一种硫化矿工作电极制备方法、工作电极及研究方法技术

本发明专利技术属于电化学技术领域，尤其涉及一种用于测量硫化矿加压浸出工艺条件下的电化学信号的硫化矿工作电极的制备方法、硫化矿工作电极，及应用所述工作电极对硫化矿加压浸出过程进行研究的方法。解决了现有技术中测量动态高温高压电化学信号装置和方法的缺乏、使用天然块体电极缺乏代表性的问题。硫化矿工作电极是由按一定比例混合的碳粉与矿粉加入粘合剂(PVDF)压制而成。通过开路电位测试、极化曲线测试和交流阻抗谱测试技术，测试出不同温度下的黄铜矿浸出电化学机理；借助交流阻抗技术可区分出浸出过程中的子过程数量，通过等效电路模拟等方法得到各个子过程的动力学参数，确定黄铜矿表面钝化膜的形成与生长机制。

【技术实现步骤摘要】
一种硫化矿工作电极制备方法、工作电极及研究方法
本专利技术属于电化学
，尤其涉及一种用于测量硫化矿加压浸出工艺条件下的电化学信号的硫化矿工作电极的制备方法、硫化矿工作电极，及应用所述工作电极对硫化矿加压浸出过程进行研究的方法。
技术介绍
黄铜矿等硫化矿结构稳定，在常温常压条件下很难浸出。加压浸出作为一种强化的浸出手段，具有高效、无污染、流程短等优点，具有非常广阔的应用前景。以黄铜矿为例，从理论计算的电位-pH图中可知，温度升高，黄铜矿的稳定区和硫的稳定区收缩，致使二者的重叠区变小，在这种理论的支持下，对黄铜矿进行加压浸出动力学研究，得到以下结论：提高温度和压力，黄铜矿中的铜以Cu2+的形式进入浸出液；铁以少量的Fe2+或Fe3+形式进入浸出液中，浸出渣中存在大量赤铁矿和少量黄铁矿；大部分硫以硫酸根形式进入浸出液，高温浸出可避免硫包裹的钝化现象。加压浸出虽可改善黄铜矿的浸出效果，但浸出渣中仍然存在未反应完全的黄铜矿，其浸出机理尚不明确。在黄铜矿的氧化浸出过程中，伴随着电子的转移过程，可以借助电化学测试技术对黄铜矿的浸出机理进行实时的深入表征。电化学测试方法可有效避免传统理化测试方法(XPS和AES等方法)的弊端，尤其是在探究黄铜矿加压浸出电化学机理时，可有效避免样品在制备、保存以及检测过程中的真实状态发生改变，减少研究钝化膜组成及厚度存在的偶然误差。目前，黄铜矿电化学机理研究大多数均基于稳态或准稳态的直流电化学测试技术，难以测量整体过程的子过程或步骤，根本无法确定反应过程中的时间常数，无法捕捉分步动力学的特征。且由于加压浸出的高温高压条件下，对电极的结构有很高的要求，电化学信号的测量和输出变的十分艰难。通常，对于黄铜矿等硫化矿的高温高压电化学测试是用天然的块体电极，然而天然的块体电极存在难寻找且不具有代表性的弊端，在加压浸出的高温高压条件下测量块体电极的电化学信号(如极化曲线和交流阻抗谱等)，并不能完全真实地得出实际情况下浸出过程中的电化学行为。因此，可以测量动态高温高压电化学信号的装置和方法的缺乏，阻碍了对高温高压的加压浸出过程中动态浸出行为和机理的深入研究。
技术实现思路
针对以上问题，为了克服黄铜矿等硫化矿加压浸出工艺下电化学测试技术的不足，本专利技术提出了一种用硫化矿粉制备出的工作电极代替天然块体电极，进行加压浸出的高温高压工艺条件下的电化学测试(特别是动态电化学测试)的方法。获得加压浸出条件下硫化矿的电化学信号(特别是动态电化学信号)符合硫化矿加压浸出的真实情况，可以更好地用于硫化矿加压浸出过程的研究分析。所述的用于硫化矿加压浸出过程电化学信号测量的工作电极采用以下方法制备：(1)对所述硫化矿进行预处理和破碎研磨后，制成硫化矿粉末。(2)将碳粉与所述硫化矿粉末按一定比例混合，优选比例为质量比1:1-1:5。(3)将粘合剂加入到步骤(2)中的混合粉末中，搅拌使其充分混合。(4)将步骤(3)中充分混合后的粉末加入到压片机进行压制，压制后得到片状电极。(5)将步骤(4)中压制好的片状电极放入马弗炉内进行粘结剂固化，固化结束后将片状电极取出在干燥的环境下冷却到室温。(6)采用耐高温有机树脂将步骤(5)中冷却后的片状电极进行封装。(7)将步骤(6)中封装好的片状电极放入2mol/L的硫酸溶液中浸泡24小时进行耐腐蚀测试，未出现腐蚀现象则硫化矿工作电极制备完成。上述方法中，硫化矿为黄铜矿、砷黄铁矿、辉钼矿中的一种或几种，步骤(1)中的硫化矿粉末为200目以下；所述碳粉为石墨粉、导电炭黑中的一种或几种。上述方法中，步骤(3)中的粘结剂优选为PVDF(聚偏氟乙烯)，相应地，所述步骤(5)中的粘结剂固化条件为80℃，12h。上述硫化矿工作电极可用于所述硫化矿的加压浸出过程的研究：将所要研究的硫化矿制备成上述硫化矿工作电极，以该硫化矿工作电极为工作电极，以所研究加压浸出过程用到的浸出液为电解液，反应条件按照实际加压浸出过程的压强和温度，即可模拟以硫化矿的实际加压浸出过程。对工作电极进行电化学测试，特别是反应过程中和反应过程前后的动态电化学测试，获得电化学信号并对测试结果进行研究分析，即相当于模拟研究、分析硫化矿实际的加压浸出过程中高温高压条件下的电化学信号，从而了解不同温度下的黄铜矿等硫化矿加压浸出过程的电化学机理、得到各个子过程的动力学参数，对于黄铜矿，还可以确定黄铜矿表面钝化膜的形成与生长机制等等。所述的电化学测试包括开路电位测试、极化曲线测试、交流阻抗谱测试等常见的电化学测试，获得的是工作电极中的硫化矿在高温高压的加压浸出过程中的电化学信号。借助交流阻抗谱可区分出浸出过程中的子过程数量，通过交流阻抗的等效电路模拟等方法可以得到各个子过程的动力学参数，确定黄铜矿表面钝化膜的形成与生长机制。为了控制反应压强以及减少高温条件下水的蒸发，工作电极在电解液中的反应可以在一封闭容器中进行。此时对于需要采用三电极体系(工作电极、对电极、参比电极)的电化学测试，参比电极可以设置在封闭容器内部，也可以设置在封闭容器外部。如果设置在内部，则称参比电极为内部参比电极，内部参比电极同样要承受高温高压，为监控内部参比电极是否失效，可以设置两个内部参比电极，并实时测试两个内部参比电极之间的电位差，当两个内部参比电极的电位差较小时，认为电极稳定；当电位差较大时(大于5mV)，认为参比电极内的电活性物质发生了水解等失效，此时需要更换电极的电活性物质。本专利技术的有益效果：采用本专利技术中的工作电极可以测试工作电极在相应的硫化矿加压浸出条件下的电化学信号，特别是可以用来进行动态测试，获得整个反应过程中的动态电化学信号，如进行极化曲线测试和交流阻抗谱测试等，获得的电化学测试结果，可以用来模拟分析硫化矿的实际加压浸出过程，了解不同温度下的黄铜矿等硫化矿的浸出电化学机理、得到加压浸出各个子过程的动力学参数、确定黄铜矿表面钝化膜的形成与生长机制。附图说明图1为实施例1中不同温度下黄铜矿工作电极在H2SO4溶液中进行开路电位测试的结果示意图；图2为实施例1中不同温度下黄铜矿工作电极在H2SO4溶液中进行极化曲线测试的结果示意图；图3为实施例1中不同温度下黄铜矿工作电极进行EIS测试的结果示意图；图4为实施例2中砷黄铁矿工作电极在不同温度下的极化曲线，图(b)为图(a)中电极电位在0.2-0.8V处的局部放大图；图5为实施例2中砷黄铁矿工作电极在100℃和160℃下的埃文斯(Evans)图。具体实施方式为能进一步了解本专利技术的内容、特点和有益效果，以下结合实施例对本专利技术作进一步的详细说明，不作为对本专利技术的限制。实施例1本实施例的研究对象为黄铜矿，按照如下方法，制备包含黄铜矿粉的工作电极：(1)对黄铜矿进行预处理(选矿除杂)和破碎研磨后，制成200目的黄铜矿粉末。(2)选取合适的碳粉类型，本实施例使用的为市购RC-69高纯导电碳黑，将碳粉与所述黄铜矿本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种硫化矿工作电极制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n(1)对硫化矿进行预处理和破碎研磨后，制成硫化矿粉末；/n(2)将碳粉与所述硫化矿粉末按一定比例混合制成混合粉末；/n(3)将粘合剂加入到步骤(2)中的混合粉末中，搅拌使其充分混合；/n(4)将步骤(3)中充分混合后的粉末加入到压片机进行压制，压制后得到片状电极；/n(5)将步骤(4)中压制好的片状电极放入马弗炉内进行粘结剂固化，固化结束后将片状电极取出冷却到室温；/n(6)采用耐高温有机树脂将步骤(5)中冷却后的片状电极进行封装；/n(7)将步骤(6)中封装好的片状电极放入2mol/L的硫酸溶液中浸泡24小时进行耐腐蚀测试，未出现较大腐蚀现象则所述硫化矿工作电极制备完成。/n

