高稳定性碱性硫脲体系清洁浸金的理论基础研究

【摘要】：自1941年首次报道硫脲溶金以来，由于其清洁、高效等特点，成为浸金领域中倍受关注的热点，世界各国对硫脲浸金的理论及工艺开展了广泛的研究，但仅局限于酸性介质。酸性硫脲法存在溶金过程中硫脲过多消耗、酸性溶液引起设备严重腐蚀、伴生金属大量溶解致使溶液再生和净化工序复杂等一系列问题，这都是传统酸性硫脲法没能得到广泛工业应用的重要原因。为克服酸性硫脲浸金过程存在的缺点，人们试图采用碱性硫脲溶液浸金。然而，硫脲在碱性介质中不稳定，因此解决碱性介质中硫脲的稳定性便成了碱性硫脲法浸金得以工业应用的首要问题。本课题在国家自然科学基金的资助下，对碱性硫脲的稳定性及其清洁提金的相关理论基础进行了比较系统的创新性研究，得出如下主要结论。 依据分子力学理论，采用HYPERCHEM 6.0化学计算软件，结合红外光谱等现代测试技术，研究了硫脲分子的结构稳定性，建立了已发现稳定剂亚硫酸钠的结构与碱性硫脲稳定性之间的“构效关系”。水溶液中硫脲易产生同分异构体而存在碳氮双键。酸性介质中，硫脲分子易与氢形成硫氢键，降低了硫原子的最高占据分子轨道(HOMO)能量，使其较为稳定；而在碱性介质中，硫脲分子不易形成硫氢键，硫原子的HOMO值明显高于酸性介质中相应值，硫脲则不稳定。亚硫酸根的加入，通过氢键与碱性硫脲分子粘接，形成稳定的环状结构，降低了硫脲分子中硫原子的HOMO值，增加了硫脲的稳定性。由此推断，碱性硫脲的高效稳定剂从分子力场的角度必须能降低硫原子的HOMO的能量，即要满足两个条件：其一，在碱性介质中易与硫脲分子形成硫氢键；其二，与硫脲分子形成稳定的环状结构。 在“构效关系”理论的指导下，分析与Na_2SO_3结构类似的物质Na_2SeO_3、Na_2SiO_3作为稳定剂的微观结构，借助电化学测试技术，优选比Na_2SO_3更高效的稳定剂，并考察了稳定剂对碱性介质中硫脲稳定性(分解率)的影响，系统研究了稳定剂对碱性硫脲浸金的促进作用。稳定剂Na_2SO_3和Na_2SiO_3大大降低了碱性硫脲的分解率，随稳定剂浓度的增大，硫脲分解率逐渐降低，而且Na_2SiO_3对碱性硫脲的稳定效果明显优于Na_2SO_3，而Na_2SO_3在所研究的电势范围内发生了氧化反应，作为稳定剂会造成其本身的过多消耗。当Na_2SiO_3浓度为 【关键词】：碱性硫脲 稳定剂 清洁浸金 构效关系 金矿适应性 电化学行为 溶解机理 浸金选择性
【学位授予单位】：中南大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2006
【分类号】：TF831
【目录】：

