氰化物溶解金的反应和速度

来源:网络  作者:网络转载   2019-10-14 阅读:1636

氰化物之所以能选择性地溶解和它们的某些复合物,是由于往碱金属(或碱土金属)氰化液充气。实践中,通常使用氰化钠(或氰化钙)的充气溶液,同时加入若干碱(通常用石灰)。碱的加入是为了抑制氰化物的水解作用,以免生成氰氢酸挥发损失。

如果把溶解反应看作是电化学侵蚀过程,那么,也可以把金的溶解看作是阳极表面的金溶解进入溶液的过程(图1)。当阴极表面的氧得到电子时,阳极和阴极区间的反应为:

阳极区          Au+2CN Au(CN)2+e

阴极区          O2+2H2O+2e H2O2+2OH

进一步反应时    H2O2+2e 2OH

在电化学腐蚀系统中,影响阴、阳极极化的最重要因素是浓差极化,它由菲克定律确定:

A1〔(O2)-(O2)i〕             (1)

A2〔(CN)-(CN)i〕      (2)

式中 -分别为CN和O2的扩散速度,mol(分子)/s;

DCN -分别为氰化物和溶解的氧的扩散系数,cm2/s;

(CN)和(O2)-分别为整体溶液中CN和O2的浓度,mol(分子)∕mL;

(CN)i和(O2)i-分别为界面处CN和O2的浓度,mol(分子)∕mL;

A1和A2-分别为阴极和阳极发生反应的表面面积,cm2

δ-能斯特界面层厚度,cm。

图1  金在氰化物溶液中溶解的图解

以金属界面处CN和O2穿过停滞层的速度相比较,假设该界面上的化学反应速度很快的话,那么,当它们刚一到达金属表面便立即被消耗掉,也就是说:

(CN)i=0    (O2)i=0

因而可把式(1)、(2)简化为:

A1〔O2

A2〔CN

因为金属溶解速度是氧消耗速度的两倍,是氰化物消耗速度的二分之一,故:

金的溶解速度=2 A1〔O2

或                  金的溶解速度= A2〔CN

当上列反应式达到平衡时,

2 A1〔O2〕= A2〔CN

但因为和水相相接触的金属总表面面积A=A1+A2,因而:

金的溶解速度=       (3)

从此式可见,当氰化物浓度低时,和分母的第二项相比,其第一项可以忽略不计,因此,等式(3)可简化为:

金的溶解速度= (CN)=k1(CN

用这式计算的值与图2的实验结果相符,即氰化物浓度低时,溶解速度仅取决于氰化物浓度。

图2  24℃时不同压力与不同NaCN浓度对银溶解速度的影响

同理,当氰化物浓度高时,和分母的第一项相比,其第二项可以忽略不计,则等式(3)可简化为:

金的溶解速度=2 〔O2〕=k2〔O2

用这式计算的值也与图2的实验结果相符,即氰化物浓度高时,溶解速度仅取决于氧浓度。

当                          〔CN〕=4 〔O2

即                        

此时,溶解速度达到极限值。从表1查得扩散系数的平均值为:

=2.76×10-5cm2∕s

=1.83×10-5cm2∕s

二者扩散系数的平均比值:

≈1.5

即二者极限溶解速度的摩尔平均比值为:

4 =4 ≈6

表1  扩散系数及平均值

温度∕℃

KCN∕%

DCN∕cm2·s-1

DO2∕cm2·s-1

18

1.72×10-5

2.54×10-5

1.48

25

0.03

2.01×10-5

3.54×10-5

1.76

27

0.0175

1.75×10-5

2.20×10-5

1.26

平均值

1.83×10-5

2.76×10-5

1.50

此时,金的溶解速度达到极限溶解速度。它与表2所示的实验值4.6~6.8是很吻合的。

表2  氰化物和氧浓度与极限溶解速度的比值

金属

温度∕℃

PO2∕Pa

(O2)∕mol·L-1

(CN)∕mol·L-1

25

101325

1.28×10-3

6.0×10-3

4.69

25

21278

0.27×10-3

1.3×10-3

4.85

25

101325

1.28×10-3

8.8×10-3

6.88

24

757911

9.55×10-3

56.0×10-3

5.85

24

344505

4.35×10-3

25.0×10-3

5.75

    从工艺观点来看,重要的既不单是溶解氧的浓度(即溶液的充气程度),也不单是游离氰化物的浓度,而是两者浓度之比。因此,如果只致力于获得理想的充气,而忽略溶液中充足的游离氰化物,就不会得到好的氰化效果,且也不能达到最大的氰化溶解速度。反之,如果加入过量的氰化物而溶液中的含氧量低于理论值,则该过量的氰化物显然是一种浪费。为了达到最大的溶解速度,必须同时分析和控制溶液中的游离氰化物和氧含量,使两者的摩尔分子比约等于6。

标签: 氰化物
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