基于热力学的浸金体系分析.pdf

3 6 有色金属 冶炼部分 2 0 0 6 年3 期 基于热力学的浸金体系分析 王治科1 ，一，陈东辉1 ，陈亮1 1 ．东华大学环境科学与工程学院，上海2 0 0 0 5 1 ； 2 ．河南师范大学化学与环境科学学院，河南省环境污染控制重点实验室，新乡4 5 3 0 0 7 摘要在分析浸金体系基础上，推导浸金过程的热力学判据，提出浸金的平衡常数判据，讨论浸金体系氧 化剂和络合剂的关系。浸金体系氧化剂的电位判据和金 I ／Ⅲ 络合物的稳定常数相关，稳定常数愈 大，该浸金体系所需氧化荆的最小氧化电位愈小。 关键词金；热力学分析；氧化剂；络合剂；稳定常数 中图分类号T F 8 3 1文献标识码A文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 0 6 0 3 0 0 3 6 0 3 T h eA n a l y s i so fG o l dL e a c h i n gS y s t e m sB a s e do nT h e r m o d y n a m i c s W A N GZ h i ．k e l ，一，C H E ND o n g ．h u i l ，C H E NL i a n 9 1 1 ．T h eD e p a r t m e n to fE n v i r o n m e n t a lS c i e n c ea n dE n g i n e e r i n g ，D o n g h u aU n i v e r s i t y ，S h a n g h a i2 0 0 0 5 1 ，C h i n a ； 2 ．C o l l e g eo fC h e m i s t r ya n dE n v i r o n m e n t a lS c i e n c e ，H e n a nN o r m a lU n i v e r s i t y ，H e n a nK e yL a b o r a t o r yf o r E n v i r o n m e n t a lP o l h t i o nC o n t r 0 1 ．X i n x i a n g4 5 3 0 0 7 ，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 ca n dt h ee q u i l i b r i u mc o n s t a n tc r i t e r i o no ft h eg o l dl e a c h i n gp r o c e s si sd e d u c e da n d p r o p o s e do nt h eb a s i so fa n a l y s i so fg o l dl e a c h i n gs y s t e m s ．T h er e l a t i o n s h i po fo x i d a n t sa n dl i g a n d si ng o l dl e a c h i n gs y s t e m si sd i s c u s s e d ．T h eg o l dl e a c h i n gp r o c e s sw i t ht h eo x i d a n tm a yp r o c e e di nt h e r m o d y n a m i c s ．T h ee l e c t r i c a lp o t e n t i a lc r i t e r i o no ft h eo x i d a n ti ng o l dl e a c h i n gs y s t e m si sr e l a t e dt ot h es t a b i l i t yc o n s t a n to fg o l d I ／ H I c o m p l e x e s ．