（冶金物理化学专业论文）硫化矿发电浸出过程工艺及其基础理论研究.pdf

摘耍 摘要 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 足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f e c l ，体系浸出、氧化浸出电 化学及与m n 0 2 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f e c l 3 体系发电浸出及这些硫化矿与m n o ， 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j | 蓦离子， 并获得电能的目的。 采用p e 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f e c l 3 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：e ( p b s ) = 1 8 2 6 1 0 m o l ，e 。f 方铅 矿) 2 1 4 9 6 k j t o o l 、e 。( z n s ) = 2 1 2 2k j t o o l 。，e 。( 闪锌矿) = 2 5 6 6 k j t o o ! ，e 。( 镍精矿) = 3 4 6 3k j t o o l ，e 。( 铜精矿) = 1 7 2 8 2 7 7 2 k j t o o l 。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c 1 直接参与硫化矿发电浸出过程。输出功率与 n a c l 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 c l 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： 丁d h n , , s 2 邓醇，lt 警文菥尹 堡主堂垡望壅 一! 堕曼 一警1 警轰器； 一等1t 警应制晶，； 一等越1 警矗制品 ； 模型与实验结果吻合。 f e 3 + 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f e c l 3 浓度范围内( ￥ ( a ) 输出电压- 功率- 电流曲线 u 明 譬 昌 ( b ) 依文思图 博士学位论文 第二章f e c l 3 体系发电浸出过程原理及实验研究 ( c ) 电势降一电阻- 电流曲线 图2 - 6 比表面积大小对发电的影响 2 9 8 3 k , l 1 0 0 p 叽阳极液为2 9m o l 。l n a c i ，阴极液为0 , 3t 0 0 1 l - 1f e c l 3 + 2 0m 0 1 l - 1h c 面越大时，对发电更有利。由图2 6 ( c ) 可以看出不同比表面p b s 电极体系在其 它条件相同时的电阻差异不明显。p b s 粒子越小、比表面越大，溶液与它接触 面积大，从而使得浸出电流增加。 2 5 2 压力的影响 采用方法一中玻璃管模具，压力分别为2 m p a 、2 4 m p a 、2 8 m p a 、3 2 m p a 压制镍精矿和铜精矿电极，按上述方法分别对电极进行实验，所得结果如图2 7 所示。压力可从两方面影响发电浸出：一，压力增加使得矿物颗粒与乙炔黑接 触更紧密，电极内阻减小，导电性提高，发电效率增加，二，压力增加导致电 ( a ) 镍精矿 ( b ) 铜精矿 图2 - 7 电极压片压力对发电浸出的影响 2 l 博士学位论文第二章f e c i ，体系发电浸出过程原理及实验研究 极紧密，减小了电解液对电极表面的浸渗，发电效率降低。在一定压力下，前 一因素占优势，超过一定压力后，后一因素占优势。