粗碲的提纯回收工艺
阅读说明：本技术 粗碲的提纯回收工艺 (Purification and recovery process of crude tellurium ) 是由 罗鑫 陈应红 王波 梁鉴华 于 2020-12-09 设计创作，主要内容包括：本公开提供一种粗碲的提纯回收工艺,其包括步骤：步骤一,酸性氧化：将粗碲加入装有水的装置配成悬浊液,然后向其中加入盐酸调节pH值在0.6～2之间,再向该装置中加入氯酸钠升温至80～85℃氧化,最终pH控制在3～5,搅拌1h～2h；步骤二,压滤：氧化结束后进行压滤,得到滤液和滤渣,滤渣为碲料；步骤三,滤渣除杂：碲料中加入氢氧化钠调节pH≥14搅拌2～3h,再加入硫化钠溶液除去溶液中的除碲外的重金属,再进行压滤,得到除杂液和滤渣；步骤四,除杂液电解：除杂液分析合格压滤清亮后,除杂滤液转入电解槽开始电解,之后电解出的碲经过洗涤烘干后即得到单质碲。本公开的方法流程短、简便易行、工艺稳定、碲直收率高、得到的碲锭纯度高。(The present disclosure provides a process for purifying and recovering crude tellurium, which comprises the steps of: step one, acid oxidation: adding the crude tellurium into a device filled with water to prepare a suspension, adding hydrochloric acid into the suspension to adjust the pH value to be 0.6-2, adding sodium chlorate into the device, heating to 80-85 ℃ for oxidation, controlling the pH value to be 3-5, and stirring for 1-2 hours; step two, filter pressing: carrying out filter pressing after the oxidation is finished to obtain filtrate and filter residues, wherein the filter residues are tellurium materials; step three, filtering residues and removing impurities: adding sodium hydroxide into the tellurium material to adjust the pH value to be more than or equal to 14, stirring for 2-3 h, adding a sodium sulfide solution to remove heavy metals except tellurium in the solution, and performing filter pressing to obtain impurity-removed liquid and filter residues; step four, electrolyzing impurity removing liquid: and (4) after the impurity removal liquid is qualified in analysis, performing filter pressing and clearing, transferring the impurity removal filtrate into an electrolytic cell to start electrolysis, and then washing and drying the electrolyzed tellurium to obtain the simple substance tellurium. The method disclosed by the invention has the advantages of short flow, simplicity, convenience, easiness, stable process, high tellurium direct yield and high purity of the obtained tellurium ingot.)
技术领域
本公开涉及有色金属冶炼技术领域，更具体地涉及一种粗碲的提纯回收工艺。
