新型浸出工艺的研究

1、新型浸出工艺的研究摘要：本文主要介绍了一些浸出工艺，如外场在浸出工艺的应用以及一些新型的浸出设备对冶金浸出工艺的帮助。通过本文可以清楚地了解浸出工艺对现代冶金的影响。关键词：浸出 设备 外场强化 搅拌前言：浸出是湿法冶金关键的一部分，对金属的收率有很大的影响，所以在此找了一些比较常用的比较先进的浸出方法以及和浸出设备的的强化浸出，例如外场强化下的浸出：微波，超声波，加压浸出。在浸出设备中的浸出主要有以下几种方法，管道中的浸出，搅拌中的浸出，还有利用细菌进行一系列的浸出。1.浸出设备优化的浸出过程冶金工业的方法的进展往往伴随着设备的改进。浸出是冶金过程中重要的一步，所以浸出方法的改进依赖于浸出设

2、备的改进。下面我介绍几种主要的浸出设备改进实例。1.1机械活化浸出1.1.1机械活化浸出的原理按照过程控制步骤的不同, 通常采用下列措施以强化浸出过程:通常采用提高温度和浸出剂浓度, 使用合适的催化剂提高反应固相的活性􀀁 降低原料粒度提高浸出液与被处理物料表面间的相对运动速度, 或设法降低内扩散阻力等。在活化矿物原料的各种现代方法中, 机械活化法在浸出过程中的磨细过程中机械能并不都转变为热能，有5%10%的能量是以新生成表面及各种缺陷的能量形式被固体吸收, 从而增大了固体的能储量及反应活性。在机械活化过程中, 矿物原料活性增大, 且在固体接触处的温度及压力局部瞬间增大(压力可

3、高达1518×108Pa,对于难熔物温度可达1300K), 而引起某些在常温下不易进行或十分缓慢的反应, 即发生所谓机械化学反应, 从而使矿物化学成分发生某些变化。例如黄铜矿在行星磨中进行干式或湿式机械活化后, 活化样的DTA曲线上, 相应于放热峰的温度下降约100 , 而且矿物将部分氧化而生成一些化合物, 如CuSO4·5H2O及4Fe2(SO4)3·5Fe2O3·27H2O。磁黄铁矿机械活化后, 在X射线衍射谱上也会出现s“及1/2Fe2O3·H2O的谱线。在机械活化过程中, 甚至可能发生某些在一般条件下热力学上不可能发生的过程,如Cu+H

4、2OCuO+H2。1.1.2机械活化浸出设备用于机械活化的设备是各种高能强度磨机（加能磨）, 如振动磨、离心式行星磨、散碎机、气流喷射磨、电磁磨、脉冲气力磨和搅拌磨等。一般使用钢磨筒和钢磨球, 实验室中也采用碳化钨制的磨筒和磨球。1.1.3机械活化浸出的应用1.1.3.1轻金属矿浸出拜耳法采用压煮浸出, 设备复杂, 能耗较高。若先在搅拌磨中机械活化铝土矿15min , 则在90 常压下即可将铝完全浸出。高岭土和粘土将是重要的提铝原料。这种高硅原料适于酸法生产氧化铝。若硫酸浸出前在振动磨中机械活化高岭土, 则铝的浸出率可由未活化时的50% 显著增至100%。1.1.3.2重金属硫化矿浸出直接湿法

5、处理复杂硫化矿可综合回收有色金属, 但浸出率往往不高。例如含Ni1.8%Co0.16%、Cu1.2%的硫化矿, 在110 、PO2=106Pa条件下用6M H2SO4浸出90Min ,Ni、Co的回收率仅为69% 和30% ;若复杂矿在振动磨中机械活化3h , 然后用上述条件浸出, 则Ni、Co、Cu的浸出率分别高达90%、60%和87% ,而铁溶解率仅10%。若改用4 M H2SO4浸出, 则Co浸出率增至80% ,铁浸出率降至5%。高压氧化浸出处理黄铜矿的有前途的方法之一。若先在离心式行星磨中活化, 则浸出速度可达未活化矿的23 倍。在110 、PO2(1.52.0)×108Pa

