第十三章 矿物浸出

第三篇

湿法冶金原理

第十三章矿物浸出【教学内容】浸出反应热力学；影响浸出速度的因素分析。【教学要求】了解浸出反应的基本类型及其应用；了解氧化物和硫化物浸出的基本反应；能利用电位—pH图分析浸出的原理及其过程控制。【教学重点和难点】浸出反应的基本类型、反应式及反应控制

第十三章矿物浸出13.1概述

13.2浸出反应的热力学

13.3浸出反应的动力学13.4影响浸出速度的因素13.1概述1、浸出的概念矿物浸出就是利用适当的溶剂，在一定的条件下使矿石或精矿或焙烧矿中的一种或几种有价成分溶出，而与其中的脉石和杂质分离。浸出所用的溶剂，应具备以下一些性质：（1）能选择性地迅速溶解原料中的有价成分；（2）不与原料中的脉石和杂质发生作用；（3）价格低廉并能大量获得；（4）没有危险，便于使用；（5）能够再生使用。13.1概述2、浸出的分类从冶金原理的观点来看，浸出的分类应按浸出过程主要反应（即有价成分转入溶液的反应）的特点划分为当，如此，可将浸出分为三大类：简单溶解溶质价不发生变化的化学溶解溶质价发生变化的电化学溶解。13.2浸出反应的热力学

1锌焙砂酸浸出热力学硫化锌精矿经焙烧后，所得产品称为锌焙砂，其主要成分是氧化锌，还有少量的氧化铜、氧化镍、氧化钻、氧化银、氧化砷、氧化锑和氧化铁等。锌焙砂用硫酸水溶液（或废电解液）进行浸出，其主要反应为：ZnO＋H2SO4＝ZnSO4＋H2O浸出的目的是使锌焙砂中的锌尽可能迅速和完全地溶解于溶液中，而有害杂质，如铁、砷、锑等尽可能少的进入溶液。浸出时，以氧化锌型态的锌是很容易进入溶液的，问题在于锌浸出的同时，有相当数量的杂质也进入溶液中，其反应通式为：MezOy十yH2SO4＝Mez(SO4)y十yH2O为达到浸出目的，浸出过程一般要有中性浸出与酸性浸出两段以上工序。中性浸出的任务，除把锌浸出外，还要保证浸出液的质量，即承担着中和水解除去有害杂质铁、砷、锑等。13.2浸出反应的热力学图13-1锌焙砂中性浸出原理

13.2浸出反应的热力学锌焙砂中性浸出原理：由图13-1可以看出：当锌离子浓度为1.988mol·L-1时，开始从溶液中沉淀析出锌的pH值为6.321；沉淀析出的pH值比锌离子小的溶液中只有三价铁离子；铜离子的析出pH值与锌离子相近。其余杂质，如镍离子、钴离子、镉离子和二价铁离子的析出pH值比锌离子要大。因此，当中性浸出终点溶液的pH值控制在5.2～5.1之间时，三价铁离子就以氢氧化铁沉淀析出，与溶液中的锌分离。溶液中的铜在活度较大的情况下，会有一部分水解沉淀，其余仍留在溶液中，比锌离子水解沉淀pH值要大的镍离子、钴离子、镉离子和二价铁离子等则与锌离子共存于溶液中。在生产实践中，锌离子含量并非固定不变，随着锌离子活度的升高或降低，沉淀析出锌的pH值将会降低或升高。当时，沉淀析出Zn(OH)2的pH值为5.9。在图l中绘制有两组杂质铁的Fe-H2O系电位-pH关系线，分别表示Fe3+的活度为100和10-6，中性浸出液中铁的含量介于两组活度之间。同时，从图中可以看出，在中性浸出控制终点溶液的pH值的条件下，Fe2+是不能水解除去的。为了净化除铁，必须把Fe2+氧化成Fe3+，Fe3+能水解沉淀而与Zn2+分离。生产实践中常用软锰矿作为Fe2+的氧化剂。13.2浸出反应的热力学2硫化矿酸浸出用硫酸浸出硫化矿的溶出反应可用下列通式表示：MeS（s）＋2H+=Me2+＋H2S（l）在溶液中，溶解了的H2S可按下式发生分解：H2S＝HS-＋H+HS-=S2-＋H+所有这些变化以及与之有关的其它各种变化发生的条件和规律性，可以通过MeS-H2O系在298K下的电位-pH图（图13-2）所了解。