背景技术
碲是制备化合物半导体材料的基础材料，例如碲化镉可以用来制造发光二极管、辐射探测器和太阳能电池；碲汞镉合金是红外发射体和探测器的最佳材料；碲铋硒锑合金是一种重要的温差热电材料，可以用来发电和致冷，如用于饮水机、冰箱、空调等民用产品的致冷，也可以使用在宇宙动力系统、航空、高空天气记录仪表、军用雷达冷却器及潜艇空调装置中，随着技术的发展，对碲及其化合物的需求越来越大，然而用于制备上述碲化合物的金属碲的纯度必须达到4N以上才能满足原料要求，否则直接影响到器件性能和效果，我国碲每年的产量有限，因此从粗碲中提纯碲亦成为了需要研究解决的问题。
粗碲中的碲主要是以0价的形式存在，往往碲的浸出率极大的影响着碲的回收率。粗碲可以作为提取碲的重要原料，这里所述粗碲的主要成分包括：70％～99％的Te、0.1％～1％的Se、水分含量小于30％。因此，建立一种低成本、短流程、简便易行、工艺稳定、碲直收率高、得到的碲锭纯度高的碲提纯工艺方法是本技术领域研究解决的技术问题。
发明内容
鉴于背景技术中存在的问题，本公开的目的在于提供一种粗碲的提纯回收工艺，其可以得到纯度高的单质碲。
为了实现上述目的，本公开提供了一种粗碲的提纯回收工艺，其包括步骤：步骤一，酸性氧化：将粗碲加入装有水的装置配成悬浊液，然后向其中加入盐酸调节pH值在0.6～2之间，再向该装置中加入氯酸钠升温至80～85℃氧化，最终pH控制在3～5，搅拌1h～2h；步骤二，压滤：氧化结束后进行压滤，得到滤液和滤渣，滤渣为碲料；步骤三，滤渣除杂：碲料中加入氢氧化钠调节pH≥14搅拌2～3h，再加入硫化钠溶液除去溶液中的除碲外的重金属，再进行压滤，得到除杂液和滤渣；步骤四，除杂液电解：除杂液分析合格压滤清亮后，除杂滤液转入电解槽开始电解，之后电解出的碲经过洗涤烘干后即得到单质碲。
在一些实施例中，在步骤一中，投料量按固液比(1:4)～(1:5)投入原料，装有水的装置为搅拌釜。
在一些实施例中，在步骤一中，碲的质量:氯酸钠的质量＝(1:0.3)～(1：0.54)。
在一些实施例中，在步骤三中，加入氢氧化钠调节pH为14。
在一些实施例中，在步骤三中，搅拌2h。
在一些实施例中，在步骤三中，加入硫化钠溶液的量反应至溶液中铜、铅、铋的含量小于2ppm。
在一些实施例中，在步骤三中的重金属包括Cu、Pb、Bi。
在一些实施例中，在步骤四中，洗涤碲金属的溶液为水。
在一些实施例中，在步骤四中，在不高于100℃的条件下烘干。
在一些实施例中，步骤五，洗涤烘干后的单质碲通过熔融浇铸成型。
本公开的有益效果如下：
本公开的粗碲的提纯回收工艺流程短、简便易行、工艺稳定、碲直收率高、得到的碲锭纯度高。
具体实施方式
下面详细说明根据本公开的粗碲的提纯回收工艺。
根据本公开的粗碲的提纯回收工艺包括步骤：步骤一，酸性氧化：将粗碲加入装有水的装置配成悬浊液，然后向其中加入盐酸调节pH值在0.6～2之间，再向该装置中加入氯酸钠升温至80～85℃氧化，最终pH控制在3～5，搅拌1h～2h；步骤二，压滤：氧化结束后进行压滤，得到滤液和滤渣，滤渣为碲料；步骤三，滤渣除杂：碲料中加入氢氧化钠调节pH≥14搅拌2～3h，再加入硫化钠溶液除去溶液中的除碲外的重金属，再进行压滤，得到除杂液和滤渣；步骤四，除杂液电解：除杂液分析合格压滤清亮后，除杂滤液转入电解槽开始电解，之后电解出的碲经过洗涤烘干后即得到单质碲。
其中，粗碲的主要成分包括质量占70％～99％的Te、质量占0.1％～1％的Se、其余为杂质。
在一些实施例中，在步骤一中，投料量按固液比(1:4)～(1:5)投入原料。
在一些实施例中，在步骤一中，装有水的装置为搅拌釜。溶液为强酸性溶液，搅拌釜可以耐强酸性。
在步骤一中，加入盐酸调节pH为0.6～2之间，保持溶液的强酸性，加入氯酸钠之后可以直接将单质碲变成氧化态。
在步骤一中，保持最终pH在3～5的目的是让溶液中的碲生成不溶于水的二氧化碲。
在步骤一中，氧化反应搅拌1～2h。在该时间范围内，氧化反应进行的比较完全。
在一些实施例中，在步骤一中，碲的质量:氯酸钠的质量＝1:0.3～1:0.54。氯酸钠的量在该范围内可以氧化原料中的碲并且可以调整pH最终保持在3～5。
在步骤一中，涉及到的反应原理为：
3Te+2ClO3 -＝3TeO2↓+2Cl-
Te在酸性条件下容易反应成+4价态的二氧化碲，而使其形成沉淀。
另外，NaClO3还涉及到的反应原理为：
2NaClO3+4HCl＝2ClO2+Cl2↑+2NaCl+2H2O
步骤二中压滤产生的滤液作为废液处理。
在步骤三中，碲料中加入氢氧化钠调节pH≥14。保持强碱性环境。粗碲经过氧化浸出后，浸出渣中的碲主要以TeO2的形态存在，硒以Se、SeO2、SeO3等形态存在。碲的化学性质与硫和硒相近，但碲较硫和硒更具有碱性，二氧化碲易溶于强碱溶液而生成亚碲酸盐。
