黄铜矿的机械活化浸出

第 29卷第 1期 1 9 9 8年 2月 中南工业大学学报 J．CENT．SOUTH UNIV．TECHNOL． Vd．29 No．1 Feb． 1 9 9 8 。2 ，一一， 黄铜矿的机械活化浸出t ∥ 皇盘拄 塑重 赵中伟 郭睿倩 孙培梅 李运姣 (中南I业大学有色冶金系，长沙，410083) 摘 要 进行了机械活化后黄铜矿的物理化学性质变化及其耐浸出速度彰响的试验．结果明，黄铜矿在行星磨 中机械活化后晶格常敷发生变化，晶格畸变增加，化学诗性提高，与 HNO。反应的速度加·_夹，经行星磨活化 40min 后黄铜矿与HNO3反应的活化能由未活化叶的 81．5 kJ·too!_。降至 65．3 kJ-tool～，从而可在较低温度夏较低浸 出剂难度 下实现 其有效 浸 出． 关键词 董 垫垫堕苎；!! L 中围法分类号 TF801 础 寝 机械化学学科的发展，使人们逐渐认识到固体 物质在机械力作用下会产生品格畸变，引起各种类 型缺陷在晶格中的聚集，甚至可能使固体物质完全 非晶化，从而导致物质内能增大，反应活性增强，因 而许多学者着手利用机械活化以期强化浸出过程． 在这方面，一些学者利用多种现代化测试手段及不 同的活化设备(如行星磨、振动磨等)对一系列矿物 (如 TiO ，FeS 等)进行了机械活化的研究 ]，但 大多数仍停留在定性阶段，至今没有归纳出量化的 机械活化的普通规律．因此 ，必须找出活化效果与机 械力作用后物料的结构性能之间的共同规律．为此， 作者选用不同晶系、不同结构和组成系列有代表性 的矿物进行研究，以期揭示出矿物结构和机械活化 效果之间的内在规律． 1 实验方法 实验用黄铜矿取 白中国地质博物馆 ，将其粒径 手碎至小于 450 m．经x射线衍射分析表明所用黄 铜矿系等轴晶系．机械活化在自制的行星磨中进行． 转速为 856 r／rain，离心加速度为 1o个重力加 速度，加料量20 g／次，机械活化一定时间后，将样品 立即进行 x射线衍射分析，在测定晶格畸变和改变 晶胞参数时，同时进行浸出动力学研究，其方法详见 文献[4]．分析时采用752型紫外光栅分光光度仪． 收稿日期 1997—09 11 第一作者 李洪桂，男．62岁，教授 t 国家 自然科学基金资助项目 2 结果及讨论 2．1 浸出动力学曲线 图 1为黄铜矿在 1．5 mol·L H。SO 和 0．5 mol·L～HNO 的溶液中，温度为6o℃时的浸出 动力学曲线．可以看出：经机械活化后浸出效果得到 了极大的改善，未经活化的矿浸出 1 2O min后浸出 率达到 29．7 ；当活化时间分别为 1O，2o．4O rain 时，浸出时间仅 为 10 rain，其浸出率 就分别达到 33．33 ，37．8O ，43．47 ．因此，通过机械活化可 使浸出反应速度大幅度提高． 活化叶问不同叶黄铜矿的浸出动力学曲线 来活化；2 lO ；3 20rainI 4 40rain 2．2 浸出反应的表现活化能 机械活化过程中伴随有矿物原料比表面积增 加，为了区别这一因素对浸出动力学的影响，通过实 维普资讯 http://www.cqvip.com 第 1期 李洪桂等；黄铜矿的机械活化浸出 验，利用等浸出率法 分别求出黄铜矿活化前和活 化 10，20，40 min后浸出过程的表观活化能． 图 2为未经活化的黄铜矿浸出时温度对浸出率 的影响曲线．由图 2可分别作出在不同温度 丁下为 达到浸出率分别为 20 ，3O％所需时间t的lm一1／丁 的关系曲线(如图 3所示)，由图 3的两直线斜率可 得表观活化能为 E⋯K R 81．5 kJ·mol～，表明 浸出反应受表面化学反应控制． 围 2 未活化黄铜矿浸出时温度对浸出丰的影响 1 60℃ F 2 70℃ I 3 8O℃ ‘4 90℃ HNO3 0．5 mol／L H2SO 1．5mo]／L 围 3 未活化黄铜矿的lnt一1，r关系圈 图 4～6分别为黄铜矿活化 1O，20，40 min后在 1．5 mol／L H2SO4和 0．5 mol／L HNOa溶液中浸出 时温度对浸出率的影响曲线． 围 4 活化 10 m[n黄铜矿浸出时温度对浸 出丰的影响 1 40 ℃ ；2 5O℃ I 3 60℃ ；4 70℃ 围 5 活化 20min黄铜矿浸出时温度对浸出率的影响 1 40℃ ；2 50 CI 3 60 ℃ ；4 70 C 围 6 活化 40min黄铜矿浸出时温度对浸出丰的影响 1 40℃ I 2 5O℃ ●3 60℃ ‘4 70 C 根据图4～6，按照上述同样方法分别作浸出率 为 20 ，3O 时的 lnf～]／T关系图，可以求出黄铜 矿活化 10，20和 40 min后在相同浸出条件下浸出 反应的表观活化能，分别为74．4，68．6和65．3 kJ· tool～．随着活化时间的延长，与未活化黄铜矿在 HzSOrHNO 溶液 中浸 出反应的表现活化能值 81．5 kJ·tool 相 比，活化能得到大幅度降低：10 rain后降低 6．9 kJ·tool～，20min后降低 12．7 kJ ·mol～，40rain后降低 16．2 kJ·tool～，表观活化 能降至 65．3 kJ·mol一．这表明机械活化后，黄铜矿 的活性增加，浸出反应对温度的依赖性降低，浸出过 程可在较低的温度下得到较高的浸出率；另一方面， 随着活化时间的延长，表观活化能遥渐降低，但是这 种趋势随活化时间的延长而减弱，平均每分钟活化 能由活化 10 rain后的 0．6 kJ·mol ·rain 降至 活化 40 rain后的 0．405 kJ·mol ·rain 表明活 化效率随活化时间的延长而降低．为了进一步研究 黄铜矿机械活化的内在规律．利用 x射线衍射研究 活化前后黄铜矿晶面间距及晶格畸变的变化．