6、和H2SO4介质条件下活化的黄铜矿精矿可在12h 内将铜全浸出,若精矿仅在球磨机中磨细, 则Cu浸出率仅20% 。酸性FeCl3 溶液既可处理复杂的Cu、Pb或Zn 精矿, 也可以浸出复杂精矿。示范工厂生产和半工业试验表明:在某些情况下此工艺在经济上可与通用流程竞争。若在浸出前机械活化精矿, 更可降低浸出温度和溶剂浓度, 提高浸出速度和回收率。如锌精矿经振动磨活化20min , 然后用0.25 mol/L FeC13 和0.3 mol/L HCl在55 下浸出20 min ,Zn 浸出率为95% ;浸出40 min ,浸出率达98% ; 而未活化锌精矿即使在0.5mol/L FeCl3。、0.

7、5mol/L H C I 和90条件下浸出20 min ,Zn 浸出率仅55 % 。1.1.1.3贵金属矿浸出直接用硫脲溶液浸出黝铜矿,Ag的浸出率<10% 。若在行星磨中机械活化含Ag 0.21 % 的黝铜矿45 min ,则其结构无序度显著增大, 在同样浸出条件下(溶液含CS(NH2)2:10g/L 、Fe2(SO4)3:5g/L、1%H2SO4、293K、浸出时间120min)可获得48%的银的浸出率。目前不能直接氰化处理的顽固金矿日益增多, 其中极细的金粒分布在硫化矿物(如砷黄铁矿、黄铁矿、磁黄铁矿)中。因此提高金浸出率的关键是破坏这些稳定的矿物, 以暴露微细金粒。为此, 近10

8、 余年来, 多采用氧化焙烧、高压酸浸或碱浸及细菌浸出作为预处理过程, 但它们均有某些不足之处。近年来提出的机械活化矿常压氧化浸出法研究表明, 黄铁矿经40 min 机械活化后, 其氰化浸出反应活化能从未活化时的69 kJ/mol 降至48 kJ/mol 。因而在溶液成分(mo l/ L )为0.5 HNO3+1.5H2SO4及60下浸出45min,即可使黄铁矿完全溶解, 暴露微细金属。浸染金粒大小<1µm的黄铁矿直接氰化, 金回收率仅8 一10 % , 即使超细磨细也只能达到2328 % 。但经机械活化的砷黄铁矿, 用3040 g/L Na0H 、0.15%NaCN及5.0g/

9、L胺酸的溶液与离子交换树脂AM-25一道进行吸附浸出48 h , 则金回收率可达了79.4%。1.2管道浸出1.2.1管道浸出的原理液体在管内流动时，流体内部存在静压力(相对压力)，通称管道压力。浸出中加入带压管道必须给浸出液做功#以克服此压力，即必须增加一个提高液体能量的设备，目前普遍用泵来提高液体机械能，理论上讲只需加压泵便可实现管道加入浸出液。管道浸出尾矿的工艺流如下：图3 管道浸出尾矿的工艺流程图1.2.2管道浸出的应用管道浸出主要应用在尾矿中有价金属的回收中。由于尾砂由于粒级较细，颗粒表面积大，浸出速度快，比较适合采用搅拌浸出工艺回收。但尾砂品位低，采用搅拌浸出成本高，没有一定的规模

10、难以盈利。因此，必须采用新型的浸出方法经济合理地开发尾砂这一潜在的二次资源。尾砂的输送必须采用砂浆泵通过管道以一定的速度将尾砂浆压送至尾砂坝，在此过程中，尾砂不会沉淀。若将溶浸液代替砂浆中的水，尾砂输送的过程就是在搅拌槽中的搅拌过程，只不过搅拌槽以密闭管道的形式存在。尾砂经沉淀后留在坝内，浸出液从堆内的集液系统流到尾砂坝周围的集液站，再泵送到萃取车问。管道浸出工艺只需在选矿厂尾砂输送站内增设一套溶浸液制备系统，并按一定的比例加入到尾砂内，再泵送至尾砂坝，在管道内完成尾砂浸出过程。尾砂坝按设计构筑若干过滤池，浸出液经过滤管网自流至集液系统，在集液站内富液被泵送到萃取车间，贫液返回到尾砂输送站，在