由图可以看出，随着压力 的增大，功率、电流呈下降趋势，说明随着压力增大，在本研究条件下，后一 因素占优势，这表明发电浸出时矿物电极压制并不需要过大的压力。 2 s 3 粘结剂的影响 选用比表面积2 4 0 7 m 2 g 。1 的p b s 分别加入1 ( w 0 、2 ( w 0 、3 ( 、m 、1 2 ( w t ) 的升华硫，按前述方法制成电极浸出，结果如图2 8 ( a ) 所示。从图中可知，随着 硫量的增加，发电量有所增加，随后即出现下降趋势。这种趋势说明了硫对发 电浸出造成了两种相互竞争的影响，一是硫加入烧结后使p b s 与乙炔黑之间接 触更加紧密，内阻减小，电极导电性增加，发电量增加；二是因为硫本身不导 电，其量超过一定值以后，内阻增大，导电性反而下降，发电量减小。本研究 认为3 ( 叭) 硫为最佳用量。对硫化矿，采用第一种方法制备的电极脆而易破裂， 故用第一种方法中玻璃管模具制备电极，由图2 - 8 ( b ) 和( c ) 可见，由于不同矿物 ( a ) 依文思图( p b s ) 孓 圣 脚 u 的 雪 一 f 8 擎 ( b ) 依文思图( 镍精矿) ( c ) 依文思图( 铜精矿) 图2 - 8 电极内硫的加入对发电浸出的影响 苎主堂垡堡塞 蔓三童! ! 竺! i 笪至茎皇望当塾堡曼垄墨塞堕堑童 结构上的差异使得粘结剂硫的加入具有不同的影响，镍精矿具有与p b s 相似的 规律，随着硫量增加至一定量，发电量有所增加，硫的继续增加导致最大输出 电流变小；对于铜精矿电极，硫的增加，输出电流和电压都出现变小的趋势。 由图2 - 9 可见，采用第二种方法制备的电极，减小聚四氟乙烯乳液( p t f e ) 硫化矿比例，由于电极表面上硫化矿微粒数目的增加，导致发电浸出输出功率 增加。p t f e 不导电，所以在保证粘结的前提下应尽可能少加入，实验表明，减 小p t f e 硫化矿比例能有效地减小阳极极化，本研究采用的电极，p t f e 最佳用 量为2 5 ( 州) 左右。 ( a ) 依文思图( 镍精矿)( b ) 依文思图( 方铅矿) 图2 - 9 电极内p t f e 的加入对发电浸出的影响 2 5 4 导电剂的影响 实验选用比表面积为2 0 2 5m 2 g 。1 的p b s 分别加入6 ( w t ) 、1 0 ( w t ) 的乙炔 黑，制成电极，将电极置于阳极液中，待电极电势基本达到同一数值时，进行 发电浸出，结果如图2 一l o 所示。发电输出功率与乙炔黑加入量存在正比关系， 原因有两方面，首先乙炔黑可增加电极的导电性，其次乙炔黑质地疏松，它的 加入可有效地增加浸出液对电极浸渗，使电极的“真实工作面积”增大。实验结 果表明，两种比例的乙炔黑电极电势降相差无几，说明当乙炔黑为6 f 、m 以后， 因素二起主要作用。r a nr y 等 1 2 2 研究发现加碳的c u f e s 2 的初始反应速率是没 有加碳的3 4 倍，他们认为这归于碳降低了钝化硫膜的电阻。但乙炔黑的量并 非多多益善，太多的乙炔黑将导致单位电极面积上硫化矿物微粒数减少，影响 发电浸出效率。对于方铅矿、z n s 和闪锌矿而言，影响规律是一致的，只是由 于物质个体差异而使得影响的幅度大小不同。 由图2 - 1 0 ( b ) 可见，对于铜精矿， 无乙炔黑电极的放电曲线发生了严重的偏差，说明纯矿样在发电浸出时导电性 不是很好，加入导电荆是不可缺少的；由图2 - l o ( d ) 可见，乙炔黑增加到1 0 ( w t ) 6 4 2 0。a吾”；一哥。、 堡主堂垡堡苎 塑三童! 笠! ! 堡墨垄皇望堂塾堡堕翌墨塞墼! 要塞 ( a 豫文思圈( p b s ) ( b ) 铜精矿输出电压- 电流曲线 乙炔黑的用量i ( o ) ( c ) 镍特矿v i - w 曲线( d ) 铜精矿最走输出电流- 乙炔黑用量曲线 凰2 1 0 电极内导电剂对发电浸出的影响 后输出最大电流的增加速度减慢。