一种硫化铋物料还原固硫焙烧直接生产金属铋的方法技术

本发明专利技术公开了一种硫化铋物料还原固硫焙烧直接生产金属铋的方法。本发明专利技术将硫化铋物料经科学还原固硫焙烧一步产出金属铋；再经简单易行地熔析分离得到金属铋；接着采取熔融分离硫化亚铁，完成铋从硫化铋到金属铋、氧化铁固硫、有价金属富集等过程。本发明专利技术方法可大规模连续处理硫化铋精矿，分离出金属铋和硫化亚铁，金属铋的直收率高达98.66%，硫化亚铁分离率可达95%以上，本发明专利技术方法具有操作简单、清洁、综合利用的特点，实现高效利用烧渣中的铁资源并回收有价金属，易于开展工业化生产。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及有色金属冶金
，更具体地，涉及一种硫化铋物料还原固硫焙烧提取金属铋的方法。
技术介绍
铋是一种小金属，但广泛应用于生物制药、涂料、电子和玻璃等工业领域。我国是铋资源大量，其中湖南柿竹园是世界的铋都，但由于生产规模较铅锌铜等小的多，使其冶炼提取方法也较大宗金属落后较多，主要工艺仍为反射炉沉淀熔炼，主要问题是产生低浓度SO2烟气，铁粉和碱耗大。为改变这种状况，从上世纪60年代起，人们一直开展清洁炼铋新工艺和基础理论研究，主要工艺有火法和湿法两条路线，其中火法工艺主要有还原熔炼、沉淀熔炼、铅铋混合熔炼，装备主要在反射炉中完成，近些年来发展了侧吹强化熔炼技术。但是火法工艺的共同问题是熔炼温度高、铁粉和碱消耗大、易产生低浓度二氧化硫烟气。湿法工艺有三氯化铁浸出、氯气浸出、碱性浸出、氯化水解、矿浆电解和加压浸出工艺。碱性湿法工艺的优点是浸出率高，但存在电流效率低，电耗高，碱耗高等缺点，生产成本和运营费用高昂。“新氯化-水解法”以硫磺渣的形式回收硫，消除火法“硫烟”的危害，金属回收率高，综合利用好，但存在废水排放量大、氯气危害大等问题。矿浆电解缩短了流程，但电流效率低、产品质量不高。加压浸出因设备控制和成本等问题较少应用。专利CN103397182A公开了一种从单体铋矿中高效回收铋的方法，利用盐酸浸出铋矿后用旋流电积技术回收金属铋，虽可从低浓度铋浸出液中完成铋的提取，但浸出过程试剂消耗大、净化渣开路难。专利CN104726723A公开了一种炼铋冶金炉料的生产工艺，其原理是基于混合熔炼和还原熔炼，可处理硫化铋和氧化铋精矿，其主要问题是铋产出率低、条件难于控制、炉料制备复杂。另外，我国硫酸工业的主要制酸原料为黄铁矿，焙烧完成后产出大量黄铁矿烧渣，其主要成分为氧化铁，同时蕴藏有大量的Ag、Au等有价金属。因此，在生产金属铋的过程中，如何减少产生低浓度SO2烟气、降低铁粉消耗和碱耗，并能实现清洁高效地利用烧渣中的铁资源同时回收有价金属，一直是本领域的技术难题。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是针对现行炼铋工艺中存在产生大量低浓度SO2烟气污染环境、能耗高、试剂消耗大、不能同时利用烧渣中的铁资源并回收有价金属等问题，提供一种硫化铋物料还原固硫焙烧直接生产金属铋的方法。本专利技术的目的通过以下技术方案予以实现：提供一种硫化铋物料还原固硫焙烧直接生产金属铋的方法，包括以下步骤：S1.将硫化铋物料、固硫剂、还原剂均匀混合，在≤800℃的条件下进行还原固硫焙烧，一步产出金属铋和固态渣混合的固硫焙烧产物；S2.