• 摘要3-6
• ABSTRACT6-15
• 第一章 文献综述15-41
• 1.1 引言15-17
• 1.2 酸性硫脲浸金研究进展17-25
• 1.2.1 酸性硫脲浸金机理17-20
• 1.2.2 工艺条件与影响因素20-24
• 1.2.3 浸金氧化剂24
• 1.2.4 酸性硫脲浸金的不足24-25
• 1.3 碱性硫脲浸金研究进展25-27
• 1.3.1 工艺条件与影响因素25-26
• 1.3.2 温和氧化剂26-27
• 1.3.3 稳定剂27
• 1.4 硫脲浸金液中金的回收27-29
• 1.5 硫脲浸金过程基础理论研究进展29-38
• 1.5.1 硫脲浸金过程热力学29-36
• 1.5.2 硫脲浸金过程动力学36-37
• 1.5.3 硫脲浸金过程电化学37-38
• 1.6 本课题的研究思路及内容38-41
• 第二章 亚硫酸钠对碱性硫脲起稳定作用的构效关系研究41-52
• 2.1 引言41-42
• 2.2 硫脲分子的结构42-45
• 2.3 硫脲分子的化学稳定性45-46
• 2.4 硫脲的分解反应46-48
• 2.5 硫脲分子的结构稳定性48-50
• 2.6 亚硫酸钠促进碱性硫脲稳定性的构效关系50
• 2.7 本章小结50-52
• 第三章 碱性硫脲浸金高效稳定剂的优选与研究52-65
• 3.1 引言52
• 3.2 稳定剂选择的理论分析52-53
• 3.3 实验研究方法53-54
• 3.4 稳定剂对碱性硫脲稳定性的影响54-56
• 3.4.1 稳定剂对碱性硫脲开路电势的影响54-55
• 3.4.2 稳定剂对碱性硫脲分解率的影响55-56
• 3.5 稳定剂对碱性硫脲溶金的影响56-59
• 3.5.1 稳定剂Na_2SO_3和Na_2SiO_3在碱性溶液中的阳极行为56
• 3.5.2 稳定剂对金在碱性硫脲中阳极溶解的影响56-57
• 3.5.3 稳定剂Na_2SO_3和Na_2SiO_3对碱性硫脲溶金的影响57-59
• 3.5.4 稳定剂Na_2SO_3和Na_2SiO_3对碱性硫脲溶金的促进作用59
• 3.6 Na_2SiO_3浓度对碱性硫脲浸金的影响59-63
• 3.7 本章小结63-65
• 第四章 高稳定性碱性硫脲溶液选择性溶金及机理研究65-84
• 4.1 引言65
• 4.2 实验研究方法65
• 4.3 热力学分析65-69
• 4.4 金及其伴生金属在不同配合剂体系中的电化学行为69-73
• 4.4.1 Au，Ag，Cu，Ni和Fe在不同配合剂溶液中的电化学行为69-72
• 4.4.2 金在不同配合剂溶液中的阳极极化行为72-73
• 4.5 含稳定剂的碱性硫脲溶液溶金的选择性73-74
• 4.5.1 含Na_2SiO_3的碱性硫脲溶液溶金的选择性73
• 4.5.2 含Na_2SiO_3和Na_2SO_3的碱性硫脲溶液溶金的选择性73-74
• 4.6 碱性硫脲体系选择性浸金的配位理论剖析74-82
• 4.6.1 硫脲分子的微观结构74-77
• 4.6.2 碱性硫脲体系中金属离子稳定存在的价态77-78
• 4.6.3 碱性硫脲体系中各金属硫脲配合离子的结构78-80
• 4.6.4 碱性硫脲体系浸金选择性的理论剖析80-82
• 4.7 本章小结82-84
• 第五章 碱性硫脲体系浸取金矿的适应性及动力学研究84-114
• 5.1 引言84
• 5.2 各种金矿物的化学组成84-86
• 5.3 实验研究方法86-87
• 5.4 金精矿或焙砂浸出前后主要物相变化87-91
• 5.5 浸出过程中体系pH值的变化91-93
• 5.6 碱性硫脲浸金效果研究93-96
• 5.6.1 碱性硫脲体系浸金的选择性93-94
• 5.6.2 各种矿物在不同浸出体系中的浸金率94-96
• 5.7 六种矿物浸出前后表面形貌的变化96-103
• 5.8 碱性硫脲浸金动力学研究103-108
• 5.8.1 金矿物浸出前后粒径分布及比表面积的变化103-107
• 5.8.2 金矿物在碱性硫脲溶液中浸出液/固反应模型的确定107-108
• 5.9 碱性硫脲浸金体系温和氧化剂的选择108-110
• 5.10 外场强化对碱性硫脲浸金率的影响110-111
• 5.11 浸出液中金的回收及硫脲的循环利用111-112
• 5.12 本章小结112-114
• 第六章 碱性硫脲溶液中金溶解的电化学行为研究114-135
• 6.1 引言114
• 6.2 实验研究方法114-115
• 6.3 硫脲氧化分解的电化学行为研究115-121
• 6.3.1 碱性溶液中硫脲的分解电势115-116
• 6.3.2 硫脲分解与浓度的关系116-118
• 6.3.3 扫描速度对硫脲在碱性溶液中分解的影响118-120
• 6.3.4 pH值对硫脲在碱性溶液中分解的影响120-121
• 6.4 金在碱性硫脲溶液中溶解的电化学行为121-132
• 6.4.1 金在不同浓度碱性硫脲溶液中的开路电势121-122
• 6.4.2 金在碱性硫脲溶液中各氧化峰对应反应的确定122-125
• 6.4.3 金阳极溶解与硫脲浓度的关系125-126
• 6.4.4 pH值对金在碱性硫脲溶液中溶解的影响126-128
• 6.4.5 温度对金在碱性硫脲溶液中溶解的影响128-130
• 6.4.6 扫描速度对金在碱性硫脲溶液中溶解的影响130-132
• 6.5 金在碱性硫脲溶液中溶解的计时电势研究132-134
• 6.6 本章小结134-135
• 第七章 金在碱性硫脲溶液的溶解机理研究135-150
• 7.1 引言135-136
• 7.2 实验研究方法136
• 7.3 总电极反应的确定136
• 7.4 电极反应机理的确定136-143
• 7.4.1 控制步骤性质的确定136-138
• 7.4.2 反应前硫脲在金电极表面吸附的确定138-140
• 7.4.3 前置反应存在的判断140-141
• 7.4.4 电活性物质吸附的确定141-142
• 7.4.5 电极反应机理的确定142-143
• 7.5 电极反应动力学参数的测定143-146
• 7.5.1 表观传递系数的测定143-144
• 7.5.2 扩散系数的测定144
• 7.5.3 电化学反应级数的测定144-146
• 7.6 电极反应动力学方程的理论推导146-147
• 7.7 电极反应机理的表观传递系数论证147-148
• 7.8 本章小结148-150
• 第八章 结论与建议150-158
• 8.1 结论150-154
• 8.2 建议154-158
• 参考文献158-177
• 攻读博士学位期间主要研究成果目录177-178
• 致谢178

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