硫化礦濕法浸出機理概述

硫化礦濕法浸出機理研究摘要：本文主要針對硫化礦，根據(jù)其具有還原性的特點，需采用酸和氧化劑進行浸出。由于不同的浸出劑，其反應過程也不相同，分別以不同的化學反應方程式的形式闡述了硫化礦在不同浸出體系的反應機理，同時考察了硫元素在每一個浸出體系反應過程中的存在形態(tài)及反應體系中的酸堿度變化，為生產(chǎn)過程出現(xiàn)的現(xiàn)象提供理論依據(jù)。關鍵字：硫化礦，浸出，反應機理，氧化V 、八—1、 刖言礦床基本可以分為兩大類：氧化礦和硫化礦。氧化礦常采用火法處理，加入碳作為還原劑，將有價金屬轉(zhuǎn)換為單質(zhì)，再經(jīng)過精煉產(chǎn)出產(chǎn)品。也可以直接以氧化礦為原料用酸浸出，存在礦物處理量大，耗酸高等缺點，且浸出液中有價金屬含量較低，一般小于5g/l，雜質(zhì)含量多且高，后續(xù)回收困難。目前較為成熟的回收方法為選擇一種特效萃取劑，可得到較為純凈的反萃液，為后續(xù)處理創(chuàng)造良好的條件；硫化礦的處理方法分為三部分：選礦、火法冶煉和濕法精煉。選礦可以將脈石與有用礦物分離，提高礦物中有價金屬含量，火法精煉可進一步分離鈣、鎂、硫等其他雜質(zhì)元素，得到有用礦物成分很高的精礦，精礦有兩種出來方法，一種為鑄成陽極板進行電解精煉，產(chǎn)出純度很高的金屬板，另外一種為用酸浸出精礦，浸出液凈化后電積產(chǎn)出金屬板。本文主要針對硫化精礦，探討其濕法浸出處理過程中的化學反應機理。2、 物料特性硫化礦主要為硫化物與合金的混合物，還含有少量的氧化物及硅、鈣、鎂等雜質(zhì)元素。通常使用酸作為浸出劑，也可在酸浸的過程中加入氧化劑共同浸出。不同金屬的硫化物需要的浸出條件不同，其與酸和氧化劑的反應機理各不相同。同時可控制不同的反應條件抑制或加速某種反應的進行，實現(xiàn)選擇性浸出的目的。3、 浸出機理使用的浸出劑不同，其浸出機理也各不相同。根據(jù)浸出劑的種類可以分為三大類：硫酸氧氣浸出體系、鹽酸氯氣浸出體系和硝酸浸出體系。在不同體系浸出過程中需加入一種合適的氧化劑才能使浸出過程順利進行。3.1硫酸氧氣浸出體系硫酸體系浸出一般分為兩個過程：常壓預浸和加壓浸出，以空氣或氧氣作為氧化劑協(xié)助浸出。在浸出過程中易有硫化氫氣體冒出，需嚴格控制浸出條件，通過保證溶液中的銅離子濃度來抑制硫化氫的冒出。其反應機理為：常壓預浸TOC\o"1-5"\h\zMe+H2SO4=H2+MeSO4 ⑴Me+CuSO4=Cu+MeSO4 （2）2Me+O2+2H2SO4=2MeSO4+2H2。 （3）MeS+H2SO4=H2S+MeSO4 （4）H2S+CUSO4=CUS+H2SO4 （5）Me一代表金屬元素，如Ni、Cu、Fe、Co等常壓預浸的目的是浸出硫化礦中較為活潑的成分，如合金相及少量的硫化物，減輕加壓浸出負擔，同時活潑成分與酸反應易產(chǎn)出氫氣和硫化氫，不僅埋下安全隱患，還會對加壓釜造成腐蝕。由反應（3）可知，常壓預浸是酸與氧化劑同時消耗的過程。加壓浸出MeS+2O2=MeSO4 （6）MeS+CuSO頊CuS+MeSO4 （7）加壓浸出過程溫度高、壓力大，浸出過程得到強化，硫化礦中較為穩(wěn)定的成分開始反應。穩(wěn)定成分中除了硫化物，還有一定量的合金相。