活性炭國家專精特新“小巨人”企業(yè)活性炭產(chǎn)學(xué)研合作

　　活性炭浸出硫化銅中的金屬

　　黃銅礦是銅含量較高的資源，約占世界已知儲量的70-80%。然而，與其他硫化銅一樣，黃銅礦通常存在于銅品位約為0.4-0.5%的礦床中。使用傳統(tǒng)的浮選方法開采這些儲量，然后對銅精礦進(jìn)行火法冶金處理，但是經(jīng)濟(jì)可行性不太好。濕法冶金路線將更適合處理這些低品位硫化礦。然而，黃銅礦在鐵/硫酸介質(zhì)中是難熔的并且顯示出緩慢的溶解速率。為此，進(jìn)行了多項(xiàng)研究以通過添加黃鐵礦、鐵粉、納米二氧化硅、煤和活性炭來加速浸出動力學(xué)。本工作的主要目的是研究使用一種活性炭作為催化劑從黃銅礦中浸出銅。

　　浸出實(shí)驗(yàn)

　　使用帶有攪拌的恒溫浴用于浸出測試，該測試在90℃和250rpm下在250mL硼硅酸鹽玻璃罐中使用H2SO4溶液(在pH值1)濃度為5gL-1的Fe(III)。在浸出過程中控制溫度(90℃)和攪拌速度(250rpm)，直到48和96小時(shí)。浸出劑溶液的Eh為547mV。硫酸的純度和硫酸鐵(III)分別為97%和99.5%。在每個(gè)實(shí)驗(yàn)中，在硼硅酸鹽玻璃罐中稱量2.5g。除對照外，活性炭比為1/0.5和1/0.25。然后，加入50mL浸出劑。使用兩個(gè)反應(yīng)時(shí)間對每種活性炭混合物進(jìn)行兩次浸出實(shí)驗(yàn)：第一次直到48小時(shí)，第二次直到96小時(shí)。在浸出實(shí)驗(yàn)期間，每24小時(shí)打開一次罐子，以確保浸出系統(tǒng)有足夠的氧合。在反應(yīng)結(jié)束時(shí)(48小時(shí)和96小時(shí))，將紙漿過濾并用50mL/H2SO4洗滌兩次pH2的溶液以回收吸附在活性炭表面上的金屬。通過測定浸出和洗滌溶液中的Cu、Zn、As、Co和Sb的含量。

　　金屬提取

　　金屬對世界社會、經(jīng)濟(jì)和工業(yè)至關(guān)重要。按全球產(chǎn)量計(jì)算，銅是繼鐵和鋁之后的第三大金屬。它被廣泛用于電氣、電子和通信應(yīng)用。圖1顯示了Cu、Zn、As、Sb和Co的提取率。在銅提取的情況下，48小時(shí)后，以1/0.25的比例添加活性炭增加了銅提取量(與對照條件相比)，而以1/0.5的比例添加導(dǎo)致銅提取量略有下降提取的銅。浸出96小時(shí)后，活性炭的催化效果更加明顯，當(dāng)活性炭以1/0.25的比例加入時(shí)，提取率最高，達(dá)到80wt%。銅的提取主要受浸出液的氧化還原電位控制，這與Fe3+/Fe2+密切相關(guān)。濃度比，并且在低氧化還原電位值時(shí)由于中間物質(zhì)的形成而增強(qiáng)，然后容易被氧化。當(dāng)以1/0.25的活性炭質(zhì)量比添加活性炭催化劑時(shí)，Co的浸出率在控制條件下(96小時(shí)后為36wt%)進(jìn)一步降低至26和16wt%(96小時(shí)后和1/0.5，分別(見圖1e)。

　　圖1：元素的總提取量：a)Cu，b)Zn，c)As，d)Sb，d)Co。

　　浸出實(shí)驗(yàn)后獲得的固體殘留物的表征

　　選擇在48和96小時(shí)浸出后獲得的固體樣品進(jìn)行后續(xù)表征。由于硫化物硫氧化成元素硫，形成的新物質(zhì)是硫。需要注意的是，添加活性炭和未添加碳的浸出殘?jiān)�中的硫含活性炭催化劑從硫化銅中浸出金屬量存在很大差異。浸出殘?jiān)�黃銅礦在96小時(shí)的SEM-EDS顯微照片顯示硫吸附在活性炭的表面(圖2)。這種現(xiàn)象可以在活性炭催化的黃銅礦浸出機(jī)理中發(fā)揮重要作用，抑制其表面硫鈍化層的形成，從而提高該過程的動力學(xué)。碳材料對元素硫的吸附可以簡化從浸出渣中去除硫的過程，從而減少最終礦山廢物對環(huán)境的影響。

　　圖2：浸出96小時(shí)后活性炭/黃銅礦殘?jiān)�的SEM-EDS圖像。

　　在浸出殘?jiān)�中發(fā)現(xiàn)的其他礦物種類是黃銅礦、黃鐵礦、閃鋅礦和石英。氧化還原電位必須足夠低才能形成Cu2S，而黃鉀鐵礬沉淀在非常高的氧化還原電位下更受青睞。通過SEM-EDS對初始活性炭樣品(圖3a)和浸出殘留物(圖3b和3c)的分析表明存在黃銅礦、黃鐵礦和初始精礦中的小石英顆粒。浸出48小時(shí)后(圖3b)，固體殘留物顯示存在黃銅礦，表面因浸出而改變黃鐵礦。對活性炭浸出48小時(shí)后獲得的殘留物的分析表明存在黃鐵礦、吸附硫的碳，并且一些黃銅礦顆粒發(fā)生了很大的變化，表明從黃銅礦中優(yōu)先浸出Fe而不是Cu。

　　圖3：(a)黃銅礦和浸出殘留物的EM-EDS圖像，(b)活性炭在48小時(shí)，(c)活性炭/黃銅礦在48小時(shí)，(d)活性炭/黃銅礦在96小時(shí)。

　　活性炭浸出硫化銅中的金屬，可以得出以下主要結(jié)論,在Fe3+/硫酸浸出液中加入生活性炭顯著提高了黃銅礦中銅的提取率。在90℃下浸出96小時(shí)后，未添加活性炭的銅提取率為60%，而添加比例為1/0.25的活性炭的提取率提高到80%。活性炭減少了硫化銅精礦中砷的浸出，浸出96小時(shí)后，無炭砷的提取率為35%，而添加比例分別為1/0.25和1/0.5的活性炭后，砷的提取率降至31%或20%。在黃銅礦和硫化物精礦的浸出中使用活性炭作為催化劑可以促進(jìn)可持續(xù)濕法冶金工藝的發(fā)展。

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