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复杂黄铜矿氧压浸出过程中铜的行为研究

复杂黄铜矿氧压浸出过程中铜的行为研究

作者：嵇广雄昆明理工大学

学位级别：硕士

黄铜矿作为储量最丰富的铜矿资源,由于不断的开采导致其品位逐年下降,传统火法炼铜工艺不能对其高效处理。相比于火法炼铜,湿法冶金工艺处理此类矿物有着巨大的优势,但由于黄铜矿结构复杂,导致其不易被浸出。因此,研究黄铜矿浸出机理,... 详细信息

黄铜矿作为储量最丰富的铜矿资源,由于不断的开采导致其品位逐年下降,传统火法炼铜工艺不能对其高效处理。相比于火法炼铜,湿法冶金工艺处理此类矿物有着巨大的优势,但由于黄铜矿结构复杂,导致其不易被浸出。因此,研究黄铜矿浸出机理,提高其浸出效率是目前黄铜矿湿法浸出研究的关键。本文以典型含有FeS、PbS和ZnS的复杂黄铜矿为研究对象,通过XRD、ICP、SEM等表征、分析测试手段对原料中的元素含量以及物相的组成与分布进行分析。然后对黄铜矿进行氧压浸出的单因素实验,考察了各因素对铜浸出率的影响,并找出最佳浸出条件。在单因素实验的基础上进行响应曲面法优化研究,获得了最佳浸出的控制条件。开展了黄铜矿中铜浸出的动力学研究,探究不同反应条件对黄铜矿浸出动力学的影响,获得了铜浸出反应的控制机制及动力学方程。研究结果表明:尽管以水为浸出剂(不加入硫酸),复杂黄铜矿在氧压浸出过程中首先发生Fe S的氧化溶解、进而产生反应所需的硫酸,破坏黄铜矿内部各种矿物相的镶嵌结构,使其溶解进入浸出液;单因素研究表明,最佳浸出条件为反应温度200℃、初始硫酸浓度0 g/L、反应时间120 min、氧分压1.2 MPa、矿物粒径-48μm、液固比10:1、搅拌速率400 r/min,在此条件下铜的浸出率大于99.80%,矿浆平均过滤速率为1811.75 L/(m?h),终酸为80.75 g/L,渣率为60%。采用响应曲面法软件中的Box-Behnken设计对浸出反应条件进行优化,建立铜浸出率的二阶响应模型,结果表明该模型拟合度和可信度高,优化获得的最佳浸出条件为:反应温度196.8℃、氧分压1.19 MPa、反应时间137 min、搅拌速率395 r/min,在此条件下模型预测的铜浸出率为99.95%,实验验证结果为99.90%,非常接近。此外,反应温度与氧分压的交互作用,氧分压与反应时间的交互作用对铜浸出率的影响比较显著。复杂黄铜矿的氧压浸出动力学过程符合“收缩核模型”,浸出过程受化学反应控制,其反应的表观活化能为48.993 k J/mol,频率因子为1373.2,动力学方程为1-(1-X)=1373.2e[-48993/(RT)])t。

关键词：黄铜矿氧压浸出铜浸出率响应曲面法动力学

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黄铜矿机械活化的研究进展

中国有色金属学报 2021年第11期31卷 3396-3408页

作者：赵素兴王改荣杨洪英陈国宝东北大学冶金学院沈阳110819

黄铜矿是自然界分布最广的含铜矿物。采用湿法处理黄铜矿经济环保,较低的浸出速率限制了其应用。机械活化预处理是促进黄铜矿浸出的重要手段,该工艺在国内外受到广泛关注。本文对机械活化的原理、机械活化对黄铜矿物理化学性质和浸出的... 详细信息

黄铜矿是自然界分布最广的含铜矿物。采用湿法处理黄铜矿经济环保,较低的浸出速率限制了其应用。机械活化预处理是促进黄铜矿浸出的重要手段,该工艺在国内外受到广泛关注。本文对机械活化的原理、机械活化对黄铜矿物理化学性质和浸出的影响以及机械活化在黄铜矿生产中的应用进行了系统综述。通过机械活化可以降低黄铜矿粒度、增大比表面积、降低晶格尺寸、提高微应变和非晶化程度等,进而提高反应活性、降低反应温度、大幅度提高浸出率和浸出速度。对于黄铜矿的机械活化湿法提取技术、降低能耗和规模化应用依然是有待改进的关键。

