矿物化学分选习题答案

1矿物化学分选习题院系：环城院专业：矿物加工工程01班姓名：汪巍学号：0901030121日期：2012.05.1021、在1000℃时，反应MgO＋Cl2→MgCl2＋(1/2)O2的ΔG0=4.200Kcal/mol，若要使反应顺利进行将采用什么方法？请写出反应式和步骤。已知碳氧化为一氧化碳的反应C＋(1/2)O2→CO的ΔG0=－53.630Kcal/mol。答：可采用增加体系中氯气分压或降低体系氧气分压的方法到达使反应正向进行。具体方法是在体系中假如还原剂，如碳。反应原理：MgO＋Cl2→MgCl2＋(1/2)O2△G01=4.2Kcal/mol①C＋(1/2)O2→CO△G02=-53.630Kcal/mol②将①+②可得：反应式：MgO+Cl2+C→MgCl2+CO△G03=△G01+△G02因为：△G0=△G01+△G02=-49.430Kcal/mol0，所以反应可以顺利进行。2、在1200K时，反应Ag2S+H2=2Ag+H2S的平衡常数k=2.52×10-1，反应CaO+H2S=CaS+H2O的平衡常数k=5.08×102，试从热力学上分析如何才能还原得到金属银？石灰在硫化矿还原中有何作用？答：在Ag2S+H2=2Ag+H2S反应中加入CaO，利用其固硫作用降低反应体系中H2S的量，有助于反应正方向进行。Ag2S+H2=2Ag+H2S；K1=2.5×10-1；①CaO+H2S=CaS+H2O；K1=5.8×102②将①+②可得：Ag2S+H2+CaO=2Ag+CaS+H2O；K3=K1×K2=2.5×10-1×5.8×102=1.28×1021所以加入CaO后反应能顺利进行CaO作用：固硫，减少反应体系中H2S的量使得反应得以顺利进行，同时防止H2S进入大气避免环境污染。3、简述氧化焙烧与硫酸化焙烧的基本原理。答：硫化矿物在氧化气氛条件下加热，将全部硫脱除而转变为相应的金属氧化物（的过程，称为氧化焙烧。硫化矿物在氧化气氛条件下加热，将部分硫脱除而转变为相应的硫酸盐的过程，称为硫化焙烧。硫化矿在空气中加热时是进行部分硫酸化焙烧还是醛氧化被烧，完全取决于焙烧条件。一般来说，氧化焙烧时所需要的温度比硫酸化焙烧要高。4、用化学反应式和图示的方法阐述氰化浸出金的原理，说明氧和碱在浸出过程中的作用。答：氰化浸金反应原理：(1)化学式：CN-｜Au+，Fe｜O2液体固体气体阳极反应为：Au+2CN-→Au(CN)2+e阴极反应为：O2+2H2O+2e→H2O2+2OH-因为H2O2极不稳定，所以可以进一步反应为：H2O2+2e+2H+→H2O。（2）图示：如右图（3）氧气的作用：氧在体系中主要起到反应物的作用，与CN-一起将金浸出。其次，影响反应的快慢，一般[CN-]/[O2]=6时，浸出速度最大，但一般在4.69~7.4时浸出3效果最佳。（4）碱的作用:由阳极和阴极反应的ψ~PH图可知,阳极反应的PH=9.4时,ψ最低,阳极和阴极的ψ值差最大。此外ph9.4时，容易发生反应CN-+H+→HCN↑,HCN有剧毒，因此PH要保持在9.4以上，所以OH-在这里起到保持体系中PH值不低于9.4。5、阐述氧化铜矿的酸浸和碱浸的方法及工艺流程，要求写出化学反应式和流程图。答：（1）氧化铜酸浸：CuO+H2SO4=CuSO4+H2O，流程：原矿→加硫酸浸出→萃取除杂→反萃取CuSO4→{结晶沉淀Fe置换沉淀（2）氧化铜碱浸：CuO+2NH4OH+(NH4)2CO3=[Cu(NH3)4]CO3+3H2O流程：原矿→加氨和(NH4)2CO3浸出→蒸馏浸出液→{(1)氧化铜沉淀析出(2)挥发出的氨和二氧化碳经冷凝吸收后以(NH4)2CO3返回6、什么是化学选矿？化学选矿的基本作业有哪些？请画出典型的化学选矿的原则流程。答：化学选矿是基于矿物和矿物组分的化学性质的差异，利用化学方法改变矿物组成，然后用其他方法使目的组分富集的矿物加工工艺。