基于硫代硫酸鹽銅乙二胺浸金體系銅及乙二胺影響電化學(xué)研究*

項朋志 劉 瓊 黃 遙 葉國華

(1.云南開放大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院；2.昆明理工大學(xué)國土資源工程學(xué)院)

氰化浸金工藝具有毒性，因此硫代硫酸鹽浸金體系作為無毒非氰體系受到重視[1-2]。在近幾十年來，很多研究團隊致力于硫代硫酸鹽浸金的研究。研究表明，該浸金體系常溫下即可達到理想的金浸出效果[3-4]，有研究表明利用乙二胺代替氨水也可取得不錯的效果。乙二胺能夠與許多過渡金屬離子形成穩(wěn)定的配位化合物，與銅相配合可以形成穩(wěn)定的配合物，降低銅離子的氧化性，降低硫代硫酸鈉的消耗，因此硫代硫酸鹽銅乙二胺體系具有潛在的使用價值。

基于硫酸鹽銅乙二胺體系電化學(xué)鮮有報道，基于分析化學(xué)角度，采用方波伏安法探究了硫酸鹽銅乙二胺體系電化學(xué)行為，探究銅離子、乙二胺及添加劑EDTA對金溶出的影響，為硫代硫酸鹽銅乙二胺浸金體系提供一定的理論基礎(chǔ)。

1 試驗部分

1.1 試驗材料

所用試劑均為分析純，試驗用水為去離子水。

1.2 分析儀器

電化學(xué)分析采用mec-16多功能電化學(xué)分析儀(江蘇江分電化學(xué)儀器公司)， 采用三電極系統(tǒng)，其中鉑絲電極作為輔助電極，飽和甘汞電極作為參比電極，金電極或鉑電極作為工作電極。pH值采用PHS-25型pH計測定 (上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司)。

1.3 浸出體系

結(jié)合文獻，硫代硫酸鈉濃度選擇為0.08 mol/L，銅離子濃度選定為0.002～0.01 mol/L，乙二胺濃度選為0.02～0.1 mol/L，pH值調(diào)到10左右。

2 試驗結(jié)果與討論

2.1 浸出體系電化學(xué)行為

在硫代硫酸鈉乙二胺銅浸金體系中鉑電極和金電極的方波伏安曲線見圖1。

圖1 硫代硫酸鈉乙二胺銅浸金體系中

由圖1可見，曲線1對應(yīng)為鉑電極，曲線2對應(yīng)為金電極，曲線2與曲線1最大的差別在于在電極電勢為0.2 V處，有一金的氧化峰，在曲線2中，電極電勢為-0.610 V對應(yīng)于硫代硫酸鈉還原峰，電極電勢為-0.424 V對應(yīng)于銅的還原峰，這兩處峰相對于曲線1來說，更有特征性且電勢朝正方向移動，這說明金電極對于硫代硫酸鈉和銅的還原有良好的促進作用，所以在硫代硫酸鈉乙二胺銅浸金體系中，金作為工作電極更具有特征性，在曲線2中出現(xiàn)的這3種峰可以作為該體系中監(jiān)測各種因素的信號。

利用金電極，對硫代硫酸鈉乙二胺銅浸金體系進行循環(huán)伏安分析，結(jié)果見圖2。

由圖2可見，圖中出現(xiàn)了兩對準可逆峰，其中峰b對應(yīng)于金的溶出峰，峰c對應(yīng)于硫代硫酸鈉的還原峰，峰e對應(yīng)于銅(II)的還原峰。

2.2 銅濃度對金的溶出影響

圖2 硫代硫酸鈉乙二胺銅浸金體系中

(1)

Cu2++ 2OH-→Cu(OH)2

(2)

(3)

(4)

en+Cu+→[Cu(en)]+

(5)

(6)

采用方波伏安法評價當(dāng)條件一定時，銅的濃度對金的浸出影響，對金的溶出影響結(jié)果見圖3。

圖3 銅離子對金的溶出電流的影響

(Cen=0.06 mol/L，CS2O32-=0.08 mol/L，pH=10)

由圖3可見，隨著銅濃度的增加，金的溶出峰先增加后減小，當(dāng)銅的濃度為0.004mol/L時，金的溶出峰最大，銅的濃度增大對反應(yīng)(1)、(6)有促進作用，但反應(yīng)(2)、(3)、(4)顯然對金的溶出是不利的。一般說來，基于銅在溶出過程中具有催化作用，銅的濃度增加對金的溶出是有利的[6]，但當(dāng)銅的濃度超過0.004mol/L時候，從圖3可以看出，金的溶出下降，原因可能是銅離子濃度更高將會消耗更多的硫代硫酸鹽，另外反應(yīng)(2)、(3)、(4)將會在金表面產(chǎn)生鈍化作用。

銅的還原電流與銅的濃度關(guān)系見圖4。

圖4 銅的濃度對銅的還原峰電流的影響

(Cen=0.06 mol/L，CS2O32-=0.08 mol/L，pH=10)

由圖4可見，在濃度為0.002～0.010mol/L時，銅的還原電流與銅的濃度關(guān)系線性關(guān)系較差，其方程為y=0.658 1x+0.000 29(R=0.937 2)，銅離子濃度超過0.004 mol/L時，其還原峰將下降，這說明增加的銅離子并沒有轉(zhuǎn)化成可被還原的形態(tài)，有可能轉(zhuǎn)化成難溶物，導(dǎo)致其還原峰下降；從圖3，圖4可以充分說明，在該浸體系中銅的濃度并非越大越好，其最佳濃度可以控制在0.004 mol/L左右。