对于镍精矿，由图2 - l o ( c ) 可见，虽然无乙炔 黑时放电曲线没有任何异常现象，电极的导电性良好，但是，加入乙炔黑能有 效地增加浸出液对电极的渗透，使得发电浸出的输出电流和功率大大地提高。 此外，将乙炔黑与石墨进行对比实验，按方法二制得的方铅矿电极实验结 果如图2 1 1 所示，乙炔黑结构上为无定型碳，具有更高的电催化活性，同时由 于其疏松而使浸出液对硫化物或矿物的渗透效果更好，故在发电浸出中，乙炔 黑较石墨优越。 2 5 5 导线引出方式的影响 硫化物电极片按前述方法制备，分别在玻璃管中放入银粉或汞作为电极与 导线的接触介质，然后引出铜丝导线，制备成电极。相同条件下进行发电浸出， 结果显示采用银粉作导线与电极接触介质效果远不如采用汞，因为银粉松散使 导线与电极接触电阻大，但汞为剧毒物质，虽然作为导线与电极接触介质性能 竖主堂垡笙茎 兰三兰! ! 里! ! 竺墨茎皇堡些整堡璺垄墨塞墼竺塞 优越，仍不宜在工业中应用，而宜折衷采用银导电胶之类引出电极导线。 ￥ 山 u 呐 孽 右 岁 ( a ) 输出电压功率- 电流曲线( b ) 依文思图 图2 1 l 电极内不同导电剂对发电浸出的影响 例方铅矿样，3 0 1 2 k ，8 5 0 r p 虬阳极液为3 0t o o l l n a c i ，暇极液为0 3t o o l l f e c l ，+ 2 0t o o l l 。1h c l 2 5 6 电极制备加热方式的影响 在第二种电极制备方法中，分别用红外灯和电炉加热快速挥发无水乙醇， 制成电极，进行发电浸出，结果如图2 1 2 所示。由图可知，用红外灯加热的精 矿电极的开路电势比电炉加热的要更负些，电极的极化程度也弱一些，输出 电流和输出功率也较高。这可能是由于红外灯加热时使矿粉活化，降低了反应 活化能。 董 l u 叩 堂 鲁 ( a ) 铜精矿依文思圈( b ) 镍精矿依文思图 图2 - 1 2 不同加热方式时发电浸出的影响 2 6 对电极对发电浸出的影响 分别采用1 5 5 1 4 5 m m 2 和4 6 5 3 m m 2 的p t 电极为对电极，用1 0 ( 州) 乙炔黑的p b s 电极进行发电浸出，结果见图2 - 1 3 。由图可见，大面积对电极电 流增大，对发电浸出有利。 博士学位论文第二章f e c l 3 体系发电浸出过程原理及实验研究 妻 目 ；邑 妻荨 f ( a ) 输出电压功率- 电流曲线( b 1 依文思圈 图2 1 3 对电极对发电浸出的影响 3 0 3 2 k ，11 0 0 r pm ，阳极液为2 9t o o l l n a c i 、阴极液为0 3t o o ll 。f e c l ，+ 2 0t o o l l 。1h c 2 7 离子膜对发电浸出的影响 在p b s 发电浸出中，分别采用一支盐桥、两支盐桥、p e 均相阴膜作为阴、 阳极区间的离子传输界面，在相同条件下进行发电浸出，结果如图2 - 1 4 ( a ) 、c 0 1 、 ( c ) 所示。由图可知，采用两支盐桥比支盐桥发电效果好，而p e 均相阴膜比 盐桥更优越。这主要是因为发电回路中的电阻减少的缘故。离子在离子膜中的 迁移速度比盐桥中快，故在离子膜和溶液中的电势降远小于盐桥与溶液间的电 势降，使得采用离子膜的发电浸出体系发电量猛增，而选用合适的离子膜将是 发电浸出研究中要考虑的主要问题之一。 “m a l ( a ) 输出电压一功率电流曲线 e ￥ 岔 u 啦 譬 一 争 g i ( m a 、 ( b ) 依文思图 博士学位论文第二章f o c l 3 体系发电浸出过程原理及实验研究 ( c ) 电势降- 电阻一电流曲线 图2 1 4 离子膜对发电浸出的影响 2 9 2 2 k ，1 1 0 0 r p m ，阳极液为2 9 t o o ll n a c i ，阴极液为0 3 m o l l f e c l 3 + 2 0 t o o l l 。1 h c i 2 8 搅拌对发电浸出的影响 分别于不同的搅拌条件下对硫化物或硫化矿电极进行发电浸出，结果如图 2 - 1 5 所示。