《电解精炼》PPT课件

按一下以編輯母片標題樣式,按一下以編輯母片,第二層,第三層,第四層,第五層,*,電解精煉,許翰棕,吳國瑋,電解精煉,電解,電解是將電流通過電解質溶液或熔融態物質，而在陰極和陽極上引起氧化還原反應的過程叫電解的一種方法，電化學電池在外加電壓時可發生電解過程。,在外電流作用下使直流電通過電解槽在電極界面引起化學反應的過程即電能直接轉變為化學能的過程。電解是在電解槽中進行的。用兩塊電子導體(如金屬石墨等)作為電極(陽極和陰極)在兩極保持一定距離的情況下分別與離子導體(例如電解質溶液熔融電解質等)直接接觸即構成最簡單的電解槽。為防止陰極與陽極區的電解產物相混合通常要在兩極間加上可使離子透過的隔膜。,以水的電解為例電解槽中的陰極是鐵板陽極是鎳板以氫氧化鈉水溶液為電解液。兩電極與直流電源接通後電流流入陽極然後由陰極流回到直流電源中。實際的電子流動方向與電流的方向相反即電子自外電源流入鐵陰極隨後轉變為溶液中的離子輸送電荷接著又轉變為鎳陽極中的電子導電最後將電子送回直流電源中。,舉例以下為電解水的例子。,陽極(Pt):,2O2-,4e-+O2,陰極(Pt):,4H+4e-,2H2,總反應式,2H2O,2H2+O2,在這個反應中，陽極產生放出電子的反應（氧化），陰極產生取得電子的反應（還原）。,電流通過電解槽時不可避免地要在陰極發生還原反應和在陽極發生氧化反應。儘管電解液的成分相同如果使用不同材料的電極或在不同溫度和電極電勢下電解則電極反應的速率甚至電解產物也都會不一樣。,電解是一種非常強有力的氧化還原手段可以把電子當作氧化劑或還原劑來看待。許多在一般情況下很難發生的氧化還原反應常常可以通過電解來實現。例如只有用電解的方法才能將熔融的氟化物在陽極上氧化成單質氟。又如電解熔融的鋰鹽時可在陰極上將很難還原的Li 還原為金屬鋰。許多已經實現大規模生產的電解過程例如電解食鹽水溶液製取氯氣和燒鹼電解熔融的氧化鋁與冰晶石製取金屬鋁電解精煉含雜質較多的銅等經濟上非常合算在國民經濟中具有重大意義。,與一般有機合成相比有機化合物的電合成的最大特點是無需向體系中引入額外的氧化劑與還原劑例如在陰極上將葡萄糖還原為山梨醇和甘露醇。這不但可以減少貴重化學藥品的消耗而且還可消除某些對環境污染的危害。電合成可以使某些穩定性差不宜於在高溫高壓下進行的反應得以在常溫常壓下進行。此外在電合成中通過對電極材料的選擇和溫度與電極電勢的控制可以大大降低副反應的反應速率簡化生產中分離與提純的操作。,為了解決環境污染和回收污水中的金屬材料電解也是處理污水的一種方法。由於污水中金屬離子含量相當低同樣也需要在電解槽設計上作出新的改進以增大電極表面積和促使電解液的流動。當前除通常使用的箱式電解槽外許多新型的電解槽如板框壓濾式電解槽旋轉圓柱或多層圓盤電解槽兩極間距離小至0.31毫米的雙極性電解槽陰陽極與隔膜疊在一起的卷筒式電解槽等已陸續用於生產。,為了大量節約電能和提高自然資源的利用率最近20年來電解在工藝上的發展很快。例如使用對電極反應催化性能好的新材料製備電極在多孔圓柱中裝入顆粒狀電子導體材料電解液自下部流入形成流化床由普通隔膜電解發展為離子交換膜電解並將這種工藝進一步發展到兩電極間的離子交換膜中幾乎不存在夾帶氣泡的液體電解質等。,電解可用來進行各種電化學的製備和生產，是重要的工業過程。,氯鹼工業：電解食鹽水，陽極產生氯氣，陰極產生氫和燒鹼溶液。,熔鹽電解：電負性高的氟和電負性低的鈉、鉀、鈣等鹼金屬和鹼土金屬以及各種難熔的金屬只能通過相應的,熔鹽電解才能制得。,電冶金：銅、鋅等金屬可通過電解法從礦石提取液中分離。,電解精煉：通過電解精煉可以獲得高純度的金屬。,電鍍、電拋光是重要的金屬表面精飾工藝。,電解精煉,直流電通過電解質水溶液在電極上發生化學反應的過程。電解反應為原電池反應的逆過程也就是將電能轉變成化學能的過程。為了討論上的統一規定電解槽中從外電路輸入電子(e)的電極為陰極在此電極上進行還原反應向外電路輸出電子的電極為陽極在該電極上進行氧化反應。