黄铜矿浸出动力学及机理研究

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黄铜矿作为含量最丰富的铜矿资源,因近年来的大量开采而趋于低品位化。传统火法冶金工艺在焙烧过程中会产生大量的SO2等有害气体,严重污染环境,同时在处理低品位黄铜矿时效果很差。湿法冶金工艺在处理黄铜矿方面优势明显,但是由于黄铜矿晶格能高,并且在浸出过程中表面会产生钝化层,导致其浸出效果不理想。因此,探究浸出调控机制,确定最佳浸出条件,提出科学有效的浸出工艺,是黄铜矿浸出研究中的当务之急。本文探究了黄铜矿的各项影响因素,得到的最佳工艺条件为:矿物颗粒粒度-75+38μm、矿浆pH=1.0、矿浆浓度10 g/L。考察了杂质离子对黄铜矿的浸出作用机制,发现NaCl对浸出起促进作用,在1 mol/L的浓度范围内其效果随浓度的增加而增加;Na+、K+的硫酸盐在低浓度下对浸出作用不明显,高浓度下起抑制作用,说明Cl-对浸出起促进作用;Al3+的硫酸盐对浸出起促进作用,Mg2+的硫酸盐对浸出起抑制作用,效果随浓度的提升而增强。探究杂质金属离子和高浓度Cl-对浸出的联合作用,发现Al3+、Ca2+的硫酸盐在高浓度Cl-条件下对浸出的作用不明显;而此条件下Mg2+的硫酸盐对浸出有明显的抑制作用。在1mol/L NaCl存在条件下探究温度的影响,发现随着温度的升高浸出效果有显著的提高。通过Arrhenius方程的模拟计算,得出此条件下浸出反应的活化能大于20 kJ/mol,证明反应主要受界面化学反应模型控制。在浸出过程中测试溶液Eh,发现添加了NaCl、KCl等浸出率较高的组别浸出时的Eh明显高于添加Na2SO4、K2SO4等浸出率较低的组别。调控只含H2SO4、Na2SO4和K2SO4三组实验,使Eh稳定在700 mV(高于不调控),发现浸出效果得到显著提高。浸出结束后利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)分析浸出前后样品,结合动力学模型进行数据模拟,发现55℃条件下,当NaCl浓度低于0.5 mol/L时,浸出率较低,此时矿物表面没有出现明显的单质硫成分,钝化层可能为铜的聚硫化物,反应更符合固态产物内扩散模型;当NaCl为0.5或1.0 mol/L时,浸出率较高,钝化层主要成分为单质硫,反应更符合界面化学反应模型。75℃条件下,0.5 mol/L Na2SO4和0.5 mol/L K2SO4组别浸出率低,此时矿物表面没有出现明显的单质硫成分,钝化层可能为铜的聚硫化物,反应更符合固态产物层内扩散模型;而1 mol/L NaCl和1 mol/L KCl等组别浸出率高,钝化层主要成分为单质硫,反应更符合界面化学反应模型。
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