由图可见，搅拌可使发电量增加，但搅拌速度达到一定值后，影响 不太明显。由2 - 1 5 ( a ) 图可见，搅拌和无搅拌条件下的阴极极化曲线是分离的， 而阳极极化曲线却基本重含，可见搅拌更多的是对阴极区传质的影响。图2 1 5 f b 、 表明，不同的硫化矿电极，搅拌的影响类似，当搅拌速度达到2 0 0 3 0 0 r p m 时 对输出电流影响就不大了。这说明液相传质过程不是硫化矿发电浸出的控制步 e ￥ ( a ) 方铅矿 ( b ) 搅拌速度与最大精出电流的关系曲线 图2 - 1 5 搅拌条件对发电浸出的影响 圉( a ) 为方船矿戳样接方法二制备电极，3 0 12 k ；囤( b ) 中p b s ，z n s 按方法一制备电极，2 9 21 5 k ；阑 锌矿为按方法二制备电极，2 9 2 1 5 k ；镍精矿为按方浩二制备电极，3 0 52 k ；铜精矿为按方法一制备 电极3 0 4 i k 博士学位论文第二章f e c l 3 体系发电浸出过程原理及实验研究 骤，而可能是由浸出液和被浸出的金属离子通过硫化物或硫化矿电极上的单质 硫的扩散过程控制着发电浸出的速率。 2 9 溶液温度对发电浸出的影响 在2 9 2 8 k - 3 2 2 ，1 k 和3 0 1 0 k 3 2 0 5 k 范围内分别研究了温度对p b s 电极和 方铅矿电极发电浸出的影响。对合成z n s 和闪锌矿、镍精矿和铜精矿电极，则 分别在2 9 2 0 k - 3 2 1 8 k 、2 9 8 4 k 3 2 1 4 k 和3 0 2 2 k - 3 3 1 8 k 范围内研究了温度的 影响。在其它条件相同情况下，进行发电浸出，测定各电极的电势、输出电流 与电池输出电压，所得数据处理得图2 1 6 。从图( a ) 弋c ) 中可以看出，如果把输 出电流( i ) 或电流密度( i ) 作为发电浸出速率的标度，则存在l o g ，。：一兰l + b + 、 一 2 3 0 3 r ， 或l o g i 。，= 一。二l + b ，而可由不同温度下最大输出电流密度与温度的关系， ” 2 3 0 3 r t + 即：l o g i m 对1 t 作图而得到各硫化矿的阿勒尼乌斯曲线如图2 - 1 7 ( a ) , - - ( f ) 所示。 釜 _ o 明 譬 一 b 筝 ￥ o 啦 o ( a ) 依文思图( p b s ) ( b ) 输出电压- 功率一电流曲线( 方铅矿) ( c ) 镍精矿依文思图 ( d ) 铜精矿n “n 。) i 曲线 图2 - 1 6 温度对硫化物或硫化矿发电浸出的影响 堡主兰垡笙苎 蔓三童! 竺! ! 堡墨垄皇星些望堡垦里墨塞墼婴壅 1 t * 1 0 - 3 ( k 1 ) ( 8 ) l o g i i f r 曲线( s = 2 47 7 m 2g - 1 的p b s ) 1 t * i o 。( k 。1 ) ( c ) l o g i - t t 线( z n s + 1 0 ( w t ) a b ) 5 e u 亡 e 秀 旦 ( b ) i o g i i 1 曲线( 方铅矿肼样+ 2 0 ( 州) a b ) i t + 1 0 4 ( k 。1 1 ( d ) l o g i - i t 曲线( 闪辞矿+ 2 州) a b ) ( 。) 镍精矿l 。百m 。i 厂r 曲线( i ：m ac m 。) ( 。铜精矿l o g i m 1 ，r 曲线( i ：m ac m 2 1 图2 - 1 7 各矿物的阿勒尼鸟斯曲线 一一、eu奇g磊。一 脚 鸵 珥 岛 芦gu_u)曹嚣。一 一rgu_ve=oi 博士学位论文 第二章f e c l 3 体系发电浸出过程原理及实验研究 由图可求得各发电浸出体系的表观活化能分别如表2 5 所示。 