11、此与萃余液汇合组成溶浸液，构成闭路循环。新工艺中浸出过程是在尾砂输送管道中进行的，对于新尾砂，尾砂浸出可与尾砂排放同时进行，对于堆存的旧尾砂，必须先采用水力机械化开采技术采出尾砂坝内的尾砂，水枪冲采，造浆并泵送到尾砂输送站立式尾砂仓，然后再利用管道浸出技术回收尾砂内的目的矿物。与搅拌浸出相同的是，管道浸出根据尾砂性质可采用酸浸、碱浸。与搅拌浸出不同的是，管道浸出周期适用范围大，从几分钟到几个月之间，而搅拌浸出只能控制在几十分钟至数几十小时内。另外，管道浸出只能用于常压、常温条件下浸出，而搅拌浸出的温度能控制在6090。与搅拌浸出相比，管道浸出投资小、成本低，规模容易与选厂相匹配。浸出设备、设施

12、少，动力消耗低，维修量小，管理简单。2.外场强化下的新浸出工艺近些年随着科学技术的进一步发展,特殊冶金领域所应用的外场主要有电磁场，重力场，浓度场，压力场，超声波，瞬变温场，等离子体，激光波等，把外场的理论与技术应用于冶金科学，材料科学与工程等领域后逐步形成了发展迅速、应用广泛的特殊冶金新技术，现在特殊冶金新技术受到国内外研究人员越来越多的青睐，国家自然科学基金委在其目录中专门列出几项有色冶金新技术，包括等离子体技术、微波技术、电子束技术、激光技术和电磁冶金技术等。目前在矿冶炼过程中使用较多的外场技术有微波浸出技术，加压富氧直接浸出技术，超声波冶金技术等。2.1微波浸出技术微波是波长在lmml

13、m之间，频率在300MHz到300GHz之间的电磁波。2.1.1微波浸出原理微波遵守光学法则，当微波在传输过程中遇到不同材料时，会产生反射、吸收和穿透现象。其行为和与其相互作用的材料有关。材料吸收微波能的程度主要决定于其电导率。电导率低的材料，如绝缘体，可以高效的透过入射波，不以热的形式储存能量。电导率高的材料。如金属，能够反射微波，没有明显的加热效果。电导率适中的材料(通常l10Sm-1)，如半导体，能够不同程度地吸收微波的能量，被有效加热。然而，由于微波系统的加热机理受到温度的强烈影响，当电导率低的材料加热超过其临界温度时，也能够吸收微波辐射甚至与微波有效偶合。微波加热的前提是微波能可以透

14、过材料并被其吸收。微波微观加热微波加热电介质材料是由于电场能够极化材料的电荷，导致介质的极化取向不断发生变化。电介质极化的主要类型有电子极化、原子极化、定向极化(偶极子极化)和界面极化1。在微波频率上定向极化(偶极子极化)是最重要的微波加热机理。因为电子极化和原子极化所需要的能量要远远大于微波频率能够产生的能量，不能促进在微波频率上的电介质加热。图1表示在微波场中极化分子按照电场的迅速变化重新定位的情况。当微波透过并在介质中传播时，在一定体积内产生内部电场。介质中的偶极子的极化取向在迅速的转变(在频率245GHz下约24×109次S)。在转变过程中，分子不能够快速对方向变化作出反应，

15、产生了类似摩擦的作用，使极性分子获得能量，并以热量形式表现出来，介质的温度也随着升高。离子导电是另一个重要的微波加热机理。当微波场应用于含有离子的溶液时，离子由手固有电荷产生移动。结果离子发生碰撞，碰撞使动能转化为热能。随着溶液中离子浓度的增加，发生更多的碰撞，导致溶液快速加热。根据与微波场相互作用情况，材料可以划分为主要的4类：绝缘体、导体、介质和非均质材料。非均质材料含有不同介电特性的两种或多种相态。一般的矿物都属于非均质材料，利用微波选择性加热矿物组分的特性，向矿石中添加适当的组分，可以有效地实现有用组分从矿物中的分离。2.1.2微波加热的应用2.1.2.1微波浸出铜矿黄铜矿从使用规模和

