深共晶溶剂(DESs)浸出黄铜矿精矿的优化及动力学机制研究

本研究针对传统火法/湿法冶金提取铜的环境污染和高能耗问题，创新性采用第三类深共晶溶剂(DESs)体系（ChCl:EtGlyc:OxA=1:2:1），通过优化温度(75°C)、时间(48h)和矿浆密度(0.025g/mL)等参数，实现铜回收率86%（添加20vol.%水时），揭示其符合收缩核模型化学控制机制（Ea=50.12kJ/mol），为绿色冶金提供新思路。

　　

铜作为现代工业不可或缺的战略金属，其传统火法冶炼（Pyrometallurgy）面临SO₂污染和能耗高的困境，而湿法冶金（Hydrometallurgy）处理黄铜矿（CHP）时又受钝化层（如黄钾铁矾）制约。面对这一全球性难题，来自国内的研究团队在《Journal of Environmental Chemical Engineering》发表研究，开创性地将第三代深共晶溶剂（Deep Eutectic Solvents, DESs）应用于CHP精矿浸出，通过多尺度调控实现了"绿色溶铜"的技术突破。

研究采用激光粒度分析（Laser Particle Size Analyzer）和ICP-OES（电感耦合等离子体发射光谱）表征伊朗Sarcheshmeh铜矿的CHP精矿成分，系统筛选了胆碱氯化物（ChCl）、乙二醇（EtGlyc）和草酸二水合物（OxA）等氢键供受体组合。通过响应面法优化操作参数，结合阿伦尼乌斯方程计算动力学参数，并利用XRD（X射线衍射）和SEM-EDS（扫描电镜-能谱）分析浸出残渣相组成。

DESs效率在CHP浸出中的表现
研究发现三元DES（ChCl:EtGlyc:OxA=1:2:1）在无添加剂时铜溶解率达54.28%，显著优于单一组分（如纯EtGlyc仅3.21%）。机理分析表明OxA的羧基与Fe³⁺螯合破坏CHP晶格，而EtGlyc的羟基促进质子传递。

工艺参数优化
温度升高至75°C时铜回收率提升至70%，但超过80°C会引发DES酯化降解（RCOOH+R'OH?RCOOR'+H₂O）。添加20vol.%水形成"水合DES"可使铜浸出率跃升至86%，这归因于水分子促进离子迁移和界面反应。

动力学机制
浸出过程符合收缩核模型（1-(1-X)^1/3=kt），表观活化能50.12kJ/mol表明反应受表面化学反应控制。与常规硫酸体系相比，DES中形成的Fe(III)-OxA络合物能持续氧化硫化物，避免元素硫钝化层积累。

该研究首次证实第三类DES可高效浸出CHP精矿，其意义在于：① 突破传统湿法冶金需强酸/氧化剂的限制，反应条件温和（pH≈2.5）；② 水耗降低80%以上，DES可循环使用；③ 为处理复杂硫化矿提供新思路，尤其适用于缺水地区。Mohammad Mokmeli团队指出，未来需进一步研究DES规模化再生工艺及杂质元素（如Fe、As）的协同去除机制。这项工作标志着溶剂冶金（Solvometallurgy）在战略金属回收领域取得重要进展，为碳中和目标下的冶金工业转型提供关键技术支撑。