矿浆电解时金属的行为规律.pdf

掣5 2 卷笨2 帮 2000 年5 月 喜色金属 N O I C F E R R O U SM E T A L S V o l 鼹。N o ，2 M a y 2000 矿浆电解时金属的行为规律 张英杰1 ，扬显万1 ，李敦钫1 ，邓纶浩1 ，邱定蕃2 { ．琵爨蓬王大学，琵爨6 5 0 0 9 3 ；2 托索矿冶研究簿院，匏京1 0 0 0 4 4 摘要研究了高铅高铜型盒精矿矿浆电解时金属的行为规律。矿浆电解时铅的阴极沉积明显滞后予在阳檄间的橙出， 矿浆电解的照点不应是阳壤闻的p b 被浸出完全，两应魁矿浆液申铅的煨鏖下黪剐其起始维赛．媸胁平计算执计算在实测戚势 下矿浆掖中各叠属承溶馋种分布．计算出矿浆电位值与蛮涮值哟台。 关键词矿浆电解；铅锅；铁；计算机 串蛋分粪号T F 8 0 4 , 4 文献标谖鹞A 文耄编号1 0 0 1 0 2 H 2 0 ∞ 0 2 0 0 4 1 0 3 矿浆电解不同干一般浸出，其主要特点是其有 电援过程。程矿浆电艇时鹚投阏浸趱除靠矿粒阳极 氧化外，还有矿粒的非电极反应。而阴极则发生金 属离子与珏 豹还舔，困丽矿浆电辩时金满翡行为 规律也稳其特点。矿浆电解波实际是C u I 一C u H 一№ Ⅱ 一F e Ⅲ - P b Ⅱ 一C I 。H 如系， 对实测螅矿浆电辫液戒分下臻N e w t o n R a p h s o n 法计算了矿浆液的水溶物种分布与电位值。 1试样与试验方法 试验用试样为嚣南省元阳众精矿，含P b l 30 1 ％ 冀串P 舔7 ．2 7 ％，镑税4 ．6 3 ％，禽铜4 ．0 4 ％，主要为 黄铜矿，n 主要为黄铁矿，含A 9 4 9 0 9 ／t ， A u 6 4 ．5 5 9 ／t 。矿浆电解在烧杯中进行，阳极用石墨 割俸。爨援出筑铅冀期捧，二袭均褒一夏躲出8 c m 8 c m 。其余部分用环氧树脂覆盖，阴极簧于耐酸 滤布镧佟蒋蕊膜套中，烧杯置于恒溢永浴缸中，用 改装的旋转圆盘电檄搅拌。 2 结果与讨论 2 ．1矿浆电解时金属的行为规律 萄l 是元粥金精矿矿浆电辩时钳的行为规律。 出于矿中的镪右3 5 - 6 ％以铅矾形态存在，露铅爨 在禽N a C l2 0 0 9 ／L ，H C l0 ．1 m o l 。／L 溶液中，6 0 ℃ 下溶解缀快，仅在第l ，j 、时镑砜的橙出率 诧学溶 解 就高达9 8 ．0 8 ％。由于化学游艇岛氧化同时进 行，使阳极间铅的漫出速率明箍大于阴极上铅的沉 瑷速率，所以溶液中} P b ] } 急麟上舞，到l h 左右 达到最大值。而后铅的浸出速率减慢。而铅在阴极 收稻日期1 9 9 9 0 9 0 7 作案篾介张荚杰，女 强岁，王学嚣士，教授 上沉积速率保持不变 柱电流密度不变的条件 下 ，嚣魏溶滚中铅浓度不薮下降。凑于纯学溶躲 占较大的份额，因此铅在阴极上的析出明照地落后 于阳极问铅的提出。矿浆电解过程不鹿以钳基本漫 出宠薅终止。鼹如爨I 艨示，警i 一1 5 0 A ／m 2 时， 浸出第3 小时P b 浸出率融达9 8 ％，但溶液中的铅 为4 ．箱盈，澎矿装滚中静P b 起始豫凌还高2 ．2 9 皿。 如果此时即终止矿浆电解，则漫出渣分离詹的矿浆 液邋回配浆，P b 的浓度将越来越高，这将给矿浆 残滚的液臻分离等带寒疆犬不蠖，鹅举注意裁会有 P b a ，析出，不仅影响P b 的直收率，而且增加操 作静函难。因就矿浆电解静终点应该箍矿浆液中铅 的浓度下降到其起始浓度。虫于在第1 小时内矿浆 。0 蒋 6 0 4 0 2 0膨产 油 阐l矿浆电解甜铅豹行为规律 话爱出率，粒 1 5 0 A ／m 々；2 话醴辍辑毒搴 3 矿浆液P b 浓度[ P b ] r ， F i g ．