活性炭国家专精特新“小巨人”企业活性炭产学研合作

　　活性炭浸出硫化铜中的金属

　　黄铜矿是铜含量较高的资源，约占世界已知储量的70-80%。然而，与其他硫化铜一样，黄铜矿通常存在于铜品位约为0.4-0.5%的矿床中。使用传统的浮选方法开采这些储量，然后对铜精矿进行火法冶金处理，但是经济可行性不太好。湿法冶金路线将更适合处理这些低品位硫化矿。然而，黄铜矿在铁/硫酸介质中是难熔的并且显示出缓慢的溶解速率。为此，进行了多项研究以通过添加黄铁矿、铁粉、纳米二氧化硅、煤和活性炭来加速浸出动力学。本工作的主要目的是研究使用一种活性炭作为催化剂从黄铜矿中浸出铜。

　　浸出实验

　　使用带有搅拌的恒温浴用于浸出测试，该测试在90℃和250rpm下在250mL硼硅酸盐玻璃罐中使用H2SO4溶液(在pH值1)浓度为5gL-1的Fe(III)。在浸出过程中控制温度(90℃)和搅拌速度(250rpm)，直到48和96小时。浸出剂溶液的Eh为547mV。硫酸的纯度和硫酸铁(III)分别为97%和99.5%。在每个实验中，在硼硅酸盐玻璃罐中称量2.5g。除对照外，活性炭比为1/0.5和1/0.25。然后，加入50mL浸出剂。使用两个反应时间对每种活性炭混合物进行两次浸出实验：第一次直到48小时，第二次直到96小时。在浸出实验期间，每24小时打开一次罐子，以确保浸出系统有足够的氧合。在反应结束时(48小时和96小时)，将纸浆过滤并用50mL/H2SO4洗涤两次pH2的溶液以回收吸附在活性炭表面上的金属。通过测定浸出和洗涤溶液中的Cu、Zn、As、Co和Sb的含量。

　　金属提取

　　金属对世界社会、经济和工业至关重要。按全球产量计算，铜是继铁和铝之后的第三大金属。它被广泛用于电气、电子和通信应用。图1显示了Cu、Zn、As、Sb和Co的提取率。在铜提取的情况下，48小时后，以1/0.25的比例添加活性炭增加了铜提取量(与对照条件相比)，而以1/0.5的比例添加导致铜提取量略有下降提取的铜。浸出96小时后，活性炭的催化效果更加明显，当活性炭以1/0.25的比例加入时，提取率最高，达到80wt%。铜的提取主要受浸出液的氧化还原电位控制，这与Fe3+/Fe2+密切相关。浓度比，并且在低氧化还原电位值时由于中间物质的形成而增强，然后容易被氧化。当以1/0.25的活性炭质量比添加活性炭催化剂时，Co的浸出率在控制条件下(96小时后为36wt%)进一步降低至26和16wt%(96小时后和1/0.5，分别(见图1e)。

　　图1：元素的总提取量：a)Cu，b)Zn，c)As，d)Sb，d)Co。

　　浸出实验后获得的固体残留物的表征

　　选择在48和96小时浸出后获得的固体样品进行后续表征。由于硫化物硫氧化成元素硫，形成的新物质是硫。需要注意的是，添加活性炭和未添加碳的浸出残渣中的硫含活性炭催化剂从硫化铜中浸出金属量存在很大差异。浸出残渣黄铜矿在96小时的SEM-EDS显微照片显示硫吸附在活性炭的表面(图2)。这种现象可以在活性炭催化的黄铜矿浸出机理中发挥重要作用，抑制其表面硫钝化层的形成，从而提高该过程的动力学。碳材料对元素硫的吸附可以简化从浸出渣中去除硫的过程，从而减少最终矿山废物对环境的影响。

　　图2：浸出96小时后活性炭/黄铜矿残渣的SEM-EDS图像。

　　在浸出残渣中发现的其他矿物种类是黄铜矿、黄铁矿、闪锌矿和石英。氧化还原电位必须足够低才能形成Cu2S，而黄钾铁矾沉淀在非常高的氧化还原电位下更受青睐。通过SEM-EDS对初始活性炭样品(图3a)和浸出残留物(图3b和3c)的分析表明存在黄铜矿、黄铁矿和初始精矿中的小石英颗粒。浸出48小时后(图3b)，固体残留物显示存在黄铜矿，表面因浸出而改变黄铁矿。对活性炭浸出48小时后获得的残留物的分析表明存在黄铁矿、吸附硫的碳，并且一些黄铜矿颗粒发生了很大的变化，表明从黄铜矿中优先浸出Fe而不是Cu。

　　图3：(a)黄铜矿和浸出残留物的EM-EDS图像，(b)活性炭在48小时，(c)活性炭/黄铜矿在48小时，(d)活性炭/黄铜矿在96小时。

　　活性炭浸出硫化铜中的金属，可以得出以下主要结论,在Fe3+/硫酸浸出液中加入生活性炭显着提高了黄铜矿中铜的提取率。在90℃下浸出96小时后，未添加活性炭的铜提取率为60%，而添加比例为1/0.25的活性炭的提取率提高到80%。活性炭减少了硫化铜精矿中砷的浸出，浸出96小时后，无炭砷的提取率为35%，而添加比例分别为1/0.25和1/0.5的活性炭后，砷的提取率降至31%或20%。在黄铜矿和硫化物精矿的浸出中使用活性炭作为催化剂可以促进可持续湿法冶金工艺的发展。

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