CN108707765B - 一种磷硫混酸加压分解白钨矿的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种磷硫混酸加压分解白钨矿的方法，其主要改进点为，在用磷酸和硫酸的混合酸从白钨矿中提取钨的过程中，对反应体系进行加压处理，使其温度高于100℃。本发明通过对磷硫提取白钨矿的反应体系进行加压高温处理，可在保证钨的提取率的情况下，减少磷酸和硫酸的添加量,省去硫酸钙晶种的添加。而且本发明的方法与现有的不加压的方法相比，依然具有分解率高、不产生危废分解渣、分解成本低的优点。
Description
技术领域
本发明属于湿法冶金领域金属钨的提取，具体涉及一种通过加压分解白钨矿的方法。
背景技术
中国的钨资源储量世界第一，其中白钨矿占钨资源储量2/3以上，中国发明专201010605095.1、201010605107.0、201010605103.2、201010605110.2、201010605094.7提出了采用硫酸-磷酸协同分解钨矿的新方法，高效的实现了白钨矿的分解，为白钨矿提供了一种全新的冶炼工艺。硫磷混酸在处理白钨矿时有几个优点：第一钨矿是分解率高；第二是不产生危废分解渣；第三是分解采用价格低廉的硫酸，分解成本低；第四是分解只需要在常压条件下就能实现。一直以来，本课题组都是基于这几大优点去分解钨矿。
但是在实际采用硫磷混酸分解白钨矿时，想要达到99％以上钨的分解率，所采用的硫酸浓度为200～300g/L，磷酸浓度为100～250g/L，实际上酸浓度很高。即便是分解完成后得到滤液中硫酸和磷酸的浓度依然很高，提取完钨后不能随便中和排放。这样将会导致大量酸的浪费，尤其是磷酸，从而增加钨矿分解成本。因此，在工业生产中分解滤液提取完钨后都是补加消耗的酸再返回浸出。当浸出液中杂质含量很高会影响钨矿分解时，这种滤液将不能再循环需要开路处理。
发明内容
本发明的目的是提供一种磷硫混酸加压分解白钨矿的方法，本发明的方法在用磷酸和硫酸的混合酸从白钨矿中提取钨的过程中，对反应体系进行加压处理，使其温度为110～250℃。
我们通过分析硫磷混酸协同浸出的原理可知，磷酸的加入仅作为钨的络合剂，而且1mol的磷就可以络合12mol的钨，因此磷酸的实际消耗很少，主要消耗的还是硫酸。虽然磷酸配位钨的能力非常强，但是实际中还要消耗大量的磷酸。进一步通过分析可知，磷酸络合钨形成磷钨杂多酸的反应过程动力学较慢，在常规分解条件下只有通过高浓度才能快速实现钨向磷钨杂多酸转变，以此达到快速分解钨矿的目的。因此，申请人考虑牺牲一些之前的优点来实现白钨矿的高效分解，对反应主体系进行加压处理，当加压时，反应温度可以突破常压下的100℃，这时矿物分解反应过程动力学将会被强化，反应速率得到提高，进而降低分解过程对酸浓度的要求。
另外一方面，硫磷混酸进行白钨矿分解时，想要达到高的分解率，控制反应固相产物硫酸钙的晶型结构至关重要，只有生成的晶粒尺寸粗大硫酸钙晶体才不会对白钨矿粒包裹影响其分解。实际上，硫酸钙的晶粒尺寸受溶液中硫酸根和磷酸根的浓度影响，硫酸和磷酸的浓度越高就会降低硫酸钙的晶粒尺寸，不利于粗大晶体的形成，因此在常压采用高浓度的酸进行处理的过程中通常需要添加硫酸钙晶种。而本发明发现加压温度升高可以增加硫酸钙的溶解度，从而降低硫酸钙的过饱和度，使硫酸钙结晶形核速率降低，有利于硫酸钙晶体尺寸的长大，不需添加硫酸钙即可形成晶粒尺寸粗大硫酸钙晶体，从而有利于白钨矿的高效分解。
优选的，所述白钨矿中WO3的品位为10～70％。
优选的，所述混合酸中，磷酸浓度为10～200g/L；
进一步优选的，磷酸的浓度为20～100g/L。上述低浓度的酸有利于生成晶粒尺寸粗大的硫酸钙。
优选的，所述混合酸中，硫酸的浓度为10～500g/L；
进一步优选的，硫酸的浓度为50～200g/L。通过上述调整，有利于生成晶粒尺寸粗大的硫酸钙。
