含锡高铅锑复合渣资源循环利用新工艺研究
脆硫铅锑矿火法冶炼过程中产出的复合渣的主要成分是Sb、Pb、Sn的氧化物。目前，冶炼厂或将之返回还原熔炼，或将其堆存。无论是前者还是后者，均存在严重的缺点。为了珍惜资源，发展清洁生产，促进循环经济，我们在研究生产实际情况的基础上，选择了两种典型的复合渣一高锡复合渣和低锡复合渣为研究对象，全面深入地研究了复合渣循环利用的新工艺，并取得如下重要的创新成果：
(1)以高锡复合渣为原料，在低温真空蒸发法回收Sb和直接制备纳米Sb2O3探索性实验的基础上，提出了高温真空蒸发法回收Sb，高温蒸发物再经低温真空蒸发制得纳米立方晶型Sb2O3，蒸发残渣用碱熔-浸出-除杂-浓缩结晶工艺直接制取锡酸钠，Pb富集在浸出渣中返回还原熔炼回收的新工艺。该工艺研究结果表明，在蒸发温度1073 K，真空度40 Pa，蒸发时间2 h的条件下，复合渣中Sb的蒸发率为98.30％；高温蒸发物经低温真空蒸发后得到纳米立方晶型Sb2O3，其含Sb2O3 99.05％，白度91.1％，平均颗粒粒度86 nm。该工艺技术可行，设备简单，操作容易，Sb、Pb、Sn分离效果好，Sb和Sn的直收率分别为93.48％、86.03％。采用该工艺制备纳米Sb2O3，方法简单，生产成本低，产率高；从高锡复合渣中直接制取锡酸钠，提高了锡资源的利用率。
(2)湿法工艺处理低锡复合渣实验结果表明，采用湿法工艺能有效分离和回收复合渣中的Sb、Pb和Sn，Sb和Pb的直收率分别为98.88％和92.30％，Sb和Pb可分别以超细立方晶型Sb203和纳米PbS的形式回收。在超声功率为100W，超声时间30 min，温度为20℃的条件下，超声制备Sb2O3工艺所得到的Sb2O3为立方晶型，其平均粒径为0.777μm。该工艺与通常的水解.中和湿法生产Sb2O3工艺相衔接，不需要新增任何工序和任何试剂，便于工业推广应用；同时为湿法制备超细立方晶型Sb2O3提供了一种新的途径。采用气/液异相化学反应法合成纳米PbS，方法新颖，工艺条件容易控制，设备简单，操作方便，易于实现工业化生产。
(3)静态真空碳热还原实验结果表明，静态真空碳热还原法处理低锡复合渣时，容易出现Sb的过度还原和Pb、Sn等金属同时被还原现象，Sb与Pb、Sn等金属分离不彻底。
为了克服上述缺点，我们首次提出了“动态真空闪速碳还原法”
新工艺，并对Sb的还原动力学进行了初步分析和实验研究。实验结果表明，采用动态真空闪速碳还原法处理低锡复合渣， Sb的直收率为90.32％，还原蒸发物经低温真空蒸发后可得到纳米立方晶型Sb203；还原残渣可进一步回收Sn和Pb等有价金属；Sb的还原动力学研究结果表明，还原反应受扩散控制；还原温度在923-1023 K时，反应的表观活化能为33.79kJ/mol。动态真空闪速碳还原工艺具有Sb与Pb、Sn等金属分离效果好，流程简单，能耗少，生产成本低，无污染等优点，是低锡复合渣实现资源循环的绿色工艺。 (4)为了考察制备的纳米8b203的实际应用效果，研究了实验得到的纳米Sb2O3对环氧树脂复合材料阻燃及力学性能的增效作用。研究表明，填充纳米级Sb2O3比填充微米级8b203时的复合材料的阻燃性和力学性能好。初步探讨了纳米Sb2O3对环氧树脂复合材料增强增韧的机理。
脆硫铅锑矿;火法冶炼;复合渣;循环利用工艺
中南大学
博士
冶金物理化学
丘克强
2006
中文
X756
146
2008-11-24（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）