重金属湿法冶金2

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溶剂萃取
萃取：利用物质在互不相溶的两种液体中 的溶解度的差异，来实现物质分离的一种 方法。
在湿法冶金中，溶剂萃取是一种分离、富 集或纯化金属的方法，其实质在于使金属 离子或其化合物由水溶液转入与水不相混 溶的其它液体有机相中；由此得到的萃合 液接着进行反萃取，使被萃取的金属由有 机相转入水相。
使得金属的分配比提高，因而萃取率提高 由于盐析剂的阴阳离子的水化作用，会使体
系中自由水分子浓度降低，所以相对于未加 入盐析剂时，被萃物活度提高
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分配比：当萃取体系平衡时，被萃物在有 机相的总浓度与其在水相中的总浓度的比 值，以符号D表示：
D是一个无量纲的量，它表示了在一定条 件下萃取剂萃取金属离子的能力，分配比 越大，萃取金属离子的能力越强。
85~90℃下沉铁： 接着加入Na2CO3，在pH=5.5~6及60~70℃下沉铜： 最后再加Na2CO3使pH=8~9，在70~80℃下沉钴：
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微生物浸出
生物与冶金的关系 绝大多数生物，均能在不同程度上起到从自然界 中提取或富集金属的作用。如：
金能在特定的植物，特别是植物的种子中富集。 生长在富含金地区的木贼中的含金量可达60g/t。
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浸出的主要反应：
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浸出工艺条件： 浸出温度80~90℃，H2SO4质量浓度大于 15g/L，焙砂粒度- 0.147mm(-100目)，固液 比为1:1.5 ~ 1:2.5，浸出时间2~3h，铜浸出 率为94~98%。 影响浸出反应速度的因素是温度、溶剂浓度 和焙砂粒度。
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除铁 浸出液中常含有铁离子，它在电积的时候会反
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浸出方法按浸出剂特点分：水浸出、酸浸出、 碱浸出、盐浸出、氯化浸出、氧化浸出、还 原浸出、细菌浸出
按浸出原料分：金属浸出、氧化物浸出、硫 化物浸出、其它盐类浸出
按浸出温度和压力条件分：高温高压浸出、 常温常压浸出
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3、净化：矿物在浸出过程中，当欲提取的有 价金属从原料中溶浸出来时，原料中的某些 杂质也伴随着进人溶液。为了便于沉积欲提 取的有价主体金属，在沉积前必须将某些杂 质除去，以获得合乎从其中提取有价成分要 求的溶液。这就是净化。 例如镍浸出液必须将其中的铁、铜、钻等除 至规定的限度以下；锌浸出液必须将其中的 铁。砷、锑、铜、镐、钻等除至规定的限度 以下，以便为后序工艺过程提供合格原料。
溶质不能萃取分离。在实际应用中，要 求萃取体系的β≥2。
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协同萃取 当两种或两种以上萃取剂的混合物萃取某 一金属离子或其化合物时，如果其分配比 显著大于每一萃取剂在相同条件下单独使 用时的分配比之和，这种现象称为协同萃 取效应，这种萃取体系称为协同萃取体 系；如果混合萃取对金属离子的萃取分配 比显著小于每一萃取剂单独使用时的分配 比之和，这种现象称为反协同效应。
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离子交换剂是带有离子化基团的三维聚合体或晶 体网格。离子化基团由与网络牢固结合的固定离 子和能进行交换的反离子组成。有时，把三维网 格与固定离子合并称为骨架或母体
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离子交换与吸附有某些相似之处，区别 在于：离子交换是按化学计量的置换， 即离子交换剂对每个等量的被吸附离子 要还给溶液一个等量的同符号的离子， 而吸附只是吸收溶质。
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焙烧—浸出—电积法
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(1) 焙烧 硫酸化焙烧的目的是使铜绝大部分转化可溶于
稀硫酸的CuSO4和CuO·CuSO4，而铁全部转 化为不溶氧化物。最佳焙烧温度为677℃。 硫化铜精矿硫酸化焙烧在沸腾焙烧炉中进行。 (2) 浸出和净化 焙烧产物中铜主要以CuSO4、CuO·CuSO4、 Cu2O及少量的CuO和Cu2S形态存在，铁以 Fe2O3及少量FeSO4，CuO·Fe2O3形态存在。
(3) Fe3+作为硫化物和氧化物的氧化剂: Fe2(SO4)3 + Cu2S + 2O2=2FeSO4 + 2CuSO4 2Fe2(SO4)3 + CuFeS2 + 3O2 +2H2O=5FeSO4 + CuSO4 +2H2SO4 Cu2O + Fe2(SO4)3 + H2SO4 =2CuSO4 +2FeSO4 + H2O
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置换法。常用的置换剂是废铁屑以及溶液中 所含的主体金属。
离子交换法。离子交换过程适用于从稀溶液 (10 mg/l或更低)中提取金属。对于高于1％的 浓溶液，它是不适合的。离子交换过程通常 包括有吸附与解吸两个阶段。
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有机溶剂萃取法。萃取法的优点是：(1) 许多 萃取剂有高度的选择性能，能使通常难于彼 此分离的元素分离。(2) 工艺过程简单而且能 连续进行。 (3) 两种液相分离容易，且相界 面不大，从而使吸附现象的影响很小。(4) 适 用于从稀溶液中进行提取。(5) 在许多惰况下 萃取剂可以再生。 缺点是：(1) 需要相当数 量的有机溶剂。(2) 在水相中加入高浓度酸的 情况下介质有腐蚀性。(3) 有机溶剂价格昂贵。
