第三篇濕法冶金原理

1、第三篇 濕法冶金原理,第十四章 浸出液凈化,第十四章 浸出液凈化,[教學(xué)內(nèi)容]: 離子沉淀法、置換沉淀法、 加壓氫還原法和共沉淀法凈化浸出液[教學(xué)要求]: 了解濕法冶金過程中浸出液凈化的幾種 常用方法； 理解離子沉淀法、置換沉淀法、加壓氫 還原法的熱力學(xué)過程分析； 了解共

2、沉淀法及其他凈液方法。[教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)]: 離子沉淀法、 置換沉淀法、 加壓氫還原法的熱力學(xué)過程分析,第十四章 浸出液凈化,14.1 離子沉淀法凈化14.2 置換沉淀法凈化 14.3 加壓氫還原14.4 共沉淀法凈化14.5 其他,14.1 離子沉淀法凈化,所謂離子沉淀法，就是溶液中某種離子在沉淀劑的作用下，形成難溶化合物形態(tài)而沉淀的過程。

3、 為了達(dá)到使主體有價(jià)金屬和雜質(zhì)彼此分離的目的，工業(yè)生產(chǎn)中有兩種不同的做法： 一是使雜質(zhì)呈難溶化合物形態(tài)沉淀，而有價(jià)金屬留在溶液中，這就是所謂的溶液凈化沉淀法； 二是相反地使有價(jià)金屬呈難溶化合物沉淀，而雜質(zhì)留在溶液中，這個(gè)過程稱為制備純化合物的沉淀法。,,14.1 離子沉淀法凈化,1 氫氧化物及堿式鹽的沉淀 1.1 氫氧化物沉淀 生成難溶氫氧化物的反應(yīng)都屬于水解過程。金屬離子水解反應(yīng)可以

4、用下列通式表示： Mez+＋zOH－＝Me(OH)z(s) （1）可以推導(dǎo)出Mez+水解沉淀時(shí)平衡pH值的計(jì)算式 ：,（14-1）,14.1 離子沉淀法凈化,結(jié)論： 形成氫氧化物沉淀的pH值與氫氧化物的溶度積和溶液中金屬離子的活度有關(guān)。當(dāng)氫氧化物從含有幾種陽離子價(jià)相同的多元鹽溶液中沉淀時(shí)，首先開始析出的是其形成pH值最低，即其溶解度最小的氫氧化物。在金屬相同但其離子價(jià)不同的體系中，高價(jià)陽離子總是比低價(jià)陽離子在p

5、H值更小的溶液中形成氫氧化物。這個(gè)決定氫氧化物沉淀順序的規(guī)律，是各種濕法冶金過程的理論基礎(chǔ)之一。,14.1 離子沉淀法凈化,,1.2 堿式鹽的沉淀設(shè)有堿式鹽， 其形成反應(yīng)可用下式表示,(2),同樣可以推導(dǎo)出：,結(jié)論：形成堿式鹽的平衡pH值與Mez+的活度 和價(jià)數(shù)（z）、堿式鹽的成分（α和β）、陰離子的活度 和價(jià)數(shù)（y）有關(guān)。,（14-2）,14.

6、1 離子沉淀法凈化,1 硫化物的沉淀硫化物沉淀分離金屬，是基于各種硫化物的溶度積不同，凡溶度積愈小的硫化物愈易形成硫化物而沉淀析出。硫化物沉淀的熱力學(xué)分析硫化物在水溶液中的穩(wěn)定性通常用溶度科來表示：Me2Sz=2Mez+＋zS2－,可導(dǎo)出一價(jià)、二價(jià)、三價(jià)金屬硫化物沉淀的平衡pH值的計(jì)算式分別為：,（14-3）,（14-4）,（14-5）,14.1 離子沉淀法凈化,結(jié)論： 生成硫化物的pH值，不僅與硫化物的溶

7、度積有關(guān)，而且還與金屬離子的活度和離子價(jià)數(shù)有關(guān)。 高溫高壓有利于硫化沉淀，在現(xiàn)代濕法冶金中已發(fā)展到采用高溫高壓硫化沉淀過程。,14.2 置換沉淀法凈化,,1 置換沉淀過程的熱力學(xué) 用較負(fù)電性的金屬從溶液中取代出較正電性金屬的反應(yīng)叫做置換沉淀。置換反應(yīng)為：,反應(yīng)平衡條件可表示如下,如果兩種金屬的價(jià)數(shù)相同，在平衡狀態(tài)下，溶液中兩種金屬離子活度之比可用下式表示：,結(jié)論：從熱力學(xué)角度考慮，在許多場(chǎng)合下，用置換沉淀法有可能完全除去

