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博士论文标题：协同强化浸金的电化学动力学与应用研究
论文作者：杨永斌
论文导师：姜涛
论文学位：博士
学位授予年份：2008
论文专业：矿物加工工程
论文单位：中南大学
博士论文页数：150
格式：pdf
附件：7
博士论文摘要：
氰化法是黄金生产工业占支配地位的浸金方法，速率慢是其主要问题，一直备受研究者的关注。开展强化浸金的研究对加快浸金速率、提高黄金冶金生产力具有重要意义。本论文提出了协同强化浸金的技术思路，在现有的过氧化氢助浸技术基础上，开展了协同强化浸金研究。通过采用动电位稳态线性极化法系统研究重金属强化金溶解的电极过程动力学特性并建立混合电位模型，揭示了金氰化溶解体系各电极反应对金阳极溶解的影响特性，形成了协同强化浸金的电化学动力学基础。在此基础上对三种不同类型的含金矿石进行了协同强化浸金研究，获得了显著的效果。 对于金在常规浸金溶液体系中的阳极溶解动力学特性，氰化物浓度和溶液pH值具有显著的影响。在低氰化钠浓度(0.002M)下，金的阳极溶解存在极限电流密度，其值接近极限扩散电流密度，无明显钝化现象，过程受CN-的扩散控制。氰化钠浓度提高，金的阳极溶解平衡电位下降，电流密度提高，出现电流峰，控制类型发生转变。但是，提高氰化钠浓度促进了钝化的发生，峰电位及峰电流密度均随氰化钠浓度的提高而下降。提高pH值使金的阳极溶解平衡电位提高，溶解电流及峰电流下降，促进了钝化的发生。升高温度可以降低金阳极溶解的平衡电位，同时可以提高溶解速率，但不会改变峰电位。当氰化钠浓度为0.02M时，平衡活化能W0a为40kJ/mol左右。因此，金在较高浓度氰化物溶液中的化学氧化反应受界面反应控制，而在活性溶解区各电位下的阳极溶解过程均受电化学反应控制。电极转速对电流密度没有明显影响，进一步证实了金的阳极溶解过程完全受电化学反应控制。 在氰化物溶液中加入少量的pb2+、Bi3+、Tl+、Hg2+、Ag+等重金属离子，可大幅提高金的阳极溶解速率，其中Bi3+、Tl+、Hg2+还可不同程度地抑制金的阳极钝化，扩大金活性溶解的电位区间。Ag+则虽然不能在原活性溶解区内明显提高阳极电流，但可使阳极电流在原钝化区内随电位正移继续提高，通过显著抑制钝化起到了强化作用。pb2+、Bi3+、Tl+、Hg2+显著降低了平衡活化能W0a，提高了电化学反应速率，使电极过程速率提高到了速率控制类型由电化学控制转变为混合控制。温度对金阳极溶解速率的影响比无重金属时小，而电极转速的影响则变得明显。此外，重金属离子的存在还改变了氰化物浓度的影响特性，并显著降低了pH值的影响程度。随着氰化物浓度的提高，峰电流显著提高，且峰电位不变，致使金活性溶解电位区间加宽。 重金属离子强化作用效果受其浓度影响很大。Pb2+、Ag+、Bi3+分别在浓度为10-6M、10-5M、10-5M时强化作用最好，继续提高离子浓度将使阳极峰电流密度下降。Tl+浓度增加到10-3M时，金阳极溶解峰电流密度仍可继续提高。Hg+则在10-5M以上继续提高浓度，峰电流密度没有明显的下降趋势，但平衡电位及峰电位发生正移。 氧在金电极上的阴极还原过程受扩散控制，提高溶解氧浓度、电极转速、温度、以及降低溶液pH值均可提高氧阴极还原电流密度。阴极还原过程主要以2e反应进行，反应的总电子数随阴极电位的负移而增加，随pH的提高而减少。当pH达到13.0时，各电位下总电子数均接近2e，极化曲线有明显的“平台”区。 重金属Pb2+、Bi3+、Tl+、Hg2+、A+等的存在均可促进氧的阴极还原，使氧阴极还原电流密度得到提高。其作用随重金属浓度的提高而有所增强。强化的原因是增加了氧阴极还原的总电子数，可使氧阴极还原极化曲线出现代表极限电流密度的“平台”区段。此外，重金属还提高了氧阴极还原的电化学反应环节的速率。添加一定量过氧化氢是一种高效的阴极过程强化方法，不仅使阴极电流密度在纯氧还原的基础上大幅度提高，还可使阴极平衡电位正移。 为了揭示电化学溶解体系中各独立电极反应的相互作用关系，将各独立电极反应极化曲线以及阴、阳两极总极化曲线绘于同一座标系建立了混合电位模型，为协同强化浸金技术思路的提出奠定了理论基础。模型表明，在电化学溶解反应体系中，共存阳极反应对溶解反应有抑制作用，而共存阴极反应则对溶解反应有促进作用。对溶解过程进行电化学强化时，混合电位负移表示阳极强化效果大于阴极，阴极过程对溶解反应的限制程度增强；反之，混合电位正移则表示阴极强化效果大于阳极，阳极过程对溶解反应的限制程度增强。 根据混合电位模型，金在无强化剂的条件下的溶解受控于阴极过程，属于氧扩散控制反应，活化能为7.99kJ/mol。在重金属和过氧化氢协同强化的条件下，金的溶解速率比单独强化阴极和单独强化阳极时都有显著提高，突破了单独过氧化氢强化时的理论极限速率。