金、锌水系电位－pH图及其应用

金在矿石中的存在，大多数情况下是以自然金的形式出现的。而自然金的溶解浸出往往是靠金氰络合离子来实现的。从浸出液中回收金不少是采用锌还原法，因此，了解金的氰化和锌置换金的热力学关系是非常重要的。相关的化学反应及热力学关系式如下：

Au^＋＋e  Au

E＝1.73＋0.0591       ①

Au^3＋＋3e  Au

E＝1.498＋0.0197       ②

Au（CN）₂^－  Au^＋＋2CN^－

pCN＝19＋0.5lg       ③

Au（CN）₂^－＋e  Au＋2CN^－

E＝－0.68＋0.0591lg ＋0.118pCN      ④

H^＋＋CN^－  HCN

令A＝a ＋a_HCN，则

pH＝9.4－lgA＋lg［1＋10^pH－9.4］－pCN      ⑤

2^H＋＋2e  H₂

E＝－0.0591pH－0.0295lgP       ⑥

O₂＋4H^＋＋4e  2H₂O

E＝1.23＋0.0148lgP －0.0591pH      ⑦

H₂O₂＋2H^＋＋2e  2H₂O

E＝1.77＋0.0295lga －0.0591pH      ⑧

O₂＋2H^＋＋2e  H₂O₂

E＝0.68＋0.0295lg －0.0591pH      ⑨

Zn^2＋＋2e  Zn

E＝－0.76＋0.0295lga_Zn^2＋      ⑩

Zn（CN）₄^2－  Zn^2＋＋4CN^－

pCN＝4.2＋0.250lg          

 Zn（CN）₄^2－＋2e  Zn＋4CN

E＝0.118pCN－1.26＋0.0295lga_Zn（CN）      

    氰化堆浸金矿石时，氰化物浓度一般采用0.02%～0.1%，取平均浓度为0.06%，相当于1×10^－2mol/L。浸出液中的金浓度一般为0.5～10mg/L，取平均浓度为5mg/L，相当于2.5×10^－5mol/L。锌粉置换浸出液中的金时，锌粉用量一般为8．0～20g／m³，相当于（1.3～4）×l0^－4mol/L。将堆浸中这些参数代入到上述有关公式中，即可绘出金矿石氰化堆浸时的金、锌水系电位－pH图。如图1所示。

图1  Au，Zn－H₂O系电位－pH图

图2  U－H₂O系电位－pH图

图1与图2的差别，就是图1中的横坐标既代表pH，也代表pCN。pCN与pH的关系可依式⑤计算，结合堆浸时氰化物的浓度，式⑤中的A为1×10^－2mol/L，由计算可得出pH与pCN相对应的数值如下表所示：

表

pH	0	2	4	6	8	9.4
pCN	11.4	9.4	7.4	5.4	3.4	2.3

由图4可以得到如下结论：

一、图1①线表明，当金矿氰化堆浸时，金的浸出电位与pH值相关。起先，电位随pH值增大而降低；当pH值达到9.4时，电位最低；此后增加pH值，电位基本保持不变。又从方程式⑤可知，溶浸液的pH值与氰化钠的加入量有关，随氰化物浓度增加而增大，因此电位先是随氰比物浓度增加而降低，但到了一定量后，增加氰化物浓度，电位基本保持不变。应该指出，在低pH值时，氰化物易分解。为避免氰化物的无谓消耗，在生产实践中，一般使用保护碱，先使溶浸液的pH达到9以后，再加入氰化物。

二、图1中的⑦线位于①线之上，表明氧是氰比浸金的良好氧化剂，它的存在与否是氰化浸金的关键因素之一。现代研究证明，水中溶解氧在氰化浸金过程中生成H₂O₂，如图中⑨线所示，该线也位于①线之上，说明H₂O₂也有助于金的浸出。但生产实践中很少用H₂O₂作氧化剂，原因在于H₂O₂是强氧化剂（如图中⑧线所示），可导致CN^－被氧化成CNO^－，从而增加氰化物的消耗，此外，利用空气（充气）作氧化剂，价格低廉。

三、图1中的⑩、 和 线，以及与⑾线平行的右边的几条点划线表明，在任何pH值范围内锌均能还原Au(CN)₂^－成单质属金，而本身被氧化成各种离子的特定条件。随着溶液中氰化物浓度和pH值的不同，氧化产物可以为Zn^2＋，Zn(CN)₄^2－，Zn（OH）₂，HZnO₂^－和ZnO₂^2－等可溶性或不溶性的物质。某些采用锌粉置换工艺的堆浸工程，必须十分注意，一旦生成不溶性的Zn(OH)₂，将会严重妨碍生产的顺利进行，降低金的回收率，且增加锌的消耗。当溶液碱性不足时，可溶性的ZnO₂^2－水解，生成不溶性的Zn(OH)₂，其反应为

ZnO₂^2－＋2H₂O  ZN（OH）₂↓＋2OH^－

因此，在置换过程中，必须保持溶液中足够的氰化物和碱量。