硫化矿发电浸出过程工艺及其基础理论研究

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随着环境问题日益突出,硫化矿的湿法冶金得到了越来越广泛的应用,不断地有湿法新工艺被冶金工作者开发利用。而能耗较大是湿法冶金的主要问题。为了合理开发利用湿法冶金过程中的化学能并简化净化流程,本文在对硫化矿的FeCl3体系浸出、氧化浸出电化学及与MnO2同时浸出研究现状综合评述的基础上,将发电原理运用于矿物的浸出过程,在工艺和理论上重点对方铅矿、闪锌矿、铜精矿、镍精矿等硫化矿的FeCl3体系发电浸出及这些硫化矿与MnO2同时发电浸出过程及其影响因素进行了研究。 本文采用双电池技术研究了电极结构对硫化矿发电浸出的影响。与石墨比较,乙炔黑作为导电剂可提高发电量。将滤网电极运用于硫化矿的发电浸出,能克服紧密电极浸出速率慢和矿浆电极结构松散的弱点,使硫化矿发电浸出过程达到同时有效浸出金属离子,并获得电能的目的。 采用PE均相阴膜连接发电浸出电池的阴极区与阳极区,可在发电浸出时减少电路内阻并能简化浸出液的净化过程。 研究了温度对各硫化矿FeCl3体系发电浸出过程的影响,得到各体系发电浸出表观活化能分别为:Ea(PbS)=18.26kJ·mol-1,Ea(方铅矿)=14.96KJ·mol-1、Ea(ZnS)=21.22KJ·mol-1,Ea(闪锌矿)=25.66KJ·mol-1,Ea(镍精矿)=34.63 KJ·mol-1,Ea(铜精矿)=17.28~27.72KJ·mol-1。这些数值表明所研究硫化矿的发电浸出过程是由电化学极化和浓差极化混合控制,并且温度影响不大,即:发电浸出可在较温和的条件下进行。 阳极电解液中Cl-直接参与硫化矿发电浸出过程。输出功率与NaCl浓度有关。文中对各矿物提出了相应的反应机理,建立了各体系发电浸出速率与[Cl-]的动力学关系,对镍精矿、铜精矿、闪锌矿及方铅矿体系分别为:博士学位论文摘要dncuFesZ dt一礁嘿罕卫,鲁气会箫F}蚤争一确二贯兰}号七会器万}奋争一动二笠户}号气今黯气,告模型与实验结果吻合。 Fe,+对所研究天然硫化矿和合成硫化物发电浸出的影响效果类似:仅在较低的Fecl3浓度范围内(<0.1一0.2 mol·L-’)影响发电浸出速率。文中提出了阴极反应机理,建立了各体系的发电浸出速率与[F e3+]的动力学关系,对镍精矿、铜精矿、闪锌矿及方铅矿体系分别为:一粤一对(罕)粤一对(等)鲁(.耀豁丁)粤一午一对(岁)普一对(赞)普亏签备)普一争一、:(岁)署一对(舞)号勺渭藉丁)号一争一礴(岁)号一对(舞)蚤气鬓黯丁)号模型与实验结果一致。 硫化矿一Mnq体系发电浸出比硫化矿一FeC13体系发电浸出更具优越性,前者获得的输出电流、输出电压及金属离子浸出率均更大。 采用循环伏安法研究了镍精矿、铜精矿、方铅矿和闪锌矿矿物电极及对应的碳糊电极的电化学行为。结果表明,碳糊电极具有和对应矿物电极一致的电化学特性,但由于碳糊电极的电催化特性而使得循环伏安曲线中的特征峰电流明显增加。 通过交流阻抗法研究了四种硫化矿的阳极过程,建立了发电浸出过程的等效电路,从理论上推导了该过程的交流阻抗复数平面图。结果表明硫化矿电极的阳极极化过程皆由电化学极化和浓差极化混合控制,这个结论与实验结果一致。 考察了机械活化、超声场及某些金属离子对发电浸出的强化及催化的影响。结果表明,由于硫化矿结构或矿物与浸出液的界面性质发生变化等原因使硫化矿发电浸出时极化程度减弱,输出电流、博士学位论文摘要电压和相应的金属离子浸出率升高,并应用硫化矿半导体能带理论进行了分析。
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