第十三章矿物浸出 ZnSO40.70.4770.3870.2020.150.0830.0630.0430.0350.04 CuSO40740.530410210150083002· CdSO40.6990.4760.383 0.160.0830.0610.0410.0320.036 FeSo 0.750.620.68 0.510.61 锌在浸出液浸出过程中的主要反应 十2e=Z n3n=-0.763+0029510ga2 Zn(OH)2+2H=Zn2++ 2H20 表13-3中性浸出液各组分的活度值 元素Zn Cd Ni 浓度, molL-I 1988358×104445×10320×104|8525×10354.72×103 Y 0.035 0.476 0.53 a699102358×104212×10320×1048525×103250×103 la-1.158-344541267437-40726 H=59--loga Zn(OH)2+2H+ 2e=Zn+2H20 Ezn(Oh)2n=-0763-0059pH (3) 将α,2=6,955×102代入上列三个平衡关系式中,就可以确定Zn-H2O 系电位-pH图中三条直线的具体位置,如图13-1所示:线①为水平线,其 0763+0.029519(6955×102)=0.797V:线②为垂直线,其 2lg(6,955×102)=6.321:线③为一条斜线,其斜率为-0.0591。 用同样的方法,可以分别作出Cu、Cd、Co、Ni、Fe等金属的Me-H2O 系电位-pH图。为了便于了解锌倍砂浸出时锌及其他组分的行为,把锌的电 位pH图和其它金属的电位-pH图重合在一张图上,如图13-1所示。 由图13-1可以看出:当锌离子浓度为1.988molL1时,开始从溶液中 沉淀析出锌的pH值为6.321;沉淀析出的pH值比锌离子小的溶液中只有三 价铁离子;铜离子的析出pH值与锌离子相近。其余杂质,如镍离子、钴离 子、镉离子和二价铁离子的析出pH值比锌离子要大。因此,当中性浸出终 点溶液的pH值控制在52~5.1之间时,三价铁离子就以氢氧化铁沉淀析出 与溶液中的锌分离。溶液中的铜在活度较大的情况下,会有一部分水解沉淀
第十三章 矿物浸出 6 ZnSO4 0.7 0.477 0.387 0.202 0.15 0.083 0.063 0.043 0.035 0.04 CuSO4 0.74 0.53 0.41 0.21 0.15 0.083 0.062 - - - CdSO4 0.699 0.476 0.383 - 0.16 0.083 0.061 0.041 0.032 0.036 FeSO4 - - 0.75 0.62 0.68 - 0.51 0.61 - - 锌在浸出液浸出过程中的主要反应： Zn2+十 2e=Zn ε 2+ = − + α 2+ Zn Zn Zn 0.763 0.0295log (1) Zn(OH)2＋2H+ ＝Zn2+＋2H2O 表 13-3 中性浸出液各组分的活度值 元素 Zn Fe Cd Co Ni Cu 浓度， mol·L-1 1.988 3.58×10-4 4.45×10-3 2.0×10-4 8.525×10-5 4.72×10-3 γ 0.035 1 0.476 1 1 0.53 α 6.995×10-2 3.58×10-4 2.12×10-3 2.0×10-4 8.525×10-5 2.50×10-3 lgα -1.158 -3.4465 -2.674 -3.7 -4.07 -2.6 = − α 2+ Zn log 2 1 pH 5.9 （2） Zn(OH)2＋2H+ ＋2e=Zn＋2H2O Zn(OH) Zn 0.763 0.0591pH 2 ε = − − （3） 将 α 2+ Zn =6.955×10-2 代入上列三个平衡关系式中，就可以确定 Zn-H2O 系电位-pH 图中三条直线的具体位置，如图 13-1 所示：线①为水平线，其 Zn Zn ε 2+ =0.763＋0.0295lg(6.955×10-2)=-0.797V；线②为垂直线，其 pH=5.9－ 1/2lg(6.955×10-2)=6.321；线③为一条斜线，其斜率为-0.0591。 