孔雀石、石英、白云石、石灰石及硅孔雀石在NH3-NH4Cl-H20體系中的溶解度及組元行為(25℃).pdf

1、隨著金屬銅需求的快速增長及高品位銅礦保有量的快速降低，世界范圍內(nèi)致力于從低品位銅礦來生產(chǎn)銅。多年來這類礦被擱置歸因于技術和操作成本。孔雀石、硅孔雀石、石英、白云石和石灰石是低品位氧化銅礦中較常見的礦相，為了清潔高效提取有價金屬，優(yōu)化工藝條件及工廠設計，有必要獲得準確的穩(wěn)定圖及這些礦相浸出過程中的熱力學信息。作為“戰(zhàn)略有色金屬難處理資源高效分離提取的科學基礎”973研究項目的一部分，本文采用實驗研究和熱力學模擬相結合的方法，對Cu-NH3

2、-NH4Cl-H2O，孔雀石-NH3-NH4Cl-H2O、石英-NH3-H2O、白云石-石灰石-NH3-NH4Cl-H2O和硅雀石-NH3-NH4Cl-H2O冶金體系的溶解度、組元變化規(guī)律及溶解模型進行了系統(tǒng)的研究:
　　 (1)論文提出一個構建適用于具有高濃度多組元特征體系優(yōu)勢區(qū)圖的新方法，并采用這個方法構建了Cu-NH3-NH4Cl-H2O系真實溶液優(yōu)勢區(qū)圖。熱力學計算考慮了溶液的非理想性，突破了傳統(tǒng)的優(yōu)勢區(qū)圖的局限性。論文

3、考察了pH值、銅離子濃度、總氨濃度和總氯離子濃度對體系物種的影響，認為優(yōu)勢物種主要取決于溶液的pH和Cu+或Cu2+的濃度，溶液中的總[NH3+NH4+]濃度和Cl-濃度只影響優(yōu)勢區(qū)的穩(wěn)定范圍。
　　 (2)率先對孔雀石在298.15 K下在不同濃度的NH3-H2O、NH4Cl-H2O和它們的混合溶液中的溶解度進行了實驗測量和理論計算，揭示了這些體系相行為、組元的變化規(guī)律，建立了孔雀石在氨性溶液中的溶解模型。發(fā)現(xiàn)了孔雀石在純氨和

4、純氯化銨溶液中均呈非線性溶解的本質(zhì)。在它們的混合溶液中且mmNH3∶mNH4Cl=2∶1時，可獲得最高的溶解度。同時，構筑了孔雀石在氨與氯化銨的混合水溶液中的等溶解度線與第二固相形成區(qū)的復合圖，其研究結果可為孔雀石礦的氨浸提取工藝條件的選擇和控制提供重要的理論依據(jù)。此外，初步探討了孔雀石的溶度積數(shù)據(jù)對溶解度熱力學模擬結果的影響。
　　 (3)實驗測量和理論計算了298.15 K下天然石英砂(250-600μm)及粉碎的石英砂（4

5、5-75μm）在氨的水溶液中的溶解度，并研究了粒度和浸出時間對溶解度的影響。熱力學模擬揭示了其溶解過程中的相和組元變化規(guī)律，通過回歸分析推導出上述兩種粒度的石英的溶解度與氨的水溶液濃度的關系，結果揭示了石英的溶解度與其顆粒表面的結晶度有關。
　　 (4)針對天然復合礦（含64 wt％的白云石和36 wt％的石灰石），實驗測量和理論計算了298.15 K下其在不同濃度的NH3-H2O、NH4Cl-H2O和它們的混合溶液中的溶解度，

6、熱力學模擬研究了這些體系相行為和組元的變化規(guī)律，建立了該復合礦在氨和氯化銨溶液中的溶解模型。結果表明白云石中的CaCO3組份的溶解遠遠快于MgCO3組份。該復合礦在0～3 mol/kg氨的水溶液中，鈣的溶解度小于10 mg/L（以CaO計），鎂的溶解度小于1 mg/L（以MgO計）;在0～3 mol/kg的氯化銨水溶液中，鈣的溶解度是在同等濃度的氨溶液中的100倍，鎂的溶解度約為7倍;在其混合溶液中鈣和鎂的溶解度隨氯化銨濃度的增加而增加

7、。此外，在復合礦研究的基礎上分別繪制了白云石和石灰石單礦相在氨與氯化銨混合溶液中的鈣和鎂的溶解度三維表面圖。
　　 (5)采用從孔雀石及石英的溶解度研究中得到的優(yōu)化的熱力學數(shù)據(jù)，理論計算了298.15 K下非晶態(tài)和結晶態(tài)硅孔雀石在不同濃度的NH3-H2O、NH4Cl-H2O和它們的混合溶液中的溶解度，確定了總溶解的銅離子和硅離子與浸出劑濃度的關系。熱力學模擬研究揭示這些體系相與組元變化規(guī)律，建立了硅孔雀石在氨性溶液中的溶解模型。