冶金原理第八章 矿物浸出.ppt

冶金原理 第八章矿物浸出 上一章 目录 第一节概述第二节浸出反应的热力学第三节浸出反应的动力学第四节影响浸出速度的因素 第一节概述 矿物浸出就是利用适当的溶剂 在一定条件下使矿石或精矿焙烧矿中的一种或几种有价成分溶出 而与其中的脉石成分和杂质分离 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 工业上作为溶剂使用的一般有 水 酸 通常是硫酸 盐酸 溶液 氨溶液和碱溶液 盐溶液 如贵金属金 银浸出时所用的氰化物溶液 等 浸出原料通常是复杂的多元体系 即是由一系列矿物组成的 其中有价值的矿物多为硫化物 氧化物 氢氧化物 碳酸盐等 少数也以自然金属状态存在 为了利于浸出 原料在浸出之前往往要进行物理的或化学的处理 以改善其物理化学性质 视原料的组成 性质不同 浸出过程有常压浸出和加压浸出之分 且两者又包括水浸出 酸浸出 碱浸出和盐浸出 还应指出的是 常压浸出分为三大类 简单溶解 溶质价不发生变化的化学溶解和溶质价发生变化的电化学溶解 从冶金原理的观点来看 浸出的分类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和溶质价发生变化的电化学溶解 1 简单溶解当有价成分在固相原料中呈可溶于水的化合物形态时 浸出过程的主要反应就是有价成分从固相转入液相的简单溶解 例如 MeSO4 aqMeSO4 l aq 1 MeCl2 s aqMeCl2 l aq 2 式 1 和式 2 可以作为有色金属化合物经硫酸化焙烧或氯化焙烧后水浸出的这类反应的例子 2 化学溶解这类浸出反应有以下三种不同情况 1 金属氧化物或金属氢氧化物与酸或碱的作用 按下列式的反应形成溶于水的盐 MeO s H2SO4MeSO4 l H2O 3 Me OH 3 l NaOHNaMe OH 4 l 4 式 3 可举硫化锌精矿经氧化焙烧后的酸浸出为例 式 4 可用三水铝石型土矿碱浸出为例 2 某些难溶于水的化合物 如MeS MeCO3等 与酸作用 化合物的阴离子按下式变为气相 MeS s H2SO4MeSO4 l H2S g 5 MeCO3 s H2SO4MeSO4 l H2CO3 6 H2CO3H2O CO2 g 式 5 可举ZnS的酸浸出为例 式 6 可用ZnCO3的酸浸出作例子 3 难溶于水的有价金属Me的化合物与第二种金属Me 的可溶性盐发生复分解反应 形成第二种金属Me 的更难溶性盐和第一种金属Me的可溶性盐 如下式所示 MeS s Me SO4 l Me S s MeSO4 l 具体例子可举 NiS s CuSO4 l CuS s NiSO4 l 反应 白钨矿用苏打溶液进行的加压浸出 也是属于这种类型 其反应如下 CaWO4 g Na2CO3 l CaCO3 s Na2WO4 l 3 电化学溶解这类反应可能有以下几种不同的情况 1 金属的氧化靠酸的氢离子还原而发生 按照这类反应 所有负电性的金属均可溶解在酸中 2 金属的氧化靠空气中的氧而发生 Me H2SO4 O2 MeSO4 H2O有些正电性的金属溶解便是如此 3 金属的氧化物靠加入溶液的氧化剂而发生 例如 Me Fe2 SO4 3 MeSO4 2FeSO42Fe2 MnO2 4H2SO4 MnSO4 Fe2 SO4 3 2H2O上述第一种反应可以用于铜的湿法冶金 第二种反应可以用于锌的湿法冶金 4 与阴离子氧化有关的溶解 在许多浸出场合下 金属由难溶化合物转入溶液的过程 只有在难溶化合物中与金属相结合的阴离子被氧化时才能进行 作为实例 可以举出某些硫化精矿在进行所谓加压氧浸出时硫离子氧化成元素硫的反应 MeS H2SO4 O2 MeSO4 H2O S 硫离子氧化成元素硫的反应也可按下式发生 MeS Me Cl2 MeCl2 2Me Cl S在此情况下 实际得到应用的Me Cl是FeCl3或其他一些有价态变化的氯化物溶剂 硫化物中的硫氧化成SO的反应 MeS 2O2 MeSO4也是属于这个类型 5 基于金属还原的溶解 这类溶解反应可以在被提取金属能形成几种价态的离子的情况下发生 含有高价金属难溶化合物 