杂质缺陷黄铜矿及其典型晶面浸出动力学及机理研究

Hydrometallurgical processing of chalcopyrite is now regarded as the most cost-effective strategy to extract copper from chalcopyrite due to the low pollution to environment. To date, the passivation layer formed on chalcopyrite surface is considered as the predominant reason for the slow copper leaching rate and non-complete copper recovery. However, the effects of impurity defect in chalcopyrite samples formed under various conditions, and different properties on various crystal faces of chalcopyrite during leaching process have not been well understood. This proposed project will investigate the effects of impurity defect on the leaching of typical chalcopyrite crystal faces using density functional theory (DFT), based on the crystal parameters obtained from various analytical techniques. In addition, surface analysis approaches especially synchrotron-based techniques will be applied to investigate the surface products on different crystal faces. With the assistant from the solution analysis, chalcopyrite leaching kinetics on these crystal faces will be quantified, with the leaching mechanisms being also proposed, thereby establishing the relationship between the properties of crystal faces and passivation mechanisms, providing theoretical evidence for high effective chalcopyrite leaching, which is beneficial for the industrial implementation of hydrometallurgical processing of chalcopyrite.

湿法冶金处理黄铜矿被认为是从黄铜矿中低成本、低污染获取铜的有效途径，目前主要认为黄铜矿表面形成的钝化层是导致铜浸出速率低、回收不完全的主要原因。 但是，不同成矿成因黄铜矿中的杂质缺陷，以及不同晶面界面性质的差异性在黄铜矿浸出过程中的作用并未得到深刻的认识。本课题将利用多种表征手段在获得不同成矿成因黄铜矿晶格参数的基础上，根据密度泛函理论研究杂质缺陷对黄铜矿浸出效果的影响，利用多种表面测试技术特别是同步辐射技术，针对黄铜矿不同晶面界面上的生成物进行系统表征，并结合浸出溶液体系数据，量化不同成因黄铜矿各晶面上铜的浸出动力学并揭示其浸出机理，从而建立各典型晶面界面性质与钝化层形成机理之间的内在联系，为黄铜矿的高效浸出提供理论依据，对湿法冶金处理黄铜矿有着重要的理论和实用意义。

黄铜矿属于原生矿，是含铜量最丰富的硫化矿，占世界上70%的铜储量。相对于传统的火法冶金来说，湿法冶金处理铜矿资源已经显示出更经济、更环保的优势，具有更广泛的工业应用前景。特别是经过多年的开采，高、中品位的铜矿资源已经开始逐渐枯竭，在此背景下，湿法冶金在开发低品位复杂铜矿资源方面更展现出特殊的优越性。到目前为止，湿法冶金已经成功应用于处理氧化铜矿以及一些次生铜矿，但是黄铜矿的工业化湿法冶金处理仍没有取得实质性的成功。目前主要认为表面形成的钝化层是导致铜浸出速率低、回收不完全的主要原因。但是，不同成矿成因黄铜矿中的杂质缺陷，以及不同晶面界面性质的差异性在黄铜矿浸出过程中的作用并未得到深刻的认识。..本课题比较系统地研究了黄铜矿的各向异性晶面性质，创新性地从理论上证明了（112）和（001）面分别为最稳定与最活跃晶面，从分子/原子水平揭示了O2与H2O对黄铜矿典型晶面的氧化机理，为黄铜矿及其他硫化矿的表面氧化研究提供了重要方法和理论依据；揭示了溶液氧化还原电位及“难免离子”对黄铜矿浸出与表面生成物的调控机理；揭示了不同“难免离子”对黄铜矿典型晶面浸出的影响机理。为黄铜矿的高效浸出提供理论依据，对湿法冶金处理黄铜矿有着重要的理论和实用意义。