硫代硫酸盐浸金过程的热力学判据.pdf

第5 6 卷第3 期 2004 年8 月 有色金属 N o n f e r r o u sM e t a l s V 0 1 ．5 6 ，N o ．3 A u g u s t20 0 4 硫代硫酸盐浸金过程的热力学判据 童雄，张艮林 昆明理工大学国土资源工程学院，昆明6 5 0 0 9 3 摘要推导硫代硫酸盐浸金过程的热力学判据，提出硫代硫酸盐浸金的平衡常数判据，比较和分析硫代硫酸盐和氰化物浸 金的热力学判据和相关参数。只要氧化剂的氧化电位妒l 一O ．1 2 8 V ，碗代硫酸盐浸金反应在热力学上就能够发生，其平衡常数 判据l g K { 蛆 1 6 ．9 3 5 n 妒l o ．1 2 8 。硫代硫酸盐浸金所需氧化剂的最小电位 一o ．1 2 8 V 高于氰化物浸金体系 一o - 5 4 V 。 关键词冶金物理化学；金；热力学；电位；平衡常数；硫代硫酸盐浸金 中图分类号T F 8 3 1 ；T F l l l ．3 1 1 ；0 6 4 2 ．4 文献标识码A文章编号1 0 0 1 0 2 1 1 2 0 0 4 0 3 0 0 3 8 0 3 国内外就硫代硫酸盐法回收金银这一环保型技 术已经进行了广泛和系统的研究，认为该法无毒、浸 金速度快、对杂质不敏感以及浸出指标高，作为重要 的非氰提金方法，硫代硫酸盐浸金法日益受到重视， 正成为取代氰化法浸金的首选技术u J 。 广大科研工作者已对硫代硫酸盐法的浸出条件 进行了广泛的研究，也对浸金机理作过一定的探 讨[ 2 l ，但研究主要集中在浸金的动力学和电化学方 面，有关硫代硫酸盐浸金过程热力学判据的推导以 及浸金过程氧化剂选择方面还鲜见报道。从热力学 的角度进行了硫代硫酸盐浸金过程的热力学判据的 推导，提出硫代硫酸盐浸金的平衡常数判据，对在生 产上更好地控制工艺和选择氧化剂等具有特别重要 的意义。 1 硫代硫酸盐浸金过程 热力学判据的推导[ 3 4 ] ‘ 硫代硫酸盐浸金过程中涉及金溶解的化学反应 如反应式 1 ～ 3 所示。 4 A u 8 岛0 3 2 一十Q 2 H 2 0 4 A u ＆0 3 2 3 - 4 0 H 一 1 A u 5 岛0 2 一十C u N H 3 4 2 A u 是0 2 3 - 4 N H 3 C u 是0 3 3 5 - 2 收稿日期2 0 0 4 0 4 1 6 基金项目云南省中青年学术技术带头人后备人才资助项目 2 0 0 3 r c l 4 作者简介童雄 1 9 6 5 ～ ，男，湖北蕲春县人，教授，博士生导师， 主要从事矿物加工和资源综合利用研究与教学。 A u 2 S 2 0 3 2 一十C u N H 3 4 2 A - u S 2 0 3 2 3 一十 2 N H 3 C u N H 3 2 3 根据硫代硫酸盐浸金过程金的阳极溶解机 理[ 2 】可知，硫代硫酸盐浸金时，金首先必须氧化为 A u ，此过程要求具有足够氧化电位的氧化剂存在。 然后，在N 心的催化作用下，A u 与硫代硫酸盐作 用生成相应的金的络阴离子A u S 2 0 3 2 3 - ，电极反 应如反应式 4 所示。在有氧化剂 用L 表示 存在 时，硫代硫酸盐浸金的反应如反应式 5 所示。 A u 2 S 2 0 3 2 ～一A u 0 3 2 卜 e 4 A u 2 s 2 0 3 z - L 时一A u 岛0 3 2 卜 L ‘”i i 一0 ．1 2 8 V 。因此，如果仅从热力学上来考虑， 只要某种氧化剂的氧化电位大于一0 ．1 2 8 V ，硫代硫 酸盐浸金就可以自发地进行。 2氧化剂参与反应的热力学数据计算 2 ．1C u N I t 3 4 2 作用下的厶G 2 9 8 和鹂9 8 的计算 由于9 】 一0 ．0 6 V ，由式 1 1 和 1 2 可得 △G 2 9 8 一 一0 ．0 6 0 ．1 2 8 1 9 6 5 0 0 一 6 ．5 6 2 k J 0 ，l g K 9 8 1 6 ．9 3 5 1 一0 ．0 6 0 ．1 2 8 1 ．1 。5 1 6 。K 2 9 8 1 ，故该反应能自发正向 进行，且进行得非常完全。 2 ．20 2 作用下的厶G 1 9 8 和K 9 8 的计算 0 2 参与下的电极反应可以表示为0 2 2 H 2 0 4 e 4 0 H 一，其氧化电位为甲1 0 ．4 0 1 V 。0 2 作氧 化剂参与的浸金化学反应为4 A u 8 s 2 0 3 2 一十0 2 2 H 2 0 4 A u S 2 0 3 2 p 4 0 H 一。 根据式 1 1 和 1 2 计算上述反应的△G 2 9 8 和 K 1 9 8 ，△G 1 9 8 一 0 ．4 0 1 0 ．1 2 8 4 9 6 5 0 0 一 2 0 4 ．2 1 d 0 ，l g K 0 9 8 1 6 ．9 3 5 4 0 ．4 0 1 0 ．1 2 8 3 5 ．