i B e h a v i o rr e g u l a r i t yo fl e a dd u r i n g s l u r r ye l e c t r o l y s i s 万方数据 4 2有色金属第5 2 卷 液中铅浓度迅速土升，当被处理物料舍P b 商鞋 铡如处理方镪矿 ，矿浆菠中锚浓度有爵髓达到 P b C l ，瓣饱和浓度，此时在隔膜上涛禽有P b C I 晶 体耩出．导致隔膜的堵塞。扶遗一点肴，过抉的浸 出速率对电勰过程的颓剃进行不刺。与一般的浸出 作业糨反，此时应采取措施降低物辩中铅的浸出速 率。在矿浆电解后期，特剐是P b S 已基本浸出究 嚣，阳极上主要发生F e 联 的氧化，溶液中F e fI I I 浓度每矿浆液的电位将避一步主拜。 元阳金糖矿试样岔银O ．0 4 9 ％ 4 9 0 9 ／t , 矿浆电锵 畦其浸蹬攀如圈2 所示。在6 5 ％～7 5 ％之闻，浸 出率取决于矿浆电解条{ 孛。被浸出的银将在阴极上 与铅一道濒积出来。铜的授出率在2 5 ％～4 0 ％之 阅。在矿浆电解终点一般可达柏％左右，被浸出 麴C u 在阴极上每话一道洗积。在茏黧金精矿矿浆 电瓣的条件下，黄铜矿瓣像学戴毙基本上不发生， 丽且通过矿糠与阳极碰撞在阳极上氧化的可能性也 很小。因此铜的浸出主要靠钢的氯化矿的酸溶及次 生硫化矿的酸溶与氧化浸出。 叶鬯一 涉 尊 } ／。 畸 ／／ A m 一≈ 阐2 矿浆电解对P b 、C u 、A g 的浸凼率 { 浸擞对墒强 F i g ．2L e a c h i n gr a t e so fP b ，C u ，A gd u r i n g s l u r r ye l e c t r o l y s i s j ￡衷矿冶研究总院的研究表明元阳垒精矿矿 浆电锵时的阴极产物铅钢银粉含铁鬣不高，在 0 ．5 5 ％至0 ．0 8 8 ％之闻，进入阴极产物的铁为精矿 含铁璧的O ．2 5 ％～O ．0 2 6 ％。被没出的铁基本上残 留程矿浆液中，铁的漫出皇簧怒遴过精矿中所含熬 铁的戴纯矿如菱铁矿等的酸潞，黄铜矿与黄铁矿农 蠢嗣盒精矿矿浆电解的条件下綦本不被浸出。 黄铁矿不被提出，其藤因是 1 黄铁矿的溶解度缀小，非氧化性酸溶可 忽略幂诗。 2 黄铁矿静电健比方铅矿委，卑方锻矿共 存时与方铅矿组成藏电滟，方铅矿为负极，黄铁妒 为燕极是被保护电极，冀氧化浸出不会发生。铁的 浸出率还受F e ，o 、溶解度的制约。 F e 2 0 ， 6 H 2 F e ” 3 H p I 丁；5 0 ℃时，l g K m 一5 ．1 3 2 l g K 2 1 9 [ F e ”】 6 p H 3 l g [ F e 班 b O ．5 1 9 K 一3 p H l g ≯M Ⅲ 4 p H l ，矿浆液巾【a 一净3 ．2 2 则西Ⅻm l 声．j E l l B d O l 2 p 』 1 】3 t U a ] 4 5 4 7 0 ．6 9 l g 口 m 2 ．6 7 【F e 瑶 】T O ．1 9 3 9 ／L 实涮L 一2 6 ，L 一2 7 ，L 一2 8 的矿浆液拦菠出终点时躲 【z e Ⅲ 】，相应海0 ．2 ，0 ．2 2 ，0 ．2 3 9 ／L ，与上述计算德 十分接近。 矿浆液中＆的总浓度 【F e ] ，一【l 咤 H I T 【F b 班 】T ，2 善【 c l 翔 丢【F e a t ’f 6 ， 0e { o j 矿浆液静电位 E 酽一2 ．3 0 F 3 R ’[ t s 勰 一号竽s 等 ④ 由戴得出 ts簧器一篆坚-lgFe3 0 3 R T 黑啮【妥 b 2 ． 和州H1 、。 公式1 2 表明，矿浆液中【F e 疆 】。以及f F e 】。与其 电位有关，电位越蕊，【F c Ⅱ 】，以及【F e h 越低， 裘l 的试验结果证明了这一结论．矿浆电解矮期， 嘏位不断上升，矿浆液铁含量不断下降。