水钴矿和白合金成分和浸出实验方法.doc

2.1 实验材料水钴矿矿样由指导老师提供。经破碎、筛分后，由ICP测得原料的主要化学成分见表2.1。表 2.1 水钴矿的主要化学成分元素CoNiCuFeCaMgZnMn含量/%8.29%0.19%6.16%6.01%0.035%2.09%0.01%1.61%2.2 试剂和设备2.2.1 化学试剂表2.2化学试剂一览表名称化学式级别生产厂商五水合硫代硫酸钠Na2S2O35H2OAR广东光华科技股份有限公司乙酸铵CH3COONH4AR汕头市西陇化工厂有限公司硫氰酸钾KSCNAR广东光华科技股份有限公司可溶性淀粉（C6H10O5）nAR西陇化工股份有限公司氟化氢铵NH4HF2AR西陇化工股份有限公司碘化钾KIAR湖南汇虹试剂有限公司五水合硫酸铜CuSO45H2OAR广东光华科技股份有限公司硫酸H2SO4AR株洲石英化玻有限公司盐酸HCLAR株洲石英化玻有限公司30过氧化氢H2O2AR株洲化学工业研究所2.2.2 实验仪器表2.3实验仪器一览表设备名称设备型号生产单位电子天平FC104上海精科仪器厂数显集热式磁力搅拌器FA2004N盛蓝仪器制造有限公司数字式PH/离子计PHS-10A上海日岛科学仪器有限公司北京普析通用紫外可见分光光度计TU-1810SPC北京普析通用仪器有限公司2.3 酸浸基本原理大部分酸浸过程都适合“收缩核模型”，当矿物颗粒与酸接触时，首先在矿物颗粒表面形成一个溶解面，随着浸取的继续进行，溶解面逐渐向球心收缩。该模型主要特征为：（1）未反应浸出剂的体积变化速率与溶解面的表面积成正比；（2）传质过程具有极限性，溶解面逐渐减小直至消失；（3）反应速率与颗粒分布函数相关；（4）溶解过程颗粒的溶解速率起控制作用，受机械过程的影响较少。液固溶解反应基本通式如下： A(s)+B(l)=C(l)+D(g,l) （2.1）水钴矿中的有价金属主要以氧化物的形式存在，且部分钴以三价钴的形式存在。Co2O3不能完全溶于硫酸，因此在浸出过程中须加入一定量的还原剂（如Na2SO3）将其还原成易溶于酸的二价钴，涉及的主要化学反应如下： CuO+H2SO4=CuSO4+H2O (2.2) CoO+H2SO4=CoSO4+H2O (2.3) Co2O3+2H2SO4+Na2SO3=2CoSO4+2H2O+Na2SO4 (2.4)2.4 酸浸基本思路酸浸法以水钴矿为原料经“还原酸浸法浸出黄钠铁矾法除铁碳酸钠除铝氟化钠除钙、镁N902萃铜蒸发结晶得钴产品”，其基本工艺流程如图2.1所示：图 2.1 酸浸工艺基本流程从图2-1中可以看出酸浸过程主要包括水钴矿的还原酸浸，浸出液的除杂，浸出液中铜的回收及钴的回收这四个基本过程：（1）水钴矿的还原酸浸过程：水钴矿的还原酸浸过程是该工艺及论文的重点，主要考察了还原剂种类、浸出温度、硫酸浓度、还原剂用量等因素对水钴矿中铜、钴浸出过程的影响，判断标准为水钴矿中铜、钴的高浸出率，主要杂质铁、镁的低浸出率及低能耗。（2）浸出液的除杂：在一定条件下，铝、铁、钙、镁等杂质能被有效地去除，以杂质的高除去率和有价金属的低损失率为判断标准。（3）浸出液中铜的回收：采用N902作萃取剂回收酸浸液中的铜，在一定条件下铜能被有效的回收。2.1 实验原料及实验仪器2.1.1 实验原料本实验所用原料白合金由负责毕业设计的老师所提供，其主要成分如表2.1所示。表2.1 白合金主要成分元素名称CoCuFe其他含量/%13.64%14.7%66.22%5.44%2.1.2 实验仪器1、恒温加热数显水浴锅水浴锅型号：DK-98-厂家：天津泰斯特仪器制造有限公司规格：双列四孔功率：100W2、电动搅拌器电动搅拌器型号：JJ-1 精密定时电动搅拌器厂家：江苏省金坛市荣华仪器制造有限公司主要技术参数如下：定时范围：0120min调速范围：03000rmp，无级调速功率：60W3、紫外可见分光光度仪型号：TU-1810SPC厂家：北京普析通用仪器有限公司4、 电子天平电子天平型号：FC104厂家：上海精科仪器厂2.2 酸浸原理白合金在混酸溶液中，钴直接与酸液反应，溶液中发生反应如下：Fe+ H2SO4=FeSO4+H2 （2.1）Co+H2SO4=CoSO4+H2 （2.2）Fe+2HCl=FeCl2+H2 （2.3）Co+2HCl=CoCl2+H2 （2.4）由于没加入氧化剂，故铜很难参加反应。2.3 实验方法（1） 白合金的预处理取适量白合金样品，筛选出目数较小的一部分，提高后续实验的浸出效率（若样品中含少量目数较大的影响总体溶出效率）。（2） 浸出实验取一定量白合金置于500 mL三颈瓶中，加入一定量一定浓度比例的混酸溶液与物料混合，采用恒温水浴锅加热，控制一定的转速的机械搅拌器搅拌，搅拌的同时滴加氧化剂。（3）反应后处理反应一定时间后取出并趁热用布氏漏斗抽滤，用蒸馏水冲洗三到五次，将滤渣清洗干净，滤液待其冷却至室温时定容。（4）测定钴的浸出量将定容后的溶液稀释到适当的倍数，用紫外可见分光光度仪测量浸出液中钴的含量。按照以下公式计算钴金属浸出率： （2.5）式中：M金属 M 的浸出率，%；Mr 浸出合金浸出液稀释后紫外可见测得的金属值量，g；n 稀释倍数；M 合金质量，g；w 合金中金属的含量，%。2.4 紫外可见分光光度法实验分析紫外可见分光光谱法是通过不同的物质在一定条件下（乙烯火焰或石墨炉）产生的原子蒸气可以吸收不同的特征谱线从而对待测元素进行定量分析的方法。当元素的特征辐射通过该元素的气态基态原子区时，部分光被蒸气中基态原子吸收而减弱，通过单色器和检测器测得特征谱线被减弱的程度，即吸光度，根据吸光度与被测元素的浓度呈线性关系，从而进行元素的定量分析。原子吸收光谱分析有如下特点：（1）检出限低，一般在10-1010-14g；（2）准确度高，测量误差在1%5%；（3）选择性高，一般情况下共存元素互不干扰，无需分离；（4）应用广，可测定70多个元素（各种样品中）；当然，原子吸收光谱分析法也有其局限性，如难熔元素、非金属元素测定困难；不能同时进行多元素分析。吸光度与溶液中元素的浓度存在着必然的联系，这中联系可用比尔-朗伯特定理来描述（Beer-Lambert）。朗伯特定理：光线通过某一介质，被吸收学光线与光的入射强度无关，并且单一连续。比尔定理：吸收光与样品中吸收数目成正比。这两个定理合在一起可用下公式表示： （2.6）其中：lo= 入射光强度lt = 出射光强度a = 吸收系数（吸收性）b = 吸收光程长度c = 吸收原子浓度比尔-朗伯特定理指出，该曲线应为一条直线，但实际上，有一些因素的影响，如光谱影响及仪器设计等，