一、鉍的基本概念
鉍在自然界中以游離金屬和礦物的形式存在,其主要礦物有:輝鉍礦、泡鉍礦、鉍華、自然鉍、方鉛鉍礦、菱鉍礦、銅鉍礦。金屬鉍由礦物經煅燒后成三氧化二鉍,再與碳共熱還原而獲得,可用火法精煉和電解精煉制得高純鉍。1556年,德意志G.阿格里科拉才在《論金屬》一書中提出了銻和鉍是兩種獨立金屬的見解。1737年赫羅特(Hellot)用火法分析鈷礦時曾獲得一小塊樣品,但不知何物。1753年英國C.若弗魯瓦和T.伯格曼確認鉍是一種化學元素,1757年法國人日夫魯瓦(Geoffroy)經分析研究,確定鉍為新元素。
二、鉍的發展
進入新世紀以來,憑借資源優勢,依靠科技創新,中國已經成為世界鉍生產、消費大國,正在進入從產業鏈中低端,向制造業高端邁進的歷史階段。
產業規模爆發式擴張,占據了國際鉍市場的主導地位。據中國有色金屬工業協會統計,2003年全國鉍產量只有1042噸,2004年在市場價格上漲的推動下,產量一舉突破萬噸,達到11747噸,出現了爆發式增長。2012年中國鉍產量再破1.5萬噸大關,2015年達到16013噸,占全球產量的85%以上。
建成了一批具有實力的企業,形成了全球影響力。中國金屬鉍的生產企業已有50余家(含副產品回收企業),其中成立于2001年的湖南金旺鉍業股份有限公司是一家集研發、生產、銷售金屬鉍及其鹽類產品的企業,金屬鉍產能2200噸/年,為全球規模最大的金屬鉍生產企業;湖南柿竹園有色金屬公司是以開發湖南柿竹園鎢、鉬、鉍、螢石多金屬礦為主業的企業,2006年9月柿竹園又建成2000噸/日選礦廠,2008年3月實現達產達標,使柿竹園躍升為國內鉍礦山采選規模最大的企業,并在全球鉍礦產原料生產中占有重要地位。
技術創新取得重要進展,冶煉技術世界領先。傳統的鉍冶煉工藝是將鉍精礦、海綿鉍等含鉍原料通過反射爐熔煉。反射爐以粉煤為燃燒原料,燃燒時產生大量二氧化碳和煙霧粉塵污染環境,熱效率低(一般只有15%-30%)。中國鉍冶煉企業通過技術創新,替代或淘汰反射爐和鼓風爐等落后工藝取得重要進展。2013年,金旺鉍業全球首創富氧側吹爐熔煉新工藝生產鉍正式投產,利用氧氣代替燃煤,能耗低,產量大,標志中國金屬鉍冶煉技術水平達到新高度。
綜合回收能力增強,資源利用效率全面提升。通過技術創新,中國低品位、成分復雜的含鉍物料得到回收利用。河南的豫光金鉛從鉛陽極泥回收粗鉍,2010年開始生產精鉍,遼寧葫蘆島鋅業從鉛和銅系統回收鉍也取得了成功。開始生產精鉍的企業還有山東的祥光銅業和恒邦冶煉,河南金利金鉛、湖南華信有色、興縣富康貴金屬、桂陽銀利多金屬、湖南永興意水集團等有色金屬冶煉企業。
? 向精深加工領域延伸,拓展鉍的應用領域。有實力的中國鉍生產企業積極向鉍深加工應用領域延伸,并取得成效。金旺鉍業2004年成立了全國第一家鉍業研究所,每年投入巨額科研經費,超細氧化鉍項目成功列入國家火炬計劃。2005年與湖南有色研究院合作建成了硝酸鉍等鉍鹽深加工生產線。2011年7月,金旺鉍業成功收購云南云銅稀貴藥業100%的股權,并嚴格按照新版GMP要求,建成藥用鉍鹽系列原料生產線。公司擁有年產鉍系列藥用原料1000噸的生產能力。金旺鉍業氧化鉍年產量也達到了800噸,國內市場占有率達到30%以上。經過多年的深耕細作,金旺鉍業大幅度提高產品的附加值,為不斷延伸產業鏈奠定了堅實基礎。
三、鉍的提取與制備
與鎢、鉬共生的輝鉍礦等用選礦方法分離可得到鉍精礦,而與鉛、錫、銅礦物共生的鉍,則不易用選礦方法分離,此外對組成復雜的多金屬礦,分選也很難得到成分單一的鉍精礦,往往只能得到以鉍的復鹽為主的含鉍中礦,再經處理后可作為提鉍的原料。鉍的冶煉是鉍精礦和其他含鉍物料,通過火法或濕法工藝最終產出含鉍大于60%以上的粗鉍,中國精煉鉍工藝都是采用火法生產獲得精鉍。