关键词：机械活化黄铜矿微观结构比表面积浸出

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黄铜矿表面生物吸附量的测定条件

东北大学学报（自然科学版） 2010年第7期31卷 999-1002页

作者：潘颢丹杨洪英陈世栋东北大学材料与冶金学院辽宁沈阳110004

采用茚三酮比色法测定了在细菌浸矿的过程中,黄铜矿矿物表面吸附细菌细胞裂解液的吸光度,通过对测量波长、裂解时间、溶液pH值、加热时间、冷却时间等影响吸光度因素的实验研究,得出了黄铜矿表面细菌细胞裂解液吸光度的最佳测定条件为:... 详细信息

采用茚三酮比色法测定了在细菌浸矿的过程中,黄铜矿矿物表面吸附细菌细胞裂解液的吸光度,通过对测量波长、裂解时间、溶液pH值、加热时间、冷却时间等影响吸光度因素的实验研究,得出了黄铜矿表面细菌细胞裂解液吸光度的最佳测定条件为:波长560nm,裂解时间25min,溶液pH值7.0,加热时间15min,冷却时间6min.在最佳条件下绘制出了吸光度与矿物表面细菌吸附量之间关系的标准曲线.研究表明细菌裂解液的吸光值与细菌的浓度成正比.

关键词：生物吸附茚三酮比色法黄铜矿细菌矿物表面

黄铜矿型CuCrS_2电子结构的第一性原理计算

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硅酸盐学报 2014年第9期42卷 1203-1208页

作者：黄海铭张琴湖北汽车工业学院理学院湖北十堰442002

利用基于密度泛函理论的第一性原理研究了黄铜矿CuCrS2的电子结构。结果表明:CuCrS2是一种半金属铁磁体,其半金属隙为0.18eV。每个CuCrS2分子的磁矩为3.00μB,Cr原子是分子磁矩的主要贡献者。晶胞体积变化时,各原子磁矩呈现不同的变化趋... 详细信息

利用基于密度泛函理论的第一性原理研究了黄铜矿CuCrS2的电子结构。结果表明:CuCrS2是一种半金属铁磁体,其半金属隙为0.18eV。每个CuCrS2分子的磁矩为3.00μB,Cr原子是分子磁矩的主要贡献者。晶胞体积变化时,各原子磁矩呈现不同的变化趋势,但Cr原子仍为分子磁矩的主要来源,晶胞体积增大5%和10%时,CuCrS2依然能表现出良好的半金属性。

关键词：第一性原理黄铜矿半金属性电子结构态密度

有机膦酸在黄铜矿与蛇纹石浮选分离中的机理研究

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有机膦酸在黄铜矿与蛇纹石浮选分离中的机理研究

作者：姚冬冬中南大学

学位级别：硕士

蛇纹石型硫化铜矿中脉石矿物以蛇纹石为主,蛇纹石容易泥化,会造成硫化铜精矿降镁困难、铜回收率低的问题。本文以黄铜矿和蛇纹石为研究对象,查明了蛇纹石影响黄铜矿浮选的内在原因,研究了有机膦酸对黄铜矿与蛇纹石浮选分离的影响及作用... 详细信息

蛇纹石型硫化铜矿中脉石矿物以蛇纹石为主,蛇纹石容易泥化,会造成硫化铜精矿降镁困难、铜回收率低的问题。本文以黄铜矿和蛇纹石为研究对象,查明了蛇纹石影响黄铜矿浮选的内在原因,研究了有机膦酸对黄铜矿与蛇纹石浮选分离的影响及作用机理。黄铜矿与蛇纹石可浮性差异较大,有利于矿物的浮选分离。但存在蛇纹石矿泥,黄铜矿的浮选会被抑制。而蛇纹石矿泥影响黄铜矿浮选的原因主要有:在弱碱条件下,细粒蛇纹石容易通过静电作用附着黄铜矿表面使其浮选困难;细粒级蛇纹石的夹带和铜离子对蛇纹石的活化作用会增加精矿中Mg O的含量。浮选实验结果表明:采用单一氨基三亚甲基膦酸(ATMP)、羟基亚乙基二膦酸(HEDP)、2-羟基膦酰基乙酸(HPAA)、乙二胺四甲叉膦酸(EDTMPS)和多元醇膦酸酯(PAPE)均能有效提高黄铜矿的浮选回收率,降低精矿中Mg O的含量,其中HPAA作用效果最佳。浊度、吸附量、接触角结果表明:细粒蛇纹石容易附着在黄铜矿的表面,降低了Z-200在黄铜矿表面的吸附,从而降低其浮选回收率;添加有机膦酸后提高了黄铜矿表面Z-200的吸附量,提高了黄铜矿的浮选回收率。有机膦酸对黄铜矿的疏水性影响小,但是能增强蛇纹石的亲水性。动电位、吸附量、镁离子溶出和X射线光电子能谱等结果表明:有机膦酸在蛇纹石表面发生吸附,同时使其表面的镁离子溶出,使得蛇纹石表面Zeta电位变负。此时,黄铜矿与蛇纹石颗粒间静电作用由引力转变斥力,促进了矿物颗粒间的分散;另一方面,有机膦酸可以使黄铜矿Zeta电位更负,进一步增强了颗粒间的分散性,从而消除了蛇纹石对黄铜矿浮选的影响。在黄铜矿/蛇纹石的人工混合矿浮选体系中,添加HPAA作调整剂后,浮选分离后获得精矿产品中Cu品位从31.04%提高到33.06%,Mg O品位由3.67%降低至1.78%,Cu回收率从42.42%提高至94.51%。图53幅,表10个,参考文献97篇

