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时间:2019-06-27
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1、冶金原理之湿法冶金第1讲浸出-净化-沉淀教师李鸿乂副教授湿法冶金简介•狭义概念指在水溶液中进行的提取冶金过程•广义概念指水溶液中提取金属及其化合物、制取无机材料及处理“三废”的过程•研究意义AlO(100%)23Zn(>80%)、Cu(15%-20%)贵金属(100%)•优势湿法冶金过程选择性强利于综合回收有价元素工作环境好(无高温、无粉尘、毒气排放少)成本低(处理低品位复杂矿)•劣势反应速度慢、流程长、工厂占地面积大预处理浸出净化沉淀湿法冶金主要流程钒渣提钒流程(a)钠化法焙烧流程(b)钙化法焙烧流程预处理•主要目的改变
2、原料的物理化学性质,为后续的浸出过程创造良好的热力学和动力学条件预先除去某些有害杂质钠化法焙烧过程4FeOVO4NaCO5O8NaVO2FeO4CO2323232324FeOVO4NaSO3O8NaVO2FeO4SO2324232324FeOVO8NaCl5O4HO8NaVO2FeO8HCl2322323钙化法焙烧过程2FeOVOCaCOCa(VO)FeOCO233322322FeOVO2CaCOCaVOFeO2CO2332272322FeOVO3CaCOCa(VO
3、)FeO3CO233342232浸出浸出是指在水溶液中利用浸出剂与固体原料作用,使有价元素变为可溶性化合物进入水溶液的过程•浸出过程的化学反应简单溶解反应AlO+NaOH=NaAlO+HO2322复分解反应CaCO(s)+2HCl(aq)=CaCl(aq)+HO+CO↑3222氧化还原反应1ZnS(s)+HSO(aq)+O=ZnSO(aq)+S(s)+HO242242有络合物生成的溶解反应4Au(s)+8NaCN(aq)+O+2HO=4NaAu(CN)(aq)+4NaOH(aq)222•浸出过程分类酸浸用酸将物料中的碱性化合
4、物溶入溶液碱浸用碱或碱性溶液将物料中的酸性化合物浸入溶液氧浸主要用于金属硫化矿或单质金属的浸出,需配合其它浸出剂氯化浸出利用氯作为氧化剂进行重金属硫化矿的浸出细菌浸出利用细菌的作用直接从矿石中浸出有价金属电化浸出在电场作用下利用阳极氧化作用将硫化矿氧化•浸出过程热力学计算∆?以判断浸出反应能否发生∅∅根据反应物、生成物的??、∆??和∅∆???等根据反应平衡常数K判断反应发生的限度实验测定根据电池电动势E来进行计算Nernst方程、标准电极电势等根据电势-pH图判断发生什么反应Mg-H2O体系电位-pH图•浸出过程动力学
5、浸出过程步骤:(1)浸出剂通过扩散层向固体表面扩散(外扩散);(2)浸出剂进一步扩散通过固体层(内扩散);(3)浸出剂与矿粒发生化学反应,与此同时伴随有吸附或解吸过程;(4)生成的不溶产物层使固体膜增厚,而生成的可溶性产物扩散通过固体膜(内扩散);(5)生成的可溶性产物扩散到溶液中(外扩散)。流体膜扩散控制灰层扩散控制表面反应控制举例:钒渣熟料浸出钠化法浸出过程焙烧生成的偏钒酸钠NaVO3是水溶性的物质,直接溶于水中钙化法浸出过程Ca(VO)2HSO(VO)SOCaSO2HO322422442CaVO3HSO(VO)SO2C
6、aSO3HO2272422442Ca(VO)4HSO(VO)SO2CaSO4HO3422422442净化•简单化学法•离子交换树脂法•溶剂萃取法沉淀沉淀是指向溶液中加入化学试剂使其中某组分形成难溶化合物析出的过程•物质的溶解度——溶度积对于电解质MA有??=???++???−mn??定义饱和时离子浓度积为?=??+???−???当??+???−??时,溶液过饱和??结晶过程:晶核形成→晶粒长大→陈化•晶核形成均相成核从过饱和溶液中自动形成晶
7、核的过程异相成核结晶的核心是溶液中夹杂物颗粒或容器表面、杂质离子等的形核过程•晶粒长大通过对流与扩散等传质过程达到晶体表面在晶体的表面吸附吸附的分子或离子在表面迁移进入晶格,使晶粒长大•沉淀物的形态结晶型无定形(凝乳型)非晶体聚集得无定形沉淀核心的形成沉淀离子晶核微粒定向长大得结晶型沉淀•沉淀物形态及粒度的影响因素过饱和度温度搅拌晶体结构类型•陈化指沉淀物的粒度和结构进一步自发地向热力学更稳定的方向变化的过程。包括Ostwald熟化和亚稳相的转化Ostwald熟化指沉淀颗粒自动长大、小颗粒消失的过程亚稳相的转化指
8、在沉淀过程中亚稳态转化为稳态的过程举例:含钒溶液沉钒钠化法沉淀过程调节pH值到2~36NaVO2HSONHSONHV6O16H2O3Na2SO4H2O324
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