表2 - 5 各发电浸出体系的表观活化能 文献中方铅矿、闪锌矿于f e c l 3 体系常规浸出的活化能分别为3 4 5 3 k j t o o l - 1 【2 7 , 3 2 , 3 3 , 4 1 , 1 2 3 】，及6 4 5 k j m o l 。1 4 7 】，铜精矿传统浸出过程在氯化物系统中 的浸出活化能大约为4 2 k j m o l 。1 【5 1 1 ，5 5 5 k j m o l 1f 1 2 4 1 ，6 9 k j m o l 。1 【53 1 ，与表中数 据比较可见，本研究条件下发电浸出过程的活化能降低了许多。这可以认为是 发电浸出过程中，在硫化矿电极中加入的乙炔黑，使电极具有了电催化活性而 降低了过程的活化能的缘故。由电化学原理可知，当电极过程受扩散控制时， 由于反应的温度系数小，故电极活化能较低，一般为1 2 至1 6 k j m o l ，而电化 学反应为控制步骤时，其反应速度的温度系数较大，所以电极反应活化能较大， 一般在4 0t o m o l 。表中数值除方铅矿外，都处于1 6 至4 0k j m o l 。1 之间，表明 硫化矿发电浸出过程是由电化学极化和浓差极化混合控制。 2 1 0n a c l 浓度对发电浸出的影响 其它条件恒定，在不同浓度n a c l 溶液中对硫化矿进行发电浸出，结果如图 2 - 1 8 ( a ) 所示。由图可知，最大输出电流、最大输出功率都随n a c i 浓度增加 而增加。但n a c i 浓度的改变仅只影响阳极极化过程，随着n a c l 浓度的增加， 对应条件下电极极化程度减弱，极化曲线变得更平坦；同时，由图2 1 8 、f “ ( e ) 、( f ) 可见，随着n a c l 浓度的增加，由于氯离子与矿物电极表面的相互作用加 强，硫化矿电极的初始电势变得更负一些，从而使得发电浸出电池体系拥有更 大的输出电压。改变n a c l 浓度对阴极极化曲线几乎无影响，不同n a c l 浓度时 阴极极化曲线是重合的。 3 0 堡主堂垡笙苎 笙三童! ! 竺! ! 堡墨垄皇堡些垫堡堕堡墨塞! 垒! 生墨 ( a ) 依文思图( 方铅矿) ( c ) 闪辞矿依文思图 【e ) 镍精矿依文思图 ￥ u 魄 o o g ￥， f 宅 ( b ) 依文思囤( p b s ) ￥ 【i 】 u 吐 o o ( d ) z n s l - c w 曲线 ( d 铜精矿依文思图 图2 - 1 8n a c i 浓度对硫化矿发电浸出的影响 阳极液为x m n a c l ( x = 0 0 5 ，0 1 0 ，0 2 5 ，0 5 0 ，10 ，20 ，3 0 ，5 0 ) ，阴极液为0 3 0 t o o l l f e c l 3 + 20 t o o l l 。1 h c i 其中 p b s 为s 1 = 2 4 0 5 m 2g - 1 试样，2 9 21 5 k , 1 1 0 0 r p r f j ，方铅矿为a # 试样，3 0 0 1 k ，l l o o r pm 3 l 博士学位论文第二章f e c l 3 体系发电浸出过程原理及实验研究 将最大输出电流作为发电浸出速率的标度，则可由n a c l 浓度对应的最大电 流的对数与n a c l 浓度的对数作图，如图2 1 9 。 = 董 曹 军 g ￥ 篁 舅 = e 、 = 警 l o g c m o l ( n a c l ) ( a ) 方铅矿l o g i m - l o g c ( n a c l ) 曲线( i ：m a ) l o g e ( m o l l 1 ) 】( n a c l ) ( c ) 闪锌矿l o g i m j o g c ( n a c l ) 曲线( i ：m a o g c ( m o l l - ) 】( n a c i ) l o g e ( m o l - l 1 ) 】( n a c l ) ( b ) p b sl o g l m - l o g c ( n a c l ) 曲线( i ：m a ) z e 警 ( d ) z n sl o g l m - l o g c f n a c i ) 曲线( i ：m a ) ( e ) 镍精矿l o g l r , - c ( n a c i ) 曲线( i ：m a ) ( 0 铜精矿l o g i m ，l o g c ( n a c l ) 曲线( i ：m a ) 图2 - 1 9 硫化矿发电浸出速率与n a c i 浓度的关系曲线 堕主兰垡笙苎 蔓三主! ! 