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离子液体在黄铜矿湿法冶金中的应用研究

时间:2018-02-09 11:33:11 来源:第一铜网 作者:xiaoli

摘要离子液体在黄铜矿湿法冶金中的应用研究有哪些呢?离子液体是一种新型绿色溶剂。离子液体起着提取与分离有色金属的重要作用。离子液体在黄铜矿湿法冶金中的应用,可以减少能耗和生产成本、减少环境污染。所谓的离子液体就是指全部由离子组成的液体。离子液体的

  离子液体在黄铜矿湿法冶金中的应用研究有哪些呢?离子液体是一种新型绿色溶剂。离子液体起着“提取与分离有色金属”的重要作用。离子液体在黄铜矿湿法冶金中的应用,可以减少能耗和生产成本、减少环境污染。所谓的离子液体就是指全部由离子组成的液体。离子液体的简写为ILS,英文全拼为Ionic Liquids。离子液体具有自己的特性,且在有色金属的冶金中发挥着举足轻重的作用。特别是离子液体在黄铜矿湿法冶金中的应用研究,让我们看到了希望。

  什么是离子液体?也称为试问离子液体或低温盐,通常是指熔点低于100℃的有机盐。由于完全有例子组成,离子液体有许多不同于常规有机溶剂的性质。

  离子液体的特性?离子液体大多呈无色,完全由阴阳离子组成,但样离子较大,且是有机物。

  1、有酸碱性(主要由阳离子决定,可通过调节阳离子来改变其酸碱性)。

  2、亲水性:含C越多亲水性越弱。

  3、热稳定性:较高的稳定性与杂原子氢键,阴阳离子组成相关,其蒸汽压低(可忽略不计),不易挥发,可去取代有机溶剂。

  4、熔点低:熔点与阴阳离子组成有关,是随阳离子对称性增大而增大的。

  5、溶解性好:可溶解有机物,无机物,聚合物等。

  6、密度:和阴阳离子组成有关,阳离子增多密度变大7生物降解性:其一降解,相当环保,是绿色的环保剂8电化学窗口:其可产生5-7V的高电压。

  离子液体在黄铜矿湿法冶金中的应用研究:

  1、自20世纪70年代,溶剂萃取技术给铜的湿法冶金带来了革命性的变化,湿法炼铜已经成为一个独立的工业体系,其发展速度远远高于整体铜工业的发展速度。多年来,黄铜矿的浸出是一直是硫化铜矿湿法冶金的核心,湿法冶金工作者一直致力于研发开发各种工艺处理黄铜矿,其中包括焙烧/浸出、加压酸浸、氯化浸出、氨浸及生物浸出等。酸性加压浸出的研究很多,但在实践中的应用还不是很普遍;卤化盐浸出工艺流程比较复杂,多数还处于实验或示范发展阶段;(生物)堆浸/萃取/电积法主要处理低品位铜矿,作业周期较长。总的来说,大多数工艺由于各种原因都没有大规模商业化,所以开发出对矿物适应性强、能耗低、排放少、能在低温低压条件下操作的新型绿色工艺仍是黄铜矿湿法冶金工作者的迫切任务。离子液体的应用为开发黄铜矿的绿色浸出工艺提供了可能。

  2、本文系统地介绍了国内外现有的黄铜矿湿法冶金方法、工艺及最新研究动态,深入分析了离子液体作为新型绿色溶剂所具有的各种优越性质及其在湿法冶金领域中的应用潜力。选择并合成了适合黄铜矿在低温低压浸出的Br?nsted酸性离子液体[bmim]HSO4(硫酸氢-1-丁基-3甲基咪唑),测定了[bmim]HSO4及其水溶液的溶液电位(Eh)、pH,论证了离子液体直接浸出黄铜矿的可行性。较为系统地研究了黄铜矿在离子液体[bmim]HSO4及其水溶液中的浸出行为。以纯[bmim]HSO4为浸出剂,在90℃、81kPa氧分压、搅拌速度800rpm、矿物粒度为74~65μm、矿浆浓度为100g/L、浸出时间24h的条件下,铜的浸出率达到95%。相比传统H2SO4-Fe2(SO4)3体系浸出黄铜矿,铜的浸出率提高了近3~4倍。用[bmim]HSO4、[hmim]HSO4和[omim]HSO4三种离子液体对黄铜矿的浸出率做了比较,发现其都能有效地浸出黄铜矿。

  通过测量浸出体系在浸出前后Eh和pH变化与分析浸出液中[Cu2+]、[Fe3+]、[Fe2+]以及浸出渣的成分,探讨了浸出的化学过程与动力学机理。研究发现黄铜矿在离子液体及其水溶液中的浸出是一个耗酸耗氧的过程,离子液体能够电离出H+,从而起到酸的作用。浸出过程的主要反应为:

  CuFeS2+4H++O2 Cu2++Fe2++2S+2H2O

  通过黄铜矿浸出的条件实验研究表明,减小矿物粒度、增加搅拌速度、提高浸出温度、增加离子液体浓度、提高氧分压可以提高黄铜矿的浸出率。通过实验数据分析得出,在40~90℃的温度范围内黄铜矿在离子液体水溶液中溶解主要取决于元素硫固体产物层的内扩散控制,其表观活化能为69.4kJ/mol;当温度达到70℃以上,黄铜矿的溶解速率明显提高。与传统水溶液浸出黄铜矿相比,离子液体可能起到促进溶解氧的传递及其还原反应而加速黄铜矿的氧化浸出,故而可以推测离子液体能够起一定催化作用。测定了黄铜矿浸出的速率常数与氧分压有如下关系:

  kd=kdθ(PO2/Pθ)0.25

  通过电化学测试,发现在600~800mV(vsSHE)黄铜矿在离子液体水溶液中发生明显的直接氧化反应,但产生的元素硫会导致一定程度的钝化,从而在实际浸出过程中影响整个溶解速率。

  离子液体的合成制备方法:

  1、常规合成法:

  (1)一步法:采用叔胺与卤代烃或脂类物质发生加成反应,或利用叔胺的碱性和酸性发生中和反应而一步生成目标离子液体的方法。

  (2)两步法:两步法的第一步是通过叔胺和卤代烃反应制备出季胺的卤化物;第二部再将卤素离子置换为目标离子液体的阴离子(合成米唑离子液体,氨基酸类离子液体,膦类离子液体等)

  一步法和两步法是比较普遍的方法,因此具有普适性,但离子液体通常需要在加热条件下完成而常规的加热搅拌需要较长时间,因而导致合成离子液体的效率和产率均偏低。

  2、外场强法:

  (1)微波法:通过极性分子在快速变化的电磁场不断改变方向而英气分子的发热,属于体相加热。微博发加热升温速度较快,可极大提高反应速率,甚至提高产率和纯度。

  (2)超声波法:超声波借助于超声空化作用能够在液体内部形成局部高温高压微环境,并且超声波的震动搅拌作用可极大提高反应速率,尤其是非均相化学反应。

  (3)微反应器法:微反应器法一般是指在一个内部尺寸为几微米到几百微米的小型微反应器内进行的反应。微反应器不但具有所需空间小,质量和能量消耗少以及反应时间短的优点,而且能够显著提高反应物产率与选择性以及传质传热效率。

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