冶金原理
任务驱动17 实现矿物在水溶液中的浸出
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上一章
目 录
概述
任务要点
浸出反应的热力学
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概 述
矿物浸出就是利用适当的溶剂，在一定条件下使 矿石或精矿焙烧矿中的一种或几种有价成分溶出，而 与其中的脉石成分和杂质分离。 浸出所用的溶剂，应具备以下一些性质： （1） 能选择性地迅速溶解原料中的有价成分； （2） 不与原料中的脉石和杂质发生作用； （3） 价格低廉并能大量获得； （4） 没有危险，便于使用； （5） 能够再生使用。
Ni8.5310-5 mol· -1，Cu4.7210-3 mol· -1。有关金属盐类的 L L 平均活度系数列于表17-2中，根据上述浓度和表17-2的活
度系数，可以算出各金属的活度值，见表17-3。表17-3中
γ=1是因为浓度很小，而估计的数值。
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表17-2 有关金属盐类的平均活度系数
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MeSO4+aq
®
MeCl2(s)+aq
® MeCl2(l)+aq
MeSO4(l)+aq
(1)
(2)
式（1）和式（2）可以作为有色金属化
合物经硫酸化焙烧或氯化焙烧后水浸出的这类
反应的例子。
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2．化学溶解
这类浸出反应有以下三种不同情况：
（1）金属氧化物或金属氢氧化物与酸或碱的作用， 按下列式的反应形成溶于水的盐： Me(OH)3(l)+NaOH ® NaMe(OH)4(l) MeO(s)+H2SO4
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一、锌焙砂酸浸出
硫化锌精矿经焙烧后，所得产品称为锌 焙砂，其主要成分是氧化锌，还有少量的 氧化铜、氧化镍、氧化钴、氧化镉、氧化 砷、氧化锑和氧化铁等。锌焙砂用硫酸水 溶液（废电解液）进行浸出，其主要反应 为：
ZnO+H2SO4 = ZnSO4+H2O
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浸出的目的是使锌焙砂中的锌尽可能迅速 和完全地溶解于溶液中，而有害杂质，如铁、 砷、锑等尽可能少的进入溶液。浸出时，以氧 化锌型态的锌是很容易进入溶液的，问题在于 锌浸出的同时，有相当数量的杂质也进入溶液 中，其反应通式为：
此外，硫化镍的氨溶浸也是一个重要实例， 其反应为：
1 Ni3S2 +10NH 4OH+(NH 4 ) 2SO 4 +4 O 2 ® 3Ni(NH 3 ) 4SO 4 +11H 2O 2
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配合溶浸具有多优点：能进行选择性 的溶解，这是因为原料中的有些伴生金属 不形成配合物；配合物的形成，使得金属 在给定溶液中的溶解度增大，利于产出高 浓度的溶液；溶液的稳定性提高，而不易 发生水解。
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任务要点 浸出反应的热力学
溶剂与有价矿物作用的可能性，决定于反应的 吉布斯自由能变化，如反应体系是吉布斯自由能减 少，即反应吉布斯自由能为负值，此反应能自动进 行，且负值量愈大，反应愈易进行，反应的愈完全。 如反应进行时是体系的吉布斯自由能增大即反应吉 布斯自由能为正值，该反应就不能自动进行，也就 是说溶剂不能使有价成分溶解。现以铜及其某些化 合物与最常用的一些溶剂进行浸出反应的情况为例， 说明浸出反应的可能性，如表17-1所示。
®MeSO
4(l)+H2O
(3) (4)
式（3）可举硫化锌精矿经氧化焙烧后的酸浸出 为例，式（4）可用三水铝石型土矿碱浸出为例。
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（ 2 ） 某 些 难 溶 于 水 的 化 合 物 （ 如 MeS 、
MeCO3 等）与酸作用，化合物的阴离子按下式变
为气相： MeS(s)+ H2SO4
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前面已经将金属-H2O系的电位-PH图的绘制原理和方 法作了说明，现以锌焙砂中性浸出的金属-H2O系的电位PH图来分析浸出过程的条件控制。 现设锌焙砂中性浸出液含Zn1.988mol· -1 ，Fe3.810L
4mol· -1 L
， Cd4.4510-3mol· -1 ， Co2.010-4mol· -1 ， L L
MexOy+yH2SO4===Mex(SO4)y+yH2O
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例如，FeO的浸出反应：
FeO+H2SO4 = FeSO4+H2O
为达到浸出目的，浸出过程一般要有中性浸
