粉末的制备液相沉淀法详解

粉末的制备液相沉淀法详解第1页，共34页。3.3.从熔盐中沉淀法从熔盐中沉淀法从熔盐中沉淀即是从熔盐中的金属热复原。从熔盐中沉淀即是从熔盐中的金属热复原。ZrClZrCl4 4+KCl+KClMgMg750 750 o oC C Zr+Mg(Zr+Mg(少量少量H H2 2O OHClHCl可以制取优质的可以制取优质的难熔化合物难熔化合物。第2页，共34页。用作熔体金属的有用作熔体金属的有FeFe、Cu Cu、Ag Ag、Co Co、Ni Ni、Al Al、Pb Pb、Sn Sn等等1.1.从辅助金属浴中可析出碳化物、硼化物、硅化物、从辅助金属浴中可析出碳化物、硼化物、硅化物、氮化物和碳氮化物。氮化物和碳氮化物。2.2.难熔化合物的固溶体，如难熔化合物的固溶体，如TiC-WCTiC-WC固溶体等。固溶体等。第3页，共34页。用一种金属从水溶液中取代出另一种金属的过用一种金属从水溶液中取代出另一种金属的过程叫做程叫做置换置换。从热力学上讲，只能用。从热力学上讲，只能用负电位较大的负电位较大的金属金属去置换溶液中正电位较大的金属。去置换溶液中正电位较大的金属。1.1.金属置换法金属置换法金属置换法可用来制取铜粉、铅粉、锡粉、金属置换法可用来制取铜粉、铅粉、锡粉、银粉和金粉等。银粉和金粉等。MeMe1 1 2+2+MeMe2 2=MeMe1 1MeMe2 2 2+2+反响的通式为反响的通式为第4页，共34页。25 25 o o o oC C时在水中的标准电极电位时在水中的标准电极电位第5页，共34页。第6页，共34页。电极电位与溶液中离子浓度之间的关系式可表示为电极电位与溶液中离子浓度之间的关系式可表示为E E=+RTRTnFnFlnlnc c25 25 o oC C时的电极电位，用时的电极电位，用R R=8.316 VC/Kmol,=8.316 VC/Kmol,F F=96500 C=96500 C=+n nlglgc c第7页，共34页。ZnZn 2+2+CuCu=ZnZnCuCu 2+2+=CuCu 2+2+/Cu/Cu+(-+(-ZnZn 2+2+/Zn)/Zn)=+n nlglgCuCu 2+2+/Cu/Cu-ZnZn 2+2+/Zn/Zna aCuCu 2+2+a aZn Zn 2+2+第8页，共34页。正电位较大的金属离子浓度的变化速度取决于以下方程式正电位较大的金属离子浓度的变化速度取决于以下方程式-d dc cd dt t=k kA AV Vc c正电性金属离子浓度正电性金属离子浓度金属与溶液的接触面；金属与溶液的接触面；速度常数速度常数反响溶液的体积反响溶液的体积k k=-V VA At t1 1lnlnc c2 2c c1 1正电性金属反响之前的浓度；正电性金属反响之前的浓度；正电性金属经反响正电性金属经反响 t t时间后的浓度时间后的浓度c c1 1c c2 2第9页，共34页。MeMe1 1 2+2+MeMe2 2=MeMe1 1MeMe2 2 2+2+置换反响速度置换反响速度=k kA AMeMe1 1 2+2+i i当反响状态稳定时，扩散速度等于分界面上的当反响状态稳定时，扩散速度等于分界面上的化学反响速度，那末，可得化学反响速度，那末，可得D DA A MeMe1 1 2+2+-MeMe1 1 2+2+i i k kA AMeMe1 1 2+2+i i=D DMeMe1 1 2+2+=MeMe1 1 2+2+i ik+k+D D)MeMe1 1 2+2+i i=D/D/k+k+D/D/MeMe1 1 2+2+第10页，共34页。置换过程示意图置换过程示意图第11页，共34页。置换反响速度置换反响速度=k k A AD/D/k+k+D/D/MeMe1 1 2+2+=k kA AD/D/k+k+D/D/MeMe1 1 2+2+当当k k 时时D/D/速度速度=k k A A MeMe1 1 2+2+即过程为化学反响所控制即过程为化学反响所控制当当kk时时D/D/速度速度=A AMeMe1 1 2+2+D/D/即过程为扩散所控制即过程为扩散所控制第12页，共34页。影响置换过程和粉末质量的因素有：影响置换过程和粉末质量的因素有：1.1.金属沉淀剂的影响金属沉淀剂的影响从氯化铅溶液中用铁或锌置换铅从氯化铅溶液中用铁或锌置换铅第13页，共34页。2.2.被沉淀金属的影响被沉淀金属的影响1 1被沉淀金属的性质是控制置换动力学的重要因素。被沉淀金属的性质是控制置换动力学的重要因素。2 2被沉淀金属离子浓度影响粉末的粒度被沉淀金属离子浓度影响粉末的粒度第14页，共34页。3.3.置换时溶液酸度要控制适当置换时溶液酸度要控制适当金属置换法可应用于：金属置换法可应用于：1.1.从溶液中净化杂质或别离两种可溶性的金属。从溶液中净化杂质或别离两种可溶性的金属。2.2.置换出金属粉末，特别是以实验规模可制取多种粉末。置换出金属粉末，特别是以实验规模可制取多种粉末。第15页，共34页。2.2.