铅、铋和过氧化氢协同强化时，过高的过氧化氢浓度可使金钝化；而铊、汞和过氧化氢协同强化时，因其金阳极活性溶解区间大，阳极电流峰宽，不会发生明显的钝化；银协同强化时，金溶解速率随过氧化氢浓度的提高持续提高，不发生钝化现象。 对于实际矿石中金的浸出，同时添加重金属和过氧化氢实现了协同强化。对难浸硫化物金矿、易浸硫化物金精矿及低品位氧化物金矿三种不同类型的含金矿石，协同强化浸金的效果均很明显。 对于难浸硫化物金精矿，重金属单独强化对浸出过程的作用并不明显，而在添加过氧化氢助浸的基础上，Bi3+、Tl+、Hg2+具有较好的协同强化浸金的作用，金浸出速率和浸出率均有明显提高。对于易浸硫化物金精矿，重金属单独强化和过氧化氢助浸都可明显加速金的浸出，且协同强化浸金作用效果明显，金浸出速率均在重金属单独强化和过氧化氢单独助浸的基础上有明显的进一步提高。对于低品位氧化物金精矿，Bi3+和Tl+无论是单独强化还是与过氧化氢协同强化都有明显效果。
关键词：协同强化，氰化浸金，电化学动力学，重金属，过氧化氢
博士论文目录：
摘要
ABSTRACT
前言
第1章 文献综述
1.1 氰化浸金的技术进展
1.1.1 黄金提取技术的发展历史
1.1.2 氰化浸金方法的起源
1.1.3 氰化浸金的主要技术进展
1.2 氰化浸金的化学原理
1.2.1 氰化浸金溶液化学原理
1.2.2 氰化浸金的化学反应机理
1.3 氰化浸金的动力学
1.3.1 速率过程
1.3.2 速率模型
.4 氰化浸金的电化学行为
1.4.1 氰化浸金的电化学本质
1.4.2 氰化浸金的电极过程动力学
1.4.3 氰化浸金的电极反应机理
1.5 氰化浸金的电化学强化
1.5.1 阳极强化
1.5.2 阴极强化
1.6 本论文的研究目的及基本思路
第2章 试验研究方法
2.1 电化学研究方法
2.1.1 试剂和材料及仪器
2.1.2 试验方法
2.2 协同强化浸金研究方法
第3章 金在常规氰化浸金溶液中溶解的电极过程动力学
3.1 金氰化溶解的阳极过程动力学特性
3.1.1 阳极极化曲线
3.1.2 氰化物浓度的影响
3.1.3 pH值的影响
3.1.4 温度的影响
3.1.5 电极转速的影响
3.2 氧在金电极上阴极还原的动力学特性
3.2.1 氧的阴极还原反应
3.2.2 pH值的影响
3.2.3 氧浓度的影响
3.2.4 温度的影响
3.2.5 电极转速的影响
3.3 本章小结
第4章 重金属存在下金氰化溶解阳极过程动力学
4.1 重金属种类的影响
4.2 重金属离子浓度的影响
4.2.1 铅、铋、铊离子浓度的影响
4.2.2 汞离子浓度的影响
4.2.3 银离子浓度的影响
4.3 重金属存在下金阳极溶解的动力学特性
4.3.1 重金属强化下氰化物的影响
4.3.2 重金属强化下pH值的影响
4.3.3 重金属强化下温度的影响
4.3.4 重金属强化下的电极转速的影响
4.4 本章小结
第5章 重金属及过氧化氢对金溶解阴极过程的强化
5.1 重金属存在时氧阴极还原的动力学特性
5.1.1 重金属对氧阴极还原过程的强化作用
5.1.2 重金属浓度对氧阴极还原的影响
5.1.3 重金属存在时电极转速对氧阴极还原的影响
5.2 过氧化氢助浸剂强化下的阴极极化特性
5.3 本章小结
第6章 协同强化浸金的混合电位模型
6.1 混合电位模型的建立
6.1.1 混合电位模型的构成
6.1.2 独立电极反应的相互影响关系
6.1.3 电极过程强化时电化学溶解反应的动力学行为
6.2 无强化剂时金溶解的混合电位模型
6.2.1 无强化剂时不同pH条件下的混合电位模型
6.2.2 无强化剂时不同氰化物浓度下的混合电位模型
6.2.3 无强化剂时不同温度下的混合电位模型
6.2.4 无强化剂时不同电极转速下的混合电位模型
6.3 协同强化金溶解的混合电位模型
6.3.1 氧化剂强化金溶解的混合电位模型
6.3.2 重金属强化金溶解的混合电位模型
6.3.3 协同强化金溶解的混合电位模型
6.4 本章小结
第7章 协同强化含金矿石浸金的技术研究
7.1 试验原料
7.2 三种含金矿石的浸出特性
7.3 难浸硫化物金精矿的协同强化浸金
7.3.1 重金属离子强化浸出研究
7.3.2 过氧化氢助浸
7.3.3 重金属离子和过氧化氢协同强化浸金
7.3.4 两段浸出协同强化浸金的研究
7.4 易浸硫化物金精矿的协同强化浸金
7.4.1 过氧化氢助浸研究
7.4.2 重金属与过氧化氢协同强化浸金
7.5 低品位氧化物金矿的协同强化浸盒研究
7.5.1 过氧化氢助浸
7.5.2 重金属与过氧化氢协同强化浸金
7.6 本章小结
第8章 结语
参考文献
致谢
附录
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雷达卡
发表于 2013-8-5 06:59
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发表于 2013-8-5 08:34
