高级氧化强化湿法冶金过程污染控制及金属浸出研究

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近年来,湿法冶金逐渐代替传统火法冶金,成为极具发展前景的绿色冶金技术。金属矿物先经过开采、粉碎和选矿等处理后,进入湿法冶金阶段,而选矿阶段所用的浮选药剂常残留在矿物物料中,导致金属浸出率低,浸出速率慢,有机污染高。因此,在金属溶出过程同步除去有机物是湿法冶金绿色化、高效化研究的一个重要内容。黄药是金属硫化矿浮选的典型捕收剂,与硫化矿结合紧密,残留量大,常规加压氧化湿法浸出过程难以彻底清除。湿式氧化在水处理领域主要用于高浓度有机废水处理,氧化作用强,操作条件与加压浸出工艺近似。因此,本文针对金属硫化矿残留的典型浮选药剂(烷基黄药)的降解难题,研究其在湿式氧化过程中的降解路径和机理,探究黄铜矿和浮选药剂共存时铜浸出率及药剂去除效果,最终实现强化湿法冶金污染控制和促进金属溶出,主要工作如下:(1)探究了不同温度、搅拌速率、反应时间和初始p H等条件对黄药降解、TOC和COD去除效果的影响;探究了外加氧化剂对湿式氧化降解乙基黄药的影响。结果表明,湿式氧化处理黄药时,可快速分解黄药,但对TOC和COD去除效果较差(仅为54.4%和84.3%),且改变操作条件对结果影响较小。过硫酸盐强化湿式氧化(PWAO)可使烷基黄药的TOC、COD去除率达96%以上,且所需时间短,反应温度更低。(2)探究了湿式氧化降解烷基黄药过程主导活性物种、烷基黄药的湿式氧化降解机理,分析了不同取代烷基对烷基黄药降解效果的影响。结果表明,湿式氧化的主导活性物种为羟基自由基,加入过硫酸盐可显著提高羟基自由基产量。通过密度泛函计算指出烷基黄原酸钾降解第一步羟基加成到碳硫双键的碳原子上,并通过气相-质谱联用分析仪得到验证。通过局部软度预测烷基黄原酸钾反应活性顺序,通过动力学实验测得烷基黄原酸钾降解动力学常数。选取26种描述符进行多元线性回归分析,构建QSAR模型,发现碳硫双键S原子的亲电反应活性s-(1S)和烷基黄原酸钾亲油性系数Clg P是影响烷基黄原酸钾降解的主要影响因素。(3)研究了不同金属硫化物对烷基黄药的吸附和降解效果的影响,以及过硫酸钠强化湿式氧化对黄药降解和黄铜矿浸出的影响。结果表明,Cu S共存体系中乙基黄药迅速分解,而Fe S和Mo S2共存体系中黄药主要以吸附为主,且吸附能力Mo S2>Fe S。在高压浸出黄铜矿适宜反应条件下,加入Na2S2O8可显著促进黄铜矿溶出,提升COD降解率。
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