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氨性溶液中含铜矿物浸出动力学及氧化铜/锌矿浸出工艺研究

作　者: 刘志雄
导　师: 尹周澜
学　校: 中南大学
专　业: 冶金物理化学
关键词: 含铜矿物浸出动力学氨-硫酸铵溶液过硫酸盐低品位氧化铜/锌混合矿
分类号: TD95
类　型: 博士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

汤丹低品位氧化铜矿和兰坪低品位氧化锌矿分别为中国大型氧化铜矿和氧化锌矿,难以用传统浮选技术分离与富集,也不宜直接酸浸。本文采用氨-硫酸铵体系,通过研究不同含铜矿物的浸出行为及氧化铜矿-氧化锌混合矿的浸出工艺,期望为湿法炼铜／锌工艺提供基础数据和理论指导。本文系统研究了几种含铜矿物在氨-硫酸铵溶液中非氧化氨浸和氧化氨浸的行为,在此基础上提出低品位氧化铜矿氧化氨浸新工艺和低品位氧化铜矿-氧化锌矿混合矿催化氧化氨浸新工艺。具体内容与结论如下：1.系统研究了孔雀石矿物在氨-硫酸铵溶液中非氧化氨浸过程。通过对比研究孔雀石在氨水溶液和氨-硫酸铵溶液中的浸出行为,发现氨-硫酸铵体系有利于孔雀石的浸出；在氨-硫酸铵溶液中,影响孔雀石浸出速率的主要因素为反应温度、矿物粒度、氨浓度和硫酸铵浓度；在氨-硫酸铵溶液中,孔雀石的浸出动力学行为符合混合控制的收缩核模型,浸出过程受界面传质和残留固体膜层扩散混合控制,反应的表观活化能为26.75kJ/mol,浸出动力学方程为：2.系统研究了斑铜矿在氨-硫酸铵体系中的氧化浸出行为。研究发现温度、反应时间、矿物粒度,过硫酸钠用量以及氨与硫酸铵浓度是影响斑铜矿氧化浸出的主要因素；斑铜矿浸出动力学行为符合混合控制的收缩核模型,浸出过程受界面传质和残留固体膜层扩散混合控制,反应表观活化能为15.63kJ/mol,浸出动力学方程为：根据斑铜矿浸出渣XRD分析结果,提出过硫酸盐氧化浸出斑铜矿反应的可能机理为：3.系统研究了低品位氧化铜矿在氨-硫酸铵溶液中非氧化氨浸过程,确定其浸出动力学行为符合扩散控制的收缩核模型。在氨-硫酸铵溶液中,影响低品位氧化铜浸出速率的主要因素为氨和硫酸铵的浓度、反应温度、液固比和矿物粒度。浸出渣的化学物相分析和SEM-EDS分析结果表明：低品位氧化铜矿中的孔雀石全部浸出、硫化铜矿少量溶解,而硅孔雀石难以浸出,是影响低品位氧化铜矿中铜的浸出的主要原因。低品位氧化铜矿的浸出行为可用扩散控制的收缩核模型来描述,浸出过程受残留固体膜层的扩散所控制,反应的表观活化能为25.54kJ/mol,浸出过程动力学方程为：4.系统研究了低品位氧化铜矿在氨-硫酸铵溶液中的氧化氨浸过程,确定其浸出动力学符合混合控制的收缩核模型,浸出过程受界面传质和残留固体膜层扩散混合控制,反应的表观活化能为22.91kJ/mol,浸出动力学方程为：由此,首次提出低品位氧化铜矿过硫酸盐氧化氨浸新工艺。研究发现,过硫酸铵盐、钠盐和钾盐等作为氧化剂可以氧化低品位氧化铜矿中的硫化矿,其中以过硫酸铵的氧化效果最好,氧化氨浸的铜浸出率比非氧化氨浸的铜浸出率至少高9%。SEM-EDS及物相分析结果表明,斑铜矿可以被过硫酸盐氧化而溶于氨性溶液中。5.以氨-硫酸铵体系中浸出低品位氧化铜矿得到的Cu(NH3)42+为催化剂,催化氧化浸出低品位氧化锌矿,提出了以过硫酸盐为氧化剂,Cu(NH3)42+催化氧化浸出ZnS的反应机理为：首次提出低品位氧化铜矿和氧化锌矿混合矿的催化氧化氨浸新工艺。研究发现,浸出温度,铜矿和锌矿的质量比,液固比,氨、硫酸铵和过硫酸铵的浓度是影响混合矿浸出的主要因素,锌浸出率比铜浸出率低。浸出渣SEM-EDS分析结果表明：在氨性溶液中,低品位氧化锌矿中的硅酸锌发生溶解,溶解析出的二氧化硅吸附在矿物表面从而阻碍锌的进一步浸出,铁酸锌不被浸出。氧化铜矿-氧化锌矿混合矿催化氧化氨浸的优化条件为：搅拌速度500r/min,铜矿与锌矿质量比为4/10,浸出时间6h,温度50。C,液固比3.6/1mL/g,氨浓度2.0mol/L,硫酸铵浓度1.0mol/L和过硫酸铵浓度0.3mol/L,此时铜和锌浸出率分别为92.6%和85.5%,铜浸出率比低品位氧化铜矿氧化氨浸最佳浸出条件下的浸出率高出4.9%。