T h es t a b i l i t yc o n s t a n ti sh i g h e r ，a n dt h em i n i m u me l e c t r i c a lp o t e n t i a ln e e d e df o rt h eo x i d a n ti n t h eg o l dl e a c h i n gs y s t e m si sl o w e r ． K e y w o r d s G o l d ；T h e r m o d y n a m i ca n a l y s i s ；O x i d a n t s ；L i g a n d s ；S t a b i l i t yc o n s t a n t 自氰化法提金技术发明以来，在湿法炼金中一 直占主导地位。然而，传统的氰化法对难处理矿石 效果很差、浸出速度缓慢、并且氰化物剧毒。因此， 冶金工作者一方面完善氰化法如推广炭浆／炭浸工 艺、发展预处理工艺等；另一方面，积极探索新型非 氰化物浸金体系，如硫脲法、硫代硫酸盐法、氯化法、 溴化法、碘化法、石硫合剂法等。这两方面的研究均 集中在浸金工艺条件的优化以及动力学和电化学方 面，对已有浸金体系的共性规律研究的较少，而这正 是开发、完善浸金体系和将其适用于复杂金矿的基 基金项目上海市科技发展基金 0 4 2 3 1 2 0 0 6 作者简介王治科 1 9 7 2 一 ，男，河南省孟津县人，讲师，博士研究生 本前提[ 卜6 | 。本文在分析已有浸金体系的基础上， 推导氧化剂选择的热力学判据，分析浸金体系络合 剂和氧化剂的关系。通过指出开发研究新型络合剂 的目标以及选择与之相适应的氧化剂的依据，试图 拓宽络合剂、氧化荆的选择范围，对探索新的浸金体 系给予理论指导。 l 浸金体系分析[ 7 _ 8 ] 金在矿床中赋存的主要状态是零价态的金，金 单质在水溶液中又非常稳定，且仅能以络离子的形 万方数据 有色金属 冶炼部分 2 0 0 6 年3 期3 7 态溶解。这就使金的浸出过程必须有络合剂和适宜 的氧化剂。事实上，如表1 所示已有的浸出体系构 成均有络合剂和氧化剂，金的浸出形态为络合物，其 组成只含有浸金络合剂。由此可知，金的浸出既是 一个氧化过程，也是一个络合过程。金以一价或三 价络离子形态的浸出可表示如下 L 为络合剂 A u 2 L A u I k e 1 A u 4 L A u Ⅲ L 4 3 e 2 式 1 是金以一价形态浸出的半反应，如氰化物 浸金体系、硫脲浸金体系、硫代硫酸盐浸金体系的金 分别以一价的A u C N 2 一、A u S C N 2 H 4 2 、 A u s 2 0 3 2 3 一形态浸出；式 2 是金以三价形态浸出 的半反应，如溴化浸金体系和氯化浸金体系的金分 别以三价的A u B r 4 一和A u C h 一形态浸出。 表1已有浸出体系按氧化剂和络合剂分析表 T a b l e1 A n a l y s i so ft h ep r e s e n tl e a c h i n gs y s t e m sb a s e do no x i d a n ta n dc o m p l e x i n ga g e n t 2 浸金体系氧化剂选择判据的推导[ 9 - 1 1 ] 金的浸出首先是金被氧化为A u 或A u 3 ，然 后A u 或A u 3 与络合物配体反应生成相应金的络 离子A u I k 或A u I I I L 4 。生成A u I L 2 的反 应如式 3 、 4 ，即式 i 所示。生成A u Ⅲ L 4 的 反应如式 6 、 7 ，即式 2 所示。在有氧化剂 o 一 存在时，浸金过程的全反应可分别表示为式 5 、 8 所示。 A u e A u 9 1 ．6 8 V 3 A u 2 L A u I k 4 i A u 2 i L O n i A u I k O “一1 i 1 ．5 0 0 ．0 5 9 2 ／3 l o g K 2 V ，浸金过程就可以自发 进行。 3浸金体系络合剂和氧化剂的关系 由浸金体系氧化剂选择的判据铂 1 ．6 8 0 ．0 5 9 2 1 0 9 K 1 V 或甲l 1 ．5 0 0 ．0 5 9 2 ／3 l o g K 2 V 可知浸金体系氧化剂的判据和金与络合剂反应 生成的络合物的稳定常数相关，只要金与络合剂生 成的络合物的稳定常数大于1 ，浸金体系所选择的 氧化剂的最小氧化电位就可以降低。稳定常数愈 大，即形成的络合物愈稳定，该浸金体系所需氧化剂 的最小氧化电位愈小。 综上所述，浸金体系络合剂的选择，决定了与其 匹配的氧化剂选择范围。