多余铁以 袭1矿浆瞧躲条捧与妒浆液l V e l ，的关系 T a b l e1T h er e l a t i o n s h i pb e t w e e ns l u r r ye l e c t r o l y s i s c o n d i t i o n s a n d 【F e 】T i n s l u r r y 万方数据 第2 期张英杰等矿浆电解时金属的行为规律 4 3 F e O O H 形式析出。在矿浆液循环使用时，铁的总 浓度受F e 2 0 ，溶解度以及F e Ⅱ 与F e Ⅲ 的综 合平衡所制约而自行调整，因此不会不断积累。 2 ．2 矿浆液模型 试验L 一2 8 矿浆液，实测成分如下 【P b l ， 0 ．0 2 3 m o l ／L 【C u 】T 0 ．0 0 5 m o l ／L [ F e l t20 ．0 5 7 m o l ／L 【C 1 ] T 3 ．4 2 m o l ／L 【F e Ⅱ I ／W e Ⅲ 】 1 2 ．8 t 2 5 ℃ 用计算机计算该成分溶液中的各水溶物种的平 衡浓度以及溶液的电位。矿浆液中同时存在的水溶 物种及其平衡浓度代号列入表2 。 表2矿浆液 L 一2 8 试验矿浆液 物种平衡浓度{ M a Z a ．1 m o l ／L T a b l e2 E q u i l i b r i u mc o n c e n t r a t i o no fs p e c i e si ns l u r r y f L 一2 8e x p e r i m e n t a ls l u r r y 元素 i 【M e l r 0l 2 3 4 P b 2 ．7 8 1 0 7 23 0 1 0 一’ I ．0 2 x1 0 一‘ 39 7 1 0 一’ l _ 8 9 1 0 20 ．0 2 3 C u I 53 3 1 0 一”86 1 0955 3 1 0 51 ．7 8 x1 0 1 23 3 1 0 一‘ C u 1 I 、 1 ．8 7 l O4I3 8 l O 一132 0 x1 0一一4 ．7 6 7 x1 0 。 F e 1 1 1 15 4 1 0 一’1 1 3 1 0240 0 x1 0 2一一52 8 4 x1 0 2 F e Ⅲ1 87 2 x1 0 6 1 ．6 2 xi 0 410 4 x1 0 3 29 2 x1 0 ’2 ．4 1 1 0 6 1 2 2 x1 0 q C I ～32 2一一一一 3 ．4 2 溶液电位 V 实测值 0 ．6 0 0 v V S ．S H E 乓， 柑 计算值O ．6 3 4 9 V v s ．S H E f o n 计算值O ．6 0 6 4 V v s ，S H E E 硝 ，F c 2 与E 0 ￡。的相对误差为4 ．5 ％， E 。， 。”与实测值的相对误差为5 ．8 ％，E 甜 ／“ 与实测 值的相对误差为1 ．0 6 ％． 矿浆液中P b 的优势物种P b C l 4 2 一 C u I 的优势物种 C u C l 3 2 、C u C I ，一 C u Ⅱ 的优势物种C u C l 2 0 r e I I 的优势物种F e C l 2 0 F e Ⅲ 的优势物种F e C l 3 。 【C u 1 7 ] ／[ c u I 】2 0 ．4 6 [ F e 1 1 1 l ／I r e Ⅱ 】1 2 ．8 2 溶液成分小范围内波动对溶液物种分布规律影响不 大。 3结论 1 元阳金精矿矿浆电懈时，铅在阴极的沉 积明显地滞后于阳极问P b 的浸出，矿浆电解的终 点不应是阳极间P b 的完全浸出，而应是物料中大 于9 8 ％的铅，4 0 ％的铜在阴极上析出。 2 浸出终点的矿浆液中P b 的优势物种为 P b c l 4 2 一，C u 主要以二价铜C u Ⅱ 存在，其优势 物种为C u C l ，, r e 主要以F e r Ⅱ 存在，其优势物 种为F e C l 2 0 , 用综合平衡原理及N e w t o n R a p h s o n 法所计算出的该成分的矿浆电位与实测值吻合。 