CN1195882C - 银锭的精炼方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及精炼银锭的方法。粗银一般含>90%银,还含Se、Pb、Au、Cu和铂族金属(PGM)主要杂质。该方法包括步骤:在优选浴温1000-1100℃注入空气,优选富O2的空气,到金属相,从熔融金属相以气态SeO2任选地除去Se;在优选浴温1000-1150℃使熔融金属相与二氧化硅-硼砂为基底的熔剂接触,任选地使Pb渣出。使熔融金属相在水中成粒,由此形成富Ag的颗粒;在50℃以上,优选在富O2气氛中,用HNO3浸提富Ag颗粒,随后过滤,由此从富Ag的溶液中分离出含Au的残渣来;加热富Ag的溶液,由此蒸发H2O,形成含AgNO3的熔融物;在220-350℃保持含AgNO3的熔融物至少15分钟,由此形成纯化AgNO3和含基本上全部PGM氧化物的脱硝残渣的混合物;从脱硝残渣中分离出纯化的AgNO3。按此方法,可免除经典电解精炼银的许多缺点。
Description
本发明涉及精炼银锭的方法。银锭是从铅-银熔炉中连同其它成分一起出来的粗银合金,一般含>90%银,还含Se、Pb、Au、Cu和铂族金属(PGM)为主要杂质。银锭通常是作为大铸件而得到的。
精炼银锭合金的技术现状是电解精炼:铸造阳极后,合金在AgNO3-HNO3电解液中电解精炼。由此产生下列输出物流:
--纯化的Ag,以树枝晶沉积在不锈钢阴极板上,
--含Au和PGM的阳极淀渣,收集在围绕阳极的织物袋中,
--在AgNO3-HNO3电解液上的渗液(bleed)。
电解液渗液是防止杂质积累所必需的,杂质,如Pb和Cu,在阳极上完全溶解成硝酸盐;如Pd,部分溶解成硝酸盐。
处理渗液的第一个方法是用次贵金属的粘固作用回收溶解的Ag。杂质,如Pb和Cu,仍在含硝酸盐的渗液中。
处理渗液的第二个方法是脱硝作用,在工业化学的Ullmann′sEncyclopedia,1993,A24卷134页上也称作黑色熔体法。在这种情况下将水从电解液蒸发,加热无水硝酸盐熔化物至少到170℃。PGM的硝酸盐分解成不溶氧化物。Cu硝酸盐部分分解到一定程度,这由熔融物的温度决定。与水反应后,氧化物从含有AgNO3的溶液中分离出来。但是,若必须从电解液中除去过量Pb和Cu,至少部分渗液必须按第一个方法处理。这里Ag还必须靠粘固作用回收,产生不纯的含Pb的硝酸盐溶液。
因此,两种方法都需要一相当麻烦的渗液处理,由此产生硝酸盐溶液。它们的进一步处理导致硝酸盐排放。
当银锭中Pb、Cu或Pd含量较高时,这个缺点更为严重:较高量杂质确实要靠渗出较大量电解液而排放。
另外,粗银中含约2%以上的Pd会产生一些问题,因为Pd会包埋在精炼的银沉淀中。
电解精炼法和阳极淀渣处理都特别慢。因此,金属有一个长滞留时间,精炼厂的库存量高,结果是财务成本也高。
本发明目的是解决上述缺点。而且,新方法生产的Ag纯度比现有技术生产的高。
应该指出,JP-A-60224720公开了一个从Cu-电解阳极淀渣中回收Ag的方法。该方法预测Cu几乎完全从淀渣中除去,并生产出粗金属Ag。此粗Ag经受载O2气体注入的熔化步骤,以确保氧化并除去杂质。然后,使熔融的纯Ag成粒,把该颗粒溶于HNO3中。所得溶液用螯合树脂净化,随后,用肼还原从溶液中回收Ag。
但是,预测去除Cu是一个复杂而冗长的方法,因为它需要氯化(湿或干)阳极淀渣,随后,把氯化物转返成它们的金属形式。
US-A-5000928阐述了一个制备超纯AgNO3的方法。第一步溶解粗Ag于HNO3中。公开了加热和吹气可促进溶解过程。更多的步骤包括加碱试剂沉淀杂质,并用选择性还原剂使Ag以金属粉末沉淀。然后,用HNO3再溶解此粉末,随后使超纯AgNO3从溶液中结晶出来。
