微波加热下硫酸浸溶黄铜矿动力学.pdf

第5 2 卷第1 期 2000 年2 月 有色金属 N O N F E R R o U SM E T A L S V 0 1 ．5 2 ，N O ．1 F e b r u a r y2000 微波加热下硫酸浸溶黄铜矿动力学 K D 吼T I C So FS U L I 唧I I CA C I DL E A C H I N GC H A L C o P Y R n l E B YM I C R o W A V EH E 』盯I N G 苏永庆1 ，刘纯鹏2 1 云南师范大学化学系，昆明6 5 0 0 9 2 ；2 ．昆明理工大学冶金系，昆明6 5 0 0 9 3 S UY o n g q i n 9 1 , L I UC h u n p e n g 2 仃，D e p a r t m e n to fC h e m i s t r y , Y M n n c mN o r m a lU m v e r s i t y , K _ u r r m i n o6 5 0 0 9 2 ； 2D e p a r t m e n to fM e t a l l u r g y , K a m m i n gU m v e r 咖o fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y , K u n m i n g ，6 5 0 0 9 3 摘 要研究了微波场中硫酸浸溶黄铜矿的动力学，结果表明微波加热提高了铜浸溶速率和浸出率。其浸出率和浸溶速率 受氧化剂M 1 0 的含量和黄铜矿粉末的粒度影响，并可分别用数学式a i F 和詈 1 一删2 来表达，a 是与M n O 的含 量有关的参数，M n 0 2 的含量越高，a 越小，浸出率和浸出速率越大；b 是与黄铜矿的粉末粒度有关的参数，粉末粒度越细， b 越小，同样，浸出率和浸出速率也就越大。 A B S T R A C TT h ek i n e t i c so fs u l f u r i ca c i dl e a c h i n gc h a l c o p y r i t ei nt h em i c r o w a v ef i e l dw a ss t u d i e d ．T h er e s u l t si n d i c a t e dt h a t m i c r o w a v eh e a t i n gc o u l di n c r e a s el e a c h i n gr a t ea n dl e { l c h i n ge f f i c i e n c y ．T h ek i n e t i ce q u a t i o nw a sg i v e nb yc a l c u l a t i o n ． 关键词微波；黄铜矿；硫酸；浸溶 K E YW O R D S m i c r o w a v eh e a t i n g ；c h a l c o p y r i t e ；s u l f u r i ca c i d ；l e a c h i n g 中圈分类号T F 8 0 3 ．2 1 文献标识码A 文章编号1 0 0 1 0 2 1 1 2 0 0 0 0 1 一0 0 6 2 0 4 lI N 7 I R o D U C I ’l o N I tw a sv e r yd i f f i c u l tf o rc h a l c o p y r i t et ob el e a d l e d i na c i d s o l u t i o n ．U s u a l l yi t w a sn e c e s s a r yt ou s e s t r o n go x i d a n tF e C l 3a n dh y d r o c h l o r i c a c i di n l e a c h i n gs o l u t i o na n dl o t so fi r o n i o n sg o ti n t ot h e s o l u t i o n ．I tw a sd i f f i c u l tt oe l i m i n a t ei r o ni O I l S ． M i c r o w a v ei sa nu l t r a h i g hf r e q u e n c ye l e c t r o m a g n e t i c w a v e ．I t s f r e q u e n c y i sf r o m3 0 0 M H zt o 3 0 0 G H z ．a n dt h ew a v e l e n g t hi sf r o ml mt ol m m ． M i c r o w a v eh a sb e e nw i d e l yu s e di nf o o dp r o c e s s i n g ， b e c a u s ei th a sc h a r a c t e r i s t i c so fs t r o n gp i e r c i n ga b m _ t y ，s m a l lt h e r m a li n e r t i aa n ds e l e c t i v eh e a t i n g ‘1 一． R e c e n t l y ，i th a sb e e ng r a d u a l l yu s e d i nc h e m i c a li n d u s t r ya n dm e t a l l u r g i c a li n d u s t r yb e c a u s eo f i t s c h e m i c a l e f f e c t ，p o l a r i z a t i o ne f f e c t ，a n dm a g n e t i c e f f e c t 3 ． I nt h i sr e s e a r c h ，m i c r o w a v eh e a t i n gw a sa d o p t e d 收稿日期1 9 9 9 0 6 0 9 ；修回日期1 9 9 9 - 0 7 1 0 作者简介苏永庆 1 9 6 4 一 。