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碲是战略性新兴产业中不可或缺的重要材料，铋是安全无毒的“绿色金属”，二者在新能源、信息技术、高端装备制造、航空航天等领域均有广泛应用。中国攀西地区拥有全球唯一的碲独立原生矿床—大水沟碲矿。该矿是富含碲、铋的多金属共生矿，是未来生产碲、铋产品的极佳原料。然而，由于大水沟碲矿矿相复杂、碲铋品位低等原因导致选冶关键技术未取得实质性突破而制约了该矿的开发利用，未能将资源优势转化为产业优势。
本文针对大水沟碲矿的富集与冶金分离难题，围绕碲、铋分离方法和机理开展科学研究，通过系统研究大水沟碲矿的工艺矿物学特征设计提出了酸性氧化浸出-选择性还原分离工艺回收Te、Bi的思路，研究了此流程相关反应的自发性，建立了Te-H2O、Bi-H2O等体系的φ-pH图和浸出液中离子络合组分图，明确了浸出液中金属离子的水解特性和浸出液中碲、铋选择性还原热力学条件，从热力学角度分析了大水沟碲矿中碲、铋分离的可能性，并开展了系列实验系统地研究了基于此流程的相关物理化学演变规律。主要结果如下：
①大水沟碲矿中的碲、铋品位低，铁、硫含量较高。主要矿物包括白云石(CaCO3·(Mg,Fe,Mn)CO3)、白云母(KAl2(AlSi3O10)(OH)2)、黄铁矿(FeS2)、磁黄铁矿(FeS)等。碲、铋元素以楚碲铋矿(BiTe)、辉碲铋矿(Bi2Te2S)的形式赋存于矿中，含碲、铋矿物与硫化物紧密嵌布于脉石粒间或裂隙。
②采用H2SO4-FeCl3可有效浸出大水沟碲矿中碲、铋。矿中的碲、铋可分别以Te4+或HTeO2+、Bi3+的形式被浸出，Bi3+会与Cl-发生络合。需控制浸出液在酸性条件下以防金属离子水解。以碲、铋品位分别为1.52%、2.99%的大水沟碲矿开展浸出实验，碲、铋的浸出率分别可达95.61%、95.77%。适宜的浸出工艺条件为：碲矿粒度104-150μm、浸出温度90℃、浸出时间40min、H2SO4浓度150g/L、Fe3+浓度60g/L、液固比6∶1mL/g。大水沟碲矿浸出过程符合未反应核模型，碲、铋浸出表观活化能分别为12.91kJ·mol-1、9.53kJ·mol-1，浸出过程的限制性环节为固体层扩散。浸出初期的20min内，白云石溶解较迅速，生成棒状CaSO4并不断粗化长大。(Mg,Fe,Al)(Si,Al)Ox(OH)y物相的溶解主要发生在浸出初期40min内；SiO2、Fe-S矿物难于被溶解。
③采用Na2SO3还原Te-Fe粉置换Bi的方法可有效分离浸出液中的碲、铋。采用Na2SO3选择性还原分离浸出液中的金属碲，碲的回收率为99.83%，铋的损失率小于2%；粗碲品位可达93.78%。适宜的还原工艺条件为：还原剂Na2SO3剂量过剩系数为16、还原时间为10min、还原温度为80℃。搅拌可加速还原剂的溶解以促进反应。采用铁粉置换还原后液中的铋，铋的回收率可达99.39%，粗铋品位可达92.35%。适宜的置换工艺条件为：还原剂Fe粉剂量过剩系数为7.5、置换时间为40min、置换温度为60℃。循环浸出大水沟碲矿可降低浸出液中Fe3+含量、提高浸出液中碲铋含量以进一步减小还原剂用量。
本文针对大水沟碲矿的富集与冶金分离难题，围绕碲、铋分离方法和机理开展科学研究，通过系统研究大水沟碲矿的工艺矿物学特征设计提出了酸性氧化浸出-选择性还原分离工艺回收Te、Bi的思路，研究了此流程相关反应的自发性，建立了Te-H2O、Bi-H2O等体系的φ-pH图和浸出液中离子络合组分图，明确了浸出液中金属离子的水解特性和浸出液中碲、铋选择性还原热力学条件，从热力学角度分析了大水沟碲矿中碲、铋分离的可能性，并开展了系列实验系统地研究了基于此流程的相关物理化学演变规律。主要结果如下：
①大水沟碲矿中的碲、铋品位低，铁、硫含量较高。主要矿物包括白云石(CaCO3·(Mg,Fe,Mn)CO3)、白云母(KAl2(AlSi3O10)(OH)2)、黄铁矿(FeS2)、磁黄铁矿(FeS)等。碲、铋元素以楚碲铋矿(BiTe)、辉碲铋矿(Bi2Te2S)的形式赋存于矿中，含碲、铋矿物与硫化物紧密嵌布于脉石粒间或裂隙。
②采用H2SO4-FeCl3可有效浸出大水沟碲矿中碲、铋。矿中的碲、铋可分别以Te4+或HTeO2+、Bi3+的形式被浸出，Bi3+会与Cl-发生络合。需控制浸出液在酸性条件下以防金属离子水解。以碲、铋品位分别为1.52%、2.99%的大水沟碲矿开展浸出实验，碲、铋的浸出率分别可达95.61%、95.77%。适宜的浸出工艺条件为：碲矿粒度104-150μm、浸出温度90℃、浸出时间40min、H2SO4浓度150g/L、Fe3+浓度60g/L、液固比6∶1mL/g。大水沟碲矿浸出过程符合未反应核模型，碲、铋浸出表观活化能分别为12.91kJ·mol-1、9.53kJ·mol-1，浸出过程的限制性环节为固体层扩散。浸出初期的20min内，白云石溶解较迅速，生成棒状CaSO4并不断粗化长大。(Mg,Fe,Al)(Si,Al)Ox(OH)y物相的溶解主要发生在浸出初期40min内；SiO2、Fe-S矿物难于被溶解。
③采用Na2SO3还原Te-Fe粉置换Bi的方法可有效分离浸出液中的碲、铋。采用Na2SO3选择性还原分离浸出液中的金属碲，碲的回收率为99.83%，铋的损失率小于2%；粗碲品位可达93.78%。适宜的还原工艺条件为：还原剂Na2SO3剂量过剩系数为16、还原时间为10min、还原温度为80℃。搅拌可加速还原剂的溶解以促进反应。采用铁粉置换还原后液中的铋，铋的回收率可达99.39%，粗铋品位可达92.35%。适宜的置换工艺条件为：还原剂Fe粉剂量过剩系数为7.5、置换时间为40min、置换温度为60℃。循环浸出大水沟碲矿可降低浸出液中Fe3+含量、提高浸出液中碲铋含量以进一步减小还原剂用量。