16、可用性来说是最重要的铜矿。通常使用闪速熔炼技术来火法处理黄铜矿，由于可以避免产生S02，湿法冶金浸出硫化矿不断受到重视。从经济角度来看，三价铁离子是最实用的黄铜矿氧化剂，但是在硫酸铁和氯化铁溶液中黄铜矿的浸出率很低。溶液系统中黄铜矿分解的反应动力学很慢是由于在颗粒表面形成了硫层，阻碍了氧化剂到达未反应矿物的表面，而使用微波能够提高铜的回收率。最早把微波能用于提高铜矿回收率的Kruesi和Frahm，取得了使用微波从铜氧化矿和硫化矿中回收铜的专利。含铜0.6的黄铜矿100g加入1gFeCl2，混合物在氯气氛围中使用600W2.45GHz微波辐射6min，冷却后用盐水浸出了91的铜，丁伟安研究了微

17、波作用下三氯化铁溶液对硫化铜精矿的浸出过程。在相同的温度及相同的FeCl3浓度条件下，采用微波加热和传统加热方式对硫化铜精矿浸出，其中微波方式没有搅拌。结果表明与传统加热搅拌相比，微波加热浸出速率明显加快，反应时间大大缩短。微波辐射4050min，铜的浸出率达98.899.05，渣含铜低于0.5，而传统加热浸出需要3h以上才能达到上述指标。Weian研究了微波加热对浸取复合硫化铜矿(含Cu2S和CuFeS2)的影响。发现用700W微波炉中照射120gL FeCl3的浸取溶液45min，铜的提取率可以达到99。微波处理后测得浸取温度为105，而用传统的加热方法达到同样效果需要2h。这是由于产生了

18、强烈的对流热流，除掉了颗粒表面形成的硫层。Nadkarni解释了在微波场中样品溶解会极大的加速的原因。在异质反应系统中，微波效应造成液体和固体不同的加热速率，这会在两相中产生温度梯度。产生很大的热对流会搅动并扫除反应产物，使新的表面暴露出来。另一方面认 为微波单独加热不能打破化学键，因为微波的量子能小于破坏化学键所需的能量。Yianatos等从辉钼矿中浸出黄铜矿，发生的反应如式(7)式(9)所示。使用147850W带有变速搅拌器的改装微波炉。铜和铁以同样比例溶解而黄铁矿并不溶解。微波辐射15min后铜的溶解率达到95，而用传统的加热方式在200需要加热40min才能达到这同样指标。CuFeS2

19、+4H2SO4= CuSO4+FeSO4+2S0+2SO2 +4H20 (7)CuS+2H2S04=CuSO4+S0+S02+2H20 (8)2FeSO4+2H2SO4=Fe2(SO4)3+S02+H20 (9)Havlik在微波炉(900 W)中用氯化铁溶液(01.0molL)浸取黄铜矿(含铜30)。在每次试验中使用3g黄铜矿和200mL浸取溶液。铜的提取率随微波功率的增加而增大。在功率90W下用0.5molL FeCl3和0.5molL HCl的浸取溶液浸取2h，浸出19铜。在同样条件下用900W浸出率34。他们还比较了微波浸出和其他方法的结果，见图。可以看到，把氯化铁和黄铜矿混合物在微波

20、中加热得到铜浸出效率，要好于传统加热条件下浸出效率。矿物在微波场中的升温性能除了与其组分密切相关外，还与矿石的粒度、微波功率和能量密度等因素有关，但对不同矿物差别很大。矿石的分解受颗粒表面的化学反应控制，分解速率随粒径的减小都有所增加。苏永庆等研究了微波场中硫酸浸溶黄铜矿的动力学，结果表明微波加热提高了铜浸溶速率和浸出率。其浸出率和浸溶速率受氧化剂Mn02的含量和黄铜矿粉末的粒度影响，Mn02的含量越高，浸出率和浸出速率越大，粉末粒度越细，浸出率和浸出速率也就越大。MLovas等研究了微波辐射增强铜矿磁选分离和微波能对铜矿浸出的影响。试验证实微波辐射改变了铜矿的磁性。与传统加热方式相比极大的缩