用同样的方法，可以分别作出 Cu、Cd、Co、Ni、Fe 等金属的 Me-H2O 系电位-pH 图。为了便于了解锌倍砂浸出时锌及其他组分的行为，把锌的电 位-pH 图和其它金属的电位-pH 图重合在一张图上，如图 13-1 所示。 由图 13-1 可以看出：当锌离子浓度为 1.988 mol·L-1 时，开始从溶液中 沉淀析出锌的 pH 值为 6.321；沉淀析出的 pH 值比锌离子小的溶液中只有三 价铁离子；铜离子的析出 pH 值与锌离子相近。其余杂质，如镍离子、钴离 子、镉离子和二价铁离子的析出 pH 值比锌离子要大。因此，当中性浸出终 点溶液的 pH 值控制在 5.2～5.1 之间时，三价铁离子就以氢氧化铁沉淀析出， 与溶液中的锌分离。溶液中的铜在活度较大的情况下，会有一部分水解沉淀
第十三章矿物浸出 其余仍留在溶液中,比锌离子水解沉淀pH值要大的镍离子、钴离子、镉离 子和二价铁离子等则与锌离子共存于溶液中。 在生产实践中,锌离子含量并非固定不变,随着锌离子活度的升高或降 低,沉淀析出锌的pH值将会降低或升高。当α,2=1时,沉淀析出Zn(OH)2 的pH值为5.9。 Fe Zn 0 Cu Ni Cd 图13-1锌焙砂中性浸出原理 在图13-1中绘制有两组杂质铁的Fe-H2O系电位-pH关系线,分别表示 Fe3+的活度为10°和106,中性浸出液中铁的含量介于两组活度之间。同时, 从图中可以看出,在中性浸出控制终点溶液的pH值的条件下,Fe2是不能 水解除去的。为了净化除铁,必须把Fe2+氧化成Fe3+,Fe3能水解沉淀而与 Zn2+分离。生产实践中常用软锰矿作为Fe2+的氧化剂。 二、硫化矿酸浸出 用硫酸浸出硫化矿的溶出反应可用下列通式表示 MeS (s)+2H=Me+H2S (l) 在溶液中,溶解了的H2S可按下式发生分解 H,S=HS+H HS=S2+H 生成的这些含硫离子、硫离子及H2S本身又可被各种氧化剂氧化,并在 溶液不同的pH值下生成不同价态的氧化产物。 所有这些变化以及与之有关的其它各种变化发生的条件和规律性,可以
第十三章 矿物浸出 7 其余仍留在溶液中，比锌离子水解沉淀 pH 值要大的镍离子、钴离子、镉离 子和二价铁离子等则与锌离子共存于溶液中。 在生产实践中，锌离子含量并非固定不变，随着锌离子活度的升高或降 低，沉淀析出锌的 pH 值将会降低或升高。当 α 2+ Zn =1 时，沉淀析出 Zn(OH)2 的 pH 值为 5.9。 图 13-1 锌焙砂中性浸出原理 在图 13-l 中绘制有两组杂质铁的 Fe-H2O 系电位-pH 关系线，分别表示 Fe3+的活度为 100 和 10-6，中性浸出液中铁的含量介于两组活度之间。同时， 从图中可以看出，在中性浸出控制终点溶液的 pH 值的条件下，Fe2+是不能 水解除去的。为了净化除铁，必须把 Fe2+氧化成 Fe3+，Fe3+能水解沉淀而与 Zn2+分离。生产实践中常用软锰矿作为 Fe2+的氧化剂。 二、硫化矿酸浸出 用硫酸浸出硫化矿的溶出反应可用下列通式表示： MeS（ s） ＋2H+ =Me2+＋H2S （l） 在溶液中，溶解了的 H2S 可按下式发生分解： H2S＝HS- ＋H+ HS- =S2-＋H+ 生成的这些含硫离子、硫离子及 H2S 本身又可被各种氧化剂氧化，并在 溶液不同的 pH 值下生成不同价态的氧化产物。 所有这些变化以及与之有关的其它各种变化发生的条件和规律性，可以