全文目录

摘要  4-7
ABSTRACT  7-15
第一章文献综述  15-39
  1.1 概述  15-16
    1.1.1 铜的性质及用途  15
    1.1.2 铜的资源、生产与消费  15-16
  1.2 铜矿类型及其成因  16-21
    1.2.1 自然铜  16-17
    1.2.2 主要硫化铜矿种类及成因  17-18
    1.2.3 主要氧化铜矿种类及成因  18-21
  1.3 湿法炼铜的发展  21-22
  1.4 硫化铜矿的浸出  22-27
    1.4.1 硫化铜矿的酸法浸出  22-26
    1.4.2 硫化铜矿的氨法浸出  26-27
  1.5 氧化铜矿的浸出  27-31
    1.5.1 氧化铜矿的酸法浸出  27-28
    1.5.2 氧化铜矿的氨法浸出  28-31
  1.6 湿法冶金过程的动力学  31-36
    1.6.1 无固态产物层的浸出反应动力学模型  32-33
    1.6.2 有固态产物层的浸出反应动力学模型  33-35
    1.6.3 容积反应模型  35-36
  1.7 本课题的提出及其意义  36-39
第二章富含孔雀石铜矿在氨性溶液中浸出动力学研究  39-55
  2.1 引言  39-41
  2.2 实验方法与仪器  41-42
    2.2.1 实验原料  41
    2.2.2 浸出实验  41-42
    2.2.3 测定方法和仪器  42
  2.3 矿石化学成分和矿物组成  42-43
  2.4 孔雀石在氨性溶液中溶解的化学原理分析  43-44
  2.5 孔雀石在氨性溶液中的浸出动力学研究  44-54
    2.5.1 不同搅拌速度下孔雀石中铜的浸出率  44-45
    2.5.2 不同浸出时间下孔雀石中铜的浸出率  45
    2.5.3 不同氨/硫酸铵浓度及溶液pH下孔雀石中铜的浸出率  45-47
    2.5.4 不同粒度孔雀石中铜的浸出率  47-48
    2.5.5 不同液固比下孔雀石中铜的浸出率  48-49
    2.5.6 不同温度下孔雀石中铜的浸出率  49
    2.5.7 孔雀石中铜的浸出动力学分析  49-54
  2.6 本章小结  54-55
第三章低品位氧化铜矿在氨性溶液中浸出动力学研究  55-69
  3.1 引言  55-56
  3.2 实验方法与仪器  56-57
    3.2.1 实验原料  56
    3.2.2 浸出实验  56
    3.2.3 测定方法和仪器  56-57
  3.3 矿石化学成分和矿物组成  57-58
  3.4 低品位氧化铜矿在氨性溶液中溶解的化学原理分析  58
  3.5 低品位氧化铜矿在氨性溶液中的浸出动力学研究  58-68
    3.5.1 氨/硫酸铵浓度对低品位氧化铜矿浸出过程的影响  58-59
    3.5.2 粒度对低品位氧化铜矿浸出过程的影响  59-60
    3.5.3 液固比对低品位氧化铜矿浸出过程的影响  60-61
    3.5.4 温度对低品位氧化铜矿浸出过程的影响  61-62
    3.5.5 矿物浸出前后物相和形态的变化  62-64
    3.5.6 动力学分析  64-68
  3.6 本章小结  68-69
第四章含钙质斑铜矿在氨性溶液中氧化浸出动力学研究  69-85
  4.1 引言  69-70
  4.2 实验方法与仪器  70-71
    4.2.1 实验原料  70
    4.2.2 浸出实验  70
    4.2.3 测定方法和仪器  70-71
  4.3 含钙质斑铜矿的矿石化学成分和矿物组成  71
  4.4 含钙质斑铜矿在氨性溶液中溶解的化学原理分析  71-72
  4.5 斑铜矿在氨性溶液中氧化浸出动力学研究  72-83