男，现任云南师范大学化学 系教授，博士。从事有色冶金，金属表面处理，微波化学的研 究工作和物理化学教学等。 i ns u l f u r i ca c i dl e a c h i n gc h a l c o p y r i t e ，a n dM n 0 2w a s a d d e da so x i d a n ti nt h el e a c h i n gs o l u t i o n ． 2 E 1 Ⅺ陌R m 们￡N T A I ．D E ⅦC EA N D o R E C o M P o S I ⅡO N E x p e r i m e n t a ld e v i c ew a ss h o w ni nF 垃．1 。T h e m i c r o w a v ef u r n a c eh a sp o w e ro f7 5 0 W ．a n di t sf r e ． q u e n c yi s2 4 5 0 M H z ．T h ec o m p o s i t i o no fc h a l c o p y r i t e w a sC u F e s 2w i t hal i t t l eo fC u , F e S 4 ，C u l a n dF e S 1 ．m i c r o w a v ef u r n a c e ；2 ．O ／E a n dl e a c h i n gs o l u t i o n ； 3 ．s u p p o r t ；4 ．c o o l i n gt u b e ；5 ．a l k a l is o l u t i o n 万方数据 第1 期苏永庆等微波加热下硫酸浸溶黄铜矿动力学 6 3 b yX - r a yd i f f r a c t e da n a l y s i sa n de l e c t r o ns p e c t r u m ．T a b l e1R e g r e s s i o ne q u a t i o n so fe o l _ p e rl e a c h i n g T h ec o n t e n to fC uw a s18 ．5 9 ％㈤，o rC u F e S 2w a s e f f i c i e n c yb ye l e c t r i cf l l l n l a l ] eh e a 缅ga n d 5 3 ．4 5 ％ 叭 ． m i c r o w a v ef l l 瑚c eh e a l i n g T h i se x p e r i m e n tw a sb a s e do nt h eq u a n t J t a t a v e c h e m i c a lr e a c t i o n ，a sf o U o v 晤 C u F e S 2 2 M n 0 2 4 H ≯0 4 C u S 0 4 F e S 0 4 2 M n S 0 4 2 S 4 H 2 0 T h es t o i c h i o m e t r i cr a t i oo fc h a l c o p y r i t eo r e ，M n 0 2 a n dH 2 S O , w a s1 0 ．9 5 2 ．0 2 ㈤．B e c a u s et h ec o n t e n t o fc h a l c o p y r i t ew a so n l y5 3 ．4 5 ％，i tn e e d e dt oa d d 5 3 ．6 9H 0 4 9 8 ％ a n d2 5 ．4 9M n 0 2w h i l e5 0 9 O r e W a Sp u ti nt h es o l u t i o n i 乃ee x p e r i m e n t a lr e s u l tw a s d e p i c t e dw i t hc o p p e rl e a c h 吨e f f i c i e n c yo c ％． 3E X P E R 玎棚髓叮r A I ．R E S U If 1 晤A N D D 卫S C U S S l O N 3 ．1A f f e c t i o no fm i c r o w a v eh e a t i n go nl e a c h i n g p r o c e s s T h e5 0 0 r a ls o l u t i o nc o n t a i n e d5 0 9c h a l c o p y r i t e o f 一1 2 0 1 6 0m e s h ，4 5 9M n 0 2a n d1 0 6 9H ≯0 4 ， w a sh e a t e d b y m i c r o w a v ea n de l e c t r i cf u r n a c e r e s p e c t i v e l y ．T h ec u r v e so fc o p p e rl e a c h i n ge f f i c i e n c yt o t i m ew e r eg i v e ni nF i 9 2 ，a n dt h er e g r e s s i o ne q u a t i o n s w e r eg i v e ni nT a b l e1 ． t ／m m F i g ．