里! 堡墨垄皇堡些望壁垦里墨塞丝! 至壅 由图可见，n a c l 对各硫化矿的影响规律是类似的，在低浓度时，1 0 9 l m 与 l o g c ( n a c l ) 为一种线性关系，当浓度增大时，这种关系不再存在，数据点偏离 该回归直线。指向斜率更小的方向，即n a c l 对发电浸出的影响程度减小。将各 硫化矿发电浸出体系在低浓度范围内与n a c l 浓度的对应关系列于表2 - 6 。 轰2 - 6 各发电浸出体系与n a c l 浓度的关系 m o l l 。1 c ( n a c l ) 关系指数 方铅矿 i o g l u = 1 4 2 + 0 4 4 1 0 9 c ( n a c l ) 0 9 9 0 0 5 , - , - 0 - 2 50 4 4 合成z n s l 0 9 0 = 0 9 2 + 0 4 1 l o g c ( n a c i ) 0 9 90 1 0 5o 4 1 闪锌矿 l o g k = 0 9 8 十0 3 5 l o g c ( n a c l ) 0 9 901 , - - 0 5o 3 5 镍精矿l o g i u = 0 , 9 6 + 0 2 8 1 0 9 c ( n a c l ) o 9 9o 1 1 00 2 8 铜精矿1 0 9 = 0 , 9 0 + 0 3 4 l o g c ( n a c l ) o9 9o 1 - 4 ) 50 3 4 由文献 4 0 4 , 3 3 , 3 4 1 可知，n a c l 浓度的增加导致溶解度小的p b c l 2 形f g p b c l 4 2 。， 使浸出加速；对于n j 3 s 2 ，c 1 有助于消除阳极“钝化”，随着c 1 。浓度增加，b - n i s 的生成反应被抑制【8 ，使溶解速度加快；对于硫化铜精矿，c 1 浓度升高时，c u 2 + 和c l 一发生配合作用出现单核氯配合物c u c l + 和c u c l 2 ，当c l 浓度升高到约2 5 m 0 1 l 。1 时，生成 c u c l 3 1 _ ，从而加速浸出u ”j ；使得单位时间内输出电量增加，但 当n a c l 增加到一定浓度后，加速作用趋缓。h i r a t ot 1 2 6 等进行黄铜矿浸出时发 现有相似的规律存在，在n a c l 浓度达到2 0 m o l l 1 之前，浸出速率随n a c l 浓度 的增大而明显增加，但是在超过该浓度之后，作用变得不显著。作用机理将进一 步在以后章节讨论。 由硫化矿浸出过程最大输出电流与n a c l 浓度关系的实验结果可知，对方铅 矿、闪锌矿和铜精矿，n a c l 浓度高于2 0m o l l 。时，对发电浸出过程的影响作 用变小；对镍精矿，n a c l 浓度高于3 0m o l l “时，发电输出反而变小，所以在 实际操作过程中，宣选用适中的n a c i 浓度。无特殊说明，本研究中皆采用3 0 t o o l l 4 n a c l 溶液作为阳极浸出液。 2 1 1f e c l 3 浓度对发电浸出的影响 保持n a c l 的浓度为3 0m o l l ，恒定其它条件，分别取硫化物或硫化矿电 极在不同浓度的f e c l 3 溶液中进行发电浸出。结果如图2 2 0 所示，硫化物与各 硫化矿具有类似的规律，由图2 - 2 0 ( d ) 可知，随着f e c l 3 溶液浓度的增大，发电 的输出电流和输出功率也随着增大，而且最大输出功率是在更小的外阻情况下 达到的，即此时具有更大的输出电压。