金属的电解提取与精炼

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1、第六章金属的电解提取与精练本章主要内容：1、概述2、金属电解提取与精炼的化学原理3、金属电解提取与精炼的工程原理4、锌的电解提取5、铜的电解提取6、用电解法制取金属粉末6－1概述自然界存在和人工合成的金属已达90多种，按不同的标准分类。金属黑色金属(Fe、Cr、Mn及其合金)有色金属密度：轻有色金属和重有色金属价格：贵金属和贱金属性质：准金属和普通金属储量及分布：稀有金属和普通金属一、金属的分类黑色金属包括铁、锰和铬以及它们的合金，主要是铁碳合金(钢铁)。有色金属是指除去铁、铬、锰之外的所有金属。有色金属大致上按其密度、价格、

2、在地壳中的储量和分布情况、被人们发现以及使用的早晚等分为五大类：轻有色金属：一般指密度在4.5g/cm3以下的有色金属，如：铝、镁、钠、钾、钙、锶、钡。重有色金属：一般指密度在4.5g/cm3以上的有色金属，其中有铜、镍、铅、锌、钴、锡、汞、锡等。贵金属：这类金属包括金、银和铂族元素，由于它们稳定、含量少、开采和提取困难、价格贵，因而得名贵金属。准金属：半导体，一般指硅、硒、碲、砷、硼。稀有金属：自然界中含量很少，分布稀散、发现较晚，难以从原料中提取的或在工业上制备和应用较晚的金属。如：锂、铷、铯、钨、锗、稀土元素和人造超铀元

3、素等。二、金属的提炼金属的提炼-从自然界索取金属单质的过程。金属的提炼过程-矿石的富集、冶炼和精炼。矿石富集方法-手选、水选、磁选和浮选。金属的冶炼—金属从化合物中的还原成单质。金属的精炼-粗金属根据纯度要求再进行的精制。6－1概述冶炼方法的分类：①电解的介质：水溶液电解冶金、熔盐电解冶金②冶金方法：火法冶金、湿法冶金火法冶金：利用高温从矿石提取金属的冶金过程。湿法冶金（电解冶金）：利用溶剂，借助于化学及化工过程，从矿物原料中分离、提取金属的冶金过程。包括：浸出、净化、沉积。三、电解冶金的优点电解冶金具有高的选择性，可获得高纯

4、金属，能回收有用的金属，因此可处理低品位的矿物及组分复杂的多金属矿，有利于资源的综合利用，而且对环境的污染较小，生产也较易连续化和自动化。四、电解冶金的分类电解提取、电解精炼（1）电解提取：采用不溶性阳极，使经浸出、净化处理的电解液中的待提取金属离子在阴极还原，制得纯金属。（2）电解精炼：采用可溶性阳极，即以其它方法(主要是火法冶金)炼制的粗金属作为阳极进行电解，通过选择性地阳极溶解及阴极沉积，达到分离杂质和提纯金属的目的。五、电解冶金的特点电解冶金中的金属电沉积过程，虽与电镀和化学镀有相同的原理，但生产特点及工艺要求却大不相

5、同。如：电解冶金对金属沉积物的表面质量(如光洁度)及其与基底的结合力的要求远不及电镀高，但对其纯度要求很严格。而就金属沉积量言，电解冶金的规模远远大于电镀，耗电量较大，能耗和节能问题十分重要，并成为主要技术经济指标。六、电化学在电解冶金技术中的作用（1）电化学的基本概念和理论：选择电解冶金的电极材料、电解液、工艺参数。（2）电化学的方法及手段：改进生产技术、探索过程机理。（3）电化学工程的基本知识：设计及优化电解冶金的电化学反应器。6－2金属电解提取与精炼的电化学原理一、阴极过程二、阳极过程三、在电解提取与精炼中的传质过程一、

6、阴极过程基本过程：金属离子的阴极还原关键问题：离子的共析和电结晶，不仅决定产物的质量(金属沉积物的纯度、结构及性质)，而且影响生产的技术经济指标，如电流效率和能耗。1、不同离子在阴极的共析金属电解提取与精炼时，电解液中主要存在三类离子，即待沉积的金属离子、氢离子和杂质离子。离子共析的情况：（1）金属离子与氢离子的共析；（2）待沉积的金属离子与杂质离子的共析。（1）热力学因素：影响离子平衡电极电位的各种因素。（2）动力学因素：影响离子析出的过电位的诸因素。①反应的特点：电子转移步骤的动力学参数（β、i0等），离子的本性（Di、u

7、i)，电结晶的特点。②反应的条件：电解液的组成、浓度、温度、电极材料的电催化性能、表面性质、电流密度、传质条件（扩散、对流速度）。影响离子共析的因素：（1）两种离子析出都属于电子转移控制（2）一种离子的析出为电子转移控制，另一种离子为扩散控制。离子共析时，析出速度之比两种金属共同还原的极化曲线id在杂质浓度及溶液流速一定时基本不变，i1可随电位提高增大，极化增大，i1提高，加大，电流效率提高。在实际体系中，每一种离子都不能完全保留它单独存在时的性质。因此，多种离子共析时，一般不能根据其单独存在时的极化曲线、还原速度，进行简单地

8、加和，求出它们共析时的极化曲线及还原速度。2、改变离子共析的方法（1）改变离子浓度。增加待沉积的金属离子浓度，减小氢离子和杂质离子浓度，降低它们共析的可能性。（2）使用添加剂或络合剂。如：使用增大氢还原过电位的添加剂，可降低氢共析的可能性。（3）改变电流密度和析出电位。（4）