复杂黄铜矿氧压浸出过程中铜的行为研究

来源 :昆明理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:Viola2007
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黄铜矿作为储量最丰富的铜矿资源,由于不断的开采导致其品位逐年下降,传统火法炼铜工艺不能对其高效处理。相比于火法炼铜,湿法冶金工艺处理此类矿物有着巨大的优势,但由于黄铜矿结构复杂,导致其不易被浸出。因此,研究黄铜矿浸出机理,提高其浸出效率是目前黄铜矿湿法浸出研究的关键。本文以典型含有FeS2、PbS和ZnS的复杂黄铜矿为研究对象,通过XRD、ICP、SEM等表征、分析测试手段对原料中的元素含量以及物相的组成与分布进行分析。然后对黄铜矿进行氧压浸出的单因素实验,考察了各因素对铜浸出率的影响,并找出最佳浸出条件。在单因素实验的基础上进行响应曲面法优化研究,获得了最佳浸出的控制条件。开展了黄铜矿中铜浸出的动力学研究,探究不同反应条件对黄铜矿浸出动力学的影响,获得了铜浸出反应的控制机制及动力学方程。研究结果表明:尽管以水为浸出剂(不加入硫酸),复杂黄铜矿在氧压浸出过程中首先发生Fe S2的氧化溶解、进而产生反应所需的硫酸,破坏黄铜矿内部各种矿物相的镶嵌结构,使其溶解进入浸出液;单因素研究表明,最佳浸出条件为反应温度200℃、初始硫酸浓度0 g/L、反应时间120 min、氧分压1.2 MPa、矿物粒径-48μm、液固比10:1、搅拌速率400 r/min,在此条件下铜的浸出率大于99.80%,矿浆平均过滤速率为1811.75 L/(m~2?h),终酸为80.75 g/L,渣率为60%。采用响应曲面法软件中的Box-Behnken设计对浸出反应条件进行优化,建立铜浸出率的二阶响应模型,结果表明该模型拟合度和可信度高,优化获得的最佳浸出条件为:反应温度196.8℃、氧分压1.19 MPa、反应时间137 min、搅拌速率395 r/min,在此条件下模型预测的铜浸出率为99.95%,实验验证结果为99.90%,非常接近。此外,反应温度与氧分压的交互作用,氧分压与反应时间的交互作用对铜浸出率的影响比较显著。复杂黄铜矿的氧压浸出动力学过程符合“收缩核模型”,浸出过程受化学反应控制,其反应的表观活化能为48.993 k J/mol,频率因子为1373.2,动力学方程为1-(1-X)1/3=1373.2e[-48993/(RT)]t。
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