基本作业有：（1）准备、（2）焙烧、（3）浸出、（4）固液分离、（5）净化、（6）精制、（7）试剂再生和废液处理。原则流程：7、试述离子交换树脂在选矿中的应用。答：离子交换树脂是一种具有三维多孔网状弹性结构的有机高分子聚合物。一般，用途主要有：（1）强碱性阴离子树脂吸附铀矿（2）强碱性阴离子树脂吸附钨矿（3）弱酸性阳离子树脂净化铜离子水污染。8、举例说明离子交换剂有哪些种类。9、请解释以下术语：水相、有机相、相比、萃取体系、分配比，萃取比、萃取率、萃余率、分离系数、萃取等温线。4答：（1）水相：萃取过程的加工对象，可以是矿物原料的浸出液，也可以是工业污染或是其他需净化的溶液等，一般密度比有机物大。（2）有机相：通常由萃取剂，稀释剂，和添加剂组成，有时还包括络合剂、盐析剂。一般密度相比水相轻。（3）相比：有机相体积V(o)/水相体积V(A)，用R表示，R=V(o)/V(A)。（4）萃取体系：含有目的组分的水相与含有萃取剂的有机相组成的矛盾统一体。表示方法为：被萃取物（起始浓度范围）/水相组成/有机相组成（萃合物的分子式）。（5）分配比：在给定温度下，当萃取达到平衡时，被萃组分在有机相总浓度C0与在水相总浓度Cs之比，一般用D=C0/Cs表示。（6）萃取比：进入有机相的溶质总量/萃余液中剩余的溶质总量，用E表示。（7）萃取率：被萃取到有机相的质量(g)/被萃物在原液中的初始总质量(g)×100%，一般用η表示。（8）萃余率：水相中剩余的被萃物总量/原液中被萃物的初始总量，一般用ψ表示，与萃取率有ψ+η=1的关系。（9）分离系数：溶质A和B，在相同的萃取体系和相同的萃取条件下，分配比的比值。（10）萃取等温线：在给定温度下，保持萃取体系和萃取条件不变，仅改变水相中目的组分的初始浓度，则在萃取平衡后，可测得目的组分在有机相和水相的对应浓度Co和Ca(g/l)。Co～Ca曲线称为萃取等温线。10、萃取包括哪些过程？影响萃取平衡的因素有哪些？答：萃取过程包括三部分（1）正萃取：含有价组分的溶液与有机萃取剂混合，通过物理分配或化学结合，有价组分选择性地萃入有机相。（2）洗涤：用洗涤液将负载有机相中的杂质去除。（3）反萃取：将洗涤后的负载有机相与反萃剂混合，通过破坏有机相中萃合物结构，使目的的组分转入反萃液。影响因素主要有：温度，萃取剂浓度，ph值，水相组分，金属离子浓度。11、试述中性络合萃取、酸性络合萃取、离子缔合萃取、协同萃取的机理及影响因素。答：（1）中性络合萃取：反应式是中性无机盐中金属离子氧化数虽已满足，但配位数未满足，萃取剂磷酰基上的氧原子可与金属离子直接配位，形成溶剂化物流水进入有机相。（2）酸性络合萃取：金属阳离子在弱酸性的有机萃取剂发生置换反应（3）离子缔合萃取：①胺盐萃取；常用萃取剂有伯胺、仲胺、叔胺和季胺盐。也称碱性萃取剂，分子中氮有孤对电子，能与无机酸的H+形成配位键。②钅羊盐萃取：常用中性含氧萃取剂（醚、酮、醇、醛和酚），分子中氧原子具有一定的给电子能力，在高酸性条件下，吸引H+形成钅羊离子。n++nM+nRHRM+nH5（4）协同萃取：两种萃取剂与金属生成混配络合物，它比相应的单个萃取剂络合物更稳定，更易进入有机相。12、从低品位铜矿浸出液中萃取回收铜，然后就地产出电解铜，选取浸出—萃取—电解流程。答：工艺流程如下13、化学选矿产品的制取有哪些方法？简述不同方法的实质、特点和应用条件。答：化学产品的制取方法主要有：（1）化学沉淀：①实质：往浸出液中加入沉淀剂，并控制PH值等反应条件，使目的组分通过化学反应形成沉淀，从而分离出来得到产品的过程。②应用条件：a、目的组分浓度较高，否则沉淀前要经浓缩处理。b、杂质含量低。否则须预先净化或选择性沉淀分离。③特点：成本低但产品纯度不高。6（2）结晶沉淀：①实质：对高温浸出液控制降温过程，使目的组分结晶，从面分离得到产品，属物理过程。②应用条件：浸出液中组分间溶解度差异较大。③特点：可获得高纯度化合物产品，要得到金属还须精炼，浸出液可返回浸出工序再用。