第6章 粗金属火法精炼.ppt

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1、第六章　粗金属的火法精炼1概述2熔析精炼3萃取精炼4区域精炼5金属的蒸馏过程6氧化精炼7硫化精炼1概述粗金属火法精炼的目的：●得到纯金属；●得到杂质含量在允许范围内的产品；●提取金属中无害的、但本身具有使用价值的杂质。步骤：①使均匀的熔融粗金属中产生多相体系（如：金属－渣，金属－金属，金属－气体）。②将上述产生的各两相体系用物理方法分离。精炼的产物分为三类：●金属－渣系；●金属－金属系；●金属－气体系。某些情况下，上述两类可能同时存在。2熔析精炼2.1概念熔析：熔体在熔融状态或缓慢冷却过程中，使液相或固相分离。熔析精炼优点：设备简单，

2、精炼效率高。应用实例：粗铅熔析除银、粗锌熔析除铁除铅、粗锡熔析除铁。2.2熔析精炼的步骤①在均匀的合金中产生多相体系（液体＋液体或液体＋固体）。产生多相体系可以用加热、缓冷等方法。②相分离。2.3均匀合金中产生多相的方法①熔化。将粗金属缓慢加热到一定温度，其中一部分熔化成液体，另一部分仍为固体，从而将金属与杂质分离。例如，A（纯金属）与B（杂质）形成简单共晶体系，其共晶成分为a。将粗金属b加热到共晶温度T时，出现共晶成分的液相，而杂质B留在固相内。因此，经过熔析处理，粗金属A内杂质B的组成由b%降到a%。②结晶。将粗金属缓慢冷却到一定

3、温度，熔体中某成分由于溶解度减小，而成固相析出，其余熔体仍保持在液态，从而将金属与杂质分离。也有这种情况，在冷却粗金属熔体时，并不出现固体，而是出现另一独立的液相，与原来的熔体分层。2.4粗金属熔析精