8 7 4 4 。K 2 9 8 l ，故该反应能自发正向 进行，且进行得非常完全。 2 ．3 I t 2 0 2 作用下的厶G 2 9 8 和K 2 9 8 的计算 H 2 0 2 参与下的电极反应为H 2 0 2 2 e 2 0 H 一， 其氧化电位为9 1 0 ．9 5 V 。H 2 0 2 作氧化剂参与 的浸金化学反应为2 A u 4 S 2 0 3 2 一十H 2 0 2 2 A u s 2 0 3 2 3 一 2 0 H 一。根据式 1 1 和 1 2 计算反应 的△G 2 9 8 和K 2 9 8 ，△G 9 8 一 0 ．9 5 0 ．1 2 8 2 9 6 5 0 0 一4 8 ．0 5 4 k J 0 ，1 9 K 9 8 1 6 ．9 3 5 2 0 ．9 5 0 ．1 2 8 3 6 ．5 1 1 。K 9 9 8 1 ，故该反应能自 发正向进行，且进行得非常完全。 2 ．4F e 3 作用下的△G 2 9 8 和K 1 9 8 的计算 F e 3 参与下的电极反应为F e 3 十3 e F e ，其氧 化电位为9 】 0 ．7 7 V 。F e 3 作氧化剂参与的浸金 化学反应为3 A u 6 s 2 0 3 2 一十F e 3 3 A u 是0 3 2 3 - F e 。根据式 1 1 和 1 2 计算反应的△G 2 9 8 和 K 9 8 ，△G 9 8 一 o ．7 7 0 ．1 2 8 3X9 6 5 0 0 一 2 5 9 ．9 7 1 k J 0 ，l g K 0 9 8 1 6 ．9 3 5 3 0 ．7 7 0 ．1 2 8 4 5 ．6 2 2 8 。K 2 9 8 1 ，故该反应能自发正向 进行，且进行得非常完全。 2 ．5 P b 2 作用下的△G 2 9 8 和鹤9 8 的计算 P b 2 参与下的电极反应为p b 2 2 e P b ，其氧 化电位为 一0 ．1 2 6 V 。p b z 作氧化剂参与的浸金 化学反应为2 A u 4 s 2 0 3 2 一十p b 2 2 A u S 2 0 3 2 3 - P b 。根据式 1 1 和 1 2 计算反应的△G 2 9 8 和 K 9 8 ，△G 9 8 一 一0 ．1 2 6 0 ．1 2 8 2 9 6 5 0 0 一 0 ．3 8 6 1 d 1 ，故该反应能自发正向 进行，且进行得比较完全。 从上面的计算和理论分析可知，要使硫代硫酸 盐浸金反应在热力学上能顺利进行，所选择的氧化 剂的氧化电位必须大于一0 ．1 2 8 V 。如果硫代硫酸 盐浸金过程没有氧化剂的参与或者氧化剂的电位小 于一0 ．1 2 8 V ，那么该反应在热力学上难以发生。 在实际矿样硫代硫酸盐浸金过程，即使没有添 加氧化剂也有部分金被浸出来，这可能有两方面的 原因。首先，浸金过程在氨性硫代硫酸盐体系中进 行，由于金离子与氨能络合形成金氨络离子A u N H 3 2 ，部分金被浸出来[ 2 ，5 | 。其次，浸金体系中 含有一部分溶解氧，矿石中或多或少存在一定量的 氧化剂，如p b z ，C U 2 ，F e 3 等，也可浸出部分金。 3 硫代硫酸盐、硫脲和氰化物浸金的 有关参数和热力学判据的比较 硫代硫酸盐、硫脲和氰化物浸金的有关参数和 热力学判据的比较如表1 所示。 对硫脲和氰化物浸金的相关参数和热力学判据 已有研究者作了比较全面的比较HJ ，这里仅就表1 数据对硫代硫酸盐和氰化物浸金作比较分析。 1 硫代硫酸盐和氰化物可分别与金反应生成 络合物，前者的稳定常数小于后者，因此要使反应顺 万方数据 有色金属 第5 6 卷 利进行，供给硫代硫酸盐浸金体系的能量要比供给 氰化浸金体系大。反应过程中电子转移数咒相同， 硫代硫酸盐浸金体系的△G 9 8 比氰化浸金体系大。 从电化学角度考虑，硫代硫酸盐浸金过程所需氧化 剂的最小氧化电位更大，硫代硫酸盐浸金体系 一0 ．1 2 8 V ，氰化浸金体系一0 ．5 4 V 。 表1 硫代硫酸盐、硫脲和氰化物浸金的热力学判据及有关参数的比较 T a b l e1 C o m p a r i s o no ft h e r m o d y n a m i cc r i t e r i o na n dr e l a t i v ep a r a m e t e r s f o rg o l dl e a c h i n gw i t ht h i o s u l f a t e ，t h i o u r e aa n dc y a n i d e 4结论 1 硫代硫酸盐浸金过程中，只要所用氧化剂的 氧化电位大于一0 ．1 2 8 V ，硫代硫酸盐浸金在热力学 上就可以顺利进行。 2 硫代硫酸盐浸金过程的平衡常数判据为 l g K 2 9 8 1 6 ．9 3 5 n 9 1 0 ．1 2 8 ，标准条件下恒压和 参考文献 等温电位变化的判据为△G 2 9 8 一 9 l 0 ．