在冶金中廣泛應用水溶液電解作為金屬精煉和從,浸取,液回收金屬的重要手段。前者稱為電解精煉或可溶陽極電解後者稱為電解提取或不溶陽極電解也稱電沉積(或電積)。電解精煉 銅鎳鈷金銀等金屬大都用電解精煉製取而鉛錫等金屬既可用火法也可用電解進行精煉。此時以粗金屬作陽極純金屬薄片作陰極(始極片)在適當的電解液中完成電解精煉作業表1 幾種金屬的電解精煉。現以銅的電解精煉為例說明此種電解的一般規律。電解體系可表示如下直流電通過時陽極中電極電勢比銅負的金屬如鋅鐵鈷鎳砷等優先失去電子而成為離子進入電解液。但是這類雜質在經過火法精煉的陽極銅中含量很少所以它們的電極反應不是主要反應。電極電勢比銅正的金屬如金銀總的說來不能進行陽極溶解而以金屬粒子形態落到電解槽底部或附著在陽極上,，,形成,陽極泥,成為回收,貴金屬,的原料。,此外必須往電解液中加入一種或數種添加劑以改善陰極析出產品的表面狀態常用的添加劑有動物膠硫和乾酪素等。電解提取 其特點是可以不經冶煉粗金屬的中間工序直接獲得純金屬由於使用了不溶陽極在電解的同時溶劑也得到再生可返回做浸取液使用。,但是這種方法,電流效率,一般較低電能消耗高。此法已廣泛用於鋅銅鎘的濕法冶金在鎳鈷錳鉻生產中也有使用的,。,電解提取的槽電壓必須大於電解液中要提取的金屬化合物的分解電壓並隨電流密度的提高而增大。所以槽電壓()就是使電解過程能順利進行所必須施加的外電壓。它總比可逆條件下測得的理論分解電壓()大並存在下列關係 因此陽極的主要反應是 Cu-2eCu-0.34伏 電解液中較正電性的離子將優先在陰極上得到電子而以金屬形態析出。由於電解液中Cu的析出電勢較正並且濃度也較大因此陰極上的主要反應是 Cu2eCu 0.34伏 結果使陰極銅的品位提高達到精煉的目的。在一般電解時由於Cu 和雜質離子的濃度不斷昇高必須定期抽出一,定的限度。此外必須往電解液中加入一種或數種添加劑以改善陰極析出產品的表面狀態常用的添加劑有動物膠硫和乾酪素等。電解提取 其特點是可以不經冶煉粗金屬的中間工序直接獲得純金屬由於使用了不溶陽極在電解的同時溶劑也得到再生可返回做浸取液使用電解槽電解提取示意。但是這種方法,電流效率,一般較低電能消耗高。此法已廣泛用於鋅銅鎘的濕法冶金在鎳鈷錳鉻生產中也有使用的。電解提取的槽電壓必須大於電解液中要提取的金屬化合物的分解電壓並隨電流密度的提高而增大。所以槽電壓()就是使電解過程能順利進行所必須施加的外電壓。它總比可逆條件下測得的理論分解電壓()大並存在下列關係,|+|-|式中|+|-|分別為陽極和陰極的超電勢的絕對值為電流強度為包括電解液接觸點陽極泥等的電阻。由表可見同種金屬電解提取的槽電壓和電能消耗都比電解精煉的大得多。以鋅為例說明電解提取的一般規律淨化後含Zn為 110130克/升的硫酸鋅中性水溶液以一定流量連續流入電解槽內。以鉛合金板作陽極鋁板作陰極。兩極反應如下 陰極反應由於氫的標準電極電勢較鋅為正在陰極可,能發生下列反應 Zn2eZn-0.76伏 2H2eH 0伏 在實際電解時離子析出電勢()為 式中為氣體常數為絕對溫度為法拉第常數為離子價數為離子的活度|-|為超電勢在含有硫酸鋅與硫酸的水溶液中Zn 的超電勢|-|接近於零而H的|卻很大並與陰極材料和電流密度存在下列關係 lg 式中是與溫度和電極材料有關的常數是陰極電流密度。隨電流密度增大而提高隨溫度的提高而降低由於的數值較大使氫的析出電勢比鋅更負所以不能大量析出氫。陽極反應 在新的陽極上可能發生的反應有 Pb22pb2e(1)(2)2OH,H2O+1/2O2+2e,(3)SO4,SO3+1/2O2+2e,首先反應(1)優先進行同時發生 PbSO4 PbSO4 Pb Pb4+2e Pb(SO4)22H2O2H2SO4PbO2,形成的PbO沉積於陽極表面起到保護層的作用使陽極變為不溶陽極。反應(3)不會發生。這樣在陽極上主要進行反應(2)放出氧氣。