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第三篇湿法冶金原理 第十四章浸出液净化 第十四章浸出液净化 教学内容 离子沉淀法 置换沉淀法 加压氢还原法和共沉淀法净化浸出液 教学要求 了解湿法冶金过程中浸出液净化的几种常用方法 理解离子沉淀法 置换沉淀法 加压氢还原法的热力学过程分析 了解共沉淀法及其他净液方法 教学重点和难点 离子沉淀法 置换沉淀法 加压氢还原法的热力学过程分析 第十四章浸出液净化 14 1离子沉淀法净化14 2置换沉淀法净化14 3加压氢还原14 4共沉淀法净化14 5其他 14 1离子沉淀法净化 所谓离子沉淀法 就是溶液中某种离子在沉淀剂的作用下 形成难溶化合物形态而沉淀的过程 为了达到使主体有价金属和杂质彼此分离的目的 工业生产中有两种不同的做法 一是使杂质呈难溶化合物形态沉淀 而有价金属留在溶液中 这就是所谓的溶液净化沉淀法 二是相反地使有价金属呈难溶化合物沉淀 而杂质留在溶液中 这个过程称为制备纯化合物的沉淀法 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应都属于水解过程 金属离子水解反应可以用下列通式表示 Mez zOH Me 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 14 1离子沉淀法净化 结论 形成氢氧化物沉淀的pH值与氢氧化物的溶度积和溶液中金属离子的活度有关 当氢氧化物从含有几种阳离子价相同的多元盐溶液中沉淀时 首先开始析出的是其形成pH值最低 即其溶解度最小的氢氧化物 在金属相同但其离子价不同的体系中 高价阳离子总是比低价阳离子在pH值更小的溶液中形成氢氧化物 这个决定氢氧化物沉淀顺序的规律 是各种湿法冶金过程的理论基础之一 14 1离子沉淀法净化 1 2碱式盐的沉淀设有碱式盐 其形成反应可用下式表示 2 同样可以推导出 结论 形成碱式盐的平衡pH值与Mez 的活度和价数 z 碱式盐的成分 和 阴离子的活度和价数 y 有关 14 2 14 1离子沉淀法净化 1硫化物的沉淀硫化物沉淀分离金属 是基于各种硫化物的溶度积不同 凡溶度积愈小的硫化物愈易形成硫化物而沉淀析出 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 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 3 14 4 14 5 14 1离子沉淀法净化 结论 生成硫化物的pH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 高温高压有利于硫化沉淀 在现代湿法冶金中已发展到采用高温高压硫化沉淀过程 14 2置换沉淀法净化 1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应叫做置换沉淀 置换反应为 反应平衡条件可表示如下 如果两种金属的价数相同 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 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 14 6 14 7 14 8 14 2置换沉淀法净化 2置换沉淀过程的动力学置换过程的动力学方程在大多数情况下 置换速度服从一级反应速度方程 n 1 14 9 14 2置换沉淀法净化 影响置换过程及反应结果的重要因素 1 置换金属与被置换物结合物的组成 2 置换温度 3 置换金属用量 4 置换金属的比表面积 5 置换时搅拌的作用 6 溶液的阴离子和表面活性物质的作用 7 氧的还原与氢气的析出 14 3加压氢还原 1加压氢还原过程的热力学分析用氢使金属从溶液中还原析出的反应可表示如下 如果反应 3 便可向金属还原的一方进行 直到时建立平衡为止 14 10 14 11 14 12 14 13 14 3加压氢还原 电位与Me2 离子浓度以及与溶液的pH的关系 增大氢还原反应的还原程度有两个途径 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14 225 下金属电位与Me2 离子浓度以及氢电位与溶液的pH的关系 14 3加压氢还原 2加压氢还原过程的动力学分析 根据用氢从苏打溶液中还原钒和铀以及从氨溶液中还原铜等方面的动力学研究结果 表明在强烈搅拌溶液以充分消除扩散因素的条件下 还原反应属于零级反应 其速度可用下列通式表示 结论 反应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 随着温度和氢压力的增高 还原反应将加速进行 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1 10 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 7 10 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 5 10 3cm之间 14 4共沉淀法净化 胶体的基本特性胶体的高度分散性与吸附能力胶体的电泳现象与其带电性胶体的稳定性胶体的结构胶体的凝聚与吸附加电解质加热胶体溶液加凝聚剂a 14 5其他 1离子交换法离子交换过程特别适用于从很稀溶液 10微克 升 1或更低 提取金属 对于高于1 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2离子浮选法离子