往步骤S1所得固硫焙烧产物中加入盐析剂，升温至800～1000℃，使固硫焙烧产物发生熔析分离作用，金属铋与熔析渣分离；S3.往步骤S2所得熔析渣中加入还原剂和熔剂，升温至1100～1200℃，造渣反应，熔融分离，冷却后得到硫铁矿和弃渣；其中，步骤S2所述的盐析剂为氯化物。本专利技术科学设计生产步骤，第一步固硫焙烧，固硫焙烧步骤添加固硫剂和还原剂，不添加其他添加剂，在较低的焙烧温度下直接产出金属铋和固态渣混合的焙烧产物；第二步通过加入合理的盐析剂，进行熔析分离处理，分离出金属铋；合理地加入盐析剂，使还原焙烧产出的金属铋颗粒盐析长大，并熔析汇聚与固态渣分离。第三步通过加入还原剂和熔剂，进行熔融分离处理，分离出硫化亚铁，分离率高达95%以上，可大规模连续处理硫化铋物料，分离出金属铋和硫化亚铁，且生产过程具有清洁、低能耗、综合利用的特点，易于开展工业化生产。优选地，步骤S1所述还原固硫焙烧温度为400～800℃，焙烧的时间为0.5～5h。在优选的温度条件下更有利于硫化铋和氧化铁及炭质还原剂发生还原固硫多相反应，产物主要是金属铋、硫化亚铁、未反应脉石成分和烟气。进一步优选地，所述还原固硫焙烧温度为500～800℃。进一步优选所述还原固硫焙烧时间为0.5～3h。优选地，所述固硫剂为黄铁矿烧渣或氧化铁精矿。优选地，所述固硫剂的加入量为固硫理论量的100%～150%，即按式（1）～式（4）固硫计算量的100～150%，固硫理论量按硫化亚铁化学计量系数计算。进一步优选地，所述氧化铁的加入量为固硫所需理论量的100～120%，即按式（1）～式（4）固硫计算量的100～120%，黄铁矿烧渣含Fe≥70%、Au≥30g/t、Ag≥80g/t，主要产生于硫酸工业中，在还原固硫焙烧过程中，合理的铁用于固硫，贵金属被富集于粗铋中，再通过熔析分离，得到金属铋和硫化铁精矿。硫化亚铁精矿可外售钢厂、铸造厂、船厂等，产生良好的经济效益。优选地，步骤S1或步骤S3所述还原剂为煤粉、碎煤或焦粉。进一步优选，步骤S1所述还原剂的用量为硫化铋物料质量的3%～20%，步骤S3优选所述还原剂的用量为硫化铋物料质量的1%～5%，更进一步优选地，步骤S1还原剂的用量为硫化铋精矿质量的5～15%。优选地，步骤S2所述升温至800～1000℃后保温0.5～3h。优选地，所述氯化物为氯化钠、氯化钾或氯化钙。优选地，所述盐析剂的加入量为硫化铋物料质量的1%～5%。优选地，所述熔剂为氧化铁和/或氟化钙；优选所述溶剂的加入量为熔析渣质量的1%～10%。优选地，步骤S3所述升温至1100～1200℃后保温0.5～3h。本专利技术技术方案中得到的金属铋和硫化亚铁焙烧产物通过熔析提取金属铋，盐析渣熔融分析硫化亚铁，操作和控制简单，熔融分离尾渣为未反应的脉石成分，性质稳定且无毒性，可直接废弃。在本专利技术设定的反应温度下，特别是当温度在400ºC～800℃范围内，原料中的Bi2S3及辅料中的Fe2O3(Fe3O4)和炭质还原剂主要发生以下还原焙烧反应：Fe2O3(s)+C=2FeO(s)+CO(g)(1)Fe3O4(s)+C=3FeO(s)+CO(g)(2)Bi2S3(l)+3FeO(s)+3C(s)=2Bi(l)+3FeS(s)+3CO(g)(3)Bi2S3(l)+3FeO(s)+3/2C(s)=2Bi(l)+3FeS(s)+3/2CO2(g)(4)上述反应过程中硫化铋物相被固态氧化物和炭转化为液态金属铋和固态硫化物，同时放出碳氧化物气体。