從電解槽流出的廢電解液中Zn 的濃度降至5055克/升而HSO的濃度卻提高到135155克/升。近年來在電解工藝中開展的研究主要有提高電流密度強化生產主要途徑是改進電解槽結構和電解液的循環方式週期反向電解和週期斷電電解等硫化物合金直接電解和流態化電解及懸浮電解串聯電解等。,在冶金工業上，電解精煉Cu、Zn、Ni時，電解液就要用硫酸配製。,舉例說明-,貴金屬:,有色金屬的一類。包括,金,銀,和,鉑族金屬,(鉑釕銠鈀餓和銥)共八個元素。因價格比一般常用金屬昂貴而得名。貴金屬具有優異的化學和熱穩定性以及其他許多獨特的物理-化學性能。貴金屬,地殼豐度,低分布稀散彼此互溶共生富集分離和提純都較困難。大量的金和鉑族金屬都是從處理砂礦和脈礦中獲得少量從冶煉銅鉛鋅的,陽極泥,中回收。銀主要從陽極泥中回收。從銅鎳硫化共生礦中提取鉑族金屬的數量正在逐步增長。在中國鉑族金屬主要從銅鎳硫,化共生礦中回收獲得。從含貴金屬的廢舊材料中回收也是一個重要來源。金銀作為貨幣和裝飾品已有幾千年歷史。從19世紀末到20世紀初貴金屬和貴金屬合金開始用於工業和科學研究後來廣泛用於航空航天航海原子能化工電子工業冶金工業等部門以及廢氣淨化等方面。貴金屬是戰略儲備物資。,銅,銅條可以用來做漆包線，通信線，電子或汽車等應用，建築線，電力電纜或特殊產品像釘子、鉚釘及變壓器線圈用的平角線。它們全部由銅條製造而成。但銅條的銅來自那裡哪？它們並非全來自礦場，幾乎一半的銅產自於美國。而這其中，也包括從回收的銅製品如拉鍊、散熱器、鉛鎚、電腦鍵盤及銅線等等。今年，南方電線公司將回收約300萬磅的廢銅處理成為99.9%純度的銅去生產銅條，這其中有些是來自抽線者回收的廢銅，而處理後純度很容易地超越歐洲人銅金屬市場（LME）及美國人銅金屬市場（COMEX）之高級陰極銅板標準。,精煉製程生產鑄陽極銅板,如何從廢銅材料提煉得到高純度銅條哪？讓我們看看以下的流程圖。,低級廢銅（純度88%以下）首先放進鼓風熔爐，在這裡利用壓縮空氣吹入穿過熔融的銅，使不需要的元素形成氧化物的渣，分離產生的渣後，再將這些80%純度的黑銅送到轉爐去提煉成粗銅，再將粗銅送進梅爾茲反射爐去做最後的火煉，而得到超過99%純度的銅。在這個同時，高級廢銅（純度88%以上）也依據其純度及形狀分別放進梅爾茲反射爐或直爐去提煉。粗銅（純度98%）同樣也是放進直爐去提煉。從梅爾茲反射爐或直爐提煉出來的銅，再給予鑄成每塊公差12磅的765磅（約350公斤）的陽極銅板。而這些陽極銅板就是電解精煉的原材料。,電解精煉,在電解槽裡，陽極銅板被懸掛在稀硫酸及硫酸銅的溶液中，當電流經過這溶液，純度99.9%的銅沉積在相鄰的陰極上，形成所謂的陰極銅板，而不純物則沉澱到電解槽底。南方電線公司生產伸線用高純度頂級銅條所用的陰極銅板，除了自己生產外，部份也向其他供應商購買。南方電線公司每日處理超過200萬磅（910噸）的銅，是世界最大、最先進技術的銅條製造廠，那也就是你銅的來源。,金的電解精煉 金泥熔煉所產的金銀合金經電解銀後所得的陽極泥以及處理銅鉛陽極泥所得的銀電解陽極泥(見銀)均須電解精煉以提取純金。銀電解陽極泥含金2545經過富集使含金達85以上再用電解精煉法提純金。富集方法有硝酸蒸煮法和二次電解法。硝酸蒸煮法是利用金在硝酸中的不溶性使它與其他金屬分離。此法污染環境採用較少。二次電解法是在銀電解陽極泥中配入少量銀粉鑄成含金35左右的銀陽極再次進行銀電解。二次電解產出的陽極泥含金可達90鑄成金陽極進行電解精煉。金電解時鋨銥銠釕進入陽極泥鉑和鈀進入溶液可進一步回收(見鉑族金屬)。由於銀溶解後立即與電解液中的氯離子生成氯化銀附著在陽極上造成陽極鈍化所以金電解精煉常採用非對稱脈動電流(有的廠採用直流電週期反向電解)消除陽極鈍化。析出的陰極金洗淨後熔鑄成重1113公斤的金錠。金電解精煉的技術條件為電解液含AuCl250500克/升HCl150200克/升電解液溫度5070陰極電流密度400700安/米槽電壓0.40.8伏同極中心距80120毫米交流和直流電流的強度之比