2 n e 伽I r v 终o fc o p p e ri e a d l i n ge f f i c i e n c yv s ．t i m e 1 ．e l e c t r i cf u r n a c e ；2 ．1 1 1 i 口o H 啪f u r n a c e O V l n 0 24 5 9 r t 墨O , 1 0 6 9 ；5 0 0 r a ls o l u t i o n I nF i g ．2a n dT a b l el ，c o p p e rl e a c h i n ge f f i c i e n c y a n dl e a c h i n gr a t eb ym i c r o w a v eh e a t i n gw e r ev e r y l a r g e rt h a nt h a tb ye l e c t r i cf u r n a c eh e a t i n g ． 3 ．2 A f f e c t i o no fp o w d 口d 臻o fe h a l c o p y r i t eO n l e a c h i n gp r o c e s s 5 0 9o fc h a l c o p y r i t ei nd i f f e r e n tp o w d e rs ，i z ew a s p l a c e d i n5 0 0 1s o l u t i o n c o n t a i n i n g5 5 ．6 9H 2 S 0 4 a n d2 5 ．6 9M n 0 2 ．T h e nt h es o l u t i o nw a sh e a t e db y m i c r o w a v e ．T h er e s u l tw a sg i v e ni nF i g ．3a n d 5 0 4 0 摹3 0 ～ B 2 0 1 0 O2 04 06 08 0 t ／m a n F i g ．3L e a c l l m ge 伍e i m e yo fc I l a l e o p y f i t e i l ld i f f e 咖tp o w d e rs i z e 1 ．一6 0 8 0 n 谧h ；2 ．一1 0 0 1 2 0 n 墙h ；3 ．一1 2 0 1 如m e s h 4 ．一1 6 0 2 1 h n e s h ；5 ．一2 0 0 2 4 0 m e s h T a b l e2 R e g r e s s i o ne q u a f i o mo fc o p p e rl e a c l l i I - g 锄d 棚qo fc I l a l ∞p 州钯i I Id i f f e r e mp o w d e rs i 豫 T a b l e2 ． I nF i g ．3 ，c o p p e rl e a c h i n ge f f i c i e n c yi n c r e a s e da s p o w d e r s i z ed e c r e a s e d ．W h e nt i m e i n c r e 船e d ，t h e c l l r v e sh a dt e n d e n c yt on 僦． h 1T a b l e2 ．t h er e g r e s s i o nr e a c t i o n sc a l lb ee x - p r e s s e db yf o l l o w i n ge q u a t i o m ， o c t ／ a t b f l a o r l 肛 n 6 ／t 1 b i nw h i c ho 【c o p p e rl e a c h i n ge f f i c i e n c y 陬％ ￡t i m e m i n 口．6 e x p e r i m e n t a lc o e f f i c i e n t I nT a b l e2 ，aW a Sac o n s t a n t0 ．0 2w i t h o u tr e l a t i o n 万方数据 有色金属第5 2 卷 t o p o w d e rs i z e ，b u tbd e c r e a s e d a s p o w d e rd e - c l w _ a s e d ．U s em e a nv a l u eo ft h ep o w d e rs i z et om a k e f i g u r et op o w d e rs i z e ，s e eF i g ．4 ，a n dt h er e g r e s s i o n e q u a t i o nw a sg i v e nb yt h el i n ee q u a t i o n 2 w h i c h O r r e g r e s s i o nc o e f f i c i e n tw a sO ．9 8 6 ，a sf o l l o w s i nw h i c h ‰ 1 ／b p o w c t e rs i z e ／m e s h F i g ．4 A f f e c l i o no fp o w d e rs i z eO i ll e a c h i n g c o e f f i c i e n tb b m n 多 2 i nw h i c h ，卢p o w d e rs i z e m e s h m ．