关键词：蛇纹石黄铜矿有机膦酸浮选分离

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黄铜矿发电浸出体系输出功的影响因素

过程工程学报 2006年第4期6卷 576-579页

作者：肖利柳建设方正邱冠周中南大学化学化工学院湖南长沙410083 中南大学资源加工与生物工程学院湖南长沙410083

将黄铜矿浸出设计成CuFeS2-FeCl3(aq)和CuFeS2-MnO2发电浸出原电池体系,采用正交实验设计对影响原电池输出功率的因素,如工作电极的矿物粒度、工作电极中导电剂、阳极液NaCl浓度及pH值、溶液温度、阴极体系和阴极液HCl浓度等进行考察,... 详细信息

将黄铜矿浸出设计成CuFeS2-FeCl3(aq)和CuFeS2-MnO2发电浸出原电池体系,采用正交实验设计对影响原电池输出功率的因素,如工作电极的矿物粒度、工作电极中导电剂、阳极液NaCl浓度及pH值、溶液温度、阴极体系和阴极液HCl浓度等进行考察,得出影响输出功的最显著因素是阴极体系构成,其次是NaCl和HCl的浓度.通过对黄铜矿最大输出功率效应曲线分析,得出了最佳发电浸出条件.最大功率处6h恒阻放电结果表明,发电浸出受阻因素是电极表面上单质硫的聚集.因此,移出电极表面硫将保持正常的电池输出功率.

关键词：黄铜矿输出功率正交实验发电浸出

氧压水浸条件下黄铜矿浸出行为及其动力学机制研究

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氧压水浸条件下黄铜矿浸出行为及其动力学机制研究

作者：冷红光辽宁科技大学

学位级别：硕士

黄铜矿具有极其稳定的晶体结构,浸出过程中常需添加大量强氧化剂以确保其高效浸出,从而导致成本增加及环境污染等问题。随着黄铜矿品质的不断下降,黄铁矿和石英等杂质矿物的含量随之增加,导致其对黄铜矿的浸出产生一定不确定影响。因此... 详细信息

黄铜矿具有极其稳定的晶体结构,浸出过程中常需添加大量强氧化剂以确保其高效浸出,从而导致成本增加及环境污染等问题。随着黄铜矿品质的不断下降,黄铁矿和石英等杂质矿物的含量随之增加,导致其对黄铜矿的浸出产生一定不确定影响。因此,本课题选用氧压水浸技术,探究了氧压水浸条件下黄铜矿的浸出行为及动力学机制,考查了杂质矿物对黄铜矿浸出的影响,旨在为黄铜矿湿法冶金技术的发展提供理论和数据支撑。本课题以黄铜矿纯矿物为主要研究对象,首先探究了黄铜矿在氧压水浸条件下的浸出行为,考查了粒度、温度、氧分压、搅拌速率对黄铜矿浸出的影响,并对浸出渣进行了分析;利用表面化学反应模型和产物层扩散模型对浸出过程进行了拟合,开展了黄铜矿浸出动力学研究。其次,研究了黄铁矿在氧压水浸条件下的浸出行为,并对不同条件下获得的浸出渣进行了分析。最后,进行了黄铁矿和石英对黄铜矿浸出影响的试验研究。研究主要获得如下结论:（1）获得了黄铜矿氧压水浸最佳条件。黄铜矿氧压水浸试验表明,温度、氧分压和搅拌速率的提高均有利于铜的浸出,其影响顺序的大小为温度>氧分压>搅拌速率,而粒度的增加会阻碍铜的浸出。试验最优条件为:粒度-47μm、温度180℃、氧分压1.2 MPa、搅拌速率900 rpm、浸出90 min,该条件下铜浸出率可达96%。同时,所有试验中铁浸出率最高仅为8%,初步实现了铜铁分离。（2）揭示了黄铜矿氧压水浸的动力学性质及转化过程机理。浸出动力学研究表明,黄铜矿的浸出过程受表面化学反应控制,表观活化能为62.34 k J/mol。浸出渣的物相分析表明,氧压水浸条件下黄铜矿浸出过程中产生的钝化层主要成分为FeO,还包含少量的CuFeS;浸出过程中发现了部分铜蓝和黄铁矿,这表明部分黄铜矿可能并非直接浸出,而要经历物相转化并最终进入溶液。（3）发现了黄铁矿氧压水浸的难浸出机理。黄铁矿氧压水浸试验表明,粒度、浸出温度、氧分压和搅拌速率均是影响黄铁矿浸出的重要因素。浸出过程中产生了大量的FeO、单质S钝化层,使得铁浸出率最高约48%。（4）揭示了黄铁矿和石英对黄铜矿氧压水浸的影响机理。黄铁矿和石英对黄铜矿浸出的影响试验表明,在一定粒度和含量条件约束下,二者均可促进黄铜矿浸出。当黄铁矿和石英的粒度为-47μm,且分别与黄铜矿含量比为1:9时,可促进黄铜矿中铜的浸出。这与黄铁矿的溶解能生成一定的硫酸及石英可附着黄铜矿浸出过程中产生的FeO钝化层有关。而超过上述限度后,可能会对黄铜矿铜的浸出产生抑制作用。

