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在中温菌浸铜的工业生产中,黄铜矿的浸出速度慢、浸出率低是一个不争的事实。很多研究者认为元素硫、黄铁矾类物质导致了浸出过程的严重钝化。但事实上,假设常温酸性条件下这些物质是主要致钝因素,那么它们应该对所有硫化矿都起作用。而中温菌浸出硫化矿中,仅仅只有黄铜矿等少数矿物的浸出率特别低,这说明黄铜矿浸出钝化的主要原因与它的自身分解特征直接相关。本文在系统综述了黄铜矿氧化溶解及其钝化机理的相关文献的基础上,用热力学分析、电化学测试、XPS表面测试和浸出试验等手段,研究和探讨了在常温酸性条件下黄铜矿的分解机制及其主要致钝原因。
电化学研究表明,常温酸性条件下,黄铜矿的阳极氧化分解很微弱,反应分步进行,分解过程中Fe<2+>离子优先溶出,黄铜矿晶格中部分离子被氧化溶解,矿物表面形成了非化学计量的中间钝化产物,它们是导致氧化溶解很难进一步进行的主要原因。对黄铜矿电极的新鲜表面以及恒电位550mV氧化100s后的电极表面进行XPS测试,结果表明,黄铜矿氧化后表面层的各物质含量发生较小的变化,其中Cu减少2.43%,Fe减少4.57%,S增加6.94%,硫元素主要仍以S<2->形式存在,单质元素硫只占表面总硫的27.8%。说明单质硫不是主要致钝物质,推测主要的致钝中间产物为缺铁的非化学计量的硫化物。
加氧化剂和Ag<+>离子的浸出试验表明,浸出过程中都存在钝化现象。强氧化剂H<,2>O<,2>和NaClO或它们与Fe<3+>联用可显著提高铜的浸出率,升高温度也有利于黄铜矿的分解。然而,电位测试结果表明,腐蚀性强氧化剂或高温条件并没有通过提高浸出电位来提高浸出率,它们可能通过破坏钝化层来对浸出起作用。
对黄铜矿电极系统的电化学研究还发现,在较负电位下,黄铜矿可以发生较强烈的阴极还原,其产物很容易被阳极氧化,这可能是常温下黄铜矿一种有效的分解方式。分别采用还原铁粉和Na<,2>SO<,3>作为还原剂进行的黄铜矿的还原一氧化浸出试验支持了这一结论。此结论不但有利于解释氧化气氛下黄铜矿的浸出的钝化原因,而且对探索有效的黄铜矿浸出方法提供理论支持。可以预测,探索分离具有还原-氧化两性的细菌对黄铜矿生物浸出具有很重要的意义。