（3）电沉积：①实质：用不溶的惰性材料作阳板，通过电解使金属离子在阴极还原析出，从而得到纯金属产品。②应用条件：电解前必须严格净化除杂，除去破坏电解平衡及影响产品纯度的杂质。③特点：可直接得到高纯度的金属而非化学精矿，无须进行化学精矿的进一步加工，电积后的电解液可返回浸出再用，缩短处量流程。14、细菌浸出的基本原理是什么，试述氧化铁硫杆菌在硫酸浸出黄铜矿中的作用机理。答：细菌浸出基本原理主要分直接作用原理和间接作用原理两种（1）直接作用机理：以氧化铁硫杆菌为例，它能将黄铁矿中的低价铁氧化为硫酸高铁，将硫氧化为硫酸（2）间接催化作用机理a、金属硫化矿中的黄铁矿在有氧和水存在的条件下，缓慢氧化为硫酸亚铁和硫酸；b、在酸性条件下，细菌催化使硫酸亚铁氧化为硫酸高铁；c、Fe2(SO4)3＋H2SO4可作硫化矿浸出剂目前认为两种作用同存，但以间接催化为主15、简述离子交换树脂的结构、物理性质和化学性质。答：树脂是一种具有三维空间多孔网状结构的有机高分子固体聚合物，它由骨架和可供交换的基团组成。物理性质：（1）外形与粒度：树脂的外形为球形，颜色有白、黄、黑、赤褐等，呈透明或半透明状。树脂的粒度大小直接影响离子交换速度、液体流动压降。树脂粒度越小，交换速度越大，液体流动压降减小。（2）比重（密度）：树脂比重影响交换作业的操作条件和生产率，可用湿式比重，湿真比重和干树脂的真比重表示。湿视密度=树脂湿重/堆积体积，一般为0.6~0.9t/m3，湿真密度=树脂湿重/真实体积，一般为1.04~1.38t/m3，干真密度=树脂干重/真实体积，不常用。（3）水分:出厂树脂常为溶胀后的湿树脂，水分在40%～50%.（4）溶胀性：指干树脂浸入水中，由于活性基团的水合作用使交联网孔胀开，体积膨胀的现象。（5）机械性能——保持树脂完整性的能力，取决于交联度和溶胀率。化学性质：（1）酸碱性：用树脂解离出H+或OH-的能力表示。一般用测滴定曲线的方法确定，在中性盐与酸或碱按不同比例配成的溶液中，搅拌树脂到平衡后测定pH（2）交换容量：树脂交换能力的量度。用每克干树脂或每毫升湿树脂可交换离子的毫克当量数表示。树脂的全容量是指可交换基团的总数目，而与交换离子的类型、操作条件等因素无关。树脂的操作容量是指操作条件下，实际所吸附的某种离子的总7量，其数值与交换基团的数目、被吸附离子的特性和操作条件等因素相关。（3）选择性——树脂对水中某种离子能优先交换吸附的性能称为选择性。它取决于交换离子与活性基团中固定离子的亲合力，而亲合力的大小与离子性质（类型、电荷数、水合半径等），溶液组成，树脂结构等因素有关16、用50％TBP煤油溶液，从组成为U2O310g／L，ThO2170g/L的料液中逆流萃取铀，已知R＝1，Du＝3，要求萃余液中U2O3的含量为6.42mg／L，问需几级萃取才能达到要求。答：级数公式n=lg(E+φ−1)−lgφlgE−1这里，E=RD=1×3=3，φ=6.4210000⁄=6.42×10−4带入上式得：n=6.32≈7所以，需要七级萃取才能达到要求17、简述多级萃取常用的工艺流程及工艺特点。答：多级萃取主要分四类：（1）并流萃取：有机相和水相在级间同向流动，只增加两相的接触时间，萃取效率与单级萃取相同，生产上较少采用。（2）错流萃取：有机相在级间不流动，工艺简单，萃取效率高，有机相组分分散不易回收，萃余液组分纯度高，但回收率较低，萃取剂消耗量大，应用不多见。（2）逆流萃取：有机相和水相在级间逆向流动，萃取剂耗量少，萃取效率高，有机相和萃余液组分浓度均较高，通常只能获得一种高纯度的产品（4）分馏萃取：有机相和水相在级间逆向流动，萃取和洗涤在同一作业进行，可获得两种较纯的产品。18、请分析阴极过程和阳极过程对电解沉积的影响。答：（1）阴极过程：析出电位越正者优先析出①金属离子在阴极上放电，形成金属沉淀物。主要问题是杂质离子与主体金属离子竞争放电，须控制两者的析出电位有足够的差值（＞0.2V）。②氢离子在阴极上放电，析