n e x p e r i m e n t a lc o e f f i c i e n t I ne q u a t i o n 1 b ，w h e n ‘一。。，寺。日o ro c 一 丢 面1 5 0 ，i ．e ，t h el e a c h i n g I ℃a c c i 。nw o u l d g e tt oe q u i l i b r i u ma sl e a c h i n gc o n t i n u e df o ral o n g t i m e ，a n dt h em a x i m u mc o p p e rl e a c h i n ge f f i c i e n c yw a s o c 一 1 肛 3 I fH 芦0 4a n dM n Qw e r ep u ti ns o l u t i o ni n s t o i c h i o m e t r yr e a c t i o n ，t h em a x i m u mc o p p e rl e a c h i n g e f f i c i e n c yo n l yr e a c h e d5 0 ％． T h ee q u a t i o no fc o p p e rl e a c h i n gr a t ec o u l db e o b t a i n e db yd i f f e r e n t i a t i n ge q u a t i o n 1 b ，a sf o U o 髑 詈 争Ⅸ2 d ￡t 2 一 ⋯7 f r o me q u a t i o n 1 b ，g o t t b o c ／ 1 一口0 c 5 w h i c hw a sp l a c e di n t oe q u a t i o n 4 ，t h e n 堕上 卜口o c 2 6dtb 、⋯。。7 、。7 B e c a u s e 1 一口。c w a sav a l u ew i t h o u tr e l a t i o nt o t h ep o w d e rs i z e ．t h el e a c h i n gr a t ew o u l di I l a 总a S ea s t h ep o w d e rs i z ed m e a s e do rbd e c r e a s e d ．A st i mr e a - s o n ，i tb e n e f i t sd e c r e a s i n gl e a c h i n gt i m eb yd e c r e a s i n g t h ep o w d e rs i z e ． B e t i d e s ，w h e nl e a c h i n gj u s tb e g a n ，口o c 1 ，h e r e 7 a 7 b V g h e r lt h el e a c h i n gj u s tI e g a n ，t h er e a c t i o nW a S o fz e r oo r d e r ，a n dt h er e a c t i o n v e l o c i t y w a st h e l a r g e s t ．V g h e nt h el e a c h i n gc o n t i n u e df o rS O l T l et i m e ， t h er e a c t i o ng o to ni n c o m p l i c a t e dw a yo fe q u a t i o n 6 ．O p e n e dt h ee q u a t i o n 6 ，g o t 堕上-iI-旦oc-4l-dtbb尘b Ⅸ2 8 a 一 一一Ⅳ一Ⅳ‘ I al ⋯“ 、。一， O r 詈 k 0 坼 ∥ 8 b i 1 1 惝驴古，k l - 了2 a ，k 2 - 罟 O b v i o u s l yt h el e a c h i n gr e a c t i o nc o n s i s t e do ft h e t h r e ec o m p l i c a t e dr e a c t i o n so fz e r oo r d e r ，o n eo r d e r ， a n dt w oo r d e r ． 3 ．3A f f e c t i o no fM _ n 0 2O nl e a d l m gp r o c e s s T h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h ec o p p e rl e a c h i n ge t t i - c i e n c ya n dt i m eb ym i c r o w a v eh e a t i n gW a Sg i v e n i nF i g ．5 ，i nw h i c h c o n t a i n i n g 一2 0 0 2 4 0 r r 世s h c h a l c o p y r i t eo f5 0 9 ，a n dM n 0 2o f0 9 ，2 5 ．4 9 ，4 5 9 r e s p e c t i v e l y ．T h er e g r e s s i o ne q u a t i o mo fc o p p e r l e a c h i n ge f f i c i e n c yt ot i m ew e r eg i v e ni nT a b l e3 ． F i g ．5 A f f e c t i o no f №0 2O nc o p p e r l e a c h i n g 胡l d a l 斜 1 ．