第十三章矿物浸出 通过MeS-H2O系在298K下的电位-pH图所了解。现以ZnS-H2O系在298K 下的电位-pH图为例,来进行分析讨论。 按照前面已讨论过的原理和方法,可以求出ZnS-H2O系中各有关反应及 其在298K下的e和pH的计算式,如表13-4所示。 根据表13-4作出的ZnS-H2O系的电位pH图,如图13-2所示。下面对 它的绘制和应用作一些说明: 1)溶解于溶液中的H2S,在有氧化剂存在的情况下,按 H2S→S→S2O32→SO32→HSO或SO42顺序氧化。由于S2O32和SO32是不稳 定的离子,故未在图中表示。 (2)为了作电位-pH图,必须知道溶液中含锌离子、H2S以及含硫离子 的活度。 表13-4ZnS-H2O系的反应及其在298K下的e和pH的计算式 反应式 e和pH的计算式 (1) Zn+S+2e=ZnS =0.265+0.0295ogn2+ (2)ZnS+2H=Zn+H,S 0.2084-05loga2n20.510gaHs (3)S+2H+2e=H2S e=0.142-0.0591pH-0.0295 log ahas e=0.338-0.0689pH+ (4)HSO4+H+6e=S+4H2O 0985log aSoa (5)SO42+H+=HSO4 PH=1.91+log auso +log asc e=0.357-0.0788pH+ (6)SO42+8H++6e=S+4H2O 0. 0985log a (7)Zn"+HSO4 t 7H+8e=ZnS+ e=0.320-0.0517pH+ 4H,O 0.0074log (8)Zn2++SO42+8H+8e=ZnS+ e=0.334-0.059lpH+ 4H,O 0.0074loga2· SOT (9)2Zn2++SO42+2H2O PH=3.77-0.5log∝2--1ogo,2 ZnSO4 Zn(OH)2+2H
第十三章 矿物浸出 8 通过 MeS-H2O 系在 298K 下的电位-pH 图所了解。现以 ZnS-H2O 系在 298K 下的电位-pH 图为例，来进行分析讨论。 按照前面已讨论过的原理和方法，可以求出 ZnS-H2O 系中各有关反应及 其在 298K 下的ε和 pH 的计算式，如表 13-4 所示。 根据表 13-4 作出的 ZnS-H2O 系的电位-pH 图，如图 13-2 所示。下面对 它的绘制和应用作一些说明： （ 1 ）溶解于溶液中的 H2S ，在有氧化剂存在的情况下，按 H2SÆSÆS2O3 2-ÆSO3 2-ÆHSO4 - 或 SO4 2-顺序氧化。由于 S2O3 2-和 SO3 2-是不稳 定的离子，故未在图中表示。 （2）为了作电位-pH 图，必须知道溶液中含锌离子、H2S 以及含硫离子 的活度。 表 13-4 ZnS-H2O 系的反应及其在 298K 下的ε和 pH 的计算式 反应式 ε和 pH 的计算式 （1）Zn2+＋S＋2e＝ZnS ＝0.265＋0.0295log α 2+ Zn （2）ZnS＋2H+ ＝Zn2+＋H2S pH＝ -0.2084-0.5log α 2+ Zn -0.5log αH2S （3）S＋2H+ ＋2e＝H2S ε＝0.142-0.0591pH-0.0295log αH2S （4）HSO4 － 十 H+ ＋6e＝S＋4H2O ε＝0.338-0.0689pH＋ 0.0985log α − HSO4 （5）SO4 2-十 H+ ＝HSO4 － PH＝1.91＋log α − HSO4 ＋log α 2− SO4 （6）SO4 2-十 8H+ ＋6e＝S＋4H2O ε＝0.357-0.0788pH＋ 0.0985log α 2− SO4 （7）Zn2+＋HSO4 － 十 7H+ ＋8e＝ZnS＋ 4H2O ε＝0.320-0.0517pH＋ 0.0074log + α − α ⋅ 4 2 Zn HSO （8）Zn2+＋SO4 2-＋8H+＋8e＝ZnS＋ 4H2O ε＝0.334-0.0591pH＋ 0.0074log + α − α ⋅ 2 4 2 Zn SO （ 9 ） 2Zn2+ ＋ SO4 2- ＋ 2H2O ＝ ZnSO4·Zn(OH)2＋2H+ PH＝3.77-0.5log α 2− SO4 -log α 2+ Zn