21、短了暴露时间，强化了磁选分离效果。使得磁选分离弱磁性的黄铜矿和黝铜矿成为可能。磁选分离黄铜矿得到铜的回收率62.53。对黝铜矿的磁选分离还使得Sb的含量分别从143下降为0.8，Hg含量从0.8下降为0.1。微波浸出黄铜矿的试验结果表明，微波作用下三氯化铁对黄铁矿的浸出变得更加有效，浸出悬浮液的温度达到了90。用Na2S溶液浸取黝铜矿也证明微波辐射的效果明显，微波使As和Ag的回收率分别增加了4和9倍。2.1.2.2微波浸出铅、锌彭金辉使用1.0molL FeCl3和0.1molLHCl溶液在95研究了650W 2.45GHz微波对闪锌矿浸出动力学的影响。利用微波快速和选择性加热的特点，可以使

22、反应在很小的液固比下迅速进行，大大地减少了浓硫酸的消耗，而且辐射后矿浆的熟化时间明显缩短，同时还抑制了铁的浸出。经过1h微波处理发现锌的浸出率达到90，而在传统的浸出条件下，锌的最大回收率为52。发现反应是一级反应，反应的活化能经过计算为51 kJmol，表明过程为化学反应控制。研究还表明增加三氯化铁浓度(从0.2molL到1.0molL)和减小矿石粒(0.180mm到0.076mm)可以提高锌的浸出速率Peng和Liu等研究了微波辐射下硫酸铁溶液同时浸出闪锌矿和软锰矿。用闪锌矿与软锰矿同时浸出一净化一电解工艺处理硫化锌矿可以同时获得金属锌和二氧化锰，并能回收其中的硫，是一种不产生污染的湿法冶

23、金新工艺。而采用传统加热，浸出时间过长，有些长达5h。发现用微波辅助浸出闪锌矿动力学要比传统方法快得多，同时锌浸出率提高。微波辐射90min，锌的浸出率达到92，而传统加热下仅为41。锌的另一个来源是硅酸锌矿。传统湿法冶金方法处理的问题是减少铁和硅的溶解而增加锌等回收。使用快速浸出方法，可以减少硅的溶解，但是不利的是会增加铁的溶解。Hua等和林柞彦使用微波技术用硫酸从硅酸锌矿中快速浸出锌。增加了锌的提取效果同时减少了硅胶的形成和铁溶解。发现无微波加热时，主要浸出产物ZnS04·nH20中的为n为6或7，以6为主，反应为式(10)，而用2.45GHz 750W的微波辐射强化浸取15mi

24、n后，主要浸出产物为ZnSO4·H20，Zn的提取率高达983。溶液中铁和硅分别低于03和01，优于无微波时的酸浸过程。这是由于ZnS04·nH2O不断吸收微波能脱水转化为ZnS04·H2O，从而进一步促使矿石脱水转化为不溶性的SiO2，矿石中的Fe2(S04)3吸收微波能后转化为不溶性的Fe(OH)3，反应如式(11)式(13)所示。Zn2Si207(OH)2H20+4H2S04+(4n-6)H20=4ZnSO4·nH2O+2Si02 。(10)ZnS04·7H20=ZnS04·6H20+H20(g) (11)ZnS04·

25、6H20=ZnSO4H20+5H20(g) (12)Fe2(SO4)3+3ZnO+6H2O(g)=2Fe(OH)3+3ZnS04·H20 (13)彭金辉等研究微波辐射下三氯化铁溶液常压溶解硫化铅矿动力学。结果表明微波辐射加热条件下铅的溶解速率比传统加热条件下铅的溶解速度快。随着微波加热温度升高，反应速率明显加快，铅的溶解速率随着FeCl3浓度增加和硫化铅矿粒径的减小而增大。电弧炉尘(EAF dust)含有大量的铅和锌，被认为是一种危险废物。电弧炉尘中锌主要以ZnO和ZnFe204存在，铅以PbO存在。Xia等发现用微波加热时，在氢氧化钠溶液中锌和铅的浸出动力学有了很大提高。研究表明浸

26、出效率与微波功率、氢氧化钠浓度、固液比有关。试验表明Zn的回收率随固液比降低和微波功率的增加而增大。碱液浓度在8molL时达到最大回收率。与常规相比，在微波作用的条件下Zn的回收率是相当高的。这种情况也许是由于液体的过加热，微波与电弧炉尘固体之间产生极其剧烈的相互作用造成的(颗粒的温度高于传统加热的温度)。过热是由于缺乏成核表面或因为液体加热过于迅速，不能和表面形成对流，无法通过蒸发来耗散过剩能量造成的。当在微波中加热一些有机溶剂和水时可以观察到过热效果。例如乙醇(沸点79)和甲醇(沸点65)能够分别加热到103和84而不沸腾，水加热到104不沸腾。2.1.2.3镍、钴浸出红土矿含有镍、钴、铁