13研.2浸出滩反应充的热为力学图13碍-2Zn蛛S-H2O系在29形8K下的杯电位-pH图13粒.2浸出云反应毕的热坐力学利用隐电位-pH图，跳可全赞面而伶简便绢地表驰述包共括Zn刑S在内肤的各乞种硫酷化物晶在湿申法冶忠金过纪程中尼的热果力学返规律蓝和必辰要的他条件渡。溶解寇于溶屡液中拴的H2S，在有客氧化典剂存算在的英情况洋下，庸按H2SSS2O32-SO32-HS境O4-或SO42-顺序杏氧化弱；Zn世S的酸父溶反社应要论求溶贞剂酸等度很种高，亡放实页际上蔬它是途在加悲压和何高温倾的条浅件下柜用硫避酸浸啄出。当有踢氧存燃在时哑，Zn盈S及许峡多其乒它金奔属硫向化物剩在任嚼何pH值的架水溶梢液中街都是术不稳豪定的腊相，蔑即从谨热力新学观宴点来撑说，待硫化销锌在北整个pH的范打围内怕都能俊被氧种氧化钳，并锦在不耐同的pH值下闯分别疑得到拌如上廉列四校种反刑应所趴示的虚不同巷的氧参化产泽物。胖被氧没氧化遍的趋环势，贴决定堪于氧拳电极终与硫民化物摄电极抚之间狱的电益位差弱。Zn劝S在任徐何pH值的和水溶蛛液中该都不敌能被站氢还虽原成膊金属阿锌。13教.2浸出就反应膏的热纳力学3金银揪配合搅浸出金银毒的配狭合浸顶出通捉常用Na牧CN或Ca碎(C性N)2作配闻合剂远。当金幸属与夕配合胳剂L生成辩配合弄物时步。绘享制电缘瑞位-pH图的感基本卖步骤副是：根据会体系掀的基看本反捉应求宵出电锯位与pC每N的关搞系式补，绘劳出电拢位-pC阿N图；求出pH与pC阅N的关支系；将电啄位-pC腾N关系庆式中干的pC饿N用相征应的pH代替覆，并甩绘出查电位-pH图。13贷.2浸出牲反应粒的热你力学（1）电房诚位-pC炊N图图13群-3Ag醒-C相N－-H2O系电走位pC争N图13忘.2浸出呆反应经的热抖力学（2）pH与pC拾N的关贪系pH＋pC已N＝9.筹4－lo村gB＋lo谅g（l＋10pH飞-9何.4）上式循中B表示膀浸出尚溶液馆中总么氰的铜活度13辅.2浸出该反应衫的热逐力学（3）Ag模-C挪N－-H2O系电皂位-pH图图13达-4氰化欣法提掠取金垂银的届原理降图在生痒产实挣践中贤，溶稠液的pH值控益制在8～10之间滨，通留入空歌气将定金或地银氧些化配呆合溶墓解。悼溶解寒得到臭的金席或银书的配丘合物期溶液真，通押常用熔锌粉咬还原超，其父反应违：2Ag内(C泳N)2－＋Zn＝2A难g↓＋Zn雀(C文N)42-2A塔u(纵CN朵)2－＋Zn＝2A嫌u↓＋Zn哄(C纸N)42-从图13扩-4可以钢看出历，纯Ag终(C态N)2－或Au编(C勤N)2－与Zn拐(C金N)42-的电疲位差忽值不踏大，专所以乖在置彼换前灯必须构将溶有液中脂的空若气除查尽，效以免问析出舰的金虚银反体溶。13弄.3浸出昏反应个的动失力学1简单刺溶解漠反应今的动头力学简单饥溶解虑反应推动力披学方锻程简单昼溶解榴由扩仍散过己程决涝定，涌溶解续速度糖遵循电如下讽方程：（13缝-1）在τ=0、Cτ=0的起犯始条壤件下市积分仆式（13愉-l），便可库导出而：（13叶-2）式（13鼓-2）就米是简吨单溶税解反求应的腐动力老学方忆程。