氧化鋅礦物在氨—銨鹽—水體系中的浸出機(jī)理.pdf

1、低品位氧化鋅礦選礦富集困難，堿性脈石含量高，采用火法及酸性體系濕法工藝處理，能耗高、回收率低、廢棄物多。氨—銨鹽—水體系浸出，因其選擇性強(qiáng)，氨與有價金屬離子配合而促進(jìn)浸出，是處理這類資源較為適宜的工藝。本文研究了氧化鋅礦，特別是硅酸鹽類礦物在NH3-(NH4)2SO4-H2O體系中的浸出機(jī)理，研究結(jié)果不僅在學(xué)術(shù)上彌補(bǔ)了這一領(lǐng)域基礎(chǔ)研究的不足，也可為實(shí)際浸出工藝開發(fā)提供理論指導(dǎo)和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
　　以天然異極礦和人工合成硅鋅礦純礦物為研

2、究對象，綜合運(yùn)用XRD、FT-IR、XPS、SEM、EDS、TGA-DSC、ICP-AES等檢測技術(shù)，研究了這些礦物在NH3-(NH4)2SO4-H2O體系中的溶解平衡、溶解速率和浸出機(jī)理，得到如下主要結(jié)論。
　　(1)根據(jù)物質(zhì)守恒、同時平衡及電中性原理，建立了Zn2SiO4-NH3-NH4+-H2O體系的熱力學(xué)模型，通過對模型計算求解，繪制了體系中各組元濃度變化的熱力學(xué)關(guān)系圖。圖示結(jié)果表明，[NH3]與[NH3]T摩爾比為0.5

3、時，體系中[Zn]T最大，且隨總氨濃度的增加而增大?？偘睗舛葹?mol/L，[NH3]與[NH3]T摩爾比為0.5時，無定形SiO2在該體系中的溶解度為0.11g/L，其過飽和析出的pH值范圍為7.16～12.68，受無定形SiO2溶解度低的限制，在上述條件下體系中[Zn]T只能達(dá)到27.88g/L，遠(yuǎn)低于ZnO在該體系中的溶解度。
　　(2)異極礦在NH3-(NH4)2SO4-H2O體系可以浸出。浸出時Zn-O-Zn鍵斷裂后，S

4、i-O雙四面體從異極礦晶體架構(gòu)中脫離形成無定形SiO2。無定形二氧化硅單獨(dú)形核，并未對異極礦表面形成包裹。
　　(3)實(shí)驗(yàn)證實(shí)，當(dāng)[NH3]與[NH3]T摩爾比為0.5時，鋅浸出速率最高;在總氨濃度5mol/L，[NH3]與[NH3]T摩爾比0.5，固液比20g/L，溫度35℃，攪拌速度350r/min，浸出150min時，鋅的浸出率可達(dá)95％，而純氨水和純硫酸銨溶液中鋅的浸出率只有2％;高固液比下，由于溶液中[Zn]T達(dá)到飽和，

5、鋅浸出率會大幅度下降。
　　(4)在固液比20g/L、總氨濃度5mol/L、[NH3]與[NH3]T摩爾比0.5、攪拌速度350r/min的條件下，研究了-100～+160目的異極礦在NH3-(NH4)2SO4-H2O體系中浸出的動力學(xué)。結(jié)果表明，異極礦在NH3-(NH4)2SO4溶液中的浸出過程可用Elovich方程進(jìn)行描述，浸出反應(yīng)的表觀活化能為55.42kJ/mol，屬表面化學(xué)反應(yīng)控制，這與浸出機(jī)理研究所得結(jié)論一致。

6、　　(5)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，異極礦和濕化學(xué)法合成的硅酸鋅在不同溫度下煅燒2h，均可獲得結(jié)晶度不同的正交晶系的硅鋅礦(β-Zn2SiO4)和三方晶系的菱面體晶硅鋅礦（α-Zn2SiO4）。硅鋅礦的晶體結(jié)構(gòu)及結(jié)晶度對其在NH3-(NH4)2SO4-H2O體系中的浸出效果有顯著影響。在溫度35℃、固液比20g/L、總氨濃度5mol/L、[NH3]與[NH3]T摩爾比0.5、攪拌速度350r/min的條件下浸出120min，β-Zn2SiO4的結(jié)晶度為

7、29.88％和60.11％時鋅的浸出率分別為86.66％、42.14％，α-Zn2SiO4結(jié)晶度為99％和100％時鋅的浸出率分別為10.13％、6.4％，β-Zn2SiO4比α-Zn2SiO4容易浸出。
　　(6)α-硅鋅礦在浸出時，鋅與硅同時溶解進(jìn)入溶液，但SiO2在體系中溶解度較小，過飽和后以無定形水合二氧化硅形態(tài)單獨(dú)形核析出，由于其析出速度緩慢，抑制了鋅的浸出。
　　(7)在固液比5g/L、總氨濃度5mol/L、[N