方法

3．4．1 锑的分析

3．4．2 硫的分析

3．4．3 铁(全铁)的测定

3．4．4 滴定法测锌

3．5 单因素条件实验

3．5．1 熔盐组成对熔炼结果的影响

3．5．2 熔炼时间对熔炼结果的影响

3．5．3 熔炼温度对熔炼结果的影响

3．5．4 总碱量对熔炼结果的影响

3．5．5 煤粉量对熔炼结果的影响

3．5．6 ZnO量对熔炼结果的影响

3．6 本章小节

第四章 脉石在低温熔盐炼锑过程中的行为研究

4．1 试验原料、设备及方法

4．2 单一脉石成分与熔盐反应产物的XRD表征

4．2．1 Na2CO3和NaCl熔盐的XRD表征

4．2．2 单一脉石成分与熔盐反应产物的XRD表征

4．3 单一脉石成分与熔盐反应过程的DSC-TGA分析

4．4 精矿脉石成分熔炼行为研究

4．5 本章小节

第五章 最优条件实验

5．1 综合扩大实验

5．2 CuO作固硫剂探索实验

第六章 结论及建议

6．1 结论

6．2 建议

参考文献

致谢

攻读学位期间主要研究成果及参与项目