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碲被誉为“工业的维生素,现代高新技术的桥梁”,在材料领域发挥着越来越重要的作用。由于其资源缺乏,如何经济高效地分离、回收碲并制备高纯碲,正成为人们关注的焦点。目前碲主要来源于铜阳极泥,研究铜阳极泥中碲的回收与提纯具有重要的价值与现实意义。本文以铜阳极泥为原料,发明了硫酸预浸分铜-碳酸钠转化脱铅-硫酸焙烧蒸硒-盐酸浸碲铋、催化还原法回收碲、化学法提纯等新工艺提取、回收碲并制备高纯碲,并对卤素催化还原硫酸溶液中Te(Ⅳ)的机理和碲提纯过程中的热力学进行了研究。首先铜阳极泥经过硫酸预浸分铜,得到分铜液。当反应温度为80℃、硫酸与物料中铜物质的量之比为1.5：1、液固比为3：1、反应时间为1.5h时,铜浸出率为89.5%、碲浸出率为20.4%。分铜阳极泥与Na2C03混和湿磨后,过滤除去硫酸根,随后阳极泥中的铅用硝酸除去。当Na2C03与分铜阳极泥中铅物质的量之比为2.5：1、液固比为2：1、球料比为8：1、反应时间为3h时,对阳极泥进行碳酸钠转化,分离硫酸根后用硝酸浸出,当硝酸与铅物质的量之比为6：1时,铅去除率为70%。分铅阳极泥与浓硫酸混匀后焙烧,对硒进行分离。当硫酸与物料中硒碲物质的量之比为1.2：1、反应温度为680℃、反应时间为3h时,硒去除率达到95%。分硒阳极泥用盐酸浸出碲,得到盐酸浸碲液。当盐酸浓度为6mol.L-1、液固比为3：1、反应温度为80℃、反应时间为2h时,铜阳极泥中碲总浸出率为93.6%,贵金属金银得到富集,金由0.152%上升到0.34%,银由7.81%上升到14.34%。硫酸预浸分铜液经蒸发结晶后,得到常温结晶母液。母液中的硒通过S02或Na2S03还原分离。当反应温度为80℃、硫酸浓度为240g·L-1、SO2流量为35ml·min-1、反应时间为2h时,用SO2从2L硫酸铜结晶母液分离硒,硒回收率为96.50%,碲沉淀率仅为1.05%。分硒后溶液通过C1-催化-SO2还原,碲回收率为99.60%。硫酸预浸分铜液通过深度蒸发结晶脱铜,获得高浓度硫酸结晶母液,其硫酸浓度为880g·L-1-1000g·L-1。通过卤素催化SO2还原回收高浓度硫酸结晶母液中的碲。当反应温度为85℃、硫酸浓度为880g·L-1、Cl-浓度为0.5mol·L-1、SO2流量40L-h-1、反应时间为2h时,碲的回收率为99.25%。5m3的工业实验表明,碲回收率为98.32%,固体产物中碲、铜和氯的质量分数分别为51.10%、27.35%和13.68%。XRD结果表明,产物为单质碲和氯化亚铜的混和物。通过硫脲配合浸出、双氧水氧化-硫酸浸出、硝酸氧化浸出三种方法的对比,选择硝酸氧化浸出法分离碲铜渣中的碲和铜。按Cu2C12生成CuCl2和Cu(NO3)2、Te生成TeO2、起氧化作用的HNO3生成NO2进行计算,当硝酸用量为理论用量的0.96倍时,铜去除率为97.50%、碲浸出率为1.05%,铜与碲得到有效分离,碲转化为TeO2。分铜后的碲渣通过两次氧化-盐酸浸出、预还原除硒,还原得到碲粉。碲粉在450℃和氢气气氛下处理,得到符合YS/T222-1996标准的4N+碲。利用离子交换、紫外-可见分光光度、XRD、溶解度测定等手段对Cl-催化的机理进行了研究。研究表明,在低浓度硫酸溶液中Te(Ⅳ)以TeOOH+形式存在,硫酸浓度超过700g·L-1后,溶液中TeOOH4脱水缩合形成环状结构的Te2O3SO4,导致Te(Ⅳ)稳定性增强,难以被S02还原。Cl-可破坏高浓度硫酸溶液中Te2O3SO4的结构,随着溶液中Cl-浓度的增加,Te(Ⅳ)逐步向TeOCl2、TeCl4、H2TeCl6转化,Te(Ⅳ)的活性增强。Cl-催化反应动力学研究表明,当溶液中Cl-浓度为0.1mol·L-1时,其活化能为44.87kJ·mol-1;Cl-浓度为0.3mol·L-1时,其活化能为36.714kJ·mol-1.XRD表明,以Cl-和Br-为催化剂时产物为单质碲,以I-为催化剂时产物为Re4I4。元素在提纯碲的不同阶段的分配率和除杂热力学分析表明,通过硝酸氧化硫酸浸出、预还原除硒、两次氧化浸出-SO2还原、氢气气氛和高温下处理碲粉,可以除去杂质获得高纯碲。当溶液中HCl不低于6mol·L-1时,碲粉中的铜、铅、锑、银等杂质与Cl-形成配合物,并与钙、镁、铝、铁等金属离子保留在滤液中。二次还原碲粉在450℃和氢气氛围下还原,砷以As4O6、硒以H2Se形式与碲分离。与传统工艺相比,该提取碲的工艺具有转炉处理能力高,能耗、酸用量和烟气量低等优点。与传统回收碲的方法相比,卤素催化还原法具有回收成本低、碲品位高、物料易处理的特点。化学法制备高纯碲具有生产条件易控制、直收率高、成本低、产品质量稳定、易大规模化等优点。