摘 要

黄铜矿占世界铜矿资源的70%，随着高品位铜矿的日益减少，以及全球对环境污染的高度重视，以黄铜矿为主要成分的复杂硫化铜矿浸出已成为湿法冶金的目标，特别是如何开发一种绿色、低耗的黄铜矿浸出工艺。试验结果表明，黄铜矿粒度越小越有利于铜的浸出，综合磨矿成本选择38 μm~75 μm为后续试验的浸出粒度。探究不同离子强度的影响试验中，当浸出液中氯离子浓度为1.0 mol/L，黄铜矿浸出率在408 h时达到53%。最终结果表明在不同粒度条件下黄铜矿浸出都符合表面产物层扩散动力学模型。而在不同氯离子浓度条件下，黄铜矿浸出符合液膜扩散和表面化学反应两种动力学模型。进一步探究不同杂质离子对浸出的影响时发现，氯离子浓度为0.1 mol/L时，添加Fe³ 会抑制黄铜矿的浸出，而Mg² 、Al³ 都促进黄铜矿的浸出，同时随着Mg² 、Al³ 添加量的增加，黄铜矿的最终浸出率呈先增加后减少的趋势，这可能是由于这两种离子对溶液氧化还原电位影响不同。

关键词：黄铜矿；浸出；离子强度；杂质离子；动力学

Abstract

Chalcopyrite, accounts for 70% of the copper reserve on Earth. With the decreasing of high grade copper ore, and stricter environmental requirements all over the world, cost-effective and environmentally friendly chalcopyrite leaching techniques are the predominant aim in the hydrometallurgical processing of complex copper-bearing minerals. The leaching results show that smaller chalcopyrite particle size is beneficial to leaching. Considering both grinding cost and leaching rates, 38 ~75 μm was selected as of the optimum size range for the subsequent experiment. In addition, ionic strength (IS) plays an important role the chalcopyrite leaching and the leaching rate increases significantly as the IS increases, e.g. when the concentration of NaCl was 1.0 mol/L, approximately 60% of copper was leached out at 408 h. The kinetic studies investigated in this study further indicate that chalcopyrite leaching is controlled by diffusion mechanism due to surface products at three different particle size, however when the IS increases surface chemical reaction is also available. The addition of cations into the leaching system reveals that Fe³ plays a negative role in copper leaching while the addition of Mg² and Al³ increase chalcopyrite leaching, as compared to the control experiment. It should also be noted that the optimum concentrations of Mg² and Al³ added are 16 and 12 mmol/L, respectively, indicating that too much addition of these two cations weakens their positive effects in copper leaching， which is further verified by the quantum chemistry calculation using Materials studio.

Key Words：chalcopyrite；leaching; ionic strength；impurity cation；kinetic

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1世界铜资源现状 1

1.2黄铜矿湿法冶金工艺的发展及现状 1

1.2.1氧化浸出 2

1.2.2硫酸‐硫酸盐浸出体系 2

1.2.3氯化物浸出体系 3

1.2.4氨‐铵盐浸出体系 3

1.2.5生物浸出体系 3

1.3黄铜矿湿法冶金的发展前景 4

1.4本论文的研究意义 4

1.5本论文研究内容及创新点 4

1.5.1研究内容 4

1.5.2论文创新点 4

第2章 试验材料及方法 5

2.1试验试剂 5

2.2试验验仪器与设备 5

2.3浸出试验 6

2.3.1试验条件 6

2.3.2试验方法 7

2.4分析检测方法 7

2.4.1黄铜的化学成分及物相分析 7

2.4.2浸出液中铜离子测定 7

2.4.3浸出渣成分分析 7

第3章 黄铜矿浸出试验 8

3.1黄铜矿的化学成分及物相 8

3.2黄铜矿浸出过程热力学分析 8

3.2.1 CuFeS₂‐H₂O系的E_h‐pH 8

3.2.2 S-H₂O系的E_h‐pH 10

3.3 NaCl浸出黄铜矿试验研究 10

3.3.1黄铜矿的化学浸出过程 10

3.3.2黄铜矿溶解的动力学分析 11

3.4浸出渣XRD分析 20

3.5本章小结 20

第4章 量子化学计算 22

4.1 试验参数与方法 22

4.2 试验结果与讨论 22

4.2.1 黄铜矿晶胞的优化 22

4.2.2 黄铜矿(001)-S面的重构 23

4.2.3 吸附点的选择 23

4.2.4 Mg² 在黄铜矿表面的作用 24

4.3 本章小结 25

第5章 结论 26

参考文献 27

致 谢 28

第1章 绪论

1.1世界铜资源现状

铜在地壳的丰度为0.005%，陆地铜储量约为16.27亿吨，深海结核中铜含量约为6.89亿吨^[1]。根据美国资源调查局2014年数据，目前智力以1.9亿吨铜矿储量居世界第一，占全球铜储量的27.5%，其次为澳大利亚和秘鲁，中国以0.3亿吨储量居世界第六位，虽然中国铜资源丰富，约占世界储量的4.35%，但人均拥有量低于世界水平，资源十分紧缺，已探明的6.9亿吨铜储量中，主要有斑岩型铜矿、黄铁矿型铜矿、铜镍硫化物型铜矿、硫化铜矿^[2]。目前发现的铜矿物有250多种，但含铜量较高的矿物仅有20种，主要以原生硫化铜、次生氧化铜、及自然铜矿物存在，其中硫化铜矿储量最大，全世界85%的成品铜来自硫化铜矿^[3]。常见的工业价值铜矿矿物如表1.1所示。

表1.1常见部分铜矿物

1.2黄铜矿湿法冶金工艺的发展及现状