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NH_3-(NH_4)_2SO_4-H_2O体系浸出异极矿的研究

李慧君  
【摘要】: 随着锌硫化矿资源的日趋紧缺,锌氧化矿资源正逐步得到开发和利用。对高碱性脉石氧化锌矿,采用氨-铵盐-水体系浸出,是较为适宜的工艺,已开展了大量研究。 在氧化锌矿中,锌主要以红锌矿、菱锌矿、水锌矿、硅锌矿、异极矿等矿物存在,在氨-铵盐-水体系浸出条件下,氧化锌、碳酸锌类矿物较易浸出,这点已成共识。而对异极矿等硅酸锌类矿物,研究尚十分缺乏,对其在浸出中的行为,目前还存在分歧,很多研究者往往将氧化锌矿在氨-铵盐-水体系下浸出率不高的原因,归于异极矿等硅酸锌类矿物在该体系下不能浸出所致。因此,研究异极矿在氨-铵盐-水体系下的浸出热力学与实际浸出行为,具有重大学术与应用价值。 本文以纯异极矿为原料,开展了氨-硫酸铵-水体系浸出异极矿的研究。对Zn_4Si_2O_7(OH)_2·H_2O-NH_3-(NH_4)_2SO_4-H_2O体系进行了热力学分析,绘制了异极矿锌、硅的溶解平衡图。当总氨浓度为8.5mol/L时,pH为6.2~12.8范围是Zn(NH_3)_4~(2+)的稳定区,并在pH为9.2时达到最大值。pH值小于9.6的范围为游离硅酸H_4SiO_(4(aq))的稳定区域,pH在9.6和11.8之间平衡体系中硅主要以H_3SiO_4~-离子形式存在,pH值大于11.8的范围是H_2SiO_4~(2-)稳定区域。随着总氨浓度的增加,锌的平衡浓度迅速增加;硅由于达到硅酸的饱和度而析出固体硅酸,其浓度在pH为9.6以下变化不明显,pH进一步升高,各级加质子硅酸根离子逐级转变为H_2SiO_4~(2-),这时溶液中总硅浓度增加。浸出剂[NH_3]/[N]_T为0.5时锌的平衡浓度达到最大值。 实验考察了总氨浓度、反应时间、氨/铵摩尔比、温度和搅拌速度等因素对浸出率的影响。结果表明:在氨-硫酸铵-水体系中浸出异极矿时,总氨浓度对锌浸出率影响最大,采用纯氨或纯硫酸铵体系时锌的浸出率很低,这与热力学计算结果吻合。在总氨浓度8.5mol/L,NH_3/(NH_4)_2SO_4摩尔比为2∶1,液固比20,反应温度45℃,搅拌速率250 r/min,时间1 h的浸出条件下,锌浸出率可达93.84%。 本文研究表明,在NH_3-(NH_4)_2SO_4-H_2O体系中浸出异极矿,在热力学上是可行的,实际浸出反应速度也较快。在所研究的条件范围内,浸出后异极矿中的硅转化为无定型SiO_2·2H_2O,进入浸出渣中。浸出总反应为:Zn_4Si_2O_7(OH)_2·H_2O_((s))+8NH_(3(aq))+8NH_4~+→4Zn(NH_3)_4~(2+)+SiO_2·2H_2O_((s))+2H_2O。


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