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(shù)和操作成本?？兹甘⒐杩兹甘?、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(jià)金屬，優(yōu)化工藝條件及工廠設(shè)計(jì)，有必要獲得準(zhǔn)確的穩(wěn)定圖及這些礦相浸出過程中的熱力學(xué)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(xué)基礎(chǔ)”973研究項(xiàng)目的一部分，本文采用實(shí)驗(yàn)研究和熱力學(xué)模擬相結(jié)合的方法，對(duì)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(jìn)行了系統(tǒng)的研究:
　　 (1)論文提出一個(gè)構(gòu)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(gè)方法構(gòu)建了Cu-NH3-NH4Cl-H2O系真實(shí)溶液優(yōu)勢區(qū)圖。熱力學(xué)計(jì)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(duì)體系物種的影響，認(rèn)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(duì)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(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測量和理論計(jì)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(shí)，可獲得最高的溶解度。同時(shí)，構(gòu)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(fù)合圖，其研究結(jié)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(duì)溶解度熱力學(xué)模擬結(jié)果的影響。
　　 (3)實(shí)驗(yàn)測量和理論計(jì)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(shí)間對(duì)溶解度的影響。熱力學(xué)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(dǎo)出上述兩種粒度的石英的溶解度與氨的水溶液濃度的關(guān)系，結(jié)果揭示了石英的溶解度與其顆粒表面的結(jié)晶度有關(guān)。
　　 (4)針對(duì)天然復(fù)合礦（含64 wt％的白云石和36 wt％的石灰石），實(shí)驗(yàn)測量和理論計(jì)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(xué)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(fù)合礦在氨和氯化銨溶液中的溶解模型。結(jié)果表明白云石中的CaCO3組份的溶解遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于MgCO3組份。該復(fù)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(jì)），鎂的溶解度小于1 mg/L（以MgO計(jì)）;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(fù)合礦研究的基礎(chǔ)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(xué)數(shù)據(jù)，理論計(jì)算了298.15 K下非晶態(tài)和結(jié)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?cè)芙獾你~離子和硅離子與浸出劑濃度的關(guān)系。熱力學(xué)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。