步骤S2中，在800～1000℃的温度范围内，主要发生金属铋的熔析反应，汇聚在一起而与固态渣良好分离。当步骤S3中，温度升高至1100～1200℃时，渣中脉石成分发生式（5）～式（7）所述反应，而硫化亚铁在还原性气氛下稳定存在，最终因密度大而与熔渣分离，主要发生如下反应：xFeO+ySiO2+zCaO=xFeO•ySiO2•zCaO（5）xCaO+SiO2=xCaO•SiO2（6）2FeO+SiO2=2FeO•SiO2（7）本专利技术技术方案尤其适用于硫化铋精矿。相对现有技术，本专利技术的有益效果在于：本专利技术将硫化铋物料经科学还原固硫焙烧一步产出金属铋；再经简单易行地熔析分离得到金属铋；接着采取熔融分离硫化亚铁，完成铋从硫化铋到金属铋、氧化铁固硫、有价金属富集等过程，金属铋的直收率达95%～98.66%，硫化亚铁的分离率高达95%以上，可大规模连续处理硫化铋物料，分离出金属铋和硫化亚铁，且过程具有清洁、低能耗、综合利用的特点，本专利技术的工艺属于清洁环保、低碳、短流程的炼铋工艺，其特点是固硫焙烧温度低、铋转化率高、过程操作简单、试剂消耗少，不产生大本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种硫化铋物料还原固硫焙烧直接生产金属铋的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.将硫化铋物料、固硫剂、还原剂均匀混合，在≤800℃的条件下进行还原固硫焙烧，一步产出金属铋和固态渣混合的固硫焙烧产物；S2.往步骤S1所得固硫焙烧产物中加入盐析剂，升温至800～1000℃，使固硫焙烧产物发生熔析分离作用，金属铋与熔析渣分离；S3.往步骤S2所得熔析渣中加入还原剂和熔剂，升温至1100～1200℃，造渣反应，熔融分离，冷却后得到硫铁矿和弃渣；其中，步骤S2所述的盐析剂为氯化物。

【技术特征摘要】
1.一种硫化铋物料还原固硫焙烧直接生产金属铋的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.将硫化铋物料、固硫剂、还原剂均匀混合，在≤800℃的条件下进行还原固硫焙烧，一步产出金属铋和固态渣混合的固硫焙烧产物；S2.往步骤S1所得固硫焙烧产物中加入盐析剂，升温至800～1000℃，使固硫焙烧产物发生熔析分离作用，金属铋与熔析渣分离；S3.往步骤S2所得熔析渣中加入还原剂和熔剂，升温至1100～1200℃，造渣反应，熔融分离，冷却后得到硫铁矿和弃渣；其中，步骤S2所述的盐析剂为氯化物。2.根据权利要求1所述的硫化铋物料还原固硫焙烧直接生产金属铋的方法，其特征在于，步骤S1所述还原固硫焙烧温度为400～800℃，焙烧的时间为0.5～5h。3.根据权利要求1所述的硫化铋物料还原固硫焙烧直接生产金属铋的方法，其特征在于，步骤S1所述固硫剂为黄铁矿烧渣或氧化铁精矿。4.根据权利要求3所述的硫化铋物料还原固硫焙烧直接生产金属铋的方法，其特征在于，所述固硫剂的加入量为固硫理论量的100%～150%，固硫理论量按硫化亚铁化学计量系数计算。...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶龙刚，胡宇杰，夏志美，陈艺锋，文平，
申请(专利权)人：湖南工业大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43