基于PbS活性调控法高效回收碱浸铅阳极泥中的锑及其对冶炼过程的协同优化机制研究

本刊推荐：本研究创新性地利用PbS作为添加剂，通过破坏难还原相Na3SbO4的结构（转化为Na2S），显著提升锑（Sb）的还原活性与回收率（达95.2%），同时降低熔渣粘度并促进贵金属（Au、Ag）的捕集回收，为二次资源高效利用提供了新策略。

　　

Highlight

Materials

本研究所用碱性浸出铅阳极泥（ALAS）源自中国山东省某铅冶炼厂。其富含28.47 wt%锑（Sb）、4.52 wt%铋（Bi）、14.23 wt%铅（Pb）、15.72 wt%砷（As）、0.08%金（Au, 801 g/t）和5.94%银（Ag, 59370 g/t）（表1），极具回收价值。表1中"其他"主要指与Sb、Pb、As、Bi等结合的氧元素。值得注意的是，尽管经过氧压碱浸处理，ALAS仍含有一定量砷。

Thermodynamic analysis

在本提出的工艺中，采用Na₂CO₃熔炼还原从ALAS中回收锑、铅和铋。ALAS中的Pb₂Sb₂O₇、Bi₃SbO₇、Sb₂O₃、Sb₂O₅、As₂O₃、Bi₂O₃、Na₃SbO₄和Na₃AsO₄等物相可通过反应式(1)-(16)进行热力学还原并回收。然而，在传统的Na₂CO₃熔炼还原中，锑的回收率较低，约为85%，且熔渣中的锑含量达到3.2至9.5 wt%。

Effects of PbS amount

根据表1和图S1(a)中ALAS的化学和物相组成，计算出完全还原铅、锑和铋氧化物所需的焦炭量约为15%。在此焦炭用量下，在1000°C、120分钟、存在20% Na₂CO₃的条件下，研究了PbS用量对锑、铅和铋回收率以及所得合金锭中砷含量的影响。

如图2(a)和(b)所示，在不添加PbS的情况下，锑、铅和铋的回收率分别为85.1%、90.2%和89.7%。随着PbS用量从0%增加到10%，锑、铅和铋的回收率显著提高，分别达到95.2%、98.3%和98.1%。这表明PbS有效促进了这些金属的还原。回收率的提高主要归因于PbS破坏了稳定的Na₃SbO₄和Na₃AsO₄结构，将其中的钠转化为Na₂S，从而释放出Sb和As以便被还原。同时，合金锭中的砷含量从2.1 wt%增加到5.7 wt%，这是因为PbS也促进了Na₃AsO₄的还原。然而，当PbS用量超过10%时，回收率趋于稳定，而砷含量继续增加，这对后续的合金精炼不利。因此，选择10%作为最佳PbS用量。

Cost and economic benefits analysis

采用本研究中开发的活性调控方法从碱性浸出铅阳极泥中回收Pb、Sb、Bi、Au和Ag在经济上是可行的。回收了95.2%的锑、98.3%的铅和98.1%的铋，且熔渣中的金和银含量分别降至1.4 g/t和67 g/t。回收的金属主要富集在一个合金锭中。基于表S5中这些金属的质量平衡分布，进行了成本和经济效益分析。

Conclusions

本研究提出了一种使用PbS作为添加剂的高效熔炼还原方法，从废碱浸铅阳极泥中回收锑，并且与常规技术相比，铅、铋、金和银的回收效率显著提高。回收的锑、铅、铋、金和银富集在一个多组分合金中，而大部分砷保留在熔渣中。碱浸铅阳极泥中的部分锑以难还原的Na₃SbO₄形式存在，这是传统熔炼还原中锑回收率低的主要原因。PbS添加剂通过将Na₃SbO₄中的钠组分转化为Na₂S，破坏了其稳定结构，提高了锑的还原活性和回收率。同时，Na₃AsO₄的还原也得到促进，这限制了由Na₃SbO₄和Na₃AsO₄形成的熔融熔渣网络结构，降低了其粘度，改善了还原金属与熔渣的分离，从而进一步提高了金属回收率。更高的Sb、Pb和Bi回收率通过它们对Au和Ag的捕集效应，也增加了贵金属的回收。该研究为废碱浸铅阳极泥的高效利用提供了一种创新工艺，对保障全球锑供应具有重要意义。