作为酸浓度的优选组合，磷酸的浓度为40～80g/L,硫酸的浓度为80～140g/L。
优选的，所述白钨矿与所述混合酸的质量体积比为1:3～10。在上述用量比的情况下，可实现白钨矿的充分溶解。
优选的，所述反应体系的压力为0.1～5Mpa。
优选的，所述白钨矿的粒度为不大于300μm。
优选的，所述反应体系的温度为150～210℃。
进一步优选的，所述反应体系的温度为160～200℃。高的反应温度能有效加速白钨矿的分解，降低分解条件对硫酸和磷酸浓度要求。
优选的，反应完毕后对反应体系进行过滤，通过酯类萃取剂，醇类萃取剂或者阴离子萃取剂提取其中的钨。
进一步优选的，所述萃取剂为30％TBP+10％仲辛醇+煤油、50％仲辛醇+煤油或40％N235+煤油。
上述萃取剂中的百分数为体积百分数，如30％TBP+10％仲辛醇+煤油表示TBP的体积分数为30％，仲辛醇的体积分数为10％，剩余为煤油。
作为优选的方案，本发明的方法包括如下步骤：
在用磷酸和硫酸的混合酸从白钨矿中提取钨的过程中，调整白钨矿的粒度为不大于300μm，在保证酸液对白钨矿完全溶解的情况下，通过加压使得反应体系的温度为160～200℃，磷酸的浓度为40～80g/L,硫酸的浓度为80～140g/L。
本发明所述的方法具有如下有益效果：
1)本发明通过对磷硫提取白钨矿的反应体系进行加压升温处理，可在保证钨的提取率的情况下，减少磷酸和硫酸的添加量，降低提取成本。
2)本发明通过加压升温处理，减小了磷酸和硫酸的浓度，提高了硫酸钙的溶解度，因此不需要额外加入硫酸钙晶种，就能获得晶粒粗大的硫酸钙产物，不产生反应阻滞膜。
3)本发明的方法与现有的不加压的方法相比，依然具有分解率高、不产生危废分解渣、分解成本低的优点，且在加压后可加快反应速度。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
本实施例涉及一种从白钨矿中提取钨的方法，包括如下步骤：
1)将粒度为50μm，WO3的品位为65％的白钨矿粉与磷酸和硫酸的混合酸液按质量体积比1：4混合，混合酸液中磷酸的浓度为80g/L，硫酸的浓度为140g/L，将反应体系搅拌均匀后对体系进行加压，加压至1.85MPa，维持反应体系的温度为200℃，反应2h后停止加压，将反应体系降至室温；
2)将反应后的体系进行过滤，得滤液，采用30％TBP+10％仲辛醇+煤油作为有机相在40℃对滤液进行萃取10分钟，提取得到滤液中的钨，萃取后的剩余溶液补入所消耗的磷酸和硫酸后返回步骤1)中重复使用；经计算，钨的浸出率为99.5％。
实施例2
本实施例涉及一种从白钨矿中提取钨的方法，包括如下步骤：
1)将粒度为300μm，WO3的品位为15％的白钨矿粉与磷酸和硫酸的混合酸液按质量体积比1：10混合，混合酸液中磷酸的浓度为40g/L，硫酸的浓度为100g/L，将反应体系搅拌均匀后对体系进行加压，加压至0.75MPa，维持反应体系的温度为160℃，反应4h后停止加压，将反应体系降至室温；
2)将反应后的体系进行过滤，得滤液，采用50％仲辛醇+煤油作为有机相在40℃对滤液进行萃取10分钟，提取得到滤液中的钨，萃取后的剩余溶液补入所消耗的磷酸和硫酸后返回步骤1)中重复使用；经计算，钨的浸出率为99.2％。
实施例3
本实施例涉及一种从白钨矿中提取钨的方法，包括如下步骤：
1)将粒度为100μm，WO3的品位为42％的白钨矿粉与磷酸和硫酸的混合酸液按质量体积比1：6混合，混合酸液中磷酸的浓度为60g/L，硫酸的浓度为80g/L，将反应体系搅拌均匀后对体系进行加压，加压至1.25MPa，维持反应体系的温度为180℃，反应3.5h后停止加压，将反应体系降至室温；
2)将反应后的体系进行过滤，得滤液，采用40％N235+煤油作为有机相在50℃对滤液进行萃取10分钟，提取得到滤液中的钨，萃取后的剩余溶液液补入所消耗的磷酸和硫酸后返回步骤1)中重复使用；经计算，钨的浸出率为99.1％