第十三章矿物浸出 (10) ZnSO4 Zn(OH)2+ SO4+ 18H e=0.364-0.0665pH +16e=2ZnS+10H2O 0.037log a 11)ZnSO4 Zn(OH)2+ 2H20= 2Zn(OH)2+2H +SO4 pH=844+0.log aso?a e=0.425+0.0739pH+ (12)Zn(OH)2+10H+4SO42+8e= ZnS+6H,O 0.0074log SOZ (13)Zn02+2H=Zn(OH) pH=1425+0.slog aino (14)ZnO2+SO42-+12H++8e=ZnS e=0.635-0.0887pH+ +6H2O 0.0074logo Zno (15)ZnO2+SO42+12H+10e=Zn e=0.216-00709pH-0.091loga3 +S2-+6H2O +0.0591logo (16)ZnS+2e=Zn+S2 E=0.1.461-0.0295loga (17)S2+H=HS PH=12.43+loga,-logα (18)ZnS+H+2e=Zn+HS -1.093-0.0295pH-0.0295oga1s (19)HS +H=H2S H=7.0+logaHs--log aHs (20)ZnS+2H+2e=Zn+ H2S 0.886-0.059lpH-0.0295log∝H (21)Zn2++2e=Zn e=-0.763+0.0295l0g02+ (22)O2+4H+4e=2H2O e=1.2290.0591pH+0.0148logP (23)2H+2e=H2 e=-0.0591pH-0.0295logP 如果要求溶浸后产出的浸出液含锌0.06~0.2molL,在作图时设
第十三章 矿物浸出 9 （ 10） ZnSO4·Zn(OH)2＋ SO4 2-＋ 18H+ ＋16e＝2ZnS＋10H2O ε＝0.364-0.0665pH＋ 0.037log α 2− SO4 （ 11 ） ZnSO4·Zn(OH)2 ＋ 2H2O ＝ 2Zn(OH)2＋2H+ ＋SO4 2- pH＝8.44＋0.5log α 2− SO4 （12）Zn(OH)2＋10H+ ＋4SO4 2-＋8e＝ ZnS＋6H2O ε＝0.425＋0.0739pH＋ 0.0074log α 2− SO4 （13）ZnO2 2-＋2H+ ＝Zn(OH)2 pH＝14.25＋0.5log α 2− ZnO2 （14）ZnO2 2-＋SO4 2-＋12H+ ＋8e＝ZnS ＋6H2O ε＝0.635-0.0887pH＋ 0.0074log − α − α ⋅ 2 4 2 ZnO2 SO （15）ZnO2 2-＋SO4 2-＋12H+ ＋10e＝Zn ＋S2-＋6H2O ε＝0.216-0.0709pH-0.0591log α 2− S ＋0.0591log − α − α ⋅ 2 4 2 ZnO2 SO （16）ZnS＋2e＝Zn＋S2- ε＝0.1.461-0.0295log α 2− S （17）S2-＋H+ ＝HS－ PH＝12.43＋log α 2− S -log α − HS （18）ZnS＋H+ ＋2e＝Zn＋HS－ ε＝ -1.093-0.0295pH-0.0295log α − HS （19）HS－ ＋H+ ＝H2S pH＝7.0＋log α − HS -log αH2S （20）ZnS＋2H+ ＋2e＝Zn＋H2S ε＝ -0.886-0.0591pH-0.0295log αH2S （21）Zn2+＋2e＝Zn ε＝-0.763＋0.0295log α 2+ Zn （22）O2＋4H+ ＋4e＝2H2O ε＝1.229-0.0591pH＋0.0148log O2 P （23）2H+ ＋2e＝H2 ε＝-0.0591pH-0.0295log H2 P 如果要求溶浸后产出的浸出液含锌 0.06～ 0.12mol·L-1，在作图时设