8、溶液中被置換的金屬離子,（14-6）,（14-7）,（14-8）,14.2 置換沉淀法凈化,2 置換沉淀過程的動(dòng)力學(xué) 置換過程的動(dòng)力學(xué)方程在大多數(shù)情況下，置換速度服從一級(jí)反應(yīng)速度方程（n=1）：,（14-9）,14.2 置換沉淀法凈化,影響置換過程及反應(yīng)結(jié)果的重要因素 ：（1）置換金屬與被置換物結(jié)合物的組成 （2）置換溫度 （3）置換金屬用量 （4）置換金屬的比表面積 （5）置換時(shí)攪拌的作用 （6）溶液的陰離子和表面活

9、性物質(zhì)的作用 （7）氧的還原與氫氣的析出,14.3 加壓氫還原,1 加壓氫還原過程的熱力學(xué)分析 用氫使金屬從溶液中還原析出的反應(yīng)可表示如下：,,如果 反應(yīng)（3）便可向金屬還原的一方進(jìn)行，直到 時(shí)建立平衡為止。,（14-10）,（14-11）,（14-12）,（14-13）,14.3 加壓氫還原,電位與Me2+離子濃度以及與溶液的pH的關(guān)

10、系,,增大氫還原反應(yīng)的還原程度有兩個(gè)途徑：第一個(gè)途徑是靠增大氫的壓力和提高溶液的pH值來降低氫電極電位；第二個(gè)途徑是靠增加溶液中金屬離子濃度來提高金屬電極的電位。,圖14-2 25℃下金屬電位與Me2+離子濃度以及氫電位與溶液的pH的關(guān)系,14.3 加壓氫還原,2 加壓氫還原過程的動(dòng)力學(xué)分析,,根據(jù)用氫從蘇打溶液中還原釩和鈾以及從氨溶液中還原銅等方面的動(dòng)力學(xué)研究結(jié)果，表明在強(qiáng)烈攪拌溶液以充分消除擴(kuò)散因素的條件下，還原反應(yīng)屬于零級(jí)反

11、應(yīng)，其速度可用下列通式表示：,結(jié)論：反應(yīng)具有明顯的多相體系的特點(diǎn)，并且在控制速度的 階段中，經(jīng)常是原子氫參與作用。隨著溫度和氫壓力的增高，還原反應(yīng)將加速進(jìn)行。,14.4 共沉淀法凈化,1 分散體系的概念 利用膠體吸附特性除去溶液中的其它雜質(zhì)的過程叫做共沉淀法凈化。 一種物質(zhì)分散成微粒分布在另一種物質(zhì)中稱為分散體系，被分散的物質(zhì)叫做分散質(zhì)，分散質(zhì)周圍的介質(zhì)叫做分散劑。 分散體系分類：（l）溶液:分散質(zhì)

12、被分散成單個(gè)的分子或離子，粒子直徑1×10-7cm以下（2）溶膠:又稱膠體溶液，它的分散質(zhì)是由許多分子聚集而成的顆粒，粒子直徑在10-7～10-5cm之間。（3）懸濁液:分散質(zhì)也是由許多分子聚集而成的顆粒，粒子直徑在10-5～10-3cm之間。,14.4 共沉淀法凈化,膠體的基本特性 膠體的高度分散性與吸附能力 膠體的電泳現(xiàn)象與其帶電性 膠體的穩(wěn)定性 膠體的結(jié)構(gòu) 膠體的凝聚與吸附 加電解質(zhì) 加熱膠體溶液 加

13、凝聚劑 a,,14.5 其他,,1 離子交換法 離子交換過程特別適用于從很稀溶液（10微克·升-1或更低）提取金屬。對(duì)于高于1％的濃溶液，它是不恰當(dāng)?shù)摹?離子交換過程通常包括兩個(gè)階段：吸附，解吸2 離子浮選法 離子浮選就是利用氣泡來捕集溶液中離子的一種技術(shù) 。3 有機(jī)萃取法 有機(jī)萃取法主要利用金屬離子在水和有機(jī)試劑中分配不同，同時(shí)水溶液與有機(jī)液形成兩層液體相，再