M n q0 9 ；2 ．M n 0 22 5 ．4 9 ；3 ．M n 0 24 5 9 T h ec o p p e rl e a c h i n ge f f i c i e n c yw a Sl o ww i t h o u t M n O ，．T h ec o n t e n to fM n O ，1 1 1 0 l et h a ns t o i c h i o m e t r y h a da d v a n t a g eO ni n c r e a s i n gl e a c h i n ge t t i c i e n c y ，i ．e ． t h el a r g e s t l e a c h i n ge f f i c i e n c yw a so n l y5 0 ％a sc o n t e n to fM n 0 2w a ss t o i c h i o r c e t r y ，t h e nt h e l a r g e s t ，一6 k | l | | 如一m 出一出 万方数据 第1 期苏永庆等微波加热下硫酸浸溶黄铜矿动力学 6 5 T a b l e3 R e g r e s s i o ne q u a t i o n so fl e a c h i n ge m d e n c y i nd i f f e 豫n tc o n t e n to fM n 0 2 竺竺 竺堡 型竺 竺 生 R e g m s s i o ne q u a t i o n ，。C u ％；￡m i n ． O r e ∞H z S O ．④M n 0 2 g l e a c h i n ge f f i c i e n c yc o u l dg e t 5 9 ％a sc o n t e n to f M n 0 2w a s7 7 ％1 T l O l ℃t h a ns t o i c h i o m e t r y ．I ti n d i c a t e d t h a t ．aw a sac o e f f i c i e n ti nr e l a t i o nt oM n 0 2c o n t e n t ． O ne c o n o m i c a l l y ，i tw a sn o td e s i r a b l et oi n c r e a s et h e l e a c h i n ge f f i c i e n c yb yi n c r e a s i n gt h eM n 0 2c o n t e n t ，i t s h o u l da d o p tt h es e c o n ds t a g el e a c h i n g ． 3 ．4S e c o n ds t a g el e a c h i n gp r o c e s s T h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h ec o p p e rl e a c h i n ge f f i - c i e n c ya n dt i m ew a sg i v e ni nF i g ．6 ．T h el e a c h i n g s o l u t i o nc o n t a i n e dt h el e a c h i n gc h a l c o p y r i t er e s i d u e o f5 0 9 3 ．5 2 9C u ，H S 0 4o f2 2 9a n dM n O 9 ．5 5 9i n s m i c K o r n e t r y ，o rM n 0 2o f2 5 ．4 9i no v e r ．s t o i c h i o m e t r y r e s p e c t i v e l y ．T h er e g r e s s i o ne q u a t i o n sw e r eg i v e ni n T a b l e4 ． F i g ．6 C u r v eo fc o p p e rl e a c h i n gd t i d e n c yV S ．t i m e 1 ．M n 0 29 ．5 5 9 ；2 ．M n q2 5 ．4 9 T a b l e4T h er e g i e s s i o l le q u a t i o no fc o p p e r l e a c h i n gd f i d e u c yt ol i m e 0 I er e s i d u e g 邱0 4 ∞M n O g 盎篆盎1 R Ⅸe g r e Q s s i o ％n e q u T a 血t m ．n _ - _ - _ _ _ _ - _ _ - _ _ - ●_ - _ ●_ - - ●- - - 一 O b v i o u s l y ，a c c o r d i n gt o t h ee q u a t i o n 1 a ，a w a s0 ．0 2i ns t o i c h i o m e t r i cr a t i oo r0 ．0 1 4 i no v e r ． s t o i c h i o m e t r i cr a t i or e s p e c t i v e l y ．T h i sw a sa ss a m ea S t h ec o n c l u s i o ni n3 ．