基于矿浆电位直接测定研究伴生金属对铁闪锌矿加压浸出特性影响及调控机制

The pressure leaching of sphalerite is a newly developed short-flow strengthening metallurgy technology in the field of modern hydrometallurgy. However, the relevant research of leaching and electrochemical behavior mechanism in pressure leaching process are still insufficient, which greatly restricts the industrialization and extraction of valuable metals. Aiming at this issue, the method of pulp potential direct determination under high temperature and high pressure is applied to the pressure leaching process of sphalerite, and a new idea to study the electrochemical behavior of associated metal leaching is proposed. Exploration results show that the electrochemical behavior of each associated metal in sphalerite is different, which will affect the occurrence status and trend in the process of pressure leaching..Based on the above finding, the self-designed potentiometric autoclave and artificial sphalerite are used in experiments. In addition to the influence of the electrochemical behavior of different associated metals, the effect of valence change and lattice substituted associated metal on the pulp potential during pressure leaching process are studied, and the coupling model of pressure leaching pulp potential and leaching kinetics are established. Finally, the mechanism of selective leaching and regulation of valuable metals is established, which provides theoretical and experimental basis for the high efficiency separation technology of polymetallic associated complex ore.

闪锌矿加压浸出是现代湿法冶金领域新兴发展的短流程强化冶金技术，但其加压浸出过程中有价金属的浸出行为规律和电化学行为机理仍缺乏相关研究，这极大的制约了闪锌矿加压浸出工业化进程及有价金属的提取。针对这一问题，本研究将高温高压条件下矿浆电位直接测定的方法应用于闪锌矿加压浸出过程，提出了利用矿浆电位的测定研究伴生金属加压浸出电化学行为特性的新思路。探索实验结果表明，闪锌矿中每种伴生金属的电化学行为都不相同，这就会影响其在加压浸出过程中的赋存状态和走向。.基于这一发现，本项目以自行设计的电位测量高压釜和人造闪锌矿为基础。在排除不同伴生金属的电化学行为影响的情况下，研究了价态变化和晶格置换型的伴生金属对加压浸出过程中矿浆电位变化的影响机理，并建立加压浸出矿浆电位和浸出动力学变化的耦合模型，最终实现有价金属选择性浸出及调控机制，为多金属共伴生复杂矿的有效分离与提取技术提供科学依据以及理论和实验基础。

与传统焙烧酸浸工序对比，Zn精矿富氧浸出不仅实现了全湿法炼锌，还具有元素回收率高、原料适应性广、过程工艺简单、污染少等优点。为实现多金属共生闪锌矿的高效浸出及有价金属元素的回收，有必要对浸出过程中有价金属元素的作用及行为机理进行系统性研究。为此，本研究从不同的金属离子浸出体系角度出发，结合电位变化，系统深入地研究了闪锌矿的富氧浸出的基本过程，取得了一定价值的研究成果。其主要研究工作如下。.通过合成不同含铁量的人造闪锌矿作为浸出原料，对不同浸出条件下的浸出率及动力学结合浸出体系的电位变化进行分析，结果表明，随着铁含量的提高，铁闪锌矿的氧压浸出效果不断加强。当wt%(Fe)=0、5.75、15.2、25.7时，人造闪锌矿氧压酸浸的活化能分别为32.31、29.02、26.30和21.88 kJ/mol，动力学浸出控制步骤由表面H2S氧化反应逐渐转移到酸浸H+通过表面H2S气膜层的扩散，最终分别建立了不同含铁量的闪锌矿的氧压浸出动力学方程。.以不含铁的人造闪锌矿为原料，以MnSO4形式加入Mn2+作为催化剂，探究了金属阳离子氧化还原的催化动力学模型。通过浸出拟合数据及体系的电位变化，表明其应遵循化学反应及表面扩散混合控制的收缩核模型，并得出了其在本研究条件下的氧压浸出动力学模型方程；接着以不含铁的人造闪锌矿为原料，Cu2+、Ag+分别以CuSO4和Ag2SO4硫酸盐水溶液形式加入作为金属阳离子催化剂，探究了该体系下晶格置换沉积的元素行为。通过浸出体系电位变化曲线、浸出渣SEM能谱分析等手段，对其浸出过程中元素行为及动力学条件做了详细分析，Cu2+无法有效地破坏矿物表面生成的H2S气膜，而是较为缓慢地沉积于矿物表面，绝大部分铜离子仍然存在于浸出液体系，没有起到晶格置换沉积效果，甚至包裹于矿物表面的CuS在一定程度上阻碍了浸出反应的进行。而反应初期Ag+能够迅速地与H2S气膜层反应，起到很好的催化作用。但后续的Ag+再生反应则基本上无法进行，Ag2S包裹于矿物颗粒表面也阻碍了反应的进行。