可以在金属还原成更低价时转变为可溶性化合物 例如 氧化铜用亚铁盐浸出的反应 3CuO 2FeCl2 3H2O CuCl2 2CuCl 2Fe OH 3 6 有配合物形成的溶解 用氰化钾或氰化钠溶液溶解金或银的过程 是这类反应的常见实例 如金的氰化钠溶解反应 2Au 4NaCN H2O O22NaAu CN 2 2NaOH此外 硫化镍的氨溶浸也是一个重要实例 其反应为 Ni3S2 10NH4OH NH4 2SO4 4O23Ni NH3 4SO4 11H2O 配合溶浸具有多优点 能进行选择性的溶解 这是因为原料中的有些伴生金属不形成配合物 配合物的形成 使得金属在给定溶液中的溶解度增大 利于产出高浓度的溶液 溶液的稳定性提高 而不易发生水解 第二节浸出反应的热力学 溶剂有有价矿物作用的可能性 决定于反应的吉布斯自由能变化 如反应体系是吉布斯自由能减少 即反应吉布斯自由能为负值 此反应能自动进行 且负值量愈大 反应愈易进行 反应的愈完全 如反应进行时是体系的吉布斯自由能增大即反应吉布斯自由能为正值 该反应就不能自动进行 也就是说溶剂不能使有价成分溶解 现以铜及其某些化合物与最常用的一些溶剂进行浸出反应的情况为例 说明浸出反应的可能性 如表8 1所示 从表8 1可以看出 对铜及其化合物来说 热力学上可能进行的溶解反应 如前面讨论的那样 也可以分为三个类型 可溶性化合物溶于水的简单溶解 表中未示 无变价的化学溶解 有变价的电化学溶解 在这三类浸出反应中 电化学溶解的情况经常遇到 对其他金属矿物原料的浸出来说 实际情况也是这样 因此 在湿法冶金中 经常采用电位 PH图来说明体系的热力学规律 下面将举锌焙砂酸浸出 硫化锌酸浸出以及金 银氰化络合浸出三个例子来进行矿物浸出的热力学分析 一 锌焙砂酸浸出 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 氧化钴 氧化镉 氧化砷 氧化锑和氧化铁等 锌焙砂用硫酸水溶液 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 MexOy yH2SO4 Mex SO4 y yH2O 例如 FeO的浸出反应 FeO H2SO4 FeSO4 H2O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 酸性浸出除考虑有害杂质尽可能少的溶解外 主要任务是使锌尽可能迅速和完全地溶解 以提高锌焙砂中锌的浸出率 前面已经将金属 H2O系的电位 PH图的绘制原理和方法作了说明 现以锌焙砂中性浸出的金属 H2O系的电位 PH图来分析浸出过程的条件控制 现设锌焙砂中性浸出液含Zn1 988mol L 1 Fe3 810 4mol L 1 Cd4 4510 3mol L 1 Co2 010 4mol L 1 Ni8 5310 5mol L 1 Cu4 7210 3mol L 1 有关金属盐类的平均活度系数列于表8 2中 根据上述浓度和表8 2的活度系数 可以算出各金属的活度值 见表8 3 表8 3中v 1是因为浓度很小 而估计的数值 表8 2有关金属盐类的平均活度系数 锌在浸出液浸出过程中的主要反应 Zn2 2 Zn Zn2 Zn 0 763 0 0295log 1 Zn OH 2 2H Zn2 2H2O 表8 3中性浸出液各组分的活度值 PH 5 9 1 2logaZn2 2 Zn OH 2 2H 2 Zn 2H2O Zn OH 2 Zn 0 763 0 0591PH 3 将aZn2 6 955 10 2代入上例三个平衡关系式中 就可以确定Zn H2O系电位 PH图中三条直线的具体位置 如图8 1所示 线 为水平线 其 Zn2 Zn 0 763 0 0295lg 6 955 10 2 0 797v 线 为垂直线 其PH 5 9 1 2lg 6 955 10 2 6 321 线 为一条斜线 其斜率为 0 0591 用同样的方法 可以分别作出Cu Cd Co Ni Fe等金属的Me H2O系电位 PH图 为了便于了解锌焙砂浸出时及其他组分的行为 把锌的电位 PH图和其他金属的电位 PH图重合在一张图上 如图8 