    4.5.1 搅拌速度对铜浸出率的影响  72-73
    4.5.2 温度对铜浸出率的影响  73-74
    4.5.3 斑铜矿粒度对铜浸出率的影响  74
    4.5.4 氨/硫酸铵浓度对铜浸出率的影响  74-75
    4.5.5 过硫酸钠用量对铜浸出率的影响  75-76
    4.5.6 斑铜矿浸出渣分析  76-78
    4.5.7 斑铜矿氧化溶解机理分析  78-79
    4.5.8 动力学分析  79-83
  4.6 本章小结  83-85
第五章低品位氧化铜矿在氨性溶液中氧化浸出动力学及工艺研究  85-105
  5.1 引言  85-86
  5.2 实验方法与仪器  86
    5.2.1 实验原料  86
    5.2.2 浸出实验  86
    5.2.3 测定方法和仪器  86
  5.3 矿石化学成分和矿物组成  86-88
    5.3.1 化学成分析及矿物组成分析  86-87
    5.3.2 低品位氧化铜原矿的SEM-EDS分析  87-88
  5.4 低品位氧化铜矿在氨性溶液中溶解的化学原理分析  88
  5.5 低品位氧铜矿在氨性溶液中氧化浸出动力学研究  88-97
    5.5.1 温度对铜浸出率的影响  88-89
    5.5.2 氨浓度对铜浸出率的影响  89-90
    5.5.3 硫酸铵浓度对铜浸出率的影响  90
    5.5.4 过硫酸钠浓度对铜浸出率的影响  90-91
    5.5.5 粒度对铜浸出率的影响  91
    5.5.6 液固比对铜浸出率的影响  91-92
    5.5.7 浸出渣的分析  92-94
    5.5.8 动力学分析  94-97
  5.6 低品位氧化铜矿氧化浸出工艺研究  97-103
    5.6.1 不同氧剂剂和总氨浓度对铜浸出率的影响  98
    5.6.2 搅拌速度对铜浸出率的影响  98-99
    5.6.3 氨和硫酸铵浓度对铜浸出率的影响  99-100
    5.6.4 过硫酸铵浓度对铜浸出率的影响  100-101
    5.6.5 液固比对铜浸出率的影响  101
    5.6.6 温度对铜浸出率的影响  101-102
    5.6.7 浸出渣的分析  102-103
  5.7 本章小结  103-105
第六章低品位氧化铜矿和氧化锌矿混合矿的催化氧化氨浸工艺研究  105-116
  6.1 引言  105-106
  6.2 实验方法与仪器  106-107
    6.2.1 实验原料  106
    6.2.2 浸出实验  106
    6.2.3 测定方法和仪器  106-107
  6.3 矿石化学成分和矿物组成  107-108
  6.4 低品位氧化铜矿和氧化锌矿混合矿在氨性溶液中溶解的化学原理分析  108-109
  6.5 氨性溶液中氧化铜矿和氧化锌矿混合矿的催化氧化氨浸工艺研究  109-113
    6.5.1 低品位氧化锌矿的非氧化氨浸、氧化氨浸和催化氧化氨浸  109-110
    6.5.2 氧化铜矿与氧化锌矿质量比对浸出过程的影响  110-111
    6.5.3 浸出剂浓度对浸出过程的影响  111-112
    6.5.4 液固比对浸出过程的影响  112
    6.5.5 温度对浸出过程的影响  112-113
  6.6 浸出渣的分析  113-115
  6.7 本章小结  115-116
第七章结论  116-119
参考文献  119-134
致谢  134-135
攻读学位期间主要的研究成果  135

氨性溶液中含铜矿物浸出动力学及氧化铜/锌矿浸出工艺研究

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