在步骤三中，涉及到的反应方程式为：
TeO2+2OH-＝TeO3 2-+H2O
在一些实施例中，在步骤三中，加入氢氧化钠调节pH为14。即，保持强碱性条件，有利于二氧化碲生成亚碲酸盐。
在步骤三中，碲料中加入氢氧化钠后搅拌2～3h。搅拌时间太短二氧化碲与氢氧化钠反应不完全；搅拌时间过长，增长回收周期。
在一些实施例中，在步骤三中，碲料中加入氢氧化钠后搅拌2h。
在步骤三中，碱浸溶液中含有少量的Cu、Pb、Bi等杂质，本发明在碱浸的亚碲酸钠溶液中加入适量的硫化钠可除去不溶于碱液的杂质及Cu、Pb、Bi等杂质。换句话说，在步骤三中的重金属包括Cu、Pb、Bi。涉及到的反应方程式为：
Na2S+Na2PbO2+2H2O＝PbS↓+4NaOH
Na2S+Na2CuO2+2H2O＝CuS↓+4NaOH
铋离子在碱性条件下生成氢氧化铋，氢氧化铋不溶于碱，因此，碱性条件下可以除去重金属铋。
在一些实施例中，在步骤三中，加入硫化钠溶液的量反应至溶液中铜、铅、铋的含量小于2ppm。硫化钠用来除去物料中的金属杂质，当溶液中铜、铅、铋的含量小于2ppm可视为除去完全。
步骤三中压滤产生的滤渣返回步骤一进行酸性氧化处理。
在步骤四中，电解涉及到的反应原理为：
Na2TeO3+H2O＝Te↓+2NaOH+O2↑
阳极反应为：4OH-＝2H2O+O2↑+4e-
阴极反应为：TeO3 2-+3H2O+4e＝Te↓+6OH-
在一些实施例中，在步骤四中，洗涤碲的溶液为水。碲不溶于水，用水可以将碲表面的碱性溶液洗涤干净而不影响碲的纯度。
在步骤四中，除杂液分析合格的标准为溶液中杂质铜、铅、铋的含量小于2ppm。
在步骤四中，压滤清亮即溶液清澈透明。
在一些实施例中，在步骤一中，在不高于100℃的条件下烘干。烘干是指通入热空气将物料中水分蒸发并带走的过程，在小于100℃的条件下将表面的水烘干即可，无需更高的温度。
在一些实施例中，步骤五为洗涤烘干后的单质碲通过熔融浇铸成型。单质碲的熔点相对较低，可以根据需求将其熔融浇铸成所需产品。
最后给出测试过程。
实施例1
步骤一：酸性氧化：将粗碲(Te＝81.9％、Se＝0.12％)物料486g按固液比1:4加入装有水的搅拌釜中配成悬浊液，然后向其中加入31％盐酸22.5g调节pH值为1.5，再向搅拌釜中加入氯酸钠135g，升温至80～85℃氧化，搅拌反应氧化1h，最终pH控制在3～5。
步骤二：压滤：氧化结束后进行压滤，得到滤液和滤渣，滤渣质量为337.5g，滤渣为碲料；
步骤三：滤渣除杂：碲料中加入氢氧化钠调节pH＝14搅拌2～3h，再加入硫化钠溶液除去溶液中的除碲外的重金属，再进行压滤，得到除杂液和滤渣；
步骤四，除杂液电解：除杂液分析合格压滤清亮后，除杂滤液转入电解槽开始电解，之后电解出的碲经过洗涤烘干后即得到单质碲(电解母液重复利用)，经分析纯度为99.99％。
实施例2
步骤一：酸性氧化：将粗碲(Te＝78.76％、Se＝0.11％)物料500g按固液比1:4加入装有水的搅拌釜中配成悬浊液，然后向其中加入31％盐酸25.5g调节pH值为0.6，再向搅拌釜中加入氯酸钠158g，升温至80～85℃氧化，搅拌反应氧化1h，最终pH控制在3～5。
步骤二：压滤：氧化结束后进行压滤，得到滤液和滤渣，滤渣质量为349g，滤渣为碲料；
步骤三：滤渣除杂：碲料中加入氢氧化钠调节pH＝14搅拌2～3h，再加入硫化钠溶液除去溶液中的除碲外的重金属，再进行压滤，得到除杂液和滤渣；
步骤四，除杂液电解：除杂液分析合格压滤清亮后，除杂滤液转入电解槽开始电解，之后电解出的碲经过洗涤烘干后即得到单质碲(电解母液重复利用)，经分析纯度为99.99％。
实施例3
步骤一：酸性氧化：将粗碲(Te＝98.5％、Se＝0.28％)物料260g按固液比1:4加入装有水的搅拌釜中配成悬浊液，然后向其中加入31％盐酸26.5g调节pH值为1，再向搅拌釜中加入氯酸钠137g，升温至80～85℃氧化，搅拌反应氧化1h，最终pH控制在3～5。
步骤二：压滤：氧化结束后进行压滤，得到滤液和滤渣，滤渣质量为386g，滤渣为碲料；
步骤三：滤渣除杂：碲料中加入氢氧化钠调节pH＝14搅拌2～3h，再加入硫化钠溶液除去溶液中的除碲外的重金属，再进行压滤，得到除杂液和滤渣；
步骤四，除杂液电解：除杂液分析合格压滤清亮后，除杂滤液转入电解槽开始电解，之后电解出的碲经过洗涤烘干后即得到单质碲(电解母液重复利用)，经分析纯度为99.99％。
上述公开特征并非用来限制本公开的实施范围，因此，以本公开权利要求所述内容所做的等效变化，均应包括在本公开的权利要求范围之内。
- 上一篇：一种医用注射器针头装配设备
- 下一篇：一种利用光能同步产生氢能和清洁水的器件制备方法