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碱性谷氨酸钠体系处理低品位氧化铜矿的研究

作　者: 刘珍珍
导　师: 杨天足
学　校: 中南大学
专　业: 材料冶金
关键词: 低品位氧化铜矿谷氨酸钠热力学浸出螯合树脂
分类号: TF803.21
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

本文针对我国氧化铜矿资源的现状,提出了碱性谷氨酸钠体系浸出的新方法,为冶金工作者提供了新思路。以谷氨酸钠作为浸出剂浸出碱式碳酸铜,根据配位化学理论,研究了体系中Cu(Ⅱ)的配合平衡热力学,并绘制了谷氨酸钠浓度0-3mol/L和pH 5-14内的热力学平衡图,研究了谷氨酸钠浓度、pH和游离碳酸根离子浓度对浸出碱式碳酸铜的影响,并对热力学计算结果进行了实验验证。结果表明,铜离子浓度理论计算值与实验值之间相对误差的绝对平均值为5.32%,从理论上用谷氨酸钠浸出低品位氧化铜矿是可行的。对汤丹低品位氧化铜矿进行实验,证明了碱性谷氨酸钠体系处理低品位高碱性脉石型氧化铜矿完全可行。确定实验最佳条件：浸出剂谷氨酸钠浓度2mol/L、浸出液pH为9、温度为80℃、反应时间6 h、液固比6：1,最佳浸出率为58.33%。浸出后液铜离子浓度为0.955g/L。用循环浸出的方法提高浸出后液中铜离子的浓度,循环浸出10次之后浸出后液的浓度也只能达到5.63 g/L。为了提高浸出后液中铜离子的浓度,考察了D850螯合树脂对Cu2+的吸附性能,进行了吸附动力学和热力学研究。由不同温度时D850吸附交换铜离子的热力学函数△G、△H和△S计算结果可知,铜离子在D850树脂上的吸附过程是自发过程(△G<0),伴随吸热(△H＞0),熵变为正值(△S＞0)。由此从理论上证明了该过程是吸热过程,以化学吸附为主,并且较好的符合Langmnir等温吸附方程,表明自由能的减小和熵值的增大是D850树脂吸附铜离子的推动力。对动力学数据进行拟合,表明吸附交换过程为液膜扩散和颗粒扩散共同控制。随着溶液pH的升高,螯合树脂的Cu2+吸附量呈下降趋势。在pH为9的溶液中,当吸附剂浓度为14.45 mmol/L时,树脂的静态吸附量为0.35 mmol/g。动态解析实验研究表明,2 mol/L的稀硫酸是螯合树脂D850良好的解析剂,铜解析高峰液浓度达25 g/L左右。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-9
第一章文献综述  9-26
  1.1 铜的性质及资源  9-13
    1.1.1 铜及其化合物的性质和用途  9-10
    1.1.2 铜资源  10-13
  1.2 铜的冶炼方法  13-19
    1.2.1 火法炼铜  13-16
    1.2.2 湿法炼铜  16-19
  1.3 氧化铜矿的处理现状  19-22
    1.3.1 氧化铜矿的可选性  19-20
    1.3.2 氧化铜矿的处理方法  20-22
  1.4 离子交换技术在湿法冶金中的应用  22-23
    1.4.1 离子交换树脂的类型与分类  22
    1.4.2 离子交换在湿法冶金中应用现状  22-23
    1.4.3 螯合树脂吸附铜离子研究现状  23
  1.5 谷氨酸钠的性质和用途  23-24
    1.5.1 谷氨酸钠的物理性质  23
    1.5.2 谷氨酸钠的化学性质  23
    1.5.3 谷氨酸钠的用途  23-24
  1.6 本课题的提出背景和意义  24-26
    1.6.1 本课题的提出背景  24-25
    1.6.2 本课题的研究内容  25-26
第二章实验  26-31
  2.1 原料、试剂与仪器  26-28
    2.1.1 原料与试剂  26-27
    2.1.2 实验仪器  27-28
  2.2 实验方法  28-30
    2.2.1 浸出过程实验  28
    2.2.2 树脂预处理实验  28-29
    2.2.3 静态吸附实验  29
    2.2.4 动态解析实验  29-30
  2.3 分析与检测方法  30-31
    2.3.1 化学滴定分析  30
    2.3.2 原子吸收分析  30-31
第三章 Cu(Ⅱ)-Glu~(2-)-CO_3~(2-)-H_2O热力学平衡分析  31-39
  3.1 前言  31
  3.2 热力学分析数据及计算模型  31-33
    3.2.1 体系中存在的物种及化学反应平衡  31-32
    3.2.2 体系中物种的热力学数据  32-33
    3.2.3 热力学计算模型  33
  3.3 结果与讨论  33-36
    3.3.1 谷氨酸浓度和pH对总铜浓度的影响  33-34
    3.3.2 pH=9时体系中各铜物种的分布  34-35
    3.3.3 体系中谷氨酸浓度和pH对碳酸根各种配离子浓度的影响  35-36
  3.4 实验验证  36-38
    3.4.1 时间条件实验  36-37
    3.4.2 理论值与实验值的验证  37-38
  3.5 本章小结  38-39
第四章碱性谷氨酸钠体系浸出氧化铜矿的工艺研究  39-47
  4.1 前言  39
  4.2 各种因素对低品位氧化铜矿铜浸出率的影响  39-43
    4.2.1 谷氨酸钠浓度对铜浸出率的影响  39-40
    4.2.2 pH对铜浸出率的影响  40-41
    4.2.3 时间对铜浸出率的影响  41
    4.2.4 温度对铜浸出率的影响  41-42
    4.2.5 液固比对铜浸出率的影响  42-43
  4.3 循环搅拌浸出实验  43-44
  4.4 提高浸出后液中铜的浓度的各种方法的探索  44-45
    4.4.1 三正辛胺萃取  44-45
    4.4.2 加热乙醇分离  45
    4.4.3 离子交换树脂吸附  45
  4.5 本章小结  45-47
第五章螯合树脂D850对Cu~(2+)的吸附研究  47-60
  5.1 前言  47-48
    5.1.1 D850树脂简介  47-48
  5.2 静态交换吸附的基本理论  48-50
    5.2.1 平衡吸附等温线及平衡关系表达式  48-49
    5.2.2 离子交换动力学  49-50
  5.3 实验与计算方法  50-51
    5.3.1 静态吸附平衡实验  50
    5.3.2 吸附动力学实验  50
    5.3.3 pH值对吸附的影响  50-51
    5.3.4 解析实验方法  51
  5.4 实验结果与讨论  51-59
    5.4.1 D850树脂的等温吸附行为  51-52
    5.4.2 吸附过程热力学分析  52-54
    5.4.3 吸附过程动力学分析  54-58
    5.4.4 pH对Cu~(2+)吸附的影响  58
    5.4.5 D850树脂动态解析实验  58-59
  5.5 本章小结  59-60
第六章结论与建议  60-62
  6.1 结论  60-61
  6.2 建议  61-62
参考文献  62-67
致谢  67-68
攻读学位期间主要的研究成果  68

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