硫化矿湿法浸出机理概述

硫化矿湿法浸出机理研究

摘要：本文主要针对硫化矿，根据其具有还原性的特点，需采用酸和氧化剂进行浸出。由于不同的浸出剂，其反应过程也不相同，分别以不同的化学反应方程式的形式阐述了硫化矿在不同浸出体系的反应机理，同时考察了硫元素在每一个浸出体系反应过程中的存在形态及反应体系中的酸碱度变化，为生产过程出现的现象提供理论依据。

关键字：硫化矿，浸出，反应机理，氧化

1、前言

矿床基本可以分为两大类：氧化矿和硫化矿。氧化矿常采用火法处理，加入碳作为还原剂，将有价金属转换为单质，再经过精炼产出产品。也可以直接以氧化矿为原料用酸浸出，存在矿物处理量大，耗酸高等缺点，且浸出液中有价金属含量较低，一般小于5g/l，杂质含量多且高，后续回收困难。目前较为成熟的回收方法为选择一种特效萃取剂，可得到较为纯净的反萃液，为后续处理创造良好的条件；硫化矿的处理方法分为三部分：选矿、火法冶炼和湿法精炼。选矿可以将脉石与有用矿物分离，提高矿物中有价金属含量，火法精炼可进一步分离钙、镁、硫等其他杂质元素，得到有用矿物成分很高的精矿，精矿有两种出来方法，一种为铸成阳极板进行电解精炼，产出纯度很高的金属板，另外一种为用酸浸出精矿，浸出液净化后电积产出金属板。本文主要针对硫化精矿，探讨其湿法浸出处理过程中的化学反应机理。

2、物料特性

硫化矿主要为硫化物与合金的混合物，还含有少量的氧化物及硅、钙、镁等杂质元素。通常使用酸作为浸出剂，也可在酸浸的过程中加入氧化剂共同浸出。不同金属的硫化物需要的浸出条件不同，其与酸和氧化剂的反应机理各不相同。同时可控制不同的反应条件抑制或加速某种反应的进行，实现选择性浸出的目的。

3、浸出机理

使用的浸出剂不同，其浸出机理也各不相同。根据浸出剂的种类可以分为三大类：硫酸氧气浸出体系、盐酸氯气浸出体系和硝酸浸出体系。在不同体系浸出过程中需加入一种合适的氧化剂才能使浸出过程顺利进行。

3.1硫酸氧气浸出体系

硫酸体系浸出一般分为两个过程：常压预浸和加压浸出，以空气或氧气作为氧化剂协助浸出。在浸出过程中易有硫化氢气体冒出，需严格控制浸出条件，通过保证溶液中的铜离子浓度来抑制硫化氢的冒出。

其反应机理为：

常压预浸

Me+H2SO4=H2+MeSO4（1）

Me+CuSO4=Cu+MeSO4（2）

2Me+O2+2H2SO4=2MeSO4+2H2O （3）

MeS+H2SO4=H2S+MeSO4 （4）

H2S+CuSO4=CuS+H2SO4（5）Me—代表金属元素，如Ni、Cu、Fe、Co等

常压预浸的目的是浸出硫化矿中较为活泼的成分，如合金相及少量的硫化物，减轻加压浸出负担，同时活泼成分与酸反应易产出氢气和硫化氢，不仅埋下安全隐患，还会对加压釜造成腐蚀。由反应（3）可知，常压预浸是酸与氧化剂同时消耗的过程。

加压浸出

MeS+2O2= MeSO4（6）

MeS+CuSO4= CuS+MeSO4（7）加压浸出过程温度高、压力大，浸出过程得到强化，硫化矿中较为稳定的成分开始反应。稳定成分中除了硫化物，还有一定量的合金相。由反应方程式（6）可以看出，硫化物的反应不消耗酸、需要大量的氧气，但是需在酸性条件下进行。由于其中含有一定量的合金相，会消耗酸，因此通过检测终点酸度，考察其酸用量。

在硫酸体现浸出过程中，硫的存在状态有三种：硫化物、硫化氢和硫酸根，几乎不出现单质硫形态。合金相的反应是一个耗酸反应的过程，当没有氧化剂或氧化剂不足时，硫化物与酸反应放出硫化氢，是耗酸反应，只有当氧化剂充足或铜离子浓度高，可以抑制硫氢的产生，硫化物反应才不耗酸。

3.2盐酸氯气浸出体系

针对硫化物的浸出反应，必须有氧化剂的参与。单纯的采用盐酸浸出硫化矿，只能浸出其中的合金相，且浸出率很低。最常见的氯化体系浸出为氯气盐酸浸出，也有盐酸氧气浸出的报道，主要对氯气盐酸浸出机理进行探讨。

其反应机理为：

Me+2HCl=H2+MeCl2（8）

Me+Cl2=MeCl2（9）

MeS+2HCl=H2S+MeCl2（10）

MeS+Cl2=MeCl2+S （11）由于氯气的氧化性很强，主要进行的是反应方程式（9）和（11），即使生产氢气和硫化氢也会和氯气进行二次反应。由反应方程式可看出，氯气浸出合金相与硫化相时不消耗酸，酸只是为反应创造一个酸性的环境，使反应快速进行。硫化物中的硫大部分以单质硫的形态存在。

4硫化矿中硫元素的行为

硫化物中金属的价态在浸出前后不发生变化，只有硫的价态会发生变化，其反应的本质是S2-与氧化剂或酸发生反应。氧化剂不同，其反应过程也不同。以最常见的氧化剂氧气、氯气和硝酸为例，考察硫元素发生的变化，及其引发溶液酸碱度的变化。

以氧气作为氧化剂硫的行为：

2S2-+O2+2H2O=4OH-+2S （19）

2S+3O2+2H2O=2H2SO4 （20）

S2-+2O2=SO42-（21）由反应方程式可以看出，S2-变成单质硫会释放2个OH-，单质硫变成硫酸根会产生2个H+，从S2-直接变成SO42-不会引起溶液酸碱度的变化。S2-与氧气反应很少产生单质硫，因此硫化矿中只有合金相消耗酸，而硫化相不消耗酸。

以氯气作为氧化剂硫的行为：

S2-+Cl2=2Cl-+S （22）

S+3Cl2+4H2O=SO42-+6Cl-+8H+ （23）

S2-+4Cl2=SO42-+8Cl-+8H+ （24）由反应方程式可以看出，S2-变成单质硫会不会引起溶液酸碱度的变化，但单质硫被氧化成硫酸根会释放8个氢离子，一般氯气浸出硫化物时，硫的氧化率不足2%，主要进行的是反应方程式（22），氯气浸出耗酸很少。

5结论

（1）不同氧化剂与硫化物反应的产物不同，以氧气作为氧化剂其产物为硫酸根，以氯气作为氧化剂，其产物为单质硫；

（2）根据反应机理不同，耗酸量各不相同。在硫酸氧气浸出体系中合金相耗酸，硫化相不耗酸，在盐酸氯气浸出体系中合金相与硫化相都不耗酸；

（3）在浸出过程中，需控制硫化氢气体的逸出，一方面硫化氢会恶化操作环境，另一方面硫化氢逸