【技术特征摘要】
1.一种硫化矿工作电极制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)对硫化矿进行预处理和破碎研磨后，制成硫化矿粉末；
(2)将碳粉与所述硫化矿粉末按一定比例混合制成混合粉末；
(3)将粘合剂加入到步骤(2)中的混合粉末中，搅拌使其充分混合；
(4)将步骤(3)中充分混合后的粉末加入到压片机进行压制，压制后得到片状电极；
(5)将步骤(4)中压制好的片状电极放入马弗炉内进行粘结剂固化，固化结束后将片状电极取出冷却到室温；
(6)采用耐高温有机树脂将步骤(5)中冷却后的片状电极进行封装；
(7)将步骤(6)中封装好的片状电极放入2mol/L的硫酸溶液中浸泡24小时进行耐腐蚀测试，未出现较大腐蚀现象则所述硫化矿工作电极制备完成。


2.根据权利要求1所述的硫化矿工作电极制备方法，其特征在于，所述硫化矿为黄铜矿、砷黄铁矿、辉钼矿中的一种或几种，步骤(1)中的硫化矿粉末粒度为200目以下；所述碳粉为石墨粉、导电炭黑中的一种或几种。


3.根据权利要求1所述的硫化矿工作电极制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中碳粉与硫化矿粉末的混合比例为质量比1:1-1:5。


4.根据权利要求1所述的硫化矿工作电极制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中的粘...

【专利技术属性】
技术研发人员：白云龙，王伟，谢锋，路殿坤，畅永锋，王剑，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21