本发明公开一个精炼银锭的方法,该方法包括步骤:
--在50℃以上,优选在富O2气氛中用HNO3浸提银锭,随后过滤,由此从富Ag的溶液中分离出含Au的残渣来;
--加热此富Ag溶液,由此蒸发H2O,形成含AgNO3的熔融物;
--在300-350℃保持此含AgNO3熔融物至少15分钟,由此形成纯化AgNO3和含基本上全部Cu和PGM氧化物的脱硝残渣的混合物;
--从脱硝残渣中分离出纯化的AgNO3;或者
--在220℃以上过滤此混合物,由此得到纯化的熔融AgNO3;或者
--使水与此混合物反应,随后过滤,得到纯化的AgNO3溶液。
假如浸提操作在颗粒上而不是在大铸件上进行,可大大加速,因而更经济。为此,浸提操作可在下列步骤之后进行:
--加热银锭,形成有熔融金属相的浴;
--使熔融金属相在水中成粒,形成富Ag的颗粒;
在富Ag颗粒上进行浸提操作。
运用上面对颗粒化必须的熔化操作,有助于从熔融金属相中除去Se和Pb。Se可以靠注入空气,优选富O2的空气,到在1000-1250℃,优选1000-1100℃的熔融金属相中,从熔融金属相作为气态SeO2而完全除去。Pb可以靠在1000-1300℃,优选在1000-1150℃使熔融金属相与酸性熔剂接触,从熔融金属相中除去,借此,Pb结渣而出。用这种方法,在后续步骤中要处理的Se和Pb的量大大减少。在两种状况下Se和Pb都可以除去。
在上述方法中得到的纯化干AgNO3,可以就这样作商品出售。也可以进一步处理成金属Ag。为此,使纯化的AgNO3在400℃以上分解成元素Ag和氮氧化物(NOx),在氧化气氛中用H2O洗涤氮氧化物,由此形成HNO3,后者再任选地循环到浸提步骤。
按上述方法得到的纯化AgNO3溶液,可以就这样作商品出售。也可以进一步处理成金属Ag。
第一个方法是用NaOH或KOH水解纯化的AgNO3溶液,由此形成Ag2O沉淀,过滤分离并在300℃以上使其分解成元素Ag和O2。
第二个方法是用HCl与纯化的AgNO3溶液反应,由此形成AgCl和HNO3,过滤分离,HNO3可再任选地循环到浸提步骤。然后,在有还原剂的情况下使AgCl与NaOH溶液反应,或用1000℃以上纯碱熔剂加热AgCl,使AgCl转变成元素Ag和NaCl。
该要求的方法特适用于精炼粗银,尤其是Pb、Au、Cu和Pd含量高的粗银。环境中没有硝酸盐排放。Au和PGM容易分离及从Ag物流中回收。因此,贵金属的库存量大大低于用电解精炼而来的。
新方法需遵循和优选的工作条件在下面说明。
当Se未在熔融金属相在水中成粒前除去时,它将在用HNO3浸提Ag期间浓集在含Au的残渣中。这将使从含Au的残渣精炼Au大为复杂。
除Se时,浴温不应该超过1250℃。温度越高,除Se速率越低。因此优选温度最高达1100℃。在任何情况下,该浴应保持在1000℃以上,亦即在粗银的熔点以上。可取的是从金属浴表面上除去任何浮渣可适当提高SeO2的挥发速率。
除Pb时,浴温不应该超过1300℃。相对于耐热耗损,优选温度最高达1150℃。Pb结渣所用的熔剂应该是酸型的。酸型熔剂是包括磷酸盐、硅酸盐或硼酸盐作基本成分的熔剂。推荐一种由SiO2和Na2B4O7.5H2O组成的、重量比在15∶85和20∶80之间的熔剂。
用HNO3浸提富Ag颗粒时,最低温度必须是50℃。温度较低时,有浸提反应变慢或甚至暂停,然后激烈地重新开始的危险。显然,为安全理由,要避免这种不稳定的行为。而且推荐在浸提时逐渐升高温度到至少70℃,以得到尽可能富Au的残渣。
