第三篇湿法冶金原理
第三篇 湿法冶金原理
第十三章矿物浸出 教学内容】浸出反应热力学;影响浸出速度的因素 分析。 ■【教学要求】了解浸出反应的基本类型及其应用;了 解氧化物和硫化物浸出的基本反应;能利用电位一pH 图分析浸出的原理及其过程控制 【教学重点和难点】浸出反应的基本类型、反应式及 反应控制
第十三章 矿物浸出 ◼ 【教学内容】浸出反应热力学；影响浸出速度的因素 分析。 ◼ 【教学要求】了解浸出反应的基本类型及其应用；了 解氧化物和硫化物浸出的基本反应；能利用电位—pH 图分析浸出的原理及其过程控制。 ◼ 【教学重点和难点】浸出反应的基本类型、反应式及 反应控制
第十三章矿物浸出 ■13.1概述 13.2浸出反应的热力学 ■133浸出反应的动力学 134影响浸出速度的因素
第十三章 矿物浸出 ◼ 13.1 概述 ◼ 13.2 浸出反应的热力学 ◼ 13.3 浸出反应的动力学 ◼ 13.4 影响浸出速度的因素
131概述 1、浸出的概念 矿物浸出就是利用适当的溶剂,在一定的条件下使矿石或精矿 或焙烧矿中的一种或几种有价成分溶出,而与其中的脉石和杂 质分离。 浸出所用的溶剂,应具备以下一些性质: (1)能选择性地迅速溶解原料中的有价成分; (2)不与原料中的脉石和杂质发生作用 (3)价格低廉并能大量获得; (4)没有危险,便于使用; (5)能够再生使用
13.1 概述 1、 浸出的概念 ◼ 矿物浸出就是利用适当的溶剂，在一定的条件下使矿石或精矿 或焙烧矿中的一种或几种有价成分溶出，而与其中的脉石和杂 质分离。 ◼ 浸出所用的溶剂，应具备以下一些性质： （1）能选择性地迅速溶解原料中的有价成分； （2）不与原料中的脉石和杂质发生作用； （3）价格低廉并能大量获得； （4）没有危险，便于使用； （5）能够再生使用
131概述 2、浸出的分类 从冶金原理的观点来看,浸出的分类应按浸出过程主要反应 (即有价成分转入溶液的反应)的特点划分为当,如此,可 将浸出分为三大类: 简单溶解 溶质价不发生变化的化学溶解 溶质价发生变化的电化学溶解
13.1 概述 2、浸出的分类 从冶金原理的观点来看，浸出的分类应按浸出过程主要反应 （即有价成分转入溶液的反应）的特点划分为当，如此，可 将浸出分为三大类： ◼ 简单溶解 ◼ 溶质价不发生变化的化学溶解 ◼ 溶质价发生变化的电化学溶解
132浸出反应的热力学 1锌焙砂酸浸出热力学 硫化锌精矿经焙烧后,所得产品称为锌焙砂,其主要成分是氧化锌, 还有少量的氧化铜、氧化镍、氧化钻、氧化银、氧化砷、氧化锑和 氧化铁等。锌焙砂用硫酸水溶液(或废电解液)进行浸出,其主要 反应为: Zn0+H,SO, =ZnSO+H,O 浸出的目的是使锌焙砂中的锌尽可能迅速和完全地溶解于溶液中, 而有害杂质,如铁、砷、锑等尽可能少的进入溶液。浸出时,以氧 化锌型态的锌是很容易进入溶液的,问题在于锌浸出的同时,有相 当数量的杂质也进入溶液中,其反应通式为: MeO,+yH2SO4=MeSO小十yH2O 为达到浸出目的,浸出过程一般要有中性浸出与酸性浸出两段以上 工序。中性浸出的任务,除把锌浸出外,还要保证浸出液的质量, 即承担着中和水解除去有害杂质铁、砷、锑等
13.2 浸出反应的热力学 1 锌焙砂酸浸出热力学 ▪ 硫化锌精矿经焙烧后，所得产品称为锌焙砂，其主要成分是氧化锌， 还有少量的氧化铜、氧化镍、氧化钻、氧化银、氧化砷、氧化锑和 氧化铁等。锌焙砂用硫酸水溶液（或废电解液）进行浸出，其主要 反应为： ZnO＋H2SO4 ＝ZnSO4＋H2O ▪ 浸出的目的是使锌焙砂中的锌尽可能迅速和完全地溶解于溶液中， 而有害杂质，如铁、砷、锑等尽可能少的进入溶液。浸出时，以氧 化锌型态的锌是很容易进入溶液的，问题在于锌浸出的同时，有相 当数量的杂质也进入溶液中，其反应通式为： MezOy十yH2SO4 ＝Mez (SO4 )y十yH2O ▪ 为达到浸出目的，浸出过程一般要有中性浸出与酸性浸出两段以上 工序。中性浸出的任务，除把锌浸出外，还要保证浸出液的质量， 即承担着中和水解除去有害杂质铁、砷、锑等
