黄铜矿浸出动力学及机理研究

摘要

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1 mol/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。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 铜矿资源现状

1.2 黄铜矿的火法冶金工艺

1.3 黄铜矿的湿法冶金工艺

1.4 黄铜矿钝化层

1.5 黄铜矿浸出动力学

1.6 脉石矿物的作用机制

1.7 论文研究的主要内容和目标

1.8 论文的课题来源

第2章 实验材料和研究方法

2.1 实验材料

2.2 分析测试方法

2.3 黄铜矿浸出方法

第3章 黄铜矿摇瓶振荡浸出影响因素

3.1矿物颗粒粒度的影响

3.2矿浆pH的影响

3.3矿浆浓度的影响

3.4 浸出后样品分析

3.5 本章小结

第4章 振荡浸出条件下杂质金属离子的影响

4.1 不同浓度Mg2+的影响

4.2 不同浓度Al3+的影响

4.3 浸出样品分析

4.4 本章小结

第5章 振荡浸出条件下NaCl对黄铜矿浸出的影响

5.1 实验结果及讨论

5.2 Zeta电位

5.3 动力学模型的探讨

5.4反应活化能

5.5浸出后的样品分析对比

5.6 本章小结

第6章 搅拌浸出条件下杂质离子的探究

6.1 不同硫酸盐对黄铜矿浸出影响

6.2 不同阴离子对黄铜矿浸出的影响

6.3 杂质金属离子与NaCl对黄铜矿浸出的协同影响

6.4 浸出后样品分析

6.5 本章小结

第7章 结论

致谢

参考文献

附录：攻读硕士学位期间参与的科研项目