关键词：黄铜矿氧压水浸动力学湿法冶金黄铁矿

淀粉对黄铜矿和辉钼矿浮选行为的影响及机理研究

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淀粉对黄铜矿和辉钼矿浮选行为的影响及机理研究

作者：赵宇航昆明理工大学

学位级别：硕士

黄铜矿和辉钼矿常紧密共存。浮选技术是铜钼分离常用的方法,但由于两种矿物可浮性相近,浮选分离难度极大。常用的铜钼浮选分离抑制剂硫化钠和硫氢化钠,存在用量大、选择性差、会产生毒性气体等缺点。淀粉作为一种可生物降解、价格低廉... 详细信息

黄铜矿和辉钼矿常紧密共存。浮选技术是铜钼分离常用的方法,但由于两种矿物可浮性相近,浮选分离难度极大。常用的铜钼浮选分离抑制剂硫化钠和硫氢化钠,存在用量大、选择性差、会产生毒性气体等缺点。淀粉作为一种可生物降解、价格低廉且绿色环保的资源,具有促进矿物浮选分离可持续性的潜力。论文研究了天然淀粉和改性淀粉对黄铜矿和辉钼矿浮选行为的影响,通过接触角测量、吸附等温线、凝胶渗透色谱(GPC)、红外光谱、Zeta电位和X射线光电子能谱(XPS)等分析测试手段深入揭示了淀粉与黄铜矿和辉钼矿之间的作用机理。(1)研究了天然大米、玉米和小麦淀粉对辉钼矿和黄铜矿浮选行为的影响。在低用量下,淀粉对黄铜矿的浮选影响较小。当淀粉用量较高时,小麦淀粉能够有效抑制黄铜矿的上浮,而对辉钼矿浮选的影响较小,回收率差可达到58%以上。而大米淀粉和玉米淀粉作用下,黄铜矿和辉钼矿的回收率差值分别为27%和18%,分离效果较差。通过各种检测手段揭示了三种天然淀粉对黄铜矿的抑制机理。三种天然淀粉具有相同的吸附模式,主要通过羟基与黄铜矿表面的铜、铁羟基/氢氧化物发生作用以吸附在黄铜矿上。其中小麦淀粉的抑制性能最好,其次是大米淀粉,玉米淀粉的抑制性能较差。(2)天然小麦淀粉可显著地选择性抑制黄铜矿。在淀粉用量为67mg/L,煤油用量80mg/L时,小麦可使黄铜矿的回收率降至13%左右,而辉钼矿仍有70%以上的回收率。以天然小麦淀粉为研究对象,阐明了淀粉在黄铜矿和辉钼矿非均匀表面上的相互作用机制。天然小麦淀粉分子的质子化羟基通过特定的化学(酸碱)相互作用和氢键均匀地吸附在黄铜矿的表面活性位点和辉钼矿的边缘平面上,而非通过疏水相互作用吸附在黄铜矿表面的疏水性硫位点和辉钼矿的疏水性基面上。吸附的淀粉大分子屏蔽了黄铜矿上的疏水表面位点,阻止了煤油链的吸附。仅少量淀粉分子延伸到辉钼矿的相邻基面,对辉钼矿与煤油间相互作用影响较小。(3)对天然小麦淀粉进行改性,获得改性小麦淀粉。改性小麦淀粉表现出比天然小麦淀粉更优越的抑制性能。改性小麦淀粉可使黄铜矿的回收率降至5%以下,而辉钼矿的回收率仍维持在70%左右。改性淀粉主要作用于黄铜矿表面的极性位点和辉钼矿端面上,而在辉钼矿疏水基面上的附着性较差。氧化改性后小麦淀粉的天然颗粒结构遭到破坏、聚合物链发生断裂,致使其拥有较低分子量和粘度,增加了常温条件下的溶解度。氧化过程中有部分羧基取代了淀粉单元上的羟基,从而改变了天然淀粉分子的结构和性质,更有利于淀粉官能团和矿物表面发生作用。