1所示 由图8 1可以看出 当锌离子浓度为1 988mol 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 4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aZn2 1时 沉淀析出Zn OH 2的PH值为5 9 在图8 1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 二 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 s 在溶液中 溶解了的H2S可按下式发生分解 H2S HS H HS S2 H 生成的这些含硫离子 硫离子及H2S本身又可被各种氧化剂氧化 并在溶液不同的PH值下生成不同价态的氧化产物 所有这些变价以及于之有关的其它各种变化发生的条件的规律性 可以通过MeS H2O系在298K下的电位 PH图所了解 现以ZnS H2O系正在298K下的电位 PH图为例 来进行分析讨论 按照前面已讨论过的原理和方法 可以求出ZnS H2O系中各有关反应及其在298K下的 和PH的计算式 如表8 4所示 根据表8 4作出的ZnS H2O系的电位 PH图 如图8 2所示 下面对它的绘制和应用作一些说明 1 溶解于溶液中的H2S 在有氧化剂存在的情况下 按H2S S S2O32 SO32 HSO4 或SO42 顺序氧化 由于S2O32 和SO32 是不稳定的离子 故未在图中表示 2 为了作电位 PH图 必须知道溶液中含锌离子 H2S以及含硫离子的活度 表8 4ZnS H2O系的反应及其在298K下的 和PH的计算式 如果要求溶浸后产出的浸出液含锌0 06 0 12mol L 在作图时设aZn2 0 1 aZnO22 在298K及PH2S 101325Pa时 H2S在水中的溶解度为0 1mol L 1 为了便于作图 在这里取aH2S以及各种含硫离子的活度均等于0 1 3 PO2和PH2都指定为101325Pa 4 此外 还必须指出 由于各种碱式盐的形式以及金属离子呈多价形态存在 故实际的MeS H2O系的电位 PH图要比ZnS H2O系的 PH图复杂得多 5 利用电位 PH图 可全面而简便地表述包括ZnS在内的各种硫化物在湿法冶金过程中的热力学规律和必要的条件 从图 可以看出 ZnS的酸溶反应要求溶剂酸度很高 故实际上它是在加压和高温的条件下用硫酸浸出 在这个有氧作用的过程中 由于溶液的PH值不同而可能有下列四种基本反应发生 各自得到不同的氧化产物 2ZnS O2 4H 2Zn2 2S 2H2OZnS 2O2 Zn2 SO42 ZnS 2O2 2H2O Zn OH 2 SO42 2H ZnS 2O2 2H2O ZnO22 SO42 4H 从电化学的观点看来 上述四种基本氧化反应可以认为是由下列原电池反应组成的 在正极O2 4H 4 2H2O在负极 对于上述四种反应各有 ZnS Zn2 S 2 ZnS 4H2O Zn2 SO42 8H 8 ZnS 6H2O Zn OH 2 SO42 10H 8 ZnS 6H2O ZnO22 SO42 12H 8 所有这些反应发生的条件及其变化规律都可以从图 中清楚地看出 总之 当有氧存在时 ZnS及许多其他的金属硫化物在任何PH值的水溶液中都是不稳定的相 即从热力学观点来说 硫化锌在整个PH的范围内都能被氧化 并在不同的PH值下分别得到如上列四种反应所示的不同的氧化产物 被氧氧化的趋势 决定于氧电极与硫化物电极之间的电位差 金属硫化物在相同条件下进行比较 可得到下列氧化趋势的递减顺序 FeS NiS CoS ZnS CdS CuS 重金属硫化物在水溶液中直接氧化得到元素硫或按反应MeS 2H Me2 H2S及H2S 1 2O2 S H2O 即通过H2S中间阶段而生成元素硫的反应趋势 具有与上述相同的递减顺序 氧的压强对包括ZnS在内的各种金属硫化物在水溶液中氧化反应的热力学影响不显著 例如 压强即使由101325Pa升高到5066250Pa 氧电极在298K时电位升高的数值才0 025v 但从动力学来看 