铜离子在铁闪锌矿氧化溶解中的作用机制

　　含铁闪锌矿（铁闪锌矿，Marmatite）是自然界含锌的主要矿产资源，在锌工业中占据重要地位。铁闪锌矿通常与其它硫化矿物复杂共伴生，主要包括黄铜矿、黄铁矿等。在矿物分离与富集过程中（主要是浮选），因为少量“难免离铜离子”即可显著活化闪锌矿的浮选，所以极难深度分离复杂铜锌硫化矿，造成在精矿中复杂共伴生。因此，在铁闪锌矿的湿法冶金过程中总是无法避免铜离子的出现。此外，在矿石开采利用过程中会产生大量废石和尾矿等固废，其氧化溶解将向环境中释放重金属离子，造成环境污染。因此，铜离子在铁闪锌矿溶解中的作用机理与中间产物非常重要，但仍未确定。中南大学生物冶金教育部重点实验室的一个研究小组对铜离子在铁闪锌矿氧化溶解中的作用及其反应机制进行了较为深入的研究，相关的研究成果发表在2019年7月20日的《Science of the Total Environment》上。 

　　该研究组发现了铜离子在铁闪锌矿氧化溶解中的作用对铜离子的浓度有显著依赖性。在0.25-750 mg/L铜离子浓度范围内，铜离子促进铁闪锌矿的溶解过程，但是当铜离子浓度超过1000 mg/L后，出现了铜离子抑制铁闪锌矿溶解的现象。 

　　利用北京同步辐射装置（BSRF）4B9A-衍射实验站开展的X射线衍射（S-XRD）对在不同铜离子浓度条件下的浸出渣表征与解析，发现在浸出渣中未检测到属于Cu-S物相的特征峰，证实铜离子与铁闪锌矿之间的反应属于表面反应。随着溶液中铜离子浓度的升高，在浸出渣表层10 nm内检测到铜元素和多硫化物(S_n^2-)的占比明显升高。 

　　 这个研究为调控铜离子存在时的铁闪锌矿溶解过程提供了理论依据和参考，对铁闪锌矿的湿法冶金及环境保护等方面都具有重要意义。在这项研究工作中，同步辐射光源帮助解析了铜离子在铁闪锌矿溶解过程中具体的作用机制。中南大学生物冶金教育部重点实验室副教授赵红波这样描述他们的工作：“铜离子在铁闪锌矿溶解过程中的作用显著取决于其浓度。低浓度铜离子在矿物表面的吸附产物可提高铁闪锌矿表面的电化学反应性，加快电子传导进而促进了矿物的溶解过程。然而高浓度铜离子大量吸附在铁闪锌矿表面将形成以Cu-S、Cu-S_n为主的钝化层，该钝化层电阻高，不利于电子传递，抑制了矿物表面电化学反应的进行，同时阻碍了浸出剂与未反应矿物表面的接触，进而抑制了溶解过程。更高能量的同步辐射光束线将必定会有助于我们进一步解析复杂反应过程中间产物的组成与结构。” 

　　发表文章： 

　　Xiaoyu Meng, Hongbo Zhao^*, Menglin Sun, Yisheng Zhang, Yanjun Zhang, Xin Lv, Shuai Wang^*, Guanzhou Qiu , Role of cupric ions in the oxidative dissolution process of marmatite: a dependence on Cu²⁺ concentrations. Science of the Total Environment, 2019, 675:213-223.