2.3 乙二胺濃度對金的溶出影響

關(guān)于乙二胺(en)的作用，Xia[5]認為在整個浸出過程中，乙二胺(en)參與了以下反應(yīng):

(7)

(8)

(9)

(10)

根據(jù)方程式(7)～(10)，按理論來講，較大濃度的乙二胺(en)濃度對浸出濃度有利。乙二胺濃度對金的溶出峰的影響見圖5。

圖5 乙二胺濃度對金的溶出峰的影響

CS2O32-=0.08 mol/L，pH=10)

由圖5可見，當(dāng)乙二胺(en)濃度為0.02～0.06mol/L時，金的溶出峰電流增大，當(dāng)其濃度增大至0.10mol/L時，金的溶出峰電流反而下降，即當(dāng)乙二胺(en)濃度為0.06mol/L時，金的溶出峰最大，這說明乙二胺(en)濃度在一定范圍內(nèi)增加是有利于金的溶出，但過高的乙二胺(en)濃度有可能對金的溶出不利，原因可能是過高的乙二胺(en)濃度可能使溶液的pH值偏高，而pH值又影響到銅(II)和硫代硫酸鈉的濃度，這一點也可以從圖5中同樣可以看出；當(dāng)乙二胺(en)濃度為0.06～0.10mol/L時，不但金的溶出峰下降，銅(II)和硫代硫酸鈉的還原峰均下降；基于此，選擇合適的乙二胺(en)濃度是有必要的，從電化學(xué)角度所篩選的條件與文獻中實際工藝最佳條件基本相似[7]。

2.4 添加劑EDTA溶液對金的溶出影響

乙二胺四乙酸俗稱為EDTA，文獻表明適量的EDTA的加入可促進金的溶解。在含0.1mol/L硫代硫酸鈉、0.06mol/L乙二胺(en)和0.08mol/L硫代硫酸鈉的溶液中，考查不同濃度EDTA對金的溶出影響，結(jié)果見圖6。

圖6 添加劑EDTA濃度對金的溶出電流的影響

由圖6可見，適量的EDTA可以提高金的溶出，原因可能是銅離子與EDTA相結(jié)合，生成更加穩(wěn)定的Cu(EDTA)2-降低了氧化電勢，從而降低了對硫代硫酸鈉的氧化，減少了氧化產(chǎn)物的生成，避免了金溶出時產(chǎn)生鈍化現(xiàn)象，另外也可以使硫代硫酸鈉保持較高的濃度[5]，從而增加對溶出金的絡(luò)合作用。

總而言之，在該浸金體系中，適度的EDTA對銅離子有穩(wěn)定作用，減少了硫代硫酸鈉的消耗，減少了鈍化現(xiàn)象的產(chǎn)生，從而提高了金的溶出。這一點與許姣[8]所研究的硫代硫酸鈉銅氨體系中EDTA 影響是類似的。

3 結(jié) 論

采用方波伏安曲線研究了硫代硫酸鈉乙二胺銅浸金體系中銅離子濃度、乙二胺濃度、添加劑EDTA濃度各因素的影響，得出以下結(jié)論：

(1)在該浸金體系中，采用金電極作為工作電極不但出現(xiàn)了金的溶出峰，而且對于硫代硫酸鈉和銅的還原具有良好的促進作用。

(2)銅的濃度超過0.004 mol/L時候，金的溶出下降。

(3)當(dāng)乙二胺(en)濃度為0.06 mol/L時，金的溶出峰最大，較高的乙二胺(en)濃度有可能對金的溶出不利。

(4)在該浸金體系中，適度的EDTA對銅離子有穩(wěn)定作用，可減少硫代硫酸鈉的消耗，減少鈍化現(xiàn)象的產(chǎn)生，從而提高金的溶出。

[1] 魯順利.非氰化法提金工藝研究現(xiàn)狀[J].云南冶金，2011，40(3):32-36.

[2] 鐘 晉，胡顯智，字富庭，等.硫代硫酸鹽浸金現(xiàn)狀與發(fā)展[J].礦冶，2014，23(2):65-69.

[3] BREUER P，JEFFREY M.An electrochemical study of gold leaching in thiosulfate solutions containing copper and ammonia[J].Hydrometallurgy，2002，65(2):145-157.

[4] AYLMORE M G，MUIR D M.Thermodynamic analysis of gold leaching by ammoniacal thiosulfate using Eh/pH and speciation diagrams [J].Minerals & metallurgical processing，2001，18(4):221-227.

[5] XIA，C THI FENG D，DEVENTER J S J V.Thiosulphate leaching of gold in the presence of ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA)[J].Minerals Engineering，2010，23(2):143-150.

[6] AYLMORE，M G,D M MUIR.Thiosulfate leaching of gold-A review[J].Minerals Engineering，2001，14(2):135-174.

[7] 高 鵬，唐道文，唐攢浪.用硫代硫酸鈉從某卡林型金礦石中浸出金試驗研究[J].濕法冶金，2017，36(1):12-15.

[8] 許 姣，胡顯智，楊 朋，等.氨性硫代硫酸鹽體系中金溶解過程的腐蝕電化學(xué)行為[J].昆明理工大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2004(2):126-129.