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一种环境友好的黄铜矿浸出新工艺及理论研究

范兴祥  
【摘要】:本文综述了国内外对湿法处理黄铜矿的研究及进展。根据热力学分析和探索性试验研究,首次提出一个拥有自主知识产权的在弱酸性条件下银盐催化过硫酸铵浸出黄铜矿的新工艺。新工艺实现了黄铜矿精矿的清洁浸出,是一种环境友好的浸出方法,也是对不同品位含铜镍复杂硫化矿处理技术的一种创新。本论文研究的主要内容和结论如下: 一、详细地进行了S-H_2O、Ag_2S-H_2O、Ag_2S-NH_3-H_2O、CuFeS_2-H_2O、CuFeS_2-NH_3-H_2O、Cu-S-O-H、ZnS-H_2O、FeS_2-H_2O和PbS-H_2O等体系的热力学计算和研究。 浸出原料除了主要含有黄铜矿外,还含有少量的闪锌矿、辉铜矿、黄铁矿和方铅矿等硫化矿物。为了研究这些硫化矿物在浸出过程中的行为,本文通过热力学计算和分析,分别绘制了Ag_2S-H_2O、Ag_2S-NH_3-H_2O、CuFeS_2-H_2O、CuFeS_2-NH_3-H_2O、Cu-S-O-H、ZnS-H_2O、FeS_2-H_2O和PbS-H_2O等体系的E-pH图,首次绘出了S_2O_8~(2-)在这些体系E-pH图中的位置,并讨论了S_2O_8~(2-)浸出黄铜矿、闪锌矿、辉铜矿、黄铁矿和方铅矿等的热力学可行性。另外,为了确定S_2O_8~2-()在S-H_2O系E-pH图中的稳定区域,分别绘制了298K和373K时S-H_2O系的E-pH图,首次绘出了S_2O_8~(2-)在373K时S-H_2O系的E-pH图中的位置。最后,根据同时平衡原理,利用VB计算机语言程序进行了Cu-NH_3-H_2O系的热力学平衡计算,分别计算出不同温度下溶液与固态铜、氧化亚铜和氧化铜的平衡点。这些E-pH图的绘制为过硫酸铵浸出硫化矿提供了理论依据。 二、系统地进行不同条件下过硫酸铵浸出黄铜矿的试验研究及机理分析。 1、全面地完成了银盐催化过硫酸铵浸出黄铜矿的试验研究和机理分析。结果表明,在相同浸出条件下,不加银盐时,铜的浸出率仅为30%;而加入银盐后,可显著地提高铜的浸出率,其浸出率可超过97%,说明银离子在过硫酸铵浸出黄铜矿过程中起到了积极的催化作用。动力学试验研究表明,银离子催化过硫酸铵浸出黄铜矿的反应受扩散控制,并导出动力学方程为: 1-2/3a-(1-a)~(2/3)=0.0685(γ_ο)~(-2).[Ag~+]~(0.27)[S_2O_8~(2-)]~(0.29)exp(-25096/RT)t 在银离子的催化作用下,过硫酸铵浸出黄铜矿反应速率常数提高21.18倍。浸出机理分析表明,黄铜矿之所以能被S_2O_8~(2-)溶解,一方面有S_2O_8~(2-)与黄铜矿的直接作用,产生Fe~(2+)、Cu~(2+)和S,另一方面有S_2O_8~(2-)与黄铜矿的间接作用,即S_2O_8~(2-)可以氧化Fe~(2+)成Fe~(3+),Fe~(3+)可以氧化黄铜矿,产生Fe~(2+)、Cu~(2+)和S。因此,银离子催化过硫酸铵浸出黄铜矿是过硫酸根分别与黄铜矿直接和间接作用的共同结果,但以过硫酸根与黄铜矿直接作用为主。 浸出渣分析表明,浸出渣中铁以黄铁矿的形式存在,说明黄铁矿在浸出过程中没有被氧化浸蚀。浸出过程中产生的元素硫呈多孔镶边结构包裹在残存的黄铜矿周围。元素硫的稳定性研究表明,元素硫在浸出过程中是稳定的,没有被氧化。试验加入的银离子最终以Ag_2S的形式包裹在残存的黄铜矿周围。


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