催化还原法从含碲硫酸铜母液中回收碲的工艺研究

摘 要：采用催化还原法对含碲硫酸铜母液中的碲进行回收。研究结果表明：加入NaC1，NaBr和KI中任意一种物质后，SO2对硫酸铜母液中Te(1V)的还原速度显著加快；当反应温度为85℃，NaCI浓度为1mol/L，SO2流量为40L/h，反应时间为2h时，Te(IV)的质量浓度从6.72g/L下降到0.10L，Cu的质量浓度从7.78L下降为1.10L，Te(1V)原率为98.50％，Cu2+还原率为85.86％；在干燥还原产物中碲、铜和氯所占质量分数分别为52.60％、28.54％和15.24％；NaC1作催化剂时，还原产物中的碲以单质形态存在。

关键词：铜阳极泥；硫酸铜；二氧化硫；催化剂；碲

1 实验

1.1 实验步骤及工艺流程

取含碲硫酸铜母液400mL加入到1L三颈瓶中，启动电动搅拌。用电加热套加热，当达到指定温度后加入催化剂，通入SO2还原，反应后过滤、洗涤得到粗碲，工艺流程如1所示。

1.2 分析与检测

采用电感耦合等离子发射光谱仪(ICP)检测溶液成分，采用荧光分析仪(XRF)检测固体产物成分，采X线衍射仪(XRD)检测产物物柏，采用JSM一6360LV扫描电镜(SEM)观察固体产物表面形貌。

2 结果与讨论

铜阳极泥经硫酸化焙烧、硫酸浸出，浸出液经蒸发结晶脱铜后，碲以硫酸氧碲形式进入到硫酸铜母液。存上述过程中，会发生以下化学反应：

含碲硫酸铜母液成分(质量浓度)如表1所示。由表1可知，含碲硫酸铜母液中Te质量浓度达到6.72g/L。

2.1 催化剂对Te(IV)和Cu2+还原率的影响

在400mL含碲硫酸铜母液中分别加入催化剂NaC1，NaBr和KI，在反应温度为85℃，SO2流量为120L/h，催化剂浓度为0.5mol/L，反应时间为2h时，催化剂 NaC1，NaBr和KI对Te(IV)和Cu2+还原率的影响如表2所示。

将上述3种催化剂分别加入到含碲硫酸铜母液后形成HX，并发生以下反应：

总化学反应为：

Cl-，Br-和I-与TeO2+结合，降低了SO2-对反应的阻碍作用，加快了Te(IV)的还原速度。

卤素离子(X-)同时与溶液中铜发生如下化学反应：

反应产物Cu2X2不溶于硫酸，由曹锡章等研究可知，Cu2+形成Cu12Cl2,CuBr和CuI的标准电极电位依次为0.538，0.640和0.860V。因此，在其他条件相同的情况下，Cu2Cl2，CuBr和CuI的Cu2+还原率依次增大。

在催化剂作用下，未烘干和烘干产物X线衍射图(XRD)分别如图2和图3所示。

由图2可知：在NaC1，NaBr和KI作用下，未烘干产物分别存在Cu2Cl2和CuClTe2，CuBr，CuI等物相，均未发现单质碲物相。

由图3可知：NaCl作催化剂的还原产物经过烘干，Cu2Cl2和CuClTe2的衍射峰消失，出现碲的衍射峰。还原产物加热烘干时，发生以下变化：

2.2 反应时间对Te(IV)和Cu2+还原率的影响

  采用NaCl作催化剂，但反应温度为85℃，SO2流量为40L/h，NaCl浓度为0.5mol/L时，反应时间对Te(IV)和Cu2+还原率的影响如图6所示。

2.3 NaCl浓度对Te(IV)和Cu2+还原率的影响

上述条件不变，当温度为85℃，SO2流量为40L/h，反应时间为2h时，NaCl浓度对Te(IV)和Cu2+还原率的影响如图7所示。

2.4 SO2流量对Te(IV)和Cu2+还原率的影响

上述其他条件不变，当NaC1浓度为1mol/L时，SO2流量对Te(IV)~Cu2+还原率的影响如图8所示。

2.5 反应温度对Te(IV)~Cu2+还原率的影响

上述其他条件不变，当SO2流量为40L/h时，反应温度对Te(IV)和Cu2+还原率影响如图9所示。

3 结论

(1)在H2S04质量浓度为880g/L、Cu2+质量浓度为7.78g/L、Te质量浓度为6.72g/L的含碲硫酸铜母液中，通SO2还原，当反应温度为85℃，SO2流量为120L/h，反应时间为2h时，Te还原率仅为1.50％；分别加入催化剂NaC1，NaBr和KI，且催化剂浓度为0.5mol/L时，Te(IV)还原率均为99％。

(2)使用NaC1作催化剂，向含碲硫酸铜母液中通SO2还原，Te(IV)还原率随反应时间、NaC1浓度、SO2流量和反应温度的增加而增加。当反应温度为85℃、NaC1浓度为1mol/L，SO2流量为40L/h，反应时间为2h时，含碲硫酸铜母液中Te(IV)质量浓度从6.72g/L下降为0.10g/L，Cu2+质量浓度从7.78g/L下降为1.10g/L，碲和铜的回收率分别达到98.50％和85.86％。

(3)以NaC1为催化剂，SO2还原硫酸铜结晶母液中Te(IV)，得到产物经XRD检测，产物中存在单质碲，其中碲、铜和氯所占质量分数分别为52.60％，28.54％和15.24％。