浸金体系选择络合剂的原 则是能与金生成稳定的络合物，稳定常数愈大，所需 氧化剂的最小氧化电位愈低，金的浸出就可在温和 的氧化条件下自发进行；与之相对应，浸金体系氧化 剂的选择取决于金 I ／Ⅲ 络合物的稳定性，取决于 所选择的浸金络合剂。 4结论 1 浸金体系构成均含有氧化剂和络合剂，浸 金是一个氧化过程，也是一个络合过程； 2 浸金体系只要所用氧化剂的氧化电位铂 1 ．6 8 0 ．0 5 9 2 1 0 9 K 1 V 或9 1 1 ．5 0 0 ．0 5 9 2 ／3 l o g K 2 V ，该体系浸金在热力学上就可以自发进行； 3 浸金体系浸金，标准条件下恒压和等温电 位变化的判据是△G 2 9 8 一[ 9 1 一 1 ．6 8 0 ．0 5 9 2 1 0 9 K 1 ] nF 或△G 2 9 8 一[ 9 l 一 1 ．5 0 一 0 ．0 5 9 2 ／3 l o g K 2 ] n F ，平衡常数判据为△G 2 9 8 1 6 ．9 3 5 n [ 9 1 一 1 ．6 8 0 ．0 5 9 2 1 0 9 K 1 ] 或l o g K 0 9 8 1 6 ．9 3 5 n [ 9 1 一 1 ．5 0 0 ．0 5 9 2 ／3 l o g K 2 ] ； 4 浸金体系氧化剂的判据和金 工／Ⅲ 络合物 的稳定常数相关，稳定常数愈大，即形成的络合物愈 稳定，该浸金体系所需氧化剂的最小氧化电位愈 小；； 5 浸金体系选择络合剂的原则是其与金能生 成稳定的络合物，络合物愈稳定，愈有利于金的浸 出。 参考文献 [ 1 ] 李桂春，卢寿慈．非氰化提金技术的发展[ J ] ．中国矿 业，2 0 0 3 ，1 2 3 l 一5 ． [ 2 ] 李德良，唐鹤，黄念东，等．论氰化物替代物研究的发展 前景[ J ] ．湘潭矿业学院学报，1 9 9 8 ，1 3 3 3 0 3 5 ，9 4 ． [ 3 ] 袁朝新，王云，李云．含砷、汞金矿提金工艺展望[ J ] ．有 色金属 冶炼部分 ，2 0 0 3 4 3 2 3 4 ，4 7 。 [ 4 ] 袁朝新，王云．含砷、锑、碳难处理金精矿焙烧氰化提金 工艺研究[ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 0 3 3 3 2 3 4 ． [ 5 ] 姜效军，徐洪波．某高硫砷金精矿提取方法比较[ J ] ．有 色金属 冶炼部分 ，2 0 0 2 4 3 4 3 6 ． [ 6 ] 凌敏，陈超球．金矿的溴氧化浸出工艺试验[ J ] ．有色金 属 冶炼部分 ，2 0 0 4 1 2 7 3 0 ． [ 7 ] S e n a n a y a k eG ．G o l dl e a c h i n gi nn o n c y a n i d el i x i v i a n ts y s t e r n s c r i t i c a li s s u e so nf u n d a m e n t a l sa n da p p l i c a t i o n s [ J ] ． M i n e r a l sE n g i n e e r i n g ，2 0 0 4 ，1 7 6 7 8 5 8 0 1 ． [ 8 ] H i s k e yJB ，A t l u r iVP ．D i s s o l u t i o nc h e m i s t r yo fg o l da n d s i l v e ri nd i f f e r e n tl i x i v i a n t s [ J ] ．M i n e r a lP r o c e s s i n ga n dE x t r a c t i v eM e t a l l u r g yR e v i e w ，1 9 8 8 4 9 5 1 3 4 ． [ 9 ] 童雄，钱鑫．氧化剂提高金氰化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 ． [ 1 0 ] 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 ． [ 1 1 ] 童雄，张艮林．硫代硫酸盐浸金过程的热力学判据[ J ] ． 有色金属，2 0 0 4 ，5 6 3 3 8 4 0 ． [ 1 2 ] 中南矿冶学院分析教研室．化学分析手册[ M ] ．北京 科学出版社，1 9 8 2 ． 万方数据