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萃取率：是被萃取物(溶质)进入有机相的量 占被萃物原始总量的百分率，以符号E表示：
萃取率越高，该萃取剂萃取金属离子的能力就 越强。
18Leabharlann 在溶剂萃取分离的情况下，为了说明两种 溶质的分离效果，引入了分离系数的概 念：分离系数β等于溶质1和溶质2的分配 比D1和D2的比值，即β= D1/D2 β反映了两种溶质的分离效果。 β越大， 两种溶质的分离效果便越好； β越接近于 1，则分离效果越差；若β=1，则表明两种
葱富含银，是一个矿物指示剂植物。 从冶金角度来看，真正有意义并获得工业应用的 是微生物，主要是细菌。因此，用微生物来提取 金属的技术就叫做——微生物湿法冶金 (Microbiohydrometallurgy)
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生物冶金：是微生物学与湿法冶金的交叉学 科。
微生物冶金的特点是适于处理低品位矿和复 杂矿，投资少，生产成本较低，并且不污染 环境，更便于用在少破坏生态的原地浸出工 艺，属于绿色工艺，能满足可持续发展的要 求。
1、原料准备：包括磨细和焙烧，其目的是为 了使有价矿物(硫化物、硅酸盐)转变为可溶 性化合物。焙烧有氧化焙烧、硫酸化焙烧、 氯化焙烧、还原焙烧
2、浸出：浸出过程是选择适当的溶剂，使原 料中的有价成分或有害杂质选择性溶解，并 使其进入溶液，从而达到有价成分与有害杂 质或脉石分离的目的。浸出方式取决于原料 的物理状态。粗颗粒可用渗滤浸出和堆浸； 粉状颗粒则用搅拌浸出。搅拌包括机械搅拌 和空气搅拌
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离子交换
在湿法冶金中，离子交换是从有价金属 的电解质溶液中提取金属的方法之一。 整个过程分二步进行：首先使溶液(料液) 与一种叫做离子交换剂的固态物质(树脂) 接触，于是离子交换剂便能以离子交换 形式从溶液中吸附同符号的离子；然后 经一次水洗后，紧接着加入淋洗剂，使 吸附在离子交换剂上的欲提取离子转入 淋洗液中，并加以回收。
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湿法冶金的原料，按矿物特性可分为： 自然金属矿物：铜、金、银矿，经还原焙烧
的镍矿、合金废料等 硫化矿物：铜、镍、钴、锌的硫化矿，包括
造锍熔炼产物—锍 氧化矿物：铜、镍氧化矿，包括经氧化或硫
酸化焙烧后的铜、锌焙砂，钴黄铁矿烧渣， 以及氧化烟尘，转炉渣等 砷化矿：砷钴矿，包括黄渣
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湿法冶金包含下列几个连续过程：
其主要局限性在于：反应速度慢、细菌对环 境的适应性差，超出了一定的温度范围细菌 难以成活，经不起搅拌，等等。
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硫化矿用稀硫酸浸出的速度是缓慢的，但若有 细菌存在时可显著加速浸出反应。重要的湿法 冶金细菌有氧化亚铁硫杆菌和氧化硫杆菌。它 们在其生命活动中会产生一种酶素，这种酶素 是Fe2+和S氧化的催化剂。而氧化过程又给杆 菌提供了生活和繁殖的条件。
而在阳极则发生： 因此降低了电流效率。所以含铁高的溶液必须预 先除铁。
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(4) 废电解液处理
废电解液处理的主要目的在于回收其中的有价金属， 以及将其中的硫酸中和以免酸对环境产生危害。最简 单的是中和沉淀法，它是在逐步降低溶液酸度的情况
下，使金属依次沉淀回收。
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可首先加入石灰乳中和废液中的过量硫酸： 而后加MnO2使Fe2+氧化成Fe3+，在pH=1~2及
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(1) 细菌使铁和铜的硫化物氧化，Fe2+进入溶液： CuFeS2 +4O2 = CuSO4 + FeSO4 2FeS2 + 7O2 + 2H2O = 2FeSO4 + 2H2SO4
(2) 细菌使Fe2+氧化成Fe3+: 2FeSO4 + 1.5O2 + H2SO4=Fe2(SO4)3 + H2O
重金属的湿法冶金
随着世界范围内可供开采的矿石品位不断下 降，资源的综合利用越来越迫切。
湿法冶金取得迅速发展的原因之一是溶剂萃 取与细菌浸出的配合使用，使大量不适于用 火法处理的低品位氧化矿、废矿堆、浮选尾 矿、低品位复杂硫化矿等能够通过湿法冶金 来提取其中的有价金属
80%以上的锌、20%以上的铜是用湿法冶金 方法生产的
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离子交换树脂，具有高的容量、化 学稳定性和机械强度。离子交换树 脂的作用：
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铜的湿法冶金
湿法炼铜是用溶剂浸出矿石使铜进入溶液，然 后从含铜溶液中回收铜。此法主要用于处理氧 化矿石或低品位的氧化矿和硫化矿废矿石。
湿法炼铜常用的溶剂有硫酸、氨、硫酸高铁等。 选择溶剂除结合矿石成分和性质外，还必须根 据脉石性质。对于含SiO2高的，宜采用酸性 溶剂；对于含铁和碳酸钙(镁)高的，宜采用碱 性溶剂；对于含硫化物和氧化物的混合矿石宜 采用硫酸高铁酸性溶剂。
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使主体金属与杂质分离，一般有两种思路： 一种是使主体金属首先从溶液中析出；另一 种是让杂质分别析出后，让主体金属留在溶 液中。
工业上使用的净化方法有离子沉淀法、置 换法、有机溶剂革取法和离子交换法。