由反應方程式（6）可以看出，硫化物的反應不消耗酸、需要大量的氧氣，但是需在酸性條件下進行。由于其中含有一定量的合金相，會消耗酸，因此通過檢測終點酸度，考察其酸用量。在硫酸體現(xiàn)浸出過程中，硫的存在狀態(tài)有三種：硫化物、硫化氫和硫酸根，幾乎不出現(xiàn)單質(zhì)硫形態(tài)。合金相的反應是一個耗酸反應的過程，當沒有氧化劑或氧化劑不足時，硫化物與酸反應放出硫化氫，是耗酸反應，只有當氧化劑充足或銅離子濃度高，可以抑制硫氫的產(chǎn)生，硫化物反應才不耗酸。3.2鹽酸氯氣浸出體系針對硫化物的浸出反應，必須有氧化劑的參與。單純的采用鹽酸浸出硫化礦，只能浸出其中的合金相，且浸出率很低。最常見的氯化體系浸出為氯氣鹽酸浸出，也有鹽酸氧氣浸出的報道，主要對氯氣鹽酸浸出機理進行探討。其反應機理為：TOC\o"1-5"\h\zMe+2HCl=H2+MeCl2 （8）Me+Cl2=MeCl2 （9）MeS+2HCl=H2S+MeCl2 （10）MeS+Cl2=MeCl2+S （11）由于氯氣的氧化性很強，主要進行的是反應方程式（9）和（11），即使生產(chǎn)氫氣和硫化氫也會和氯氣進行二次反應。由反應方程式可看出，氯氣浸出合金相與硫化相時不消耗酸，酸只是為反應創(chuàng)造一個酸性的環(huán)境，使反應快速進行。硫化物中的硫大部分以單質(zhì)硫的形態(tài)存在。4硫化礦中硫元素的行為硫化物中金屬的價態(tài)在浸出前后不發(fā)生變化，只有硫的價態(tài)會發(fā)生變化，其反應的本質(zhì)是S2-與氧化劑或酸發(fā)生反應。氧化劑不同，其反應過程也不同。以最常見的氧化劑氧氣、氯氣和硝酸為例，考察硫元素發(fā)生的變化，及其引發(fā)溶液酸堿度的變化。以氧氣作為氧化劑硫的行為：TOC\o"1-5"\h\z2S2-+O2+2H2O=4OH-+2S （19）2S+3O2+2H2O=2H2SO4 （20）S2-+2O2=SO42- （21）由反應方程式可以看出，S2-變成單質(zhì)硫會釋放2個OH-，單質(zhì)硫變成硫酸根會產(chǎn)生2個H+，從S2-直接變成SO42-不會引起溶液酸堿度的變化。S2-與氧氣反應很少產(chǎn)生單質(zhì)硫，因此硫化礦中只有合金相消耗酸，而硫化相不消耗酸。以氯氣作為氧化劑硫的行為：TOC\o"1-5"\h\zS2-+Cl2=2Cl-+S （22）S+3Cl2+4H2O=SO42-+6Cl-+8H+ （23）S2-+4Cl2=SO42-+8Cl-+8H+ （24）由反應方程式可以看出，S2-變成單質(zhì)硫會不會引起溶液酸堿度的變化，但單質(zhì)硫被氧化成硫酸根會釋放8個氫離子，一般氯氣浸出硫化物時，硫的氧化率不足2%，主要進行的是反應方程式（22），氯氣浸出耗酸很少。5結(jié)論（1） 不同氧化劑與硫化物反應的產(chǎn)物不同，以氧氣作為氧化劑其產(chǎn)物為硫酸根，以氯氣作為氧化劑，其產(chǎn)物為單質(zhì)硫；（2） 根據(jù)反應機理不同，耗酸量各不相同。在硫酸氧氣浸出體系中合金相耗酸，硫化相不耗酸，在鹽酸氯氣浸出體系中合金相與硫化相都不耗酸；（3） 在浸出過程中，需控制硫化氫氣體的逸出，一方面硫化氫會惡化操作環(huán)境，另一方面硫