关键词：天然淀粉改性淀粉黄铜矿辉钼矿浮选分离

表面粗糙度对黄铜矿/方解石与气泡/液滴间作用的影响规律研究

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表面粗糙度对黄铜矿/方解石与气泡/液滴间作用的影响规律研究

作者：陈雨婷中国矿业大学

学位级别：硕士

我国铜矿资源呈现“细、贫、杂”的特点,浮选是分离、富集含铜矿物的有效途径。浮选前的破碎和磨矿工艺与设备的选择在一定程度上影响着矿物颗粒表面的微观形貌和粗糙特性,而矿物颗粒表面特性对其浮选行为也有重要影响。为了阐明浮选分... 详细信息

我国铜矿资源呈现“细、贫、杂”的特点,浮选是分离、富集含铜矿物的有效途径。浮选前的破碎和磨矿工艺与设备的选择在一定程度上影响着矿物颗粒表面的微观形貌和粗糙特性,而矿物颗粒表面特性对其浮选行为也有重要影响。为了阐明浮选分离过程中矿物颗粒表面粗糙特性对其浮选行为的影响机理,本文选取典型含铜矿物-黄铜矿及其脉石矿物-方解石作为研究对象。考察了水在不同粗糙程度的黄铜矿和方解石表面的润湿特性,建立了表面粗糙度与表面润湿性关系;分析了气泡在不同粗糙程度矿物表面的黏附行为,并研究了p H值、浮选药剂浓度对气泡在粗糙度不同的矿物表面黏附规律的影响,建立了药剂浓度、表面粗糙度和气泡-矿物三相接触线形成与铺展特征之间的理论联系。本研究将丰富矿物颗粒表面微观形貌影响浮选行为的相关理论,对合理选择磨矿工艺及设备具有一定的理论借鉴作用。主要的研究结论为:随着表面粗糙度的增加,黄铜矿表面接触角增加,方解石表面接触角降低,两者变化规律呈相反趋势。表面粗糙度不同的黄铜矿和方解石表面的润湿滞后研究结果发现:相对粗糙的黄铜矿表面的润湿滞后现象比相对光滑的黄铜矿更明显,而相对光滑的方解石表面润湿滞后现象比相对粗糙的方解石更明显。Cassie润湿模型更符合黄铜矿表面的润湿状态,矿物表面粗糙结构中存在的空气是阻碍液滴铺展的主要原因,而方解石表面的润湿状态用Wenzel润湿模型来描述更合适。表面粗糙度的增加有利于气泡在黄铜矿表面黏附,而不利于气泡在方解石表面黏附。随着表面粗糙度的增加,黄铜矿表面的三相接触线形成时间缩短,而方解石表面的三相接触线形成时间延长,且较粗糙的方解石表面难以形成三相接触线。黄铜矿和方解石的三相接触线铺展速度随着表面粗糙度的增加逐渐增加,诱导时间的变化趋势与三相接触线形成时间的变化趋势相同。气泡在黄铜矿表面黏附的主要驱动力为疏水引力,影响气泡在方解石表面黏附的主要为范德华排斥力。不同p H值和浮选药剂浓度对气泡在矿物表面黏附行为有显著影响。随着p H值的增加,黄铜矿表面的三相接触线形成时间先减小后增加,三相接触线铺展速度先增加后减小。黄药浓度的增加不利于气泡与黄铜矿之间水化膜的破裂,但一旦水化膜破裂以及三相接触线形成之后,便有利于三相接触线在黄铜矿表面铺展。在酸性环境中,方解石表面会析出微小气泡,有利于气泡与方解石之间的水化膜破裂,但随着p H值的增加,方解石表面的三相接触线形成时间先减少后增加。低浓度的水玻璃溶液可以较好地抑制气泡在方解石表面黏附。该论文一共有54幅图,11个表,109篇参考文献。

关键词：表面粗糙度黄铜矿方解石润湿性气泡黏附