氧的压力却是一个影响反应速度的重要因素 6 从图8 2还可以看出 ZnS在任何PH值的水溶液中都不能被氧还原成金属锌 7 温度对反应的影响先可以求出 G T 后从按前述原理的方法绘制比298K更高温度下的电位 PH图 含铁闪锌矿精矿在383K和PO2 141855Pa条件下的加压氧硫酸浸出法 已在生产实践中得到应用 三 金银配合浸出 金银的标准电极电位很高 要使它们成为简单的离子溶解是很困难的 但它们与配合剂作用时 会生成稳定的配合物 大大降低它们被氧化的电位 金银的配合浸出通常用NaCN或Ca CN 2作配合剂 当金属与配合浸出剂L生成配合时 绘制电位 PH图的基本步骤是 1 根据体系的基本反应求出电位PCN的关系式 绘出电位 PCN图 2 求出PH与PCN的关系 3 将电位 PCN关系式中的PCN用相应的PH代替 并绘出电位 PH图 4 现以Ag CN H2O系为例讨论配合物 水系的电位 PH图 1 电位 PCN图有配合剂CN 参加反应时 体系中的基本反应有 Ag CN AgCNKf aAgCN aAg aCN 1013 8PCN logaCN 13 8 logaAg 1 AgCN CN Ag CN 2 Kf aAg CN 2 aAg aCN 105 0PCN 5 0 logaAg CN 2 2 Ag 2CN Ag CN 2 Kf aAg CN 2 aAg a2CN 1018 8PCN 9 4 1 2logaAg aAg CN 2 3 2Ag H2O Ag2O 2H PH 6 32 logAg 4 Ag2O 2H 2CN 2AgCN H2OPH PCN 20 1 5 Ag2O 2H 4CN 2Ag CN 2 H2PH PCN 25 1 logaAg CN 2 6 Ag e Ag 0 799 0 0591logaAg 7 AgCN e Ag CN 0 017 0 0591PCN 8 Ag CN 2 e Ag 2CN 0 31 0 12PCN 0 0591logaAg CN 2 9 上列式中Kf为络合物的生成常数 将上述的部分电位 PCN的关系绘成电位 PCN图 见图8 3 由图8 3可知 PCN愈小 平衡电位愈低 表示银更易溶解 当溶液中不存在CN 时 平衡电位很高 表示银很难溶解 如图8 3中的线 2 PH与PCN的关系在水溶液中存在CN 时 H 与HCN之间存在的平衡关系 H CN HCN 上述平衡受溶液的PH值控制 在电位 PH图中 PCN要以相应的PH表示 因此必须求出PCN和PH之间的关系 由上列平衡关系式得 PH PCN 9 4 logaHCN令B表示浸出溶液中总氰的活度 即B aCN aHCN 则可得出PH和PCN的关系式 PH PCN 904 logB log 1 10PH 9 4 10 当溶液中总氰的活度B已知时 就可以算出PH与PCN的具体关系 氰化络合浸出时 总氰的活度B 10 2mol L 1以此值代入式 10 便可求得PH与PCN的换算值 表8 5 3 Ag CN H2O系电位 PH图在实际浸出液中 Ag的活度一般为10 4mol L 1 根据电位 PCN图和PH与PCN的关系 当溶液中总氰活度 B 一定时 指定溶液中Ag的活度 就可以求出各反应式中电位与PH的关系式 将方程 1 2 8 9 中的PCN用对应的PH代替 当取aAg 10 4mol L 1时 对于方程 1 PCN 13 8 logaAg 9 8PH 11 4 PCN 11 4 9 0 2 4将方程 8 9 中的PCN用相应的PH代替 计算出对应的 AgCN Ag和 Ag CN 2 Ag值 列于表8 5中 根据上述方程式 1 2 7 8 9 的电位与PH的关系绘制成图8 4 并在该图 用同样的方法 绘上Au CN H2O系 Zn CN H2O系的电位 PH关系曲线 图8 4是氰化法提取金银的原理图 在生产实践中 溶液的PH值控制在8 10之间 同入空气将金或银氧化配合溶解 溶解得到的金或银的配合物容 通常用锌粉还原 其反应 2Ag CN 2 Zn 2Ag Zn CN 2Au CN 2 Zn 2Au Zn CN 从图8 4可以看出 Ag CN 2 或Au CN 2 与Zn CN 42 