有色金屬冶金中離子液體的應用分析

江明麗

摘 要：盡管目前我國的有色冶金工業獲得了巨大的發展，然而在具體的生產過程中仍然存在著污染嚴重、能量消耗大、操作復雜、生產流程長等一系列的問題。因此，如何利用新的工藝和技術降低污染物的排放和能量消耗對于當前冶金工業的發展具有重要意義。目前，在提取、分離有色金屬的過程中作為新型綠色溶劑的離子液體開始得到推廣，基于此，本文對有色金屬冶金中離子液體的應用進行了分析和介紹。

關鍵詞：離子液體；有色金屬；應用

在我國有色金屬屬于重要的戰略資源，其屬于能源工業、電子信息、交通、航空航天等產業部門的重要原材料。然而，在我國大力建設資源節約型、環境友好型社會的今天，傳統的有色金屬生產方式存在著較多的問題，面對這種情況，離子液體的出現和發展便受到了人們的普遍關注，其能將一種新的可能途徑提供到有色金屬的提取和分離作業中，而且還可以有效地降低能耗，減少污染，具有十分廣闊的應用前景。

1 金屬及其氧化物在離子液體中的溶解與腐蝕

在大部分的分子溶劑中金屬氧化物都很難溶解，因此一般都需要采用高溫熔巖或強酸溶液對其進行溶解，然而這些方式存在著較強的腐蝕性、較高的能耗、環境負擔重等一系列的問題。而離子液體則可以對聚合物、有機金屬、無機物、有機物等不同的物質進行溶解，在一系列的化學反應中其都屬于良好的溶劑，并且具有較大的溶解度，目前在金屬絡合物光譜學研究中得到了廣泛的應用。比如，有學者研究在7種離子液體中鋁、黃銅、銅、鎳基合金 C22、奧氏體不銹鋼、碳素鋼等在90℃下的腐蝕情況，研究結果表明，合金C22通常不會被腐蝕，即使在以磷酸二甲酯為陰離子稀釋的離子液體中合金 C22也只是中度侵蝕，在離子液體中碳鋼和鋁的腐蝕情況主要是由于陰離子的化學結構和陽離子成分在離子液體中的作用。二甲磷酸鹽型的陰離子和甲苯磺酸在吸收的離子液體中的腐蝕性更高，而一般鋁合金則不會被腐蝕，在較高溫度的離子液體中黃銅、銅會出現嚴重的腐蝕，然而現在尚未清楚金屬材料在離子液體中形成表面層的性質和類型[1]。目前仍需要進一步研究在離子液體中金屬及其氧化物的溶解度、離子存在形式、溶解和腐蝕機理等。

2 在有色金屬鋁鎂鈦電沉積中離子液體的應用

從金屬或合金的化合物的熔鹽、非水溶液或者水溶液中金屬或合金的電化學沉積的過程就是所謂的電沉積，其屬于進行金屬電鑄、電鍍、電解精煉、電解冶煉等一系列過程的基礎工作，同時也是目前得到普遍應用的用于獲得金屬和合金的一種方法。在化學沉積中水溶液屬于電解質，但其卻會受到水的電化學窗口的限制，而熔鹽則具有較高的溫度，因此這些方法在實際的應用中都存在著一定的局限性。作為一種新型的綠色溶劑，離子液體屬于一種由離子組成的室溫熔鹽體系，其在電化學窗口和導電性等方面都具有良好的性能，因此，在金屬電沉積中具有廣闊的應用前景[2]。很多科學家在上世紀80年代就開始研究金屬在離子液體中的電沉積現象，并且應用電沉積的方法在AlCl3離子液體中沉積出了Ge、Ti、Na、Sn、Zn、Au、Pd、Co、Ni、Ag、Cu等各種金屬，在咪唑的三氟甲基磺酸亞酰胺鹽、三氟甲基磺酸鹽、氟磷酸鹽、氟硼酸鹽中沉積出了Ti、Mg、Mn、Ce、Ag、Cd、Sb等金屬。相關研究表明，在離子液體中可以將大多數的金屬電沉積出來。依據在不同陰離子形成不同離子液體的性能，可以將其劃分為兩大類，也就是復雜陰離子型離子液體和不連續陰離子型離子液體。離子液體在有色金屬鋁鎂鈦電沉積中的應用除了能夠防止某些金屬與水的反應，還能夠防止析氫反應出現在許多金屬水溶液電沉積中，其具有降低能耗和減少副反應等一系列的優勢。離子液體與有機電解液相比基本上沒有蒸氣壓，同時也不會產生燃燒和揮發，因此在具體的操作過程中更加的安全和環保。離子液體相對于高溫熔鹽而言，屬于一種低溫熔鹽，在操作的過程中僅會對設備產生較小的腐蝕，而且還可以有效地控制能耗。在活潑金屬的電沉積中應用離子液體作為電解質，在高溫熔鹽中才能獲得金屬或合金在平常溫度下就可以獲得，同時其不像高溫熔鹽那樣具有非常強的腐蝕性，同時也能夠解決活潑金屬無法從水溶液電解中獲得的問題，使得電解過程中的電流效率得以提升，并有效地降低了能耗，具有較少的副反應，可以提煉出無氫無氧的金屬，確保了冶金過程實現綠色生產。

3 黃銅礦濕法冶金中對離子液體的應用

作為常見的一種硫化銅礦，黃銅礦也是最難浸出的硫化銅礦。而離子液體能夠對很多無機物進行溶解，特別是在溶解金屬氧化物的時候具有一定的選擇性溶解能力，因此在濕法冶金方面離子液體具有非常好的應用前景。一些科學家通過離子液體對黃銅礦進行浸出，在進行8小時的浸出之后，結果顯示可以獲得大于90%的銅浸出率。隨后這些科學家在閃鋅礦、磁鐵礦、黃鐵礦、黃銅礦等伴生金礦中將金和銀浸出，結果表明低值金屬具有很低的浸出率，而銀則具有很高的浸出率[3]。在浸出黃銅礦Cu的時候離子液體的浸出率非常高，而且因為離子液體幾乎不存在蒸汽壓，也不會形成揮發，而且在經簡單處理之后使用后的離子液體還可以進行循環使用，不會對有價元素的浸出效果產生影響。在離子液體中可以將浸出的Cu直接電沉積出來，而這項技術有可能很好地解決現階段在提取、分離貴金屬中的嚴重的環境污染的問題。

4 結語

作為一種新型的反應介質，離子液體同時還具備高溫熔鹽和有機溶劑的優勢，因此其具有非常廣闊的應用前景。在提取和分離有色金屬的工作中應用離子液體，只需要接近室溫或者室溫就可以進行，其具有無污染、能耗低、反應條件溫和等一系列的特點，能夠使目前有色金屬冶金的生產成本得以大幅度降低，具有非常大的應用潛力。未來仍然需要對有色金屬冶金中離子液體的具體應用進行進一步的研究，從而使其發揮更大的作用。

參考文獻：

[1]牛金在.濕法處理火法富集——AAS測定銻白粉中的金[J].世界有色金屬，2013（S1）.

[2]胡一航，王海北，王玉芳.水蒸氣蒸餾——離子色譜法測定濕法煉鋅溶液中氟和氯[J].冶金分析，2015（05）.

[3]薛向欣.“釩鈦資源冶金過程有價組元強化遷移規律及分離理論”國家自然科學基金重大項目通過結題驗收[J].鋼鐵釩鈦，2015（04）.