27、、镁的氧化物，镍、钴的回收是通过熔炼红土矿先得到铁镍钴合金，然后用氨水一碳酸铵选择溶解，这是个高能耗过程。Kruesi在1982年的专利可以通过微波对红土矿、氯化铁和氯化钠的混合物加热48rain，使镍钴转化为易溶于水的氯化物进行回收。Kruesi还对氯化铵微波浸取红土矿进行了研究。在氮气氛围下红土矿与氯化铵混合后在1200W微波辐射45min，然后80水中浸30min。镍和钴的提取率分别达到66和78。在相似条件下空气氛围中用微波辐射5min，在水中浸取15rain得到镍和钴的提取率分别为70和85。这些结果相当于常规旋转窑300处理2h的提取率。Chunpeng等通过微波加热用氯化铁进行干

28、法氯化镍黄铁矿。在氯气氛围中用500W 2450MHz微波加热823min，然后用pH=2的水浸取30min。样品加热1417min时得到最大的镍回收率(约99)。华一新等将微波引入低品位氧化镍矿的氯化焙烧，产出的熔砂用稀酸浸出，不仅可以缩短反应时间，降低过程的能耗，而且还可以提高镍的浸出率，采用微波加热只需20min就可以使镍的浸出率达到71.7，而传统加热需要40min才能使镍的浸出率达到688。然而微波辐射时间过长可能会使体系的HCl浓度降低，使己生成的氯化物又发生水解，从而导致镍的浸出率下降。为了研究微波是否对溶解反应具有非热效应，LJoret等在微波条件下研究了7molL硝酸对于Co

29、304和Ce02的溶解率。结果表明微波作用完全是热效应。由于微波能够方便的传递热量，产生“过热”现象，从而显著加速了化学反应的进行。2.2超声波浸出声学全部频率为10-4Hz 1014Hz，通常把频率为2×l04Hz 109Hz的声波称为超声波。超声波是机械波的一种，是机械振动在连续介质(气体、液体、固体)中的传播过程。2.2.1超声浸出的原理超声波对浸出过程的影响用每单位面积超声波功率(wcm2)表示，主要应用的是超声空化。空化现象是液体中常见的二种物理现象，在液体中由于涡流或超声波等物理作用，某些地方形成局部的暂时负压,从而引起液体或液一固体界面的断裂，形成微小的空泡。这些空泡处

30、于非稳定状态，当它们迅速破灭时，会产生微激波，因此局部有很大的压强。这种空泡在液体中形成和随后迅速闭合的现象，称为空化现象。由超声波引起的空化称为超声空化。硫化铜矿的盐浸机理以及影响浸出率的因素，作者认为超声波强化硫化铜矿浸出的作用机理可分为物理作用和化学作用。2.2.1.1物理作用2.2.1.1.1创造新的活性表面空化现象产生气泡的非线性振动，以及它们破灭时产生的爆破压力，所伴随空化现象产生的物理、化学效应具有腐蚀破坏工件的作用。这种作用可以破坏矿石表面的钝化膜和沉淀如图l，并清除矿石裂隙、缺陷、矿石颗粒间吸附的杂质如图，增大了传质表面积，促进浸出反应的持续进行。该原理目前被广泛应用于镜片、

31、精密仪器的超声清洗。除超声空化之外，声流和辐射压也会起到创造新的活性表面的作用。2.2.1.1.2促使矿石表面裂隙发育超声空化产生的微射流速度高达1000m/ns，对固体表面产生强烈的冲击、浸蚀作用，在促使矿石表面原有裂隙发育的同时使矿石表面产生新的微裂隙，增大矿石自身的反应表面积。由于高压及冲击波可使氧和浸出剂进入到矿石的裂隙中去，加快了内扩散传质和矿石颗粒内部的浸出过程，从而提高金属的浸出率。2.2.1.1.3强化传质作用川超声空化形成气泡时，液体被推向四周，瞬间湮灭，四周液体迅速流向气泡中心，引起液体的湍动，降低了外扩散阻力，使反应生成物迅速离开矿物表面进入液相中，加大浸出过程中的溶质迁

