第三篇湿法冶金原理

第三篇湿法冶金原理第三篇湿法冶金原理第1页，共20页。第十四章 浸出液净化教学内容教学内容:离子沉淀法、置换沉淀法、离子沉淀法、置换沉淀法、加压氢复原法和共沉淀法净化浸出液加压氢复原法和共沉淀法净化浸出液教学要求教学要求:了解湿法冶金过程中浸出液净化的几种了解湿法冶金过程中浸出液净化的几种 常用方法；常用方法；理解离子沉淀法、置换沉淀法、加压氢理解离子沉淀法、置换沉淀法、加压氢 复原法的热力学过程分析；复原法的热力学过程分析；了解共沉淀法及其他净液方法。了解共沉淀法及其他净液方法。教学重点和难点教学重点和难点:离子沉淀法、离子沉淀法、置换沉淀法、置换沉淀法、加压氢复原法的热力学过程分析加压氢复原法的热力学过程分析第2页，共20页。第十四章 浸出液净化p14.1 离子沉淀法净化p14.2 置换沉淀法净化 p14.3 加压氢复原p14.4 共沉淀法净化p14.5 其他第3页，共20页。14.1 离子沉淀法净化 所所谓谓离离子子沉沉淀淀法法，就就是是溶溶液液中中某某种种离离子子在在沉沉淀淀剂剂的的作作用用下下，形形成成难难溶溶化化合合物物形形态态而而沉淀的过程。沉淀的过程。为为了了到到达达使使主主体体有有价价金金属属和和杂杂质质彼彼此此别别离的目的，工业生产中有两种不同的做法：离的目的，工业生产中有两种不同的做法：一一是是使使杂杂质质呈呈难难溶溶化化合合物物形形态态沉沉淀淀，而而有有价价金金属属留留在在溶溶液液中中，这这就就是是所所谓谓的的溶溶液液净净化沉淀法；化沉淀法；二二是是相相反反地地使使有有价价金金属属呈呈难难溶溶化化合合物物沉沉淀淀，而而杂杂质质留留在在溶溶液液中中，这这个个过过程程称称为为制制备备纯纯化化合合物的沉淀法。物的沉淀法。第4页，共20页。14.1 离子沉淀法净化1 氢氧化物及碱式盐的沉淀 1.1 氢氧化物沉淀 生成难溶氢氧化物的反响都属于水解过程。金属离子水解反响可以用以下通式表示：Mez+zOHMe(OH)z(s)1可以推导出Mez+水解沉淀时平衡pH值的计算式：14-1第5页，共20页。14.1 离子沉淀法净化结论：结论：形形成成氢氢氧氧化化物物沉沉淀淀的的pH值值与与氢氢氧氧化化物物的的溶溶度积和溶液中金属离子的活度有关。度积和溶液中金属离子的活度有关。当当氢氢氧氧化化物物从从含含有有几几种种阳阳离离子子价价一一样样的的多多元元盐盐溶溶液液中中沉沉淀淀时时，首首先先开开场场析析出出的的是是其其形形成成pH值值最最低低，即即其其溶溶解解度度最最小小的的氢氢氧氧化化物物。在在金金属属一一样样但但其其离离子子价价不不同同的的体体系系中中，高高价价阳阳离离子子总总是是比比低低价价阳阳离离子子在在pH值值更更小小的的溶溶液液中中形形成成氢氢氧氧化化物物。这这个个决决定定氢氢氧氧化化物物沉沉淀淀顺顺序序的的规规律律，是是各各种种湿湿法法冶冶金金过过程程的理论根底之一。的理论根底之一。第6页，共20页。14.1 离子沉淀法净化1.2 碱式盐的沉淀碱式盐的沉淀设有碱式盐，设有碱式盐，其形成反响可用下式表示其形成反响可用下式表示(2)同样可以推导出：结结论论：形形成成碱碱式式盐盐的的平平衡衡pH值值与与Mez+的的活活度度 和和价价数数z、碱碱式式盐盐的的成成分分和和、阴阴离离子子的的活活度度 和和价价数数y有关。有关。14-2第7页，共20页。14.1 离子沉淀法净化1 硫化物的沉淀硫化物的沉淀硫硫化化物物沉沉淀淀别别离离金金属属，是是基基于于各各种种硫硫化化物物的的溶溶度度积积不不同同，凡凡溶溶度度积积愈愈小小的的硫硫化化物物愈愈易易形形成成硫硫化化物物而而沉淀析出。沉淀析出。硫化物沉淀的热力学分析硫化物沉淀的热力学分析硫化物在水溶液中的稳定性通常用溶度科来表示：硫化物在水溶液中的稳定性通常用溶度科来表示：Me2Sz=2Mez+zS2可导出一价、二价、三价金属硫化物沉淀的平衡pH值的计算式分别为：14-314-414-5第8页，共20页。14.1 离子沉淀法净化结论：结论：生成硫化物的生成硫化物的pH值，不仅与硫化物的溶度积值，不仅与硫化物的溶度积有关，而且还与金属离子的活度和离子价数有关。有关，而且还与金属离子的活度和离子价数有关。高温高压有利于硫化沉淀，在现代湿法冶金中已高温高压有利于硫化沉淀，在现代湿法冶金中已开展到采用高温高压硫化沉淀过程。开展到采用高温高压硫化沉淀过程。第9页，共20页。14.2 置换沉淀法净化 1 1 置换沉淀过程的热力学置换沉淀过程的热力学 用较负电性的金属从溶液中取代出较正电性金属的反响叫做置用较负电性的金属从溶液中取代出较正电性金属的反响叫做置换沉淀。置换反响为：换沉淀。