132浸出反应的热力学 FeFe Zn Co F OH) Cu(OH) 1 Zn(OH)2 0.4F Fe2+Cu2 c。oH) cdoH》2 ca Fe Zn Ni Co Cd 图13-1锌焙砂中性浸出原理
13.2 浸出反应的热力学 图13-1 锌焙砂中性浸出原理
132浸出反应的热力学 锌焙砂中性浸出原理: ·由图13-1可以看出:当锌离子浓度为1.988moll1时,开始从溶液中沉淀析 出锌的pH值为6.321:沉淀析出的pH值比锌离子小的溶液中只有三价铁离子 铜离子的析出pH值与锌离子相近。其余杂质,如镍离子、钴离子、镉离子和 二价铁离子的析出pH值比锌离子要大。因此,当中性浸出终点溶液的pH值控 制在5.2~5.1之间时,三价铁离子就以氢氧化铁沉淀析出,与溶液中的锌分 离。溶液中的铜在活度较大的情况下,会有一部分水解沉淀,其余仍留在溶 液中,比锌离子水解沉淀pH值要大的镍离子、钴离子、镉离子和二价铁离子 等则与锌离子共存于溶液中。 在生产实践中,锌离子含量并非固定不变,随着锌离子活度的升高或降低, 沉淀析出锌的pH值将会降低或升高。当a2=1时,沉淀析出Zn(OH)2 的pH值为59 在图中绘制有两组杂质铁的FeH2O系电位-pH关系线,分别表示Fe的活度为 100和106,中性浸出液中铁的含量介于两组活度之间。同时,从图中可以看 出,在中性浸出控制终点溶液的pH值的条件下,Fe2是不能水解除去的。为 净化除铁,必须把Fe2+氧化成Fe3,Fe3能水解沉淀而与Zn2+分离。生产实 践中常用软锰矿作为Fe2+的氧化剂
13.2 浸出反应的热力学 锌焙砂中性浸出原理： • 由图13-1可以看出：当锌离子浓度为1.988 mol·L -1时，开始从溶液中沉淀析 出锌的pH值为6.321；沉淀析出的pH值比锌离子小的溶液中只有三价铁离子； 铜离子的析出pH值与锌离子相近。其余杂质，如镍离子、钴离子、镉离子和 二价铁离子的析出pH值比锌离子要大。因此，当中性浸出终点溶液的pH值控 制在5.2～5.1之间时，三价铁离子就以氢氧化铁沉淀析出，与溶液中的锌分 离。溶液中的铜在活度较大的情况下，会有一部分水解沉淀，其余仍留在溶 液中，比锌离子水解沉淀pH值要大的镍离子、钴离子、镉离子和二价铁离子 等则与锌离子共存于溶液中。 • 在生产实践中，锌离子含量并非固定不变，随着锌离子活度的升高或降低， 沉淀析出锌的pH值将会降低或升高。当 时，沉淀析出Zn(OH)2 的pH值为5.9。 • 在图l中绘制有两组杂质铁的Fe-H2O系电位-pH关系线，分别表示Fe3+的活度为 100和10-6，中性浸出液中铁的含量介于两组活度之间。同时，从图中可以看 出，在中性浸出控制终点溶液的pH值的条件下，Fe2+是不能水解除去的。为 了净化除铁，必须把Fe2+氧化成Fe3+，Fe3+能水解沉淀而与Zn2+分离。生产实 践中常用软锰矿作为Fe2+的氧化剂。 2+ =1 Zn
132浸出反应的热力学 2硫化矿酸浸出 用硫酸浸出硫化矿的溶出反应可用下列通式表示: Mes(s) +2H+=Me2++H2S D) 在溶液中,溶解了的H2S可按下式发生分解: H S=HS-+H+ HS=S2-+H+ 所有这些变化以及与之有关的其它各种变化发生的条件和规 律性,可以通过MeS-H20系在298K下的电位p图(图13-2) 所了解
13.2 浸出反应的热力学 2硫化矿酸浸出 ◼ 用硫酸浸出硫化矿的溶出反应可用下列通式表示： MeS（s）＋2H+=Me2+＋H2S （l） ◼ 在溶液中，溶解了的H2S可按下式发生分解： H2S＝HS-＋H+ HS-=S2-＋H+ ◼ 所有这些变化以及与之有关的其它各种变化发生的条件和规 律性，可以通过MeS-H2 O系在298K下的电位-pH图（图13-2） 所了解
132浸出反应的热力学 SOI s02 H2s 图132ZnSH2O系在298K下的电位pH图
13.2 浸出反应的热力学 图13-2 ZnS-H2O系在298K下的电位-pH图