旱从式馒（13子-2）可俭以看隐出，免将lg防Cs/(药Cs－Cτ)对T作图男，便虽得一粘条直闷线，禽由直键线的架斜率产可求搜出KD。13篇.3浸出耀反应誉的动捷力学简单仗溶解雹机理臂的示眨意图图13潮-5为简期单溶块解机沿理的动示意趣图。阳由此慨图可烛见，责在简乡丰单溶闹解过山程中秆，有槐一饱协和层较迅速右在紧范靠相奶界面盲处形甜成，携从而浓观测剖到的耻速度视简单箱地说穿就是厌溶剂鼠化了邻的分收子由株饱和痰层扩申散到所溶液勾本体歉中的御速度朝。显留然，爹在此际情况博下，逐溶解评速度旬与温宽度和愧搅拌盯速度波都有测关系谋。图13绪-5简单绢溶解梁机理宽的示怪意图13个.3浸出想反应药的动别力学2化学兆溶解基反应保的动惭力学渔方程化学惭溶解翠过程毙示意星图固体醋氧化济锌在猜硫酸掩溶液庄中的诉浸出竭，可巴以作魄为这茶类反起应的乏典型帆实例描，其杆反应屠为：Zn房诚O十H2SO4＝Zn暑SO4＋H2O溶解旧反应愈如图13反-6所示转。图13具-6H2SO4化学越溶解Zn破O的示贺意图C－溶剂邮在液御流中备心的邪浓度控；ξ－溶剂席在矿永物表动面的株浓度轮；δ－扩散欠层厚顶度13肃.3浸出炼反应亡的动阵力学化学着溶解颈动力环学方凝程的咽推导假设辉浸出牛决定共于两汁个阶而段——溶剂淘向反懒应区晚的迁体移和屋相界美面上识的化窗学相泰互作桶用。梢根据盖菲克扁定律乱溶剂洲由溶看液本秘体向悟矿物决单位区表面据扩散耻的速棍度可烘表示件如下善：（13价-3）在矿老物表析面上顾，发组生浸秧出过龟程的博化学港反应第，其棋速度满根据祸质量抱作用趣定律短可表屿示如宰下：（13劣-4）根据六浸出蔽过程魔两类型的各先自速国度方标程，祝可以夺求得孝稳定胶状态凝下的旧宏观饿速度课方程燥：（13坏-5）13睁.3浸出廊反应盈的动禽力学比值KD·KR/(聚KR＋KD)起着陵宏观色变化诸速度顽常数K的作施用，托因而坑式（13只-5）可疤以具师有下着列形蛙式：（13州-6）在τ=些0，CL=C0的起坚始条智件下湖积分乐式（13胖-6），续可导够出：（13楼-7）式中C0—溶剂爬的起日始浓闹度。式（13接-7）就鼻是化采学溶骂解一桌级反耽应的粉动力嘴学方衰程。刚将ln肠C0/CL对τ作图蒙，得懂到一扰条直固线，塞根据羡其斜骂率可教以求盗出K值。实验久证实预，有葛许多码类似确氧化炭锌酸杠浸出烘的化令学溶掠解反轮应遵斧循式醒（13娘-7）所如示的贩规律抵。13荐.3浸出渴反应炉的动魔力学3电化霉学溶嘱解反庄应程裳的动鞠力学糕方程3.毛1金、具银氰绍化配界合浸价出动悔力学银的仁氰化翅配合纵浸出息主要模反应惊：2Ag＋4N非aC狭N＋O2＋2H2O＝2N杂aA助g(勒CN姥)2＋2N两aO欧H＋H2O2这一颤反应沾分成压如下版两个树半电求池反盼应：阳极愈反应2Ag＋4C宿N－－2e2A便g(贤CN既)2－阴极乔反应O2＋2H2O＋2eH2O2＋2O杯H－图13股-7为银梦的氰防化配歉合溶喝解示止意图盟。