有色金属冶金中离子液体的应用分析

157 编辑：中冶有色技术网来源：江明丽

2024-03-12 13:13:49

摘要：尽管目前我国的有色冶金工业获得了巨大的发展,然而在具体的生产过程中仍然存在着污染严重、能量消耗大、操作复杂、生产流程长等一系列的问题。因此,如何利用新的工艺和技术降低污染物的排放和能量消耗对于当前冶金工业的发展具有重要意义。目前,在提取、分离有色金属的过程中作为新型绿色溶剂的离子液体开始得到推广,基于此,本文对有色金属冶金中离子液体的应用进行了分析和介绍。

关键词：离子液体,有色金属,应用

在我国有色金属属于重要的战略资源,其属于能源工业、电子信息、交通、航空航天等产业部门的重要原材料。然而,在我国大力建设资源节约型、环境友好型社会的今天,传统的有色金属生产方式存在着较多的问题,面对这种情况,离子液体的出现和发展便受到了人们的普遍关注,其能将一种新的可能途径提供到有色金属的提取和分离作业中,而且还可以有效地降低能耗,减少污染,具有十分广阔的应用前景。

1 金属及其氧化物在离子液体中的溶解与腐蚀

在大部分的分子溶剂中金属氧化物都很难溶解,因此一般都需要采用高温熔岩或强酸溶液对其进行溶解,然而这些方式存在着较强的腐蚀性、较高的能耗、环境负担重等一系列的问题。而离子液体则可以对聚合物、有机金属、无机物、有机物等不同的物质进行溶解,在一系列的化学反应中其都属于良好的溶剂,并且具有较大的溶解度,目前在金属络合物光谱学研究中得到了广泛的应用。比如,有学者研究在7种离子液体中铝、黄铜、铜、镍基合金 C22、奥氏体不锈钢、碳素钢等在90℃下的腐蚀情况,研究结果表明,合金C22通常不会被腐蚀,即使在以磷酸二甲酯为阴离子稀释的离子液体中合金 C22也只是中度侵蚀,在离子液体中碳钢和铝的腐蚀情况主要是由于阴离子的化学结构和阳离子成分在离子液体中的作用。二甲磷酸盐型的阴离子和甲苯磺酸在吸收的离子液体中的腐蚀性更高,而一般铝合金则不会被腐蚀,在较高温度的离子液体中黄铜、铜会出现严重的腐蚀,然而现在尚未清楚金属材料在离子液体中形成表面层的性质和类型[1]。目前仍需要进一步研究在离子液体中金属及其氧化物的溶解度、离子存在形式、溶解和腐蚀机理等。

2 在有色金属铝镁钛电沉积中离子液体的应用

从金属或合金的化合物的熔盐、非水溶液或者水溶液中金属或合金的电化学沉积的过程就是所谓的电沉积,其属于进行金属电铸、电镀、电解精炼、电解冶炼等一系列过程的基础工作,同时也是目前得到普遍应用的用于获得金属和合金的一种方法。在化学沉积中水溶液属于电解质,但其却会受到水的电化学窗口的限制,而熔盐则具有较高的温度,因此这些方法在实际的应用中都存在着一定的局限性。作为一种新型的绿色溶剂,离子液体属于一种由离子组成的室温熔盐体系,其在电化学窗口和导电性等方面都具有良好的性能,因此,在金属电沉积中具有广阔的应用前景[2]。很多科学家在上世纪80年代就开始研究金属在离子液体中的电沉积现象,并且应用电沉积的方法在AlCl3离子液体中沉积出了Ge、Ti、Na、Sn、Zn、Au、Pd、Co、Ni、Ag、Cu等各种金属,在咪唑的三氟甲基磺酸亚酰胺盐、三氟甲基磺酸盐、氟磷酸盐、氟硼酸盐中沉积出了Ti、Mg、Mn、Ce、Ag、Cd、Sb等金属。相关研究表明,在离子液体中可以将大多数的金属电沉积出来。依据在不同阴离子形成不同离子液体的性能,可以将其划分为两大类,也就是复杂阴离子型离子液体和不连续阴离子型离子液体。离子液体在有色金属铝镁钛电沉积中的应用除了能够防止某些金属与水的反应,还能够防止析氢反应出现在许多金属水溶液电沉积中,其具有降低能耗和减少副反应等一系列的优势。离子液体与有机电解液相比基本上没有蒸气压,同时也不会产生燃烧和挥发,因此在具体的操作过程中更加的安全和环保。离子液体相对于高温熔盐而言,属于一种低温熔盐,在操作的过程中仅会对设备产生较小的腐蚀,而且还可以有效地控制能耗。在活泼金属的电沉积中应用离子液体作为电解质,在高温熔盐中才能获得金属或合金在平常温度下就可以获得,同时其不像高温熔盐那样具有非常强的腐蚀性,同时也能够解决活泼金属无法从水溶液电解中获得的问题,使得电解过程中的电流效率得以提升,并有效地降低了能耗,具有较少的副反应,可以提炼出无氢无氧的金属,确保了冶金过程实现绿色生产。

3 黄铜矿湿法冶金中对离子液体的应用

作为常见的一种硫化铜矿,黄铜矿也是最难浸出的硫化铜矿。而离子液体能够对很多无机物进行溶解,特别是在溶解金属氧化物的时候具有一定的选择性溶解能力,因此在湿法冶金方面离子液体具有非常好的应用前景。一些科学家通过离子液体对黄铜矿进行浸出,在进行8小时的浸出之后,结果显示可以获得大于90%的铜浸出率。随后这些科学家在闪锌矿、磁铁矿、黄铁矿、黄铜矿等伴生金矿中将金和银浸出,结果表明低值金属具有很低的浸出率,而银则具有很高的浸出率[3]。在浸出黄铜矿Cu的时候离子液体的浸出率非常高,而且因为离子液体几乎不存在蒸汽压,也不会形成挥发,而且在经简单处理之后使用后的离子液体还可以进行循环使用,不会对有价元素的浸出效果产生影响。在离子液体中可以将浸出的Cu直接电沉积出来,而这项技术有可能很好地解决现阶段在提取、分离贵金属中的严重的环境污染的问题。

4 结语

作为一种新型的反应介质,离子液体同时还具备高温熔盐和有机溶剂的优势,因此其具有非常广阔的应用前景。在提取和分离有色金属的工作中应用离子液体,只需要接近室温或者室温就可以进行,其具有无污染、能耗低、反应条件温和等一系列的特点,能够使目前有色金属冶金的生产成本得以大幅度降低,具有非常大的应用潜力。未来仍然需要对有色金属冶金中离子液体的具体应用进行进一步的研究,从而使其发挥更大的作用。

参考文献：

[1]牛金在.湿法处理火法富集——AAS测定锑白粉中的金[J].世界有色金属,2013（S1）.

[2]胡一航,王海北,王玉芳.水蒸气蒸馏——离子色谱法测定湿法炼锌溶液中氟和氯[J].冶金分析,2015（05）.

[3]薛向欣.钒钛资源冶金过程有价组元强化迁移规律及分离理论国家自然科学基金重大项目通过结题验收[J].钢铁钒钛,2015（04）.

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