的电位差值不大 所以在置换前必须将溶液中的空气出尽 以免析出的金银反溶 第三节浸出反应的动力学 矿物的浸出反应是属于水溶液与固体物质之间的多相反应体系 在多相体系中 反应是在相界面上发生的 反应过程包括在相界面上发生的结晶 化学反应过程 和溶剂向相界面迁移与反应产物由相界面排开的扩散过程 为了分析浸出过程的动力学 知道浸出动力学方程 就必须了解过程在各个具体情况下进行的机理及其影响因素 下面按照浸出反应分类来进行讨论 一 简单溶解反应的动力学方程简单溶解由扩散过程决定 溶解速度遵循如下方程 式中dc dt 某一瞬时的浸出速度 Kp 浸出扩散速度常数 Cs 化合物在实验条件下在水中的溶解度 Ct 化合物在溶液中瞬时t的浓度 由式 8 1 可以看出 浸出速度与扩散速度常数Kp成正比 而扩散常数与扩散系数D成正比 与扩散层厚度 成正比 即Kp D 扩散系数 D 1 3 d RT N 8 2 式中T 绝对温度 d 扩散质点的直径 R 气体常数 溶液的粘度 N 阿伏加得罗常数 扩散层厚度 K Vn 8 3 式中K 常数 V 搅拌速度 N 指数 一般为0 6 在t 0 Ct 0的起始条件下积分式 8 1 便可导出 8 4 式 8 4 就是简单溶解反应的动力学方程 从式 8 4 可以看出 将lgCs Cs Ct 对t作图 便得一条直线 由直线的斜率可求出KD 二 化学溶解反应的动力学方程固体氧化锌在硫酸溶液中的浸出 可以作为这类反应的典型实例 其反应为 ZnO H2SO4 ZnSO4 H2O 这一反应是在固体溶质ZnO的表面上进行的 溶剂H2SO4也主要是在ZnO表面上消耗 因此 在紧靠固体表面硫酸的浓度比其在溶液中的浓度要小 溶液中硫酸的浓度随着远离反应区逐渐增大 在离开固体表面某一距离的地方 称为液流中心 硫酸的浓度最大 相反 反应产物硫酸锌的浓度在紧靠固体表面处为最大 而在液流中心为最小 由于液流中心与相界面之间的浓度差 故发生溶剂质点向相界面迁移 因此 一般说来化学溶解过程可以认为是由以下几个步骤组成 1 溶剂质点由液流中心向固体矿物外表面的扩散 2 溶剂质点沿着矿物的孔隙和裂缝向其内部的深入渗透的内扩散 3 溶剂质点在固体表面上的吸附 表面包括矿物的外表面以及孔隙和裂缝内表面在内 4 被吸附的溶剂与矿物之间的化学反应 5 反应产物的解吸 6 反应产物由反应区表面向液流中心的扩散 以上各环节可以分为两类 吸附 化学变化环节 3 4 和 5 及扩散环节 1 2 和 6 现在来讨论简化了的情况 假设浸出决定于两个阶段 溶剂向反应区的迁移和相界面上的化学相互作用 根据菲克定律溶剂由溶液本体向矿物单位表面扩散的速度可表示如下 VD dc dt DCL Ci KD CL Ci 8 5 式中VD 单位时间内由于溶剂质点向矿物表面迁移而引起的浓度降低 即扩散速度 CL Ci 浓度梯度 D 扩散系数 即浓度梯度等于1时的扩散速度 CL 液流中心溶剂的浓度 Ci 紧靠矿物表面溶剂的浓度 KD 扩散速度常数 等于D 在矿物表面上 发生浸出过程的化学反应 其速度根据质量作用定律表示可表示如下 dC Dt 8 6 式中 单位时间内由于溶剂在矿物表面上发生化学而引起的浓度降低 即化学反应速度 吸附 化学变化的动力学阶段的速度常数 Ci 其意同前 N 反应级数 对氧化锌的酸浸出以及其他类似的化学溶解过程 反应速度都服从一级方程 根据浸出过程两类的各自速度方程 可以求得稳定状态下的宏观速度方程 V dC dt KR Kp KR KD 8 7 1 当KR KD 即扩散速度相当大 而化学反应速度相当大 式 8 7 中的KR KD KD 因而式 8 7 可以简化为 V KD CL说明浸出过程的速度服从化学反应所固有的各种规律 也即浸出过程处于动力学区域 2 当KD KR 即化学反应速度相当大 而扩散速度很小时 式 8 7 中的KR KD KR 因而式 8 7 可以简化为 V KD CL说明浸出过程的速度受扩散速度所控制 也即浸出过程处于扩散区域 比值KR KD KR KD 起着宏观变化速度常数K的作用 因而式 8 7 可以具有下列形式 dC dt KCL 8 8 在t 0 CL Co的起始条件下积分式 8 8 