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低品位氧化锌矿选矿富集困难,碱性脉石含量高,采用火法及酸性体系湿法工艺处理,能耗高、回收率低、废弃物多。氨—铵盐—水体系浸出,因其选择性强,氨与有价金属离子配合而促进浸出,是处理这类资源较为适宜的工艺。本文研究了氧化锌矿,特别是硅酸盐类矿物在NH3-(NH4)2SO4-H2O体系中的浸出机理,研究结果不仅在学术上弥补了这一领域基础研究的不足,也可为实际浸出工艺开发提供理论指导和基础数据。以天然异极矿和人工合成硅锌矿纯矿物为研究对象,综合运用XRD、FT-IR、XPS、SEM、EDS、TGA-DSC、ICP-AES等检测技术,研究了这些矿物在NH3-(NH4)2SO4-H2O体系中的溶解平衡、溶解速率和浸出机理,得到如下主要结论。(1)根据物质守恒、同时平衡及电中性原理,建立了Zn2SiO4-NH3-NH4+-H2O体系的热力学模型,通过对模型计算求解,绘制了体系中各组元浓度变化的热力学关系图。图示结果表明,[NH3]与[NH3]T摩尔比为0.5时,体系中[Zn]T最大,且随总氨浓度的增加而增大。总氨浓度为5mol/L,[NH3]与[NH3]T摩尔比为0.5时,无定形Si02在该体系中的溶解度为0.11g/L,其过饱和析出的pH值范围为7.16～12.68,受无定形Si02溶解度低的限制,在上述条件下体系中[Zn]T只能达到27.88g/L,远低于ZnO在该体系中的溶解度。(2)异极矿在NH3-(NH4)2SO4-H2O体系可以浸出。浸出时Zn-O-Zn键断裂后,Si-O双四面体从异极矿晶体架构中脱离形成无定形Si02。无定形二氧化硅单独形核,并未对异极矿表面形成包裹。(3)实验证实,当[NH3]与[NH3]T摩尔比为0.5时,锌浸出速率最高；在总氨浓度5mol/L,[NH3]与[NH3]T摩尔比0.5,固液比20g/L,温度35℃,搅拌速度350r/min,浸出150min时,锌的浸出率可达95%,而纯氨水和纯硫酸铵溶液中锌的浸出率只有2%；高固液比下,由于溶液中[Zn]T达到饱和,锌浸出率会大幅度下降。(4)在固液比20g／L、总氨浓度5mol/L、[NH3]与[NH3]T摩尔比0.5、搅拌速度350r/min的条件下,研究了-100-+160目的异极矿在NH3-(NH4)2SO4-H2O体系中浸出的动力学。结果表明,异极矿在NH3-(NH4)2SO4溶液中的浸出过程可用Elovich方程进行描述,浸出反应的表观活化能为55.42kJ/mol,属表面化学反应控制,这与浸出机理研究所得结论一致。(5)实验发现,异极矿和湿化学法合成的硅酸锌在不同温度下煅烧2h,均可获得结晶度不同的正交晶系的硅锌矿(β-Zn2SiO4)和三方晶系的菱面体晶硅锌矿(α-Zn2Si04)。硅锌矿的晶体结构及结晶度对其在NH3-(NH4)2SO4-H2O体系中的浸出效果有显著影响。在温度35℃、固液比20g/L、总氨浓度5mol/L、[NH3]与[NH3]T摩尔比0.5、搅拌速度350r/min的条件下浸出120min,β-Zn2SiO4的结晶度为29.88%和60.11%时锌的浸出率分别为86.66%、42.14%,α-Zn2SiO4结晶度为99%和100%时锌的浸出率分别为10.13%、6.4%,β-Zn2SiO4比α-Zn2SiO4容易浸出。(6)a-硅锌矿在浸出时,锌与硅同时溶解进入溶液,但Si02在体系中溶解度较小,过饱和后以无定形水合二氧化硅形态单独形核析出,由于其析出速度缓慢,抑制了锌的浸出。(7)在固液比5g/L、总氨浓度5mol/L、[NH3]与[NH3]T摩尔比0.5、搅拌速度350r/min的条件下,研究了-140～+160目的结晶完整的α-硅锌矿在NH3-(NH4)2SO4-H2O体系中浸出的动力学。其浸出过程特征符合多孔颗粒粒子模型,浸出过程的表观活化能为67.93kJ/mol,表明浸出过程受孔隙扩散控制,这与实验现象是一致的。