黄铜 矿经x射线衍射后，其活化前后的晶面间距如表 1 维普资讯 http://www.cqvip.com 中南工业大学学报 第20卷 所示，其衍射图如图7所示．从表 l可以发现，活化 前后晶面间距都有了较为显著的增长．从图 7可以 看出，黄铜矿活化后衍射峰变宽．峰高降低． 图 7 黄铜矿(2OO)的 x射线衍射国 】 未活化{2 活化 10minl 3 活化 20 rainI 4 活化 4Omin 表 1 黄铜矿活化前后晶面间距的变化 图 8为黄铜矿在不同活化时间下的晶格畸变． 可以看出，随着活化时间的延长，黄铜矿晶体内部的 晶格畸变逐渐增加，当活化时间超过 3O min后这种 趋势减弱．晶胞参数的变化和晶格畸变的增加，表明 机械活化使黄铜矿内部产生晶格缺陷，导致晶体内 能增高，表面改性，反应活性增强．这种反应活性的 增强不是单凭机械活化所带来的表面积增加所能完 全解释的．实际上，表面积的增加对反应性提高的作 用不及 1／10，其余的为机械活化所致．赵中伟 在 研究黄铁矿机械活化的规律时发现，活化 40 min后 黄铁矿的比表面积增加了 28．3倍，而活化前后在反 应面积相同时，浸出速度随浓度不同可增大数百倍 (为 522．8倍)，这进一步说明固体物质活化后化学 反应速度增加的原因关键在于机械活化使物质内部 产生大量的晶格畸变，产生各种类型的缺陷将机械 能转变为化学能储存起来，使物质处于不稳定的高 能状态，从而表现出极高的反应活性． 1· 7 0· 兰0． 0． 0． 图 8 黄铜矿在不同活化时间下的晶格畸变 3 结 论 机械活化是强化冶金浸出过程的有效方法，黄 铜矿经机械活化后性质发生如下变化： (1)黄铜矿与 HNO 反应的表观活化能显著降 低，活化 10min降低了 7．9 k3·mo[ ，活化 40 vain 进一步降低 16．2 kJ·mol ，表明黄铜矿浸出反应 对温度的依赖性降低，可在较低的温度下进行． (2)使黄铜矿的晶胞参数发生显著改变，随着 活化时间的延长，晶格畸变和储贮的内能增加，其化 学活性提高． (3)机械活化的效率随活化时间的延长逐渐下 降，表现为表观活化能降低和晶格畸变增加这两种 趋势的变缓． 参 考 文 献 1 Heega S H，Freiberg D 0 R．On the cormect~n between ultrafine grirMing and mechanical activation of rmnereals．AuIberttungs／ Technck，19S9，30(i。]：639～ 642 3enm％,ua~ ·^H He ⋯ ⋯ 1 眦吨 u aHl H 皿 ∞ p【 c∞1 蛐aM柏 一 ．1ira(：b ABe E ( xuM，i984．4(1 1){ 23～ 28 h妇 N Bl A 埘 H．Ⅱ 月cB叩 e 月3且1 Ⅱ叩⋯ x 0 q M ㈣ ⋯ A ⅡT ⋯ H 1984，11(4)t 29～ 34 4 李洪桂，赵中伟．机械活化黄铁矿的物理化学性质 中南工业大学 学报 ，1995，26(3)：349～352 5 莫鼎成．冶金动力学．长沙；中南工业大学出版社，1987．302～312 6 赵中伟 古垒硫化矿的机械化学及其浸出工艺研究-[学位论文]． 长沙：中南工韭大学有色冶金系，]995 维普资讯 http://www.cqvip.com 第 1期 李洪挂等：黄铜矿的机械活化浸出 31 STUDY oN THE LEACHING OF MECHANICALLY ACTlVATED CHALCOPYRITE Li H onggui Yang Jiahong Zhao Zhong'wel Guo Ruiqian Sun Peimei Li Yunjfiao (Departmem of Nonferrous Metallurgy，Central South University of Technology，Changsha，410083，China) ABSTRACT The changes in physical chemical properties of chalcopyrite after mechanically activated in planetary centrifugal mill and its effect on the chalcopyrite leaching rate were studied．The experment results indicate that activation results in the increase of ehalcopyrite s activation lattice constant，lattice distortion as well as crystal defect concentration，and SO the rate of chemical reaction with HNO3 was enhanced greatly．The apparent activation engery for the leaching of chalcopyrite in HNO3 solution decreases from 81．5 kJ·mol to 65．3 kJ·mol after activated 40 min which make it possible to get high leaching rate of ehaleoprite at low temperature and low concentration of leahing reagent． Key words chalcopyrite；mechanical activation；leaching 维普资讯 http://www.cqvip.com