参考文献 1 杨显万，邱定蕃．湿法冶金．北京冶金工业出版杜，1 9 9 8 ．7 1 2 邱定蕃．矿浆电解．北京冶金T ／k t l l 版社，1 9 9 9 3D o n a l dD ．W a g m a ne ta 1 ．T h eN B St a b l e so fc h e m i c a lt h e r m o d y n a m i cp r o p e r t i e s ．P u b l i s h e db yt h eA m e r i c a n C h e m i c a lS o c i e t ya n dt h eA m e r i c a nI n s t i t u t eo fP h y s i c sf o rN B S ．I n Jo fP h y s i c a la n dC h e m i c a lR e f e r c n c eD a t a ， 1 9 跪1 1 2 万方数据 M E T A LB E H A V I O RR E G U L A R I T YD U R I N GS L U R R YE L E C T R O L Y S I S Z I t A N GY i n 岛『i e l ，Y A N GX m n w a n l ．uO a n f a n ‘，D E N GL u n h a o ’，伽D i n 西矿 强K u n m i n gU n i v e r s i , o fS c i e n c ea m lT c t h a d o O y , 弛㈣％6 5 0 3 ； aB e l j i n aG e n e r a tR e s e a r c hI n s t i t u t eo fM i n i n a n dM e t a l l u r o y ．B e O M g2 0 0 0 杆 A B S l 凝A C T M e t a lb e h a v i o rr e g u l a r i t yi ng o l dc o n c e n t r a t es l u r r ye l e c t r o l y s i sb ∞b e e ns t u d i e di nt h i s p a p e r 。羽№ r e s u l ts h o W St h a tt h ee n do fs l u r r ye l e c t r o l y s i ss h o u l db et h em o m e n tW h e nl e a dc o n c e n t r a t i o nr e d u c e s t ot h e b e g i n n i n gc o n c e n t r a t i o n ，n o t b et h em o m e n tW h e nl e a di S l e a c h e dor a t c o m p l e t e l y ．T h e d i s t r i b u t i o np a t t e r no fW a t e F - s o l u h i es p e o ￡sh a sb e e nc a l c u l a t e d 姆t k8 瓣o fc o m p u t e r ，{ 糙s l u r r yp o 。 t e m i a l sc a l c u l a t e dc o i n c i d ew i t ht h em e a s u r e dv a l u e s ． K E YW O R D Ss l u r r ye l e c t r o l y s i s ；l e a d ；c o p p e r i t o n ；c o m p u t e r 万方数据