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活性炭加酸浸液從尾礦中回收鋅和銅

　　尾礦是通過分離過程(破碎、研磨或浮選)和其他物理化學(xué)技術(shù)處理礦物后留下的泥漿，使用活性炭回收目的是從價(jià)值較低的巖石中提取有價(jià)值的礦物。在世界范圍內(nèi)，尾礦的生產(chǎn)速度為每年5至140億噸。礦山尾礦儲存也是一個(gè)重要的環(huán)境問題，尾礦粉塵的產(chǎn)生和擴(kuò)散會污染空氣和周圍的土壤。此外，這些廢物中存在的金屬和可溶性鹽會污染地下水和地表水。目前工作的主要目的是研究兩種活性炭材料，從低品位尾礦廢物中浸出鋅和銅的用途，為了優(yōu)化浸出條件，還研究了不同酸浸液濃度的影響。

　　鋅和銅的浸出方法

　　在攪拌恒溫槽進(jìn)行浸出試驗(yàn)，在浸出過程中控制溫度條件和攪拌速度。浸出實(shí)驗(yàn)在硼硅酸鹽玻璃罐中進(jìn)行，每小時(shí)對浸出系統(tǒng)充氣以在溶液中提供氧氣。所用浸出劑溶液由不同濃度的H2SO4制備：1M、0.5M和0.25M。在一系列實(shí)驗(yàn)中，浸出劑由1M、0.5M和0.25M的H2SO4制備和1%H2O2。所用硫酸的純度為95-98%，在每個(gè)罐中稱量約2.5g活性炭樣品，并加入50mL浸出劑。在不同的反應(yīng)時(shí)間(2、4和6小時(shí))，提取上清液的每個(gè)活性炭樣品1mL。取樣如下進(jìn)行：首先，停止攪拌以讓樣品靜置并有利于其傾析。在這段短時(shí)間后，除去1mL上清液，然后過濾并轉(zhuǎn)移到25mL量瓶中，并用蒸餾水定容。使用原子吸收分光光度計(jì)測定浸出和洗滌溶液中鋅和銅的濃度。

　　活性炭加H2SO4浸出液中鋅和銅的萃取率

　　圖1a顯示了2、4和6小時(shí)后從尾礦樣品中提取的總鋅。三種硫酸濃度(1M、0.5M和0.25M)用作浸出溶液。圖1a顯示，根據(jù)本工作中使用的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，浸出2小時(shí)后，從尾礦中提取的Zn量在8至28%重量之間變化。在浸出4小時(shí)后，鋅的提取量顯著增加至20至55%重量之間的值。從4到6小時(shí)，鋅的提取量顯著增加。在所有情況下，浸出6小時(shí)后，有可能回收超過70%(重量)的鋅。使用H2SO4-0.25M作為浸出劑，添加和不添加活性炭并使用H2SO4實(shí)現(xiàn)了較高的Zn提取在活性炭存在下為0.5M或0.1M。添加活性炭或木質(zhì)活性炭會影響鋅的浸出。使用高濃度的H2SO4濃度(1M或0.5M)，活性炭的添加顯著增加了Zn的提取量。然而，將木質(zhì)活性炭添加到0.25M硫酸浸出液中會降低Zn的回收量。圖1b顯示了在不同時(shí)間從尾礦樣品中提取的總銅。木質(zhì)活性炭的添加顯著增加了高濃度硫酸(1M)浸出溶液中銅的提取率，從41%增加到61%。

　　圖1：活性炭在4小時(shí)和6小時(shí)后鋅(a)和銅(b)的提取程度。

　　浸出實(shí)驗(yàn)中的pH演變

　　在H2SO4-1M中用活性炭和木質(zhì)活性炭處理的對照尾礦在圖2提供，(3a)中的pH變化，H2SO4-0.5M(3b)和H2SO4-0.25M(3c)浸出溶液。關(guān)于浸出實(shí)驗(yàn)期間的pH演變，盡管活性炭顯示堿性pH，但在不存在或存在活性炭的情況下觀察到小的差異。選擇硫酸作為浸出液是因?yàn)樗梢杂行У剡x擇性溶解Zn化合物而不是Pb和Ca。相反，樣品中的氧化鉛和碳酸鹽會溶解在硫酸溶液中，然后以硫酸鉛的形式沉淀。然而，當(dāng)在浸出液中加入活性炭時(shí)，氧化還原電位的下降幅度高于加入木質(zhì)活性炭后。這一事實(shí)可能與碳基材料與系統(tǒng)中存在的氧化劑種類和礦物質(zhì)之間的不同相互作用有關(guān)。事實(shí)上，觀察到在木質(zhì)活性炭催化的黃銅礦浸出過程中氧化還原電位降低，并將這種影響歸因于礦物和木質(zhì)活性炭在酸性介質(zhì)中的電偶相互作用。

　　圖2：H2SO4-1M樣品中的pH變化(3a)，H2SO4-0.5M(3b)和H2SO4-0.25M(3c)。

　　在目前的試驗(yàn)中得到的主要結(jié)論，用H2SO4溶液浸出6小時(shí)后，可以從選定的尾礦中回收超過95%(重量)的鋅。添加活性炭和木質(zhì)活性炭增加了濃硫酸溶液(0.5和1M)對鋅和銅的提取。盡管活性炭和木質(zhì)活性炭之間的孔隙率和氧化還原電位值存在差異，但它們作為催化劑在鋅和銅浸出中的作用是相似的。后續(xù)也可以針對性優(yōu)化活性炭的性能及其對尾礦中其他金屬回收的影響。在對于活性炭材料的潛在工業(yè)應(yīng)用，有必要優(yōu)化其從浸出液中的回收率和浸出實(shí)驗(yàn)后的再利用。