32、移速率，大大强化了传质效应。2.2.1.1.4改善固液界面润湿性浸出过程是从矿石表面润湿开始的，吸附主要靠静电吸引力和疏水力(范德华力)。疏水力代表物质疏水性的强弱，可用接触角仅来表征，接触角愈大，则疏水性愈强。日本研究者中西治通嘲的研究结果表明：超声波振动改善了液固之间的润湿性，当超声波功率一定时，接触角大小随超声波频率和振动时间变化，这也是超声波可以强化浸出的此外，超声波还可以降低溶液的粘度和表面张力，有利于溶液在矿石颗粒表面及微孔隙内部的扩散，增加溶浸液与目的矿物的有效接触，加快反应进程。22.1.2化学作用2.2.1.2.1促进化学反应超声空化的过程是集中声场能量并迅即释放的过程。空化

33、泡崩溃时，在极短时间内和在空化泡周围的极小空间内，产生高温(>500 K)和高压(>100 MPa)，形成热点，温度变化率高达109K/s就为在一般条件下难以实现或不可能实现的反应提供了一种新的非常特殊的物理环境，这样可以广辟化学反应通道，骤增化学反应速率。2.2.1.2.2水分子离解在氧化还原过程中，超声波可能还显示出一些化学作用，如在水溶液施加超声辐照时，水分子能发生离解：H20H·+OH·H·+H·H2OH·+OH·H202H·+02H02·H·+H02·H202H02

34、3;+H02·H202+02OH·+H20H202+H·H2O2和OH·自由基(OH·的氧化能力仅次于F元素)具有很强的氧化能力，超声波分解的特点是，不仅对化学活性气体有影响，对惰性气体也有影响。由于超声波的“化学”作用和“机械”作用结合在一起，有时可以获得用其它方法不可能获得的效果。2.2.2超声波的应用孙家寿等人通过实验研究了超声波对FeCl3浸出硫化铜矿的影响。试验选用超声波频率分别为2l kHz和200kHz强度均为4.5N/cm2，首先在常温条件下处理矿浆30min，Fe3+浓度为540g/L，液固比(质量比)为8:1，然后在90下搅

35、拌浸出不同时间，其结果如图所示。由图可以看出，在相同浸出条件下，矿浆经超声波处理后，铜浸出率有所提高，特别是采用2l kHz超声波处理后，铜的浸出率提高幅度更大。该试验表明在相同浸出时间时，使用超声波助浸铜的浸出率得以提高，而在相同浸出率时，浸出时间则大大缩短。Rusikhina等在频率为18.8 KHz，声强为2.8wcm2的超声场中研究了孔雀石、辉铜矿和黄铜矿的强化浸出。液固比为5：1时，超声使浸出速率提高了2。4倍，而且当粒度由-10 mm+3 mm降至-0.25 mm时的强化效果最佳。如温度为50、浸出时间为30min，用5H2S04。浸出孔雀石，而用5Fe2(SO4)3+2H2SO4

36、。浸出辉铜矿和黄铜矿时，在超声波场中的铜浸出率分别为99.8、71.2和3，而无超声作用时三者对应的浸出率分别仅为50.6、46.9和约0。由实验可见，在超声波作用下，硫化铜矿的浸出率与浸出速率大大提高。2.3细菌浸出近年来，富矿和易处理矿资源日益减少，加之近年来环保要求不断提高，对低品位和难处理矿处理方法的研究要求日趋深入。微生物浸出技术具有投资少、成本低、效益高、污染低等优点且能够处理用传统选冶工艺不能经济回收的资源，因而是处理低品位铜矿资源很有前途的技术之一。细菌浸矿原理从宏观物理化学出发，一直认为细菌浸矿的机理有直接作用和间接作用2种。直接作用是细菌附于硫化矿物，并把矿物氧化为硫酸，释

