高穩(wěn)定性堿性硫脲體系清潔浸金的理論基礎(chǔ)研究.pdf

1、自1941年首次報(bào)道硫脲溶金以來，由于其清潔、高效等特點(diǎn)，成為浸金領(lǐng)域中倍受關(guān)注的熱點(diǎn)，世界各國對硫脲浸金的理論及工藝開展了廣泛的研究，但僅局限于酸性介質(zhì)。酸性硫脲法存在溶金過程中硫脲過多消耗、酸性溶液引起設(shè)備嚴(yán)重腐蝕、伴生金屬大量溶解致使溶液再生和凈化工序復(fù)雜等一系列問題，這都是傳統(tǒng)酸性硫脲法沒能得到廣泛工業(yè)應(yīng)用的重要原因。為克服酸性硫脲浸金過程存在的缺點(diǎn)，人們試圖采用堿性硫脲溶液浸金。然而，硫脲在堿性介質(zhì)中不穩(wěn)定，因此解決堿性介質(zhì)中

2、硫脲的穩(wěn)定性便成了堿性硫脲法浸金得以工業(yè)應(yīng)用的首要問題。本課題在國家自然科學(xué)基金的資助下，對堿性硫脲的穩(wěn)定性及其清潔提金的相關(guān)理論基礎(chǔ)進(jìn)行了比較系統(tǒng)的創(chuàng)新性研究，得出如下主要結(jié)論。 依據(jù)分子力學(xué)理論，采用HYPERCHEM 6.0化學(xué)計(jì)算軟件，結(jié)合紅外光譜等現(xiàn)代測試技術(shù)，研究了硫脲分子的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，建立了已發(fā)現(xiàn)穩(wěn)定劑亞硫酸鈉的結(jié)構(gòu)與堿性硫脲穩(wěn)定性之間的“構(gòu)效關(guān)系”。水溶液中硫脲易產(chǎn)生同分異構(gòu)體而存在碳氮雙鍵。酸性介質(zhì)中，硫脲分子

3、易與氫形成硫氫鍵，降低了硫原子的最高占據(jù)分子軌道(HOMO)能量，使其較為穩(wěn)定；而在堿性介質(zhì)中，硫脲分子不易形成硫氫鍵，硫原子的HOMO值明顯高于酸性介質(zhì)中相應(yīng)值，硫脲則不穩(wěn)定。亞硫酸根的加入，通過氫鍵與堿性硫脲分子粘接，形成穩(wěn)定的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，降低了硫脲分子中硫原子的HOMO值，增加了硫脲的穩(wěn)定性。由此推斷，堿性硫脲的高效穩(wěn)定劑從分子力場的角度必須能降低硫原子的HOMO的能量，即要滿足兩個(gè)條件：其一，在堿性介質(zhì)中易與硫脲分子形成硫氫鍵：其

4、二，與硫脲分子形成穩(wěn)定的環(huán)狀結(jié)構(gòu)。 在“構(gòu)效關(guān)系”理論的指導(dǎo)下，分析與Na<,2>SO<,3>結(jié)構(gòu)類似的物質(zhì)Na<,2>SeO<,3>、Na<,2>SiO<,3>作為穩(wěn)定劑的微觀結(jié)構(gòu)，借助電化學(xué)測試技術(shù)，優(yōu)選比Na<,2>SO<,3>更高效的穩(wěn)定劑，并考察了穩(wěn)定劑對堿性介質(zhì)中硫脲穩(wěn)定性(分解率)的影響，系統(tǒng)研究了穩(wěn)定劑對堿性硫脲浸金的促進(jìn)作用。穩(wěn)定劑Na<,2>SO<,3>和Na<,2>SiO<,3>大大降低了堿性硫脲的分解率，

5、隨穩(wěn)定劑濃度的增大，硫脲分解率逐漸降低，而且Na<,2>SiO<,3>對堿性硫脲的穩(wěn)定效果明顯優(yōu)于Na<,2>SO<,3>，而Na<,2>SO<,3>在所研究的電勢范圍內(nèi)發(fā)生了氧化反應(yīng)，作為穩(wěn)定劑會(huì)造成其本身的過多消耗。當(dāng)Na<,2>SiO<,3>濃度為0.3mol·L<'-1>時(shí)，硫脲的分解率由72.5％降至33.8％。Na<,2>SiO<,3>不僅是堿性硫脲的高效穩(wěn)定劑，而且對堿性硫脲溶金的促進(jìn)作用比Na<,2>SO<,3>更為顯著

6、。 對不同礦物在堿性硫脲體系中的浸出行為進(jìn)行了研究，得出了堿性硫脲體系對不同類型金礦浸出的適應(yīng)性。借助現(xiàn)代測試技術(shù)考察了各種金礦浸出前后的表面形貌、粒度分布、比表面積的變化，分析了高穩(wěn)定性堿性硫脲浸取金礦的動(dòng)力學(xué)模型。堿性硫脲可用于浸取金礦，對于中科院微生物所的脫砷金礦浸金率高達(dá)82.68％?；瘜W(xué)組成、物相結(jié)構(gòu)與浸金率有很大關(guān)系，硫化礦中的硫嚴(yán)重影響了各種體系浸金率的提高。堿性硫脲適宜浸出硫含量低、經(jīng)過預(yù)處理、以SiO<,2>為

7、主的氧化礦，浸出前后物相基本無變化。所選擇的金礦物中均含有大量耗堿物質(zhì)，使溶液的pH值由12.5很快降至中性，穩(wěn)定劑Na<,2>SiO<,3>在水溶液中具有強(qiáng)堿性，能維持體系的pH值在12左右，有利于浸出過程的進(jìn)行。堿性硫脲體系中伴生金屬浸出率小于0.1％，浸金具有顯著的選擇性。金礦樣在堿性硫脲溶液中浸出前后表面形貌發(fā)生了很大的變化，浸出前金礦物表面較為光滑，而浸出后表面則有明顯的腐蝕痕跡與孔洞。金礦物在堿性硫脲溶液中的浸出為受產(chǎn)物層阻

8、力控制的收縮核反應(yīng)模型，且收縮未反應(yīng)核外為殘物層。 采用循環(huán)伏安法、恒電流法、交流阻抗法、穩(wěn)態(tài)極化曲線法等各種電化學(xué)測試技術(shù)，系統(tǒng)研究了堿性介質(zhì)中硫脲的氧化分解電勢、硫脲分解與濃度的關(guān)系；金在堿性硫脲溶液中陽極溶解的電化學(xué)行為及電化學(xué)動(dòng)力學(xué)，各種條件(如硫脲濃度、溶液pn值、溫度等)對金溶解的影響。硫脲的陽極氧化分解為不可逆反應(yīng)。金在堿性硫脲溶液中更易于氧化溶解。金陽極溶解電流隨溶液pH值的升高不斷增大。隨溶液溫度的升高，金陽極