浸出的理论基础---浸出过程的热力学（一）

    一、浸出的理论基础
   （一）概 述
    浸出是溶剂选择性地溶解矿物原料中某组分的工艺过程，其目的是使有用组分与杂质组分或脉石组分相分离。用于浸出的试剂称为浸出剂，浸出所得溶液称为浸出液，浸出后的残渣称为浸出渣。进入浸出作业的矿物原料一般为目前技术条件下用物理选矿法或传统冶炼法无法处理或处理不经济的难选矿物原料，如难选原矿，物理选矿的难选中矿、难选混合精矿、难选粗精矿、尾矿、贫矿和表外矿等。根据原料特性，可预先进行焙烧而后浸出或直接进行浸出。因此，浸出是化学选矿过程中的常用作业。
    实践中常用目的组分的浸出率、浸出过程的选择性和试剂耗量等指标来衡量浸出过程的效率。某组分的浸出率是浸出时该组分转入溶液中的量与其在原料中的总量之比，即：

    式中  ε_浸———某组分的浸出率,%；
          Q———被浸原料的干重,t;
          a———被浸物料中某组分的含量,%;
          V———浸出液体积,m³;
          c———浸出液中该组分的浓度,t/m³;
          m———浸渣的干重,t;
          θ———浸渣中该组分的含量,%。
    浸出过程的选择性s是浸出时两种组分的浸出率之比：

    目前，浸出方法较多，依所用试剂可分为水溶剂浸出和非水溶剂浸出。依物料运动方式可分为搅拌浸出和渗滤浸出。搅拌浸出是将磨细的物料与浸出剂在搅拌槽中进行强烈搅拌时的浸出过程。渗滤浸出是浸出剂在重力作用下自上而下或在压力作用下自下而上通过固定物料层的浸出过程。依浸出方式又可分为就地渗滤浸出(地下渗浸)、渗滤堆浸和渗滤槽浸三种。依浸出温度和压力可分为常压浸出和热压浸出。
    浸出剂的选择主要取决于原料特性和经济因素，其原则是热力学上可行、浸出率高，浸出速度快，选择性好，价廉易得。[next]
   （二）浸出过程的热力学
    浸出过程是水溶液中的多相化学反应过程。依浸出时化学反应的实质可将其分为氧化-还原反应和非氧化-还原反应两大类，每一大类又可分为有氢离子参加和无氢离子参加两个亚类。如Fe-H₂O系的ε—pH图如图1所示，图中每一直线代表一平衡条件，直线的交点表示各相关平衡式的电位和pH值相等，图中的面表示各组分的稳定区。

    在ε—pH图中还绘制了表示水的稳定性的a(O₂线)和b线(H₂线).水的稳定上限析出氧气，反应式为：
                O₂+4H⁺+4e=2H₂O
         o2/H₂O=1.229-0.0591Ph+0.01481gP_o2
               =1.229-0.0591pH          (当P_o2=101325Pa)
    水的稳定下限析出氢气，其反应式为：
                  2H⁺2e=H₂
          ε_H+/H2=-0.0591pH-0.0295lgp_H2
                 =-0.0591pH            (当P_H2=101325Pa时)
    当反应温度不等于298K、平衡时各组分的活度不为1而为其他数值时，应按所给条件进行计算，用计算值作图。因此，每一具体的ε—pH图仅适用于某一反应温度和特定的组分活度条件。
    若水溶液中含有目的组分的络合剂时，络合物的生成将改变金属离子的氧化还原性。设Mn+与络合体L(可带电或不带电，此处设不带电)的络合反应为：
                Mn+ZL=MLn+z
    则金属络合物与金属电对的标准电位为：

    同理，不同价态的同一金属离子形成络合物的反应为：
                 ^_Mm++(m-n)e===Mⁿ⁺               (m＞n)
    设最高配位数络合物分别为ML^m+_p和MLⁿ⁺_p,其间的电化反应为：
                 ML^m+_p+(m-n)e===MLⁿ⁺-p

    式中  K_m、K_n———高价离子和低价离子的络合常数.
    从上可知，金属离子与络合体生成的络合物愈稳定，其电对的标准电位值愈小，即相应的金属愈易被氧化而呈络离子形态转入溶液中。同理，若同一金属的高价络离子较低价络离子稳定，则其低价离子愈易被氧化而呈高价络离子形态存在。生产实践中常利用此原理浸出某些较难氧化的目的组分(如氰化物溶金等).多数情况下，高价金属络离子较低价金属络离子稳定，但也有例外，如Fe³⁺和Fe²⁺与bpy(联吡啶)或phea(邻二氮菲)形成的络合物属此。