37、放出金属离子。间接作用则是Fe3+和H+在化学作用下溶解硫化矿、产出元素硫和Fe2+，随后它们又由细菌氧化为硫酸和Fe3+，硫酸和Fe3+与矿物作用，溶出金属离子。这2种作用的方式可用以下化学反应表示：直接作用:Me+O2+H2H2SO4+Me2+间接作用:MeS+Fe3+Me2+Fe2+S0S0+2O2+H2H2SO44Fe2+O2+4H+4Fe3+2H2O其中硫由初始产物到最终产物，提出了2种化学反应历程，即硫化硫酸盐历程和多硫化物历程。硫化硫酸盐历程可以简单表示为：MeS+O2MeS3O6MeS2O3MeS4O6MeS8MeSO4多硫化物历程也可以简单表示为：MSH2Sn+H2SnH2S

38、O4直接作用和间接作用都不能很好解释细菌浸出的实际问题，随着研究工作的深入，又用电化学及生物化学解释细菌浸出的化学过程。由于细菌浸出中硫化合物的降阶过程伴随着与附着菌外细胞质(EPS)内某些物质相配合的Fe3+离子的还原，可认为EPS离子参与了这一反应。细菌具有氧化亚铁离子的极高活性，不可能使整体溶液中发生亚铁离子的积累。在此基础上，细菌浸出中各主要氧化还原反应的电化学电位及细胞质中可能的电子转移途径如图l所示。其中，Eox代表细胞质内02H20对的氧化还原电位为+0.82 V(SHE)；Esox代表附着菌可利用的主要硫化合物(初始硫化合物)或沉积硫组元的氧化电位；EEP代表Fe3+Fe2+在

39、EPS层中离子的氧化还原电位(接近于溶液的氧化还原电位)。图 附着菌浸出硫化矿物时主要氧化还原反应的氧化电位及电子移当EEP较低时，大多数溶解的铁离子以二价态存在，电化学反应模式如图a所示。此时EEP和Eox之间差值较大，细菌的主要活性作用是氧化二价铁离子。三价铁还原的电子转移，以及电子不通过EPS层直接从硫化矿物转移到氧分子的转移都很小。当溶解的大多数二价铁已被氧化为三价时，情况与上不同，如图b所示。此时EEP比Esox高很多，从而造成三价铁还原电化学反应的良好动力学条件，有利于电子从表面硫化合物中转移。如果向细胞内细胞质空间充分供应氧，由上述反应产生的配合态二价铁继续转变为三价态，从而使硫

40、化矿进一步氧化，这种情况如图b所示。另一方面，如果氧的供应不充分，表面硫化合物的氧化只能通过从总体溶液中三价铁离子的供应完成，如图c所示。根据图所示的电化学反应模型，附着菌的浸出行为很大程度上取决于细胞周质中Fe3+Fe2+的浓度比，而该浓度比又取决于溶液中的氧化还原电位及溶解铁离子的浓度。这与实验中观察到的事实相符合。图 硫杆菌对不同矿物的氧化作用可把各种硫化物氧化作用的生物化学步骤总结于上图中。第1步是硫和硫化物与细胞巯基群的反应(如谷胱甘肽)，并形成硫化物一巯基复合物。硫离子在硫化物氧化酶催化下氧化成亚硫酸盐。亚硫酸盐氧化并通过两条途径生成高能磷酸键：一种是通过细胞色素连接的亚硫酸盐氧化

41、酶将亚硫酸盐氧化为硫酸盐，并经氧化磷酸化作用进行电子传递形成腺苷三磷酸(ATP)。这一途径是亚硫酸盐氧化的主要途径，在硫杆菌中普遍存在；第2种途径是亚硫酸与AMP反应，有2个电子转移并形成腺苷酰硫酸(APS)，经细胞色素系统电子转移给02，氧化磷酸化产生高能磷酸键。此外，底物水平的氧化磷酸化，APS与Pi反应并转化为腺苷二磷酸(ADP)和硫酸。在腺苷酸激酶的作用下，2个ADP可转化1个ATP和1个腺苷多磷酸(AMP)。这样，2个亚硫酸根离子经这一系统的氧化作用，最终形成3个ATP，2个由氧化磷酸化形成，1个由底物水平磷酸化产生。某些硫杆菌中存在这一途径。从Fe2+到Fe3+的有氧氧化是浸矿细菌(如氧化亚铁硫杆菌)获得能量的一种方式。在这一过程中，只有很少的能量可以利用。多数氧化铁的细菌同时氧化硫，且多为专性嗜酸菌，这在一定程度上是由于只有酸眭条件