1 2 8 n F 。 3 由于A u S 2 0 3 2 3 - 的稳定常数 5 ．4X1 0 3 0 小于A u C N 2 一稳定常数 9 ．0 9 1 0 4 0 ，硫代硫酸 盐浸金体系的△G 9 8 比氰化浸金体系大，硫代硫酸 盐浸金所需氧化剂的最小电位 一0 ．1 2 8 V 高于氰 化物浸金体系 一0 ．5 4 V 。 [ 1 ] 孙戬．金银冶金 第二版 [ M ] ．北京冶金工业出版社，1 9 9 8 ． [ 2 ] 姜涛．提金化学[ M ] ．长沙湖南科学技术出版社，1 9 9 8 ． [ 3 ] 童雄，钱鑫．氧化剂提高金浸出率的热力学判据研究[ J ] ．有色金属，1 9 9 6 ，4 8 3 7 5 7 8 ． [ 4 ] 童雄，钱鑫，黄伟．硫脲浸金过程选择氧化剂的热力学判据研究[ J ] ．有色金属，1 9 9 7 ，4 9 3 5 2 5 4 ，8 1 ． [ 5 ] 朱国才，陈家镛，邓彤．硫代硫酸盐浸金原理与新过程研究[ A ] ／／中国金矿研究新进展黄金提取研究与开发[ C ] ． 北京中国科学院过程工程研究所，1 9 9 6 ． T h e r m o d y n a l n i cC r i t e r i o nf o rG o l dL e a c h i n gw i t hT h i o s u l f a t e T O N GX i o n g ，Z H A N GG e n l i n F a c u l t yo fL a n dR e s o u r c eE n g i n e e r i n g ，K u n m i n gU n i v e r s i t yo f , S c i e n c ea n dT e c h n o l o g y ，K u n m i n g6 5 0 0 9 3 ，C h i n a A b s t r a c t T h et h e r m o d y n a m i cc r i t e r i o no ft h eg o l dl e a c h i n gw i t ht h i o s u l f a t ei sd e d u c e d ，a n dt h ee q u i l i b r i u mc r i t e r i o n o ft h el e a c h i n gp r o c e s si sp r o p o s e d ，a n dt h et h e r m o d y n a m i cc r i t e r i o na n dr e l a t i v ep a r a m e t e r so fg o l dl e a c h i n g w i t hc y a n i d ea n dt h i o s u l f a t ea r ea n a l y z e da n dc o m p a r e d ．A sl o n ga st h ee l e c t r i c a lp o t e n t i a lo fa no x i d a n ti so v e r 一0 ．1 2 8 V ，t h eg o l dl e a c h i n gp r o c e s sb yt h i o s u l f a t ew i t ht h eo x i d a n tm a yp r o c e e dt h e r m o d y n a m i c a l l y ，t h ee q u i l i b r i u mc r i t e r i o no ft h ep r o c e s si sl g K e 2 9 8 1 6 ．9 3 5n 9 1 0 ．1 2 8 ．T h en e c e s s a r i l ym i n i m u me l e c t r i c a lp o t e n t i a l f o rt h eo x i d a n ti nt h eg o l dl e a c h i n gw i t ht h i o s u l f a t e ，一0 ．1 2 8 V ，i sh i g h e rt h a nt h a ti nt h ep r o c e s sw i t hc y a n i d e ， 一0 ．5 4 V ． K e y w o r d s m e t a l l u r g i c a lp h y s i c a lc h e m i s t r y ；g o l d ；t h e r m o d y n a m i c s ；e l e c t r i c a lp o t e n t i a l ；e q u i l i b r i u m ；g o l d t h i o s u l f a t el e a c h i n g 万方数据