溶液氢复原法溶液氢复原法溶液氢复原法制取两类粉末：溶液氢复原法制取两类粉末：1 1铜粉、镍粉、钴粉等铜粉、镍粉、钴粉等2 2合金粉如镍合金粉如镍 钴合金粉和各种包覆粉钴合金粉和各种包覆粉溶液氢复原法制取粉末的用途溶液氢复原法制取粉末的用途高温涂层：镍包铝、镍包氧化铝高温涂层：镍包铝、镍包氧化铝硬质合金刀具外表：钴包碳化钨、镍包金刚石硬质合金刀具外表：钴包碳化钨、镍包金刚石硬质合金：钴包碳化钨硬质合金：钴包碳化钨弥散强化材料：镍包氧化铝、镍包氧化钍弥散强化材料：镍包氧化铝、镍包氧化钍第16页，共34页。1.1.溶液氢复原的根本原理溶液氢复原的根本原理MeMen+n+=MeMenHnH+nHnH2 21 12 2(1)(1)(2)(2)第17页，共34页。MeMe n+n+/Me/Me与与MeMe n+n+浓度的关系和浓度的关系和H H+/H/H2 2与与pHpH的关系的关系第18页，共34页。显然，只有当金属线高于氢线时，复原过程在热力学上才是可显然，只有当金属线高于氢线时，复原过程在热力学上才是可能的。能的。增大溶液氢复原总反响的复原程度有两个途径：增大溶液氢复原总反响的复原程度有两个途径：第19页，共34页。随着复原反响的进展，金属离子浓度降低，同时，金属电位下随着复原反响的进展，金属离子浓度降低，同时，金属电位下降，而氢离子浓度那么增高，氢电位升高。当到达平衡时降，而氢离子浓度那么增高，氢电位升高。当到达平衡时=第20页，共34页。25 C25 C及及pH2=1atmpH2=1atm条件下氢复原金属的可能程度条件下氢复原金属的可能程度第21页，共34页。Me Me n+n+=10=10-2-2 时的平衡时的平衡pHpH值值第22页，共34页。增加氨浓度有两个相反的效应，一方面由于中和了增加氨浓度有两个相反的效应，一方面由于中和了析出的酸而有利于沉淀；另一方面由于形成络合物，降析出的酸而有利于沉淀；另一方面由于形成络合物，降低了浓度又会使复原过程减慢。低了浓度又会使复原过程减慢。恰当的恰当的NH3:Me 2+NH3:Me 2+的体积比为的体积比为2.02.02.52.5。第23页，共34页。从动力学因素考虑，溶液氢复原涉及到析出金属从动力学因素考虑，溶液氢复原涉及到析出金属的新相生成问题。高压氢从溶液中复原金属有两个途径进的新相生成问题。高压氢从溶液中复原金属有两个途径进展：展：1.1.均相沉淀，即不存在固体外表。均相沉淀，即不存在固体外表。均相沉淀时，沉淀速度取决于开场的金属离子浓度均相沉淀时，沉淀速度取决于开场的金属离子浓度2.2.多相沉淀，即在固体外表上沉淀，多相沉淀，即在固体外表上沉淀，这种固体外表起催化剂作用以诱导复原反响开场。这种固体外表起催化剂作用以诱导复原反响开场。第24页，共34页。2.2.影响复原过程和粉末性能的因素影响复原过程和粉末性能的因素(1)(1)氨浓度的影响氨浓度的影响氨不仅是为了调整溶液的氨不仅是为了调整溶液的pHpH值，也影响沉淀度。值，也影响沉淀度。NHNH3 3:Co:Co 2+2+的体积摩尔比对钴沉淀速度的影响的体积摩尔比对钴沉淀速度的影响第25页，共34页。NHNH3 3:Co:Co 2+2+的体积摩尔比对钴沉淀速度的影响的体积摩尔比对钴沉淀速度的影响第26页，共34页。(2(2硫酸铵的影响硫酸铵的影响添加硫酸铵对不同溶液有不同的效果。添加硫酸铵对不同溶液有不同的效果。NH4NH42SO42SO4对镍沉淀速度的影响对镍沉淀速度的影响NH4NH42SO42SO4：NiSO4NiSO4第27页，共34页。3 3氢气压力的影响氢气压力的影响从动力学因素考虑，增加氢气压力，沉淀速度是增加的。从动力学因素考虑，增加氢气压力，沉淀速度是增加的。在不同氢气压力下在不同氢气压力下从从NiSONiSO4 4溶液中沉溶液中沉淀镍的速度淀镍的速度第28页，共34页。(4)(4)温度的影响温度的影响随着温度升高，沉淀速度也是增大的。随着温度升高，沉淀速度也是增大的。在不同温度下从在不同温度下从NiSONiSO4 4溶液中沉淀镍的速度溶液中沉淀镍的速度第29页，共34页。5 5催化剂的影响催化剂的影响多相沉淀的速度取决于固体催化剂外表的大小。多相沉淀的速度取决于固体催化剂外表的大小。镍催化剂量对镍沉淀速度的影响镍催化剂量对镍沉淀速度的影响第30页，共34页。6 6添加剂的影响添加剂的影响向溶液中添加某种物质将大大影响沉出金属粉末的物理性能向溶液中添加某种物质将大大影响沉出金属粉末的物理性能，常用的添加剂有聚丙烯酸铵、胶树胶和动物胶、脂肪，常用的添加剂有聚丙烯酸铵、胶树胶和动物胶、脂肪酸如甘油三油脂酸、葡萄糖等。酸如甘油三油脂酸、葡萄糖等。添加剂有两个作用：添加剂有两个作用：蒽醌对镍沉淀蒽醌对镍沉淀速度的影响速度的影响第31页，共34页。3.3.溶液氢复原法生产铜、镍、钴粉工艺溶液氢复原法生产铜、镍、钴粉工艺课外自己学习！课外自己学习！第32页，共34页。汇报完毕谢谢大家!请各位批评指正第33页，共34页。谢谢大家！第34页，共34页。