柿竹園多金屬礦選礦技術的突破,使中國鉍選礦技術進入世界前列。
柿竹園多金屬礦床主要有用礦物為白鎢礦、黑鎢礦、輝鉬礦、輝鉍礦和螢石。礦石中有用礦物嵌布粒度很細,需要細磨至90% -0.074mm才能基本單體解離。有用礦物種類多、黑鎢礦和白鎢礦共生,白鎢礦與含鈣的螢石、方解石和石榴石共生,有用礦物與脈石礦物之間共生關系相當密切,給有用礦物回收和分離帶來很大困難。
含有白鎢礦和黑鎢礦的礦石難選的原因有二:一是黑鎢礦的嵌布粒度細,可浮性差,尚無高效低毒的黑鎢浮選捕收劑,從而使黑鎢浮選回收成為公認的選礦難題;二是該礦石礦物組成復雜,鎢礦物與螢石、方解石等含鈣脈石礦物共生。螢石、方解石等含鈣礦物與白鎢礦可浮性相近,特別是采用脂肪酸類捕收劑時,白鎢礦與含鈣脈石礦物的浮選分離十分困難。
在1991年到1995年的“八五”科技攻關期間,柿竹園有色金屬礦對硫化礦浮選工藝進行了研究。研究發現,柿竹園礦體中的輝鉬礦和一部分鉍(主要是輝鉍礦)具有良好的天然可浮性,不加或添加極少量的非極性捕收劑,鉬及大部分鉍就能很好的上浮,而硫則基本不浮?;诖?,確定了硫化礦選別流程為鉬鉍等浮—鉬鉍分離和鉍硫等浮—鉍硫分離的工藝流程,大幅度提高了鉬鉍分選指標。北京礦冶研究總院采用CF法,即以水玻璃為調整劑,Pb(NO3)2為活化劑、CF為捕收劑和OS—2(一種脂肪酸)為輔助捕收劑在礦漿自然pH值下浮選柿竹園鎢礦石獲得成功,鎢粗精礦WO3品位和回收率大幅度提高,而且對含鈣脈石礦物也有較好的選擇性,為這,黑、白鎢礦物同時浮選提供了有利條件。
在1996年到2000年的“九五”科技攻關期間,北京礦冶研究總院對CF法進行了改進,研制了以水玻璃和BLR為調整劑、Pb(NO3)2為活化劑、改性CF為捕收劑和OS—2為輔助捕收劑的新CF法,新CF法中采用的調整劑能顯著地抑制螢石、方解石和其他脈石礦物,改進型CF藥劑對鎢捕收能力更強,顯著提高了鎢粗精礦和鎢精礦品位。廣州有色金屬研究院用經改進的GY法對柿竹園礦進行黑、白鎢混合浮選獲得成功,GY法采用Al2(SO4)3和水玻璃為調整劑、Pb(NO3)2為活化劑、GYB為捕收劑和GYT未輔助捕收劑,在自然pH值下浮選黑白鎢,同樣取得令人滿意的指標。兩種方法均很好解決了原733法浮選工藝的缺陷,大幅度提高了鎢浮選指標。
鑒于CF法和GY法有許多共同之處,所采用的捕收劑同屬螯合類捕收劑,且兩者混用有較好的協同效應,因此在2000年11月進行了柿竹園鎢鉬鉍復雜多金屬礦“柿竹園法”工業試驗,以水玻璃和Al2(SO4)3為調整劑、Pb(NO3)2為活化劑、CF和GYB(1:1)為捕收劑和OS—2為輔助捕收劑的CF—GY聯合法作為達產達標工業試驗的鎢浮選方案。
通過“八五”和“九五”對柿竹園鎢鉬鉍復雜多金屬礦選礦科技攻關,最終形成了鉬鉍等浮、鉍硫等浮和CF—GY聯合法浮鎢的新工藝流程,即“柿竹園法”。工業試驗后即轉為工業生產。該工藝流程的特點是:原礦進入分選作業前磨到各種目的礦物基本單體解離的細度,用非極性油進行鉬鉍等浮,鉬鉍等浮精礦進行鉬鉍分離得到鉬精礦,分離尾礦經濃密脫硅浮選得到鉍精礦1;鉬鉍等浮尾礦采用SN-9#等進行鉍硫等浮,等浮尾礦進入鎢浮選,等浮精礦經鉍硫分離得到鉍精礦2和硫精礦。
鉍的冶煉分為粗煉和精煉兩個部分。粗煉是處理原料產出粗鉍(或鉍合金),精煉是除去粗鉍中的雜質產出商品鉍。粗煉方法有火法和濕法兩種。目前世界上鉍粗煉多采用火法,部分廠家采用濕法或火法與濕法聯合使用。鉍的火法熔煉適用于含鉍較高的原料,主要設備是反射爐或回轉爐。濕法提取適用于含鉍較低、成分復雜、難于處理的合金。精煉方法也有火法和電解兩種。
四、主要鉍企業