置换反响为：反响平衡条件可表示如下 如果两种金属的价数一样，在平衡状态下，溶液中两种金属离子活度之比可用下式表示：结论：结论：从热力学角度考虑，在许多场合下，用置换沉淀法有可能从热力学角度考虑，在许多场合下，用置换沉淀法有可能完全除去溶液中被置换的金属离子完全除去溶液中被置换的金属离子 14-614-714-8第10页，共20页。14.2 置换沉淀法净化2 2 置换沉淀过程的动力学置换沉淀过程的动力学 置置换换过过程程的的动动力力学学方方程程在在大大多多数数情情况况下下，置置换换速速度度服服从从一一级级反反响响速速度度方程方程n=1n=1：14-9第11页，共20页。14.2 置换沉淀法净化 影响置换过程及反响结果的重要因素影响置换过程及反响结果的重要因素 ：1 1置换金属与被置换物结合物的组成置换金属与被置换物结合物的组成 2 2置换温度置换温度 3 3置换金属用量置换金属用量 4 4置换金属的比外表积置换金属的比外表积 5 5置换时搅拌的作用置换时搅拌的作用 6 6溶液的阴离子和外表活性物质的作用溶液的阴离子和外表活性物质的作用 7 7氧的复原与氢气的析出氧的复原与氢气的析出 第12页，共20页。14.3 加压氢复原1 1 加压氢复原过程的热力学分析加压氢复原过程的热力学分析 用用氢氢使使金金属属从从溶溶液液中中复复原原析析出出的的反反响响可可表表示如下：示如下：如果 反响3便可向金属复原的一方进行，直到 时建立平衡为止。14-1014-1114-1214-13第13页，共20页。14.3 加压氢复原 电位电位与与Me2+离子浓度以及与溶液的离子浓度以及与溶液的pH的关系的关系 增大氢复原反响的复原程度有两个途径：第一个途径是靠增大氢的压力和提高溶液的pH值来降低氢电极电位；第二个途径是靠增加溶液中金属离子浓度来提高金属电极的电位。图14-2 25下金属电位与Me2+离子浓度以及氢电位与溶液的pH的关系 第14页，共20页。14.3 加压氢复原2 2 加压氢复原过程的动力学分析加压氢复原过程的动力学分析 根据用氢从苏打溶液中复原钒和铀以及从氨溶液中复原铜等方面的动力学研究结果，说明在强烈搅拌溶液以充分消除扩散因素的条件下，复原反响属于零级反响，其速度可用以下通式表示：结论：结论：反响具有明显的多相体系的特点，并且在控制速度的反响具有明显的多相体系的特点，并且在控制速度的 阶段中，经常是原子氢参与作用。阶段中，经常是原子氢参与作用。随着温度和氢压力的增高，复原反响将加速进展。随着温度和氢压力的增高，复原反响将加速进展。第15页，共20页。14.4 共沉淀法净化 1 分散体系的概念 利用胶体吸附特性除去溶液中的其它杂质的过程叫做共沉淀法净化。一种物质分散成微粒分布在另一种物质中称为分散体系，被分散的物质叫做分散质，分散质周围的介质叫做分散剂。分散体系分类：l溶液:分散质被分散成单个的分子或离子，粒子直径110-7cm以下2溶胶:又称胶体溶液，它的分散质是由许多分子聚集而成的颗粒，粒子直径在10-710-5cm之间。3悬浊液:分散质也是由许多分子聚集而成的颗粒，粒子直径在10-510-3cm之间。第16页，共20页。14.4 共沉淀法净化2 2胶体的根本特性胶体的根本特性 3 3胶体的高度分散性与吸附能力胶体的高度分散性与吸附能力 4 4胶体的电泳现象与其带电性胶体的电泳现象与其带电性 5 5胶体的稳定性胶体的稳定性 6 6胶体的构造胶体的构造 7 7胶体的凝聚与吸附胶体的凝聚与吸附 8 8加电解质加电解质 9 9加热胶体溶液加热胶体溶液 1010加凝聚剂加凝聚剂 a a第17页，共20页。14.5 其他 1 1 离子交换法离子交换法 离子交换过程特别适用于从很稀溶液离子交换过程特别适用于从很稀溶液1010微克微克升升-1-1或或更低提取金属。对于高于更低提取金属。对于高于1 1的浓溶液，它是不恰当的。的浓溶液，它是不恰当的。离子交换过程通常包括两个阶段：吸附，解吸离子交换过程通常包括两个阶段：吸附，解吸2 2 离子浮选法离子浮选法 离子浮选就是利用气泡来捕集溶液中离子的一种技术离子浮选就是利用气泡来捕集溶液中离子的一种技术 。3 3 有机萃取法有机萃取法 有机萃取法主要利用金属离子在水和有机试剂中分配不同，有机萃取法主要利用金属离子在水和有机试剂中分配不同，同时水溶液与有机液形成两层液体相，再用稀释剂从有机相中将金同时水溶液与有机液形成两层液体相，再用稀释剂从有机相中将金属离子别离出来。萃取广泛用于从浸出液中提取金属和从浸出液中属离子别离出来。萃取广泛用于从浸出液中提取金属和从浸出液中除去有害杂质。除去有害杂质。第18页，共20页。谢谢！第19页，共20页。谢谢！第20页，共20页。