由于慈银的哈氰化被溶解热时的刷化学氏反应撑非常狠迅速再，故宁决定拉过程牵速度干的控牵制因法素是芽扩散朵，即挣银的顶氰化盘溶解旧处于苗扩散姥区域霉。13铜.3浸出惠反应驱的动海力学图13么-7银的年氰化创配合尊溶解嚷示意悦图A1－阴极族区面贯积；A2－阳极笔区面博积；A=即A1＋A213批.3浸出旱反应珍的动柔力学银的乔溶解搜速度屈方程：（1）当[CN－]很低邀而[O2]很高僻时，表明隐银的绣溶解勉速度斧只与[CN－]有关效。（2）当[CN－]很高饥而[O2]很低愈时，表示密银的拣溶解缓速度泳随[O2]而变顾。（3）如底果A1=A2，δ相等指，即印当溶解督速度悟相等嗓，即欠达到晶极限僵值。以上括分析忍表明脊：在哲氰化屯过程怀中，供控制[CN－]/参[O2]=危6为最叼有利属。实怪践证悠明，歼对金电、银针和铜绝的氢劫化配艰合浸攻出，[CN－]/迁[O2]控制榴在4.很69～7.敬4比较母适当锡。13发.3浸出跨反应臭的动膏力学3.虹2硫化春物浸烟出动扩力学Zn徒S在37轻3K下氧羞化酸洪浸出嫌时的脊动力越学曲椒线如至图13拴-8所示。图13顺-8Zn胁S在37缝3K时氧沸化酸糟溶的跑动力兔学曲作线Zn蚊S氧化话酸浸伸出属仅于电筒化学洲溶解本过程林。大多滋数情浇况下猾，硫房诚化物防氧化怜酸浸培时，寸金属膛和硫隐均以第溶液洞形态摆回收攻。在配低酸董浓度片时浸提出速房诚度仅布与酸讯度有迫关，馆而与尘氧浓秘度无码关。铲在高线酸浓佳度时刷则相车反，挨浸出摧速度郑决定巡寿于氧灶浓度患，属于品电化烟学溶淹解的峡浸出厅过程骗，如辛果增吵大阴污极去炼极化款速度额，就索能加锄快阳聪极的长溶解呜速度蕉。13幻玉.4影响牺浸出括速度聪的因绢素影响虫浸出裁速度参的主嫌要因桑素有地：矿摊块的明大小念、过令程的眼温度拾、矿豆浆的鼻搅拌泡速度弹和溶嗓剂的出浓度秆。浸出奏过程赔的速今度随乖着矿腐块的裂减小抹而增驰大。忙故矿蒜块在拉浸出俯之前往应进页行破絮磨。温度皮对反内应速胞度的涌影响瓣是，鉴温度睡升高28燃3K，反应尸速度姓约增绕加2～4倍，映也就铅是说晒反应种速度窝的温誉度系疤数等仿于2～4；扩严散速仇度的卷温度林系数钓一般顾在1.社5以下震。适当缸速度仓的搅脆拌可糕以提识高浸摘出速生度。溶剂所浓度伪对于辆反应药速度禽和溶或解程哲度影负响很拾大。睛溶解色速度妹和溶削解程驰度均青随溶爪剂浓识度的朱增大贱而增稍加。加压慎也可旅以使楼浸出港过程商加速执进趣行。12像.3电位-pH图的断绘制养方法执与分域析3．Fe－H2O系电绍位－pH图在贴冶金像过程抗中的仇应用对湿燥法冶据金而苦言，I区是Fe的沉闻积区厕。II、II无I区是Fe的浸巧出区纪，即Fe以Fe2+或Fe3+稳定留于溶茧液中线。IV、V区是Fe分别循呈Fe的(O脚H)3和Fe蚂(O捡H)2沉淀岗析出桑区，俯而与现稳定叨于溶炒液中雄的其可他金薄属分幸离，鄙所以管