由图2 - 2 0 ( b ) 可见，f e c b 对输出电流和输 出功率影响作用在不同的浓度范围内是不同的，在一定浓度范围内，f e c l 3 浓度 博士学位论文 第二章f e c l 3 体系发电浸出过程原理及实验研究 增大时，输出电流和输出功率显著增加；超过该浓度范围，f e c l 3 溶液浓度继续 增大，输出电流和输出功率增加趋势变缓。由图2 - 2 0 ( a ) 、( c ) 、( e ) 、( f ) 中的极化 曲线可见，不同f e c l 3 浓度，阳极极化电势或过电势基本位于同一方向，而阴极 ￥ 山 o i 一 o ( a ) p b s 依文思图 i ( m a ) ( c ) 闪辞矿阴极极化曲线 ( b ) 方铅矿电流浓度一功率图 i ( m a ) ( d ) z n sv - i w 曲线 ( c ) 镍精矿n - ( nc ) 一i 曲线 ( f ) 铜精矿依文思圈 图2 - 2 0 f e c l 3 浓度对硫化矿发电浸出的影响 阳极液为3 t o o ! l n a c i ，其中，p b s 为s = 2 4 0 5 m 2 g 1 样品，2 9 215 k ，i1 0 0 l p m ， 方铝矿为础样品，2 9 88 k ，1 1 0 0 l p m ， 锌矿 z n s ，3 0 02 k ，1 1 0 0 r 口r n 博士学位论文 第二章f e c l ，体系发电浸出过程原理及实验研究 极化电势或过电势却由不同弧度的曲线所构成，这说明了f e c l 3 浓度只影响硫化 矿发电浸出的阴极极化过程，对阳极极化过程没有影响。 由电池反应( 2 1 ) ( 2 4 ) 可以看出，氧化剂f e c l 3 浓度增大，反应向右移动， 使得发电浸出电池的输出功率增大。但是从这些电池反应并不能解释为什么超过 一定浓度后，进一步增大f e c l 3 浓度，其影响作用减弱的原因。由所研究硫化物 和硫化矿电极的电流一浓度一功率图得到该浓度界限，对p b s 和方铅矿约为 0 1 5 m o l l 、对闪锌矿和z n s 约为o 2 m o l l 、对铜精矿约为0 1 5 t o o l l 、对镍 精矿为0 1 m o l l 。在这些浓度范围内，最大输出电流、最大输出功率及对应的 输出电流都随f e c l 3 浓度的增大而显著增大，当进一步增大f e c l 3 的浓度，发电 量增加程度变缓。文献中报导的常规浸出也有类似结论1 2 4 , 3 2 , 3 3 , 6 4 , 1 2 7 1 。文献表明当 f e c l 3 浓度高于0 1 至o ，2 m o l l 4 时，方铅矿浸出反应速率与f e c l 3 浓度关系不那 么明显；对闪锌矿，不同研究者得出的浓度界限差异较大，从0 8 m 0 1 l 。1 1 6 9 到 o 1 m o l l 。1 【4 7 】；而据文献【12 4 】可知，铜精矿常规浸出时，当f e c l 3 浓度达到0 5 m 0 1 l 一1 后，似乎就提供了足量的铁离子，因而不会因为表面扩散而延缓浸出反应的进程。 由上述分析可见，无需采用过浓的f e c l 3 溶液作为阴极浸出液，而宜选用适 中f e c l 3 溶液的浓度，在后面的各项研究中皆采用0 3t o o l l f e c l 3 作阴极浸出 液。 将最大输出电流或电流密度作为发电浸出速率的标度，以l o g l m 或l o g i m 对 l o g c ( f e c l 3 ) 作图如图2 - 2 l ( a ) 一f ) 。在低浓度时，l o g i m 对l o g c ( f e c l 3 ) 作图，满足一 线性关系，当浓度继续增大时，数据点偏离该线性关系，指向斜率更小的方向。 将低浓度f e c l 3 下，各硫化物和硫化矿电极l o g l m 与l o g c ( f e c l 3 ) 的线性关系列于 表2 7 。 ( a