2 ． T h e r e f o r e ，w ec a nm a k e t h ec h a l c o p y r i t eb e l e a c h e dm a n yt i m e sb yc h a n g i n gl e a c h i n gs o l u t i o nt o g e tt h em a x i m u mc o p p e rl e a c h i n ge f f i c i e n c y ．W h e n M n 0 2a n dH 芦0 4i ns o m er a t i oa r ep u ti nt h es o l u - t i o nc o n t a i n i n gc h a l c o p y r i t et ol e a c ht h ec h a l c o p y r i t e m a n yt i m e s ，t h et o t a ll e a c h i n ge f f i c i e n c yo c 。c a nb e o b t a i n e da sf 0 1 】o W E 0 c 。 w ．y ％．a E 1 一倪％y 一1 n ，1 i nw h i c h 9 w w e i g h to fc h a l c o p y r i t e y p e r ∞n t a g eo fc o p p e rc o n t e n ti nc h a l c o p y r i t e o c m a x i m u mp e r c e n t a g eo f c o p p e rl e a c h i n ge f f i c i e n - 呵i no n et i m e n t i m e so fs t a g el e a c h i n g I fH S O , a n dM n 0 2a r ep u ti ns t o i c h i o m e t f i cr a - t i oe v e r yt i m e ，t h et o t a ll e a c h i n ge f f i d e n c yo c 。w a s o c 。 w ．y ％．Ⅸ∑ 1 一o c ％厂 一y ％5 0 等} W Y 1 0 ．5 1 0 i ．e ，w ec a ng e t9 9 ％e x t r a c t i o nr a t eo fc o p p e rf r o m o r eb ys e v e nl e a c h e s ．o r9 4 ％b yf o I i l l “ l e a c h e s ． 4C o N C I 『s I N S 1 M i c r o w a v eh e a t i n g h a s a d v a n t a g e o f i m p r o v i n gc o p p e rl e a c h i n gm t ei nH r S O , l e a c h i n g c h a l c o p y r i t e ．T h el e a c h i n gm t ec a nb ed e s c r i b e db y e q u a t i o n 詈 i 1 1 - a a 2 ，a n d m el e a c h i n g e f f i c i e n c yc a nb ed e s c r i b e db ye q u a t i o n 仪 t ／ a ￡ 6 ， i nw h i c haw a sac o e f f i c i e n ti nr e l a t i o nt ot h ec o n ． t e n to ft h e o 【i d i z i n ga g e n tM n 0 2 ，b w a sa c o e f f i c i e n ti nr e l a t i o nt ot h e p o w d e r s i z eo f c h a l c o p y r i t e ． 2 T h el e a c h i n gp r o c e s so fc h a l c o p y r i t ew a Sa c o m p l i c a t e dr e a c t i o nc o n s i s t e do fz e ∞o r d e r ．o n eo r - d e r ，a n dt w oo r d e r ． 3 T o t a lc o p p e rl e a c h i n ge f f i c i e n c y Ⅸ。o f c h a l c o p y r i t eC a l lb ed 签c r i b e db yt h ee q u a t i o n o c 。 w ．y ％嘣∑ 卜o c ％ n 一1 c o n t ．o nP ．6 8 1 万方数据 有色金属 第5 2 卷 3结论 针对四川氟碳铈尾矿，采用氯化铵焙烧法回收 稀土．在固氟添加剂的添加量为固氟添加剂／矿样 0 ．2 5 ，氯化铵用量为N H , C 1 ／矿样 0 ．5 ，焙烧温度 及焙烧时间分别为5 0 0 ℃及1 h 的条件下，稀土的 浸出回收率达到8 4 ％。同时采用该法得到的稀土 浸出率中铁的含量很低，有利于进一步除杂回收稀 土。 参考文献 1 徐光宪．稀土．北京冶金工业出版社；1 9 9 5 ．2 8 4 2 池汝安，王淀佐．稀土选矿及提取技术．北京科学出版社，】9 蚯3 0 5 3Z h uG u o c a i ，C h iR B ’a 1 1 ．R a r eM e t a l s ，1 9 9 9 ，1 8 1 6 9 4 张世荣，涂赣峰等．稀有金属，1 9 9 8 ，2 2 3 1 8 5 5C h iR u a n , 2 h uG t r x a i ，X u Ⅵ咄1