可导出 lnCo CL Kt 8 9 式中Co 溶剂的起始浓度 式 8 9 就是化学溶解 一级反应的动力学方程 将lnCo CL对t作图 得到一条直线 根据其斜率可以求出K值 实验证实 有许多类似于氧化锌酸浸出的化学溶解反应遵循式 8 9 所示的规律 三 电化学溶解反应的动力学方程 溶质价发生变化的氧化 还原溶解 属于电化学溶解 具有这种溶解方式的反应大量出现在湿法冶金中 如金 银的络合浸出和硫化矿的氧化酸浸等均为电化学溶解 1 金 银氰化配合浸出动力学大量研究证实 金 银溶解于氰化溶液是属于电化学溶解 现以银的氰化配合浸出为例 其主要反应 2Ag 4NaCN O2 2H2O 2NaAg CN 2 2NaOH H2O2这一反应分成如下两个半电池反应 阳极反应2Ag 4CN 2e 2Ag CN 阴极反应O2 2H2O 2e H2O2 2OH 从上述反应可以看到 阳极发生氧化溶解反应 阴极为氧的去极化作用 图8 5为银的氰化配合溶解示意图 由于银的氰化溶解时的化学反应非常迅速 故决定过程速度的控制因素是扩散 即银的氰化溶解处于扩散区域 由于化学犯疑功能速度 扩散速度 故可认为 s 0 s 0 因此 在阳极液中 向银的扩散速度为 式中 的扩散系数 液流中心的浓度 扩散层厚度 阳极区面积 s 反应界面上的浓度 t 时间 在阴极液中 向阴极表面的扩散速度为 式中 的扩散系数 液流中心的浓度 扩散厚度 阴极区面积 s 反应界面上的浓度 t 时间 由以上分析可知 银的配合溶解速度 取决于 O2的扩散速度 从前面所述的银的氰化溶解主要反应中可知 每个分子的氧可以氧化两个分子的银 而每个分子的银要与二个氰离子配合 因此银的溶解速度V与和的扩散速度的关系可以写成 V 2当时 银的溶解速度最快 设银与氰化溶液接触的总面积A A1 A2 由溶解速度为 V 从式 8 10 可以看出 1 当 CN 很低而 O2 很高时 分母的第一项可以忽略不计 而得 V 1 2 DCN CN A表明银的溶解速度只与 CN 有关 2 当 CN 很高 O2 很低时 分母的第二项可以忽略不计 而得 V 2 Do2 O2 A表明银的溶解速度随 O2 而变 如果A1 A2 相等 即当 CN O2 4Do2 DCN 时 溶解速度达到极限值 已知O2和CN 的扩散系数分别为 Do2 2 76 10 5cm2 s 1DCN 1 83 10 5cm2 s 1因此 Do2 DCN 1 5 CN O2 4 1 5 6 从上述分析可知 在氰化过程中 控制 CN O2 6为最有利 实践证明 对金 银和铜的氰化配合浸出 CN O2 控制在4 69 7 4比较适当 见表8 6 在常温常压下 氧在水中的溶解度为0 27 10 3mol L 1 所以氰化钠的浓度反应控制在6 0 27 10 3mol L 1 2 硫化物浸出动力学由MeS H2O系热力学分析可知 当有氧存在时 几乎所有的MeS在任何PH值范围内的水溶液中都是不稳定的 现举ZnS氧化酸浸出属于电化学溶解过程 硫化锌氧化酸浸出反应ZnS 1 2O2 2H Zn2 S0 H2O 反应可以分成如下两个半电池反应 阳极反应ZnS 2e Zn2 S0阴极反应1 2O2 2H 2e H2O反应产生的元素硫 当有氧存在时 可按下式氧化 S0 3 2O2 H2O SO42 2H 此反应在温度低于393K时进行缓慢 但当高于393K时 反应速度就显著增快 因此 硫化锌氧化酸浸如果要使硫成为元素硫产出 除控制溶液的PH值较低外 还要控制较低温度 以不利于硫进一步氧化 控制较低温度会使浸出速度变慢 这显然缺乏实用意义 故在大多数情况下 硫化物氧化酸浸时 金属和硫均以溶液形态回收 从图8 6可以看出 在低酸浓度时浸出速度仅与酸度有关 而与氧浓度无关 在高酸浓度时则相反 浸出速度决定氧浓度 而且溶液中硫酸浓度和氧浓度之间存在某一比值时 浸出速度达到极限值 如图中两条水平线和斜线的交点为两个不同比值时的最大溶解速度 第四节影响浸出速度的因素 影响浸出速度的主要因素有 矿块的大小 过程的温度 矿浆的搅拌速度和溶剂的浓度 如前所述 浸出是液 固之间的多相反应过程 其它条件相同的情况下 浸出速度与液 固接触表面成正比