銅鉛銀合金真空蒸餾回收銀的研究
從銅陽極泥及有色金屬電解工序中產生的大量Pb-Ag-Cu 合金中富集銀具有重要意義。本文采用真空蒸餾的方法對Pb-Ag-Cu 合金中富集銀和去除鉛的可行性進行分析,同時考察蒸餾溫度和蒸餾時間對實驗效果的影響。結果表明,高銀成分的合金在蒸餾溫度為1173 K,蒸餾時間為60 min 的最佳工藝條件下,銀的直收率可以達到98%以上,鉛的去除率在99%以上,對于低銀成分的合金,最佳蒸餾溫度和蒸餾時間分別是1223 K 和60 min,此時,銀的直收率在92% ~ 94% 左右,鉛的去除率在99%以上。
電解精煉產生的銅陽極泥通常富含金、銀、銅、鉛等有價金屬。隨著我國資源的日益匱乏,稀有金屬價格的不斷上漲,從銅陽極泥中回收金、銀等貴金屬及綜合利用其他有價金屬具有重要的意義。
目前,銅陽極泥的傳統處理工藝主要包括火法熔煉-電解精煉法和低溫氧化焙燒-濕法處理。火法熔煉工藝具有對原料適應性強,處理量大等特點,處理流程一般為:火法還原熔煉得到貴鉛,貴鉛再經氧化精煉,產出金銀合金板進行電解;而采用濕法工藝回收銀主要包括兩步,即浸出和還原,該工藝具有適應性強,設備簡單,操作條件好等特點。針對國內某廠生產的一種鉛、銀、銅占主要成分的陽極泥,采用傳統工藝處理時存在能耗高,環境污染嚴重,銀的直收率低,生產周期長,大量積壓資金等問題。因此研發一種銅陽極泥處理新工藝對提高生產效益、實現資源高效利用具有重要意義。
真空冶金作為冶金領域的新技術,與傳統冶金方法相比具有金屬直收率高、資源和能源消耗少、無廢水廢氣產生、工藝流程簡單等優勢,廣泛應用于合金分離、二次資源回收、廢棄物熱解等領域。陳金杰,蔣文龍等利用真空蒸餾技術成功分離銅鉛合金;楊先凱等采用真空蒸餾的方法處理銅砷銻合金,成功回收銅銀金屬;李亮等對含鉛銀多元合金真空蒸餾的元素揮發行為進行研究,成功富集銀。因此,本研究針對物料的特點,結合前人的研究結果,提出以“真空蒸餾-電解法”為核心技術的銅陽極泥處理新工藝,采用真空蒸餾的方法高效富集銀,得到的高銀物料經電解精煉,最終實現有價金屬的高效回收。然而有關Pb-Ag-Cu 合金真空蒸餾富集銀的研究尚未見報道,因此,本文旨在通過對Pb-Ag-Cu 合金真空蒸餾過程中各元素揮發行為的研究,探索出蒸餾溫度、蒸餾時間對銀富集效果的影響。最終獲得高銀和低銀兩種成分不同的Pb-Ag-Cu 合金真空蒸餾富集銀的最佳工藝條件。
1、理論基礎
真空蒸餾分離提純金屬是利用液態合金中各組元飽和蒸氣壓的不同,在低于大氣壓的條件下進行金屬分離和富集的一種方法。純物質的飽和蒸氣壓與溫度的關系見式(1)
式中,A,B,C,D 為蒸發常數,可通過文獻查得。經計算,不同溫度下鉛、銀和銅的飽和蒸氣壓見圖1。
圖1 不同溫度下純鉛,純銀和純銅的飽和蒸氣壓
從圖1 可以看出,相同溫度下,鉛、銀、銅的飽和蒸氣壓相差較大,當真空度為6 Pa( 橫線處) ,溫度在1023 ~ 1373 K 范圍時,鉛的飽和蒸氣壓已經超過6 Pa,而銀和銅的飽和蒸氣壓低于6 Pa,因此,鉛會優先揮發,銀和銅則殘留在液相中;當溫度高于1373 K 時,銀開始逐漸揮發,銅則全部殘留在液相中。根據蒸氣壓理論,為了達到除鉛、富集銀的目的,當真空度控制在6 Pa 時,實驗溫度應該控制在1023 ~ 1373 K 之間。
2、結論
(1) 利用飽和蒸氣壓判據,對鉛銀銅合金真空蒸餾進行了熱力學分析,結果表明:采用真空蒸餾的方法處理Pb-Ag-Cu 合金是可行的,且鉛在氣相中提純、銀在液相中富集。
(2) 對實驗數據分析得到處理高銀成分的Pb-Ag-Cu 合金的最佳工藝條件:蒸餾溫度為1173 K,蒸餾時間為60 min。鉛的去除率在99% 以上,銀的直收率在98%以上。
(3) 處理低銀成分的Pb-Ag-Cu 合金最佳工藝條件:蒸餾溫度為1223 K,蒸餾時間為60 min。此時鉛的去除率在99% 以上,銀的直收率在92% ~94%左右。
(4) 理論分析及實驗研究表明,真空蒸餾法能夠很好除去鉛銀銅合金中的鉛,并富集銀,該方法具有設備簡單、投資小、生產成本低、生產過程環境友好等特點。