基于SIT理论的酸性硫酸盐/氯化物介质中铜形态研究：铜硫化物氯化浸出的理论支撑工具

本研究针对铜硫化物矿氯化浸出过程中复杂溶液体系的热力学建模难题，开发了整合SIT（Specific Interaction Theory）理论和温度校正的多组分铜/铁形态预测模型。通过验证高离子强度下Cu(II)/Cu(I)-Cl-/SO42-体系的非理想行为及黄钾铁矾沉淀规律，建立了可指导工业浸出工艺优化的决策工具，为提升铜回收率提供理论依据。

　　

随着电动汽车产业的爆发式增长，全球铜资源需求持续攀升。然而传统氧化铜矿资源日渐枯竭，占储量70%的硫化矿（如黄铜矿）在硫酸盐体系中的浸出效率低下，成为制约资源开发的瓶颈。氯化物浸出技术因其能显著提升CuFeS₂溶解动力学，已被智利等矿业大国投入工业应用。但该体系存在多重复杂性：氧化剂Fe³⁺/Cu²⁺的氯络合物稳定性受溶液组分、温度及电位影响，高离子强度下偏离理想状态，且伴生的SO₄^2-会改变纯氯化物体系的化学形态分布，更可能引发黄钾铁矾沉淀包裹矿石表面。现有商业软件（如PHREEQC）因缺乏多组分数据库难以准确模拟这些相互作用，制约了工艺优化。

针对这一挑战，智利国家研究发展局支持的研究团队开发了首个整合铜/铁-氯化物-硫酸盐多组分体系的热力学模型。该工作创新性地采用SIT（特定相互作用理论）处理高离子强度（<6 mol/kg_w）下的非理想行为，结合Van't Hoff方程进行温度校正，并首次在氯化物体系中引入黄钾铁矾沉淀预测模块。通过MASE（平均绝对标度误差）<1的严格验证，模型成功发表于《Journal of Molecular Liquids》。

研究方法上，团队构建了包含24个铜/铁-氯/羟基络合物平衡方程的矩阵，采用SIT系数（如ε(Cu²⁺,Cl^-)=0.14）量化离子间相互作用。温度校正通过Δ_rH^?（标准反应焓）实现，黄钾铁矾溶解度则建立基于pH、[SO₄^2-]、[Cl^-]的多元回归模型（R²>0.95）。验证数据源自Senanayake等学者的实验值及工业浸出液成分。

铜-氯化物体系形态分布
当[Cl^-]/[Cu_T]>1时，模型捕捉到CuCl⁺、CuCl₂(aq)等络合物的形成序列。在典型工业条件（[Cu_T]/[Fe_T]≥1，I=3 mol/kg_w）下，CuCl₃^-占比达35%，证实氯络合显著提升铜溶解度。

铁-铜耦合效应
Fe³⁺存在时，Cu⁺氧化速率提升2个数量级，但会竞争氯配体。当[Fe³⁺]>0.5 mol/kg_w时，FeCl₂⁺成为主导形态，导致CuCl₄^2-占比下降40%。

硫酸盐介入影响
SO₄^2-浓度>0.1 mol/kg_w时，黄钾铁矾沉淀阈值pH值降低1.5个单位。模型预测80°C时沉淀量比25°C减少60%，与工业观察一致。

黄钾铁矾预测模型
建立的简化方程RMSE=0.08，显示[Cl^-]>1 mol/kg_w时，每增加0.1 mol/kg_w SO₄^2-可使沉淀pH窗口拓宽0.3个单位。

该研究突破了传统热力学模型在复杂浸出体系中的应用局限。通过量化氯/硫酸盐介质中铜铁形态的耦合关系，为优化浸出剂配比（如控制[Cl^-]/[Cu_T]≈3）、抑制黄钾铁矾钝化层形成提供了理论工具。Mauricio Bravo-Gutiérrez等提出的集成建模方法，不仅适用于铜硫化矿处理，其SIT参数库更为其他重金属湿法冶金体系建立了可扩展的建模范式。智利团队正在将该模型集成到工业控制系统，预计可提升铜回收率5-8%，减少铁损失15万吨/年。