CN111977618B - 一种粗硒粉脱除杂质碲的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种粗硒粉脱除杂质碲的方法，属于冶金除杂技术领域。所述方法包括以下步骤：将粗硒粉与碳酸钠溶液混合，得到混合浆料；将所述混合浆料进行干燥，得到混合干料；将所述混合干料进行真空蒸馏，实现硒碲的分离，得到脱碲精硒产品。本发明利用碳酸钠作为真空蒸馏过程中碲的抑制剂，控制碲不挥发，实现硒碲高效分离，且碳酸钠无毒无害，绿色环保。此外，粗硒粉中其他金属杂质一般饱和蒸气压与硒相差很大，一般在8个数量级以上，所以在真空蒸馏过程中作为残留物直接脱除。

Description

一种粗硒粉脱除杂质碲的方法
技术领域
本发明涉及冶金除杂技术领域，尤其涉及一种粗硒粉脱除杂质碲的方法。
背景技术
硒是一种战略稀有金属，是人类必需的微量元素，由于其在地球上的稀缺性和优良的性能，它作为未来光电应用的候选材料受到了广泛的关注。欧盟委员会认定硒作为战略性低碳能源技术的关键原料，在瓶颈评估中被评为中度瓶颈风险。根据美国地质调查局(USGS)的数据，2019年世界硒产量仅2800吨，其中90％是铜电解精炼阳极泥综合回收副产品。因此，铜电解阳极泥中硒的可持续利用是开发高新技术新材料的重要基础。
铜电解精炼阳极泥硒的综合回收过程产出粗硒粉，该粗硒粉一般含有Se 80％～98％，Te 0.5～15％，其余杂质(为Cu、Pb、Fe、S等)1～5％。然而，为了满足含硒新材料的生产需求，须对该粗硒粉进一步分离提纯，获取99.99％以上纯度的精硒。由于硒、碲同属于ⅥA族的半金属元素，二者具有极其相似的物理化学性质，硒碲的高效分离是限制硒进一步提纯的关键。
目前，已有的粗硒除杂工艺可分为物理法和化学法两种。其中，化学法包括硒化氢热分解、氧化还原、离子交换、羰基化等方法。在这些化学除杂过程中，其基本原理是通过加入化学试剂使主要成分硒完全转化为中间硒化合物与杂质分离，再将分离杂质的中间硒化物进行还原制备精硒。尽管通过化学方法可以获得令人满意的硒纯度，但这些技术可能消耗大量资源，并且需要处理有害排放物。物理法包括真空蒸馏和区域精炼，然而，在粗硒粉的真空蒸馏或者区域精炼过程中，由于硒碲间的分离系数接近1，且碲在硒基体中的分配系数也接近1，这大大限制了硒基体中碲的有效脱除。
因此，实现硒碲的绿色、高效分离，突破硒精炼技术瓶颈，是含硒高新材料发展的重要基础。
发明内容
本发明的目的在于提供一种粗硒粉脱除杂质碲的方法，该方法实现了粗硒粉中杂质碲的高效脱除，为粗硒粉的高纯化制备提供便利，且具有工艺流程短，反应条件温和、环境友好、操作简单、后处理方便等优点。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种粗硒粉脱除杂质碲的方法，包括以下步骤：
将粗硒粉与碳酸钠溶液混合，得到混合浆料；
将所述混合浆料进行干燥，得到混合干料；
将所述混合干料进行真空蒸馏，实现硒碲的分离，得到脱碲精硒产品。
优选的，以质量百分含量计，所述粗硒粉包括Se 80～98％、Te 0.5～15％和余量的其他杂质。
优选的，所述碳酸钠溶液的浓度为15～20g/L。
优选的，所述粗硒粉和碳酸钠溶液的固液比为1kg：(0.5～1)L。
优选的，所述干燥的温度为60～80℃。
优选的，所述干燥为鼓风干燥或真空干燥。
优选的，所述真空蒸馏的温度为200～350℃。
优选的，所述真空蒸馏的压强为0.1～30Pa。
优选的，所述真空蒸馏的时间为0.5～6h。
优选的，所述真空蒸馏在坩埚中进行，所述坩埚的材质为石墨或刚玉。
本发明提供了一种粗硒粉脱除杂质碲的方法，包括以下步骤：将粗硒粉与碳酸钠溶液混合，得到混合浆料；将所述混合浆料进行干燥，得到混合干料；将所述混合干料进行真空蒸馏，实现硒碲的分离，得到脱碲精硒产品。本发明利用碳酸钠作为真空蒸馏过程中碲的抑制剂，控制碲不挥发，实现硒碲高效分离，且碳酸钠无毒无害，绿色环保。
此外，粗硒粉中其他金属杂质一般饱和蒸气压与硒相差很大，一般在8个数量级以上，所以在真空蒸馏过程中作为残留物直接脱除。
附图说明
图1为本发明粗硒粉脱除杂质碲的工艺流程图。
具体实施方式
本发明提供了一种粗硒粉脱除杂质碲的方法，包括以下步骤：
将粗硒粉与碳酸钠溶液混合，得到混合浆料；
将所述混合浆料进行干燥，得到混合干料；
将所述混合干料进行真空蒸馏，实现硒碲的分离，得到脱碲精硒产品。
在本发明中，所述粗硒粉优选来源于铜电解精炼阳极泥的综合回收过程；以质量百分含量计，所述粗硒粉优选包括Se 80～98％、Te 0.5～15％和余量的其他杂质。本发明对所述其他杂质没有特殊的限定，本领域熟知的粗硒粉中存在的杂质均可，例如可以但不局限于Cu、Pb、Fe、S、水。本发明对所述粗硒粉的粒径没有特殊要求，本领域熟知粒径的粗硒粉均可。
在本发明中，所述碳酸钠溶液的浓度优选为15～20g/L，更优选为16～19g/L，最优选为17～18g/L。所述碳酸钠溶液优选由碳酸钠溶于去离子水中得到；所述碳酸钠优选为分析纯。
在本发明中，所述粗硒粉与碳酸钠溶液的固液比优选为1kg：(0.5～1)L，更优选为1kg：1L。
本发明优选将粗硒粉与碳酸钠溶液混合后充分搅拌调浆，得到混合浆料。本发明对所述搅拌调浆的过程没有特殊要求，能够保证粗硒粉与碳酸钠溶液实现均匀混合即可。
得到混合浆料后，本发明将所述混合浆料进行干燥，得到混合干料。在本发明中，所述干燥的温度优选为60～80℃，更优选为65～75℃，最优选为68～73℃。本发明对所述干燥的时间没有特殊要求，确保质量恒定不再变化即可。本发明将干燥的温度控制在上述范围，可以防止粗硒粉氧化。
在本发明中，所述干燥的方式优选为鼓风干燥或真空干燥。本发明采用鼓风干燥或真空干燥具有较高的干燥效率。
得到混合干料后，本发明将所述混合干料进行真空蒸馏，实现硒碲的分离，得到脱碲精硒产品。
在本发明中，所述真空蒸馏的温度优选为200～350℃，更优选为220～330℃，最优选为250～300℃；所述真空蒸馏的压强优选为0.1～30Pa，更优选为1～25Pa，最优选为10～20Pa；所述真空蒸馏的时间优选为0.5～6h，更优选为1～5h，最优选为2～4h。
在本发明中，所述真空蒸馏优选在坩埚中进行，所述坩埚的材质优选为石墨或刚玉，所述石墨或刚玉优选为高纯致密石墨或刚玉。在本发明中，所述高纯指的是纯度大于99.9％；所述致密指的是体积密度大于1.75mg/m3。本发明采用高纯材质可以防止在脱碲精硒产品中引入新的杂质；通过采用致密材质，可以防止反应物夹杂其中以及防止反应结束后的残留物不易取出。
在本发明中，所述真空蒸馏优选在真空蒸馏炉中进行。
本发明在所述真空蒸馏过程中，碳酸钠可以作为抑制剂抑制碲不挥发，从而实现硒碲高效分离。此外，粗硒粉中其他金属杂质一般饱和蒸气压与硒相差很大，一般在8个数量级以上，所以在真空蒸馏过程中作为残留物直接脱除。
图1为本发明粗硒粉脱除杂质碲的工艺流程图。如图1所示，本发明先将碳酸钠溶液与粗硒粉进行混合，得到混合浆料；然后将所得混合浆料进行干燥，得到混合干料；最后将所述混合干料进行真空蒸馏，实现硒碲的分离，得到脱碲精硒产品。
下面结合实施例对本发明提供的粗硒粉脱除杂质碲的方法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
粗硒粉包括以下质量百分含量的成分：Se 85.04％，Te 10.08％，Pb 0.78％，Cu1.7％，水1.9％，余量为其它微量杂质和盐类；