对比例1
与实施例1相比，其区别在于，体系在反应的过程中不进行加压处理，在温度90℃的条件下进行反应，钨的浸出率为80.5％。
由本对比例可以看出，若不采用加压高温处理，在磷酸和硫酸的浓度较低的情况下，无法有效地浸出白钨矿中的钨。
对比例2
与实施例1相比，其区别在于，体系在反应的过程中不进行加压处理，在温度90℃的条件下进行反应，若使钨的浸出率达到与实施例1，则磷酸的浓度为180g/L，硫酸的浓度为250g/L，反应时间为4h。
由本对比例可以看出，在不采用加压高温处理的情况下，若使钨的浸出浸达到与实施例1相同的水同，刚磷酸和硫酸的浓度需要大大增加，且反应时间会加倍。
虽然，上文中已经用一般性说明、具体实施方式及试验，对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (6)
1.一种磷硫混酸加压分解白钨矿的方法，其特征在于，包括如下步骤:在用磷酸和硫酸的混合酸从白钨矿中提取钨的过程中，选择粒度不大于300μm的白钨矿为原料，在保证酸液对白钨矿完全溶解的情况下，通过加压使得反应体系的温度为160~200℃，调整磷酸的浓度为40~80g/L，硫酸的浓度为80~140 g/L；所述白钨矿中WO3的品位为10～70%；
所述白钨矿与所述混合酸的质量体积比为1:3~10。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述反应体系的压力为0.1~5Mpa。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，反应完毕后对反应体系进行过滤，通过酯类萃取剂，醇类萃取剂或者胺类萃取剂中的一种或几种提取其中的钨。
4.一种从白钨矿中提取钨的方法，包括如下步骤：
1）将粒度为50μm，WO3的品位为65%的白钨矿粉与磷酸和硫酸的混合酸液按质量体积比1:4混合，混合酸液中磷酸的浓度为80g/L，硫酸的浓度为140g/L，将反应体系搅拌均匀后对体系进行加压，加压至1.85MPa，维持反应体系的温度为200℃，反应2h后停止加压，将反应体系降至室温；
2）将反应后的体系进行过滤，得滤液，采用30%TBP+10%仲辛醇+煤油作为有机相在40℃对滤液进行萃取10分钟，提取得到滤液中的钨，萃取后的剩余溶液补入所消耗的磷酸和硫酸后返回步骤1）中重复使用。
5.一种从白钨矿中提取钨的方法，包括如下步骤：
1）将粒度为300μm，WO3的品位为15%的白钨矿粉与磷酸和硫酸的混合酸液按质量体积比1：10混合，混合酸液中磷酸的浓度为40g/L，硫酸的浓度为100g/L，将反应体系搅拌均匀后对体系进行加压，加压至0.75MPa，维持反应体系的温度为160℃，反应4h后停止加压，将反应体系降至室温；
2）将反应后的体系进行过滤，得滤液，采用50%仲辛醇+煤油作为有机相在40℃对滤液进行萃取10分钟，提取得到滤液中的钨，萃取后的剩余溶液补入所消耗的磷酸和硫酸后返回步骤1）中重复使用。
6.一种从白钨矿中提取钨的方法，包括如下步骤：
1）将粒度为100μm，WO3的品位为42%的白钨矿粉与磷酸和硫酸的混合酸液按质量体积比1：6混合，混合酸液中磷酸的浓度为60g/L，硫酸的浓度为80g/L，将反应体系搅拌均匀后对体系进行加压，加压至1.25MPa，维持反应体系的温度为180℃，反应3.5h后停止加压，将反应体系降至室温；
2）将反应后的体系进行过滤，得滤液，采用40%N235+煤油作为有机相在50℃对滤液进行萃取10分钟，提取得到滤液中的钨，萃取后的剩余溶液液补入所消耗的磷酸和硫酸后返回步骤1）中重复使用。
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