出与酸性浸出两段以上工序。中性浸出的任务，
除把锌浸出外，还要保证浸出液的质量，即承 担着中和水解除去有害杂质铁、砷、锑等。酸 性浸出除考虑有害杂质尽可能少的溶解外，主 要任务是使锌尽可能迅速和完全地溶解，以提 高锌焙砂中锌的浸出率。
+80.33 +46.44 -158.48
Cu+2HCl===CuCl2+H2
Cu+2HCl+ 2 O2 ===CuCl2+H2O Cu+3HNO3===Cu(NO3)2+HNO3+H2
1
+86.61
-150.62 -73.22
不进行
容易进行 能进行
Cu+FeCl3===CuCl+FeCl2
Cu2FeCl3===CuCl+2FeCl2 Cu+CuCl2===2CuCl CuO+H2SO4===CuSO4+H2O
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视原料的组成、性质不同，浸出过程有 常压浸出和加压浸出之分，且两者又包括
水浸出、酸浸出、碱浸出和盐浸出。还应
指出的是，常压浸出分为三大类：简单溶
解、溶质价不发生变化的化学溶解和溶质
价发生变化的电化学溶解。
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从冶金原理的观点来看，浸出的分类按 浸出过程主要反应（即有价成分转入溶液的 反应）的特点划分为当，如此，可将浸出分 为三大类：简单溶解、溶质价不发生变化的 化学溶解和溶质价发生变化的电化学溶解。 1．简单溶解：当有价成分在固相原料 中呈可溶于水的化合物形态时，浸出过程的 主要反应就是有价成分从固相转入液相的简 单溶解，例如：
® MeSO ®
4(l)+H2S(g)
(5)
MeCO3(s)+H2SO4
MeSO4(l)+H2CO3 (6) H2CO3
2
®H O+CO
2(g)
式（5）可举ZnS的酸浸出为例，式（6）可用
ZnCO3的酸浸出作例子。
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（3） 难溶于水的有价金属Me的化合物与第二种 金属Me`的可溶性盐发生复分解反应，形成第二种 金属Me`的更难溶性盐和第 一种金属硫的反应也可按下式发生：
MeS+Me`Cl2MeCl2+2Me`Cl+S
在此情况下，实际得到应用的Me`Cl是FeCl3 或其他一些有价态变化的氯化物溶剂。 硫化物中的硫氧化成SO的反应： MeS+2O2 MeSO4 也是属于这个类型。
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（5）基于金属还原的溶解。这类溶解反 应可以在被提取金属能形成几种价态的离子的 情况下发生。含有高价金属难溶化合物，可以
容易进行
不进行 容易进行 不进行
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从表17-1可以看出，对铜及其化合物来说，热力 学上可能进行的溶解反应，如前面讨论的那样，也 可以分为三个类型：可溶性化合物溶于水的简单溶 解（表中未示）；无变价的化学溶解；有变价的电 化学溶解。在这三类浸出反应中，电化学溶解的情 况经常遇到。对其他金属矿物原料的浸出来说，实 际情况也是这样。因此，在湿法冶金中，经常采用 电位-PH图来说明体系的热力学规律。下面将举锌焙 砂酸浸出，硫化锌酸浸出以及金、银氰化络合浸出 三个例子来进行矿物浸出的热力学分析。
-83.68
-106.69 -60.25 -29.71
能进行
能进行 能进行 可能
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CuO+2HCl===CuCl2+H2O CuO+2HNO3===Cu(NO3)2+H2O 3CuO+2FeCl3+3H2O===3CuCl2+2Fe(OH)3 3CuO+2FeCl2+3H2O===CuCl2+2CuCl+2Fe(OH)3 CuO+2H2SO4+ 2 O2 ===2CuSO4+2H2O Cu2O+H2SO4===CuSO4+H2O+Cu Cu2O+2H2SO4===2CuSO4+H2O+H2 CuS+2FeCl3===CuCl2+2FeCl2+S CuS+CuCl2===2CuCl+S Cu2S+4FeCl3===2CuCl2+4FeCl2+S Cu2S+2CuCl2===4CuCl+S CuS+H2SO4+ O2 ===CuSO4+H2O+S CuS+H2SO4===CuSO4+H2+S Cu2S+2H2SO4+O2===2CuSO4+2H2O+S Cu2S+2H2SO4===CuSO4+2H2+S
2Fe2++MnO2+4H2SO4 MnSO4+Fe2(SO4)3+2H2O
上述第一种反应可以用于铜的湿法冶金，第二种 反应可以用于锌的湿法冶金。
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（4）与阴离子氧化有关的溶解。在许多 浸出场合下，金属由难溶化合物转入溶液的 过程，只有在难溶化合物中与金属相结合的 阴离子被氧化时才能进行。作为实例，可以 举出某些硫化精矿在进行所谓加压氧浸出时 硫离子氧化成元素硫的反应： MeS+H2SO4+O2 MeSO4+H2O+S