称取粗硒粉1000g，与浓度为18g/L的碳酸钠溶液1L(固液比为1:1)进行充分搅拌调浆，均匀混合后得到混合浆料；
将混合浆料放入70℃鼓风干燥箱中充分干燥至质量不再变化，得到混合干料；
将所得的混合干料放入配备有高纯致密石墨坩埚的真空蒸馏炉中，在温度为225℃，真空度为10Pa的条件下蒸馏6h，在冷凝器上取出挥发物，采用电感耦合等离子体发射光谱法检测碲含量和精硒纯度，结果见表1。
实施例2
粗硒粉包括以下质量百分含量的成分：Se 96.04％，Te 3.58％，Pb 0.1％，Cu0.1％，余量为其它微量杂质和盐类；
称取粗硒粉1000g，与浓度为16g/L的碳酸钠溶液1L(固液比为1:1)进行充分搅拌调浆，均匀混合后得到混合浆料；
将混合浆料放入75℃鼓风干燥箱中充分干燥至质量不再变化，得到混合干料；
将所得的混合干料放入配备有高纯致密石墨坩埚的真空蒸馏炉中，在温度为230℃，真空度为10Pa的条件下蒸馏5h，在冷凝器上取出挥发物，采用电感耦合等离子体发射光谱法检测碲含量和精硒纯度，结果见表1。
实施例3
粗硒粉包括以下质量百分含量的成分：Se 81.04％，Te 18.58％，Pb 0.2％，Cu0.1％，余量为其它微量杂质和盐类；
称取粗硒粉1000g，与浓度为16g/L的碳酸钠溶液1L(固液比为1:1)进行充分搅拌调浆，均匀混合后得到混合浆料；
将混合浆料放入75℃鼓风干燥箱中充分干燥至质量不再变化，得到混合干料；
将所得的混合干料放入配备有高纯致密刚玉坩埚的真空蒸馏炉中，在温度为240℃，真空度为10Pa的条件下蒸馏3h，在冷凝器上取出挥发物，采用电感耦合等离子体发射光谱法检测碲含量和精硒纯度，结果见表1。
表1实施例1～3除杂后精硒中碲含量和精硒纯度(单位：％)
Te 精硒纯度
实施例1 0.0069 99.98
实施例2 0.0061 99.98
实施例3 0.0057 99.99
由以上实施例可知，本发明提供了一种粗硒粉脱除杂质碲的方法，该方法实现了粗硒粉中杂质碲的高效脱除，为粗硒粉的高纯化制备提供便利，且具有工艺流程短，反应条件温和、环境友好、操作简单、后处理方便等优点。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种粗硒粉脱除杂质碲的方法，其特征在于，包括以下步骤：
将粗硒粉与碳酸钠溶液混合，得到混合浆料；
将所述混合浆料进行干燥，得到混合干料；
将所述混合干料进行真空蒸馏，实现硒碲的分离，得到脱碲精硒产品；
所述碳酸钠溶液的浓度为15～20g/L；
所述粗硒粉和碳酸钠溶液的固液比为1kg：(0.5～1)L；
所述真空蒸馏的温度为200～350℃；
所述真空蒸馏的压强为0.1～30Pa。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，以质量百分含量计，所述粗硒粉包括Se 80～98％、Te 0.5～15％和余量的其他杂质。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述干燥的温度为60～80℃。
4.根据权利要求1或3所述的方法，其特征在于，所述干燥为鼓风干燥或真空干燥。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述真空蒸馏的时间为0.5～6h。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述真空蒸馏在坩埚中进行，所述坩埚的材质为石墨或刚玉。
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