最好选择HNO3的量和浓度,以使所得AgNO3溶液含大约1000g/lAg,而游离HNO3浓度为1.5M。用这种方法,要处理的AgNO3溶液的体积不大,只要溶液保持在45℃以上,可避免AgNO3结晶。
浸提时最好在反应混合物上保持富O2气氛。为此,容器可以是封闭型或加压型的。氧化气氛确实有助于使浸提反应的副产物NOx再循环,就地变成HNO3。反应是:
高O2分压有助于提高反应速率。
下一步操作目的是从富Ag的溶液中分离出Cu、PGM和残余的Pb。应用热处理,因此大多数杂质脱硝,亦即它们的硝酸盐分解成氧化物,形成不溶的残渣。在这一步,含AgNO3熔融物的温度应保持在220-350℃之间。至少保持15分钟,以确保充分脱硝。
但是,当Cu必须除到,以Ag为参照,10ppm或更低,脱硝温度必须保持稍高于300℃,以使Cu硝酸盐完全分解。
有两种方法分离纯化的AgNO3和脱硝残渣的混合物。
第一个方法是过滤熔融混合物。过滤必须在至少220℃进行,以保持在AgNO3的固化温度以上。得到纯化的熔融AgNO3。
第二个方法是先使水与该混合物反应,然后过滤所得的浆料。因与上述解释HNO3浸提相似的理由,确定与该混合物反应的水量,使所得纯AgNO3溶液最好含大约1000g/l Ag,。
纯化的AgNO3或AgNO3溶液可以就这样作商品出售。但是,若需要元素Ag,那末上述方法应增补把纯化的AgNO3转变成金属Ag的步骤。为此,可应用下述两种方法中任一种。
第一个方法中,把纯化的AgNO3注入加热炉,使它在400℃以上分解。分解产物是元素Ag和NOx。一个洗涤器转化NOx成HNO3,HNO3可在浸提步骤中重新使用。烟灰中存有的任何Ag化合物在洗涤器中也转化成AgNO3。分解可在Ag熔点上下进行。在熔点之上有助于容易连续处理AgNO3。
上述方法一般直接应用于纯化的熔融AgNO3;但它也可应用于纯化的AgNO3溶液,在那种情况下,先蒸发掉水。
第二个方法从纯化的AgNO3溶液开始。第一步,使不溶的Ag化合物沉淀出来,例如Ag2O,靠用KOH,或优选用NaOH,水解AgNO3溶液而使之沉淀。在后一种情况下,水解副产物是NaNO3溶液。此NaNO3溶液比较纯,可用已知的干燥或结晶方法转化成固体NaNO3。例如,用流动床干燥可得到NaNO3颗粒,其外观和成分与商售金属小球相似。
任选地洗涤Ag2O,然后,在至少300℃下热分解成Ag和O2。得到海绵状元素Ag,它可再熔化并浇注成锭或粒状。若在用HNO3浸提Ag之前,从熔融金属银锭相中除Pb已到很大程度,那末,残留在海绵状元素Ag中的任何痕量Pb可以靠Ag再熔化并浇注时自然挥发,或靠Pb在相对少量二氧化硅-硼砂为基底的熔剂上吸附而除去。但是,若Pb未在浸提步骤之前从熔融金属相中除去,那末它可靠吹送空气或靠在相对大量二氧化硅-硼砂为基底的熔剂上吸附而除去。
Ag2O沉淀的替换物是Ag的卤化物,例如AgCl沉淀。这是纯化的AgNO3溶液与HCl按反应
AgNO3+HCl→AgCl+HNO3
而得的。据此,有两种不同的反应方案可得到元素Ag。按第一个方案,用纯碱熔剂熔化使AgCl转化成金属Ag:
按第二个方案,形成AgCl水悬浮液,然后在加NaOH情况下,用H2还原成金属Ag。反应是:
两者都导致生成或是NaCl水溶液,或是NaCl固体,一般可无害排放。
本发明每一主要步骤用实例进一步说明。
实例1
使250kg银锭熔化并使它处于1050℃。用220l/hr O2加浓的550l/hr空气吹过熔融浴。在浮渣完全覆盖金属浴表面之前,除去吹气时形成的任何浮渣。
吹气90分钟后,加10kg由83wt%Na2B4O7.5H2O和17wt%SiO2组成的熔剂,并在保持550l/hr空气和220l/hr O2的注入情况下与金属浴接触20分钟。20分钟后清除熔化的浮渣。在保持相同的气体注入情况下,使加熔剂和20分钟后清除熔化的浮渣操作再重复2次。然后,熔融金属在50℃水中成粒。
银锭和所得富Ag颗粒的组合物在表1中报导。这个方法证明,能清除Pb和Se分别达到低于15ppm和4ppm。由于残留在Ag中的痕量Pb和Se也在本方法后续步骤中部分除去,一般可期待精炼的银含2ppm Pb和<1ppm Se。
表1 从银锭中去除Pb和Se(浓度全为ppm)
Pb | Se | |
银锭 | 578 | 52 |
富Ag颗粒 | <15 | <4 |
实例2
在水冷夹套式反应器内,以0.45l/h流速加0.9升60%HNO3溶液,到1kg平均直径为4mm的富Ag颗粒上去。加酸时,混合物的温度保持在60℃。以40g/h流速注纯O2到悬浮液中。维持50kPa超压。加HNO3后,温度上升到80℃。然后,以40g/h流速连续注入O2 0.5h.。过滤分离所得含Au残渣和富Ag溶液混合物。用50ml水洗残渣并干燥。
组合物列在表2中。看来含Au残渣有很高Au含量,此残渣趋于俘获富Ag颗粒中残留的Se。在富Ag溶液中未留下大量Au。
表2 Au的分离
Ag | Au | Pt | Pd | Pb | Se | |
富Ag颗粒 | 基体 | 1.4% | 1539ppm | 4811ppm | 12ppm | 5ppm |
含Au残渣 | 7300ppm | 98.9% | 1000ppm | 476ppm | <100ppm | 147ppm |
富Ag溶液 | 1000g/l | <0.2mg/l | 1.7g/l | 6.8g/l | <0.1g/l | <0.01g/l |
实例3
此实例说明富Ag溶液脱硝作用的效果。在这种情况下,靠热过滤从纯化的熔融AgNO3中分离出脱硝残渣。
270kg银锭按实例1所述方法纯化。然后所得的富Ag颗粒按实例2所述条件浸提。浓度为1000g/l Ag的富Ag溶液,首先蒸发,再在350℃加热2h成熔融物。在这温度下出现Pb部分脱硝而Cu和PGM基本上完全脱硝,这些金属氧化物形成不溶的脱硝残渣。此后,把熔融AgNO3和沉淀氧化物的混合物转移到配有多层烧结不锈钢筛、绝对过滤速率为5μm的薄片压滤器。在280℃、差压6巴情况下过滤此混合物。
表3表示了其组成。显然,纯化的熔融AgNO3基本上无PGM、Pb和Cu。这些杂质浓集在脱硝残渣中。
表3 脱硝后由过滤熔融AgNO3除去PGM、Pb和Cu
Ag | Pt | Pd | Pb | Cu | |
富Ag颗粒 | 基体 | 1410ppm | 5175ppm | 32ppm | 3500ppm |
富Ag溶液 | 1000g/l | 1.3g/l | 5.1g/l | 0.03g/l | 3.5g/l |
纯化的熔融AgNO3 | 基体 | <0.3ppm | 1.6ppm | 9ppm | <1ppm |
实例4
此实例说明富Ag溶液脱硝作用的效果。在这种情况下,靠水溶液过滤从纯化的AgNO3中分离出脱硝残渣。
270kg银锭按实例1所述方法纯化。然后所得的富Ag颗粒按实例2所述条件浸提。浓度为1090g/l Ag的富Ag溶液首先蒸发,再在350℃加热1h成熔融物。在这温度出现Pb部分脱硝而Cu和PGM基本上完全脱硝,这些金属氧化物形成不溶的脱硝残渣。此后,以30kg/分的控制速率,把熔融AgNO3和沉淀氧化物的混合物转移到含160升水的带搅拌容器中。在转移混合物时,冷却水通过容器夹套循环,限制温度于80℃。氧化物沉降后,从容器中取出该溶液澄清部分,以绝对过滤率为5μm经筒形过滤器过滤。沉降的浆料另在具有复丝织物过滤介质的薄片压滤器上过滤。两份滤液合并,形成纯化的AgNO3溶液。
表4表示了其组成。显然,纯化的AgNO3溶液基本上无PGM、Pb和Cu。这些杂质浓集在脱硝残渣中。
表4 脱硝后由过滤AgNO3水溶液而除去PGM、Pb和Cu
Ag | Pt | Pd | Pb | Cu | |
富Ag颗粒 | 基体 | 570ppm | 5100ppm | 15ppm | 2370ppm |
富Ag溶液 | 1090g/l | 0.6g/l | 5.5g/l | 0.02g/l | 2.6g/l |
纯化的AgNO3溶液 | 1000g/l | <0.4mg/l | 0.2mg/l | 4.4mg/l | 3mg/l |
实例5
表5说明按本发明方法得到的纯度与按电解精炼法技术得到的纯度比较。
表5 元素Ag的纯度比较
方法 | Au | Pt | Pd | Pb | Cu |
电解精炼 | <30 | <3 | <30 | <10 | <30 |
按本发明 | <2 | <2 | <3 | <10 | <10 |
Claims (9)
1.精炼含有Pb、Se、Cu、Au和铂族金属为杂质的不纯银锭的方法,包括下列步骤:
a.在50℃以上,用HNO3浸提银锭,随后过滤,由此从富Ag的溶液中分离出含Au的残渣来;
b.加热富Ag的溶液,由此蒸发H2O,形成含AgNO3的熔融物;
c.在300-350℃保持含AgNO3的熔融物至少15分钟,由此形成纯化AgNO3和含Cu和铂族金属氧化物的脱硝残渣的混合物;
d.通过下列两种方式中的任一种方式从脱硝残渣中分离出纯化的AgNO3:
-在220℃以上过滤此混合物,由此得到纯化的熔融AgNO3;或
-使此混合物与水反应,随后过滤,由此得到纯化的AgNO3溶液。
2.按权利要求1精炼不纯银锭的方法,其中在浸提步骤之前进行下列步骤:
a.加热银锭,由此形成一个熔融金属相;
b.使熔融金属相在水中成粒,由此形成富Ag的颗粒;并且
对该富Ag的颗粒进行所述浸提操作。
3.按权利要求2精炼不纯银锭的方法,其中通过在1000-1250℃向熔融金属相中注入空气,从熔融金属相中,除去作为气态SeO2的Se。
4.按权利要求2或3精炼不纯银锭的方法,其中在1000-1300℃使熔融金属相与酸性熔剂接触,使Pb结渣。
5.按权利要求1-3任一项的精炼不纯银锭的方法,其中将纯化的熔融AgNO3进一步处理成元素Ag,包括下列步骤:
a.在400℃以上分解纯化的熔融AgNO3成纯化的Ag和NOx;和
b.在氧化气氛中用H2O洗涤NOx,由此形成HNO3。
6.按权利要求5的精炼不纯银锭的方法,其中将在步骤b中形成的HNO3循环到浸提步骤。
7.按照权利要求1-3任一项的精炼不纯银锭的方法,其中将纯化的AgNO3溶液进一步处理成元素Ag,包括下列步骤:
a.用NaOH或KOH水解纯化的AgNO3溶液,由此形成Ag2O沉淀,再将其过滤分离;和
b.在300℃以上分解Ag2O成元素Ag和O2。
8.按照权利要求1-3任一项的精炼不纯银锭的方法,其中将纯化的AgNO3溶液进一步处理成元素Ag,包括下列步骤:
a.使HCl与纯化的AgNO3溶液反应,由此形成AgCl和HNO3,将其过滤分离,和
b.通过在有还原剂的情况下使AgCl与NaOH溶液反应,或通过在1000℃以上用纯碱熔剂加热AgCl,使AgCl转变成元素Ag和NaCl。
9.权利要求8的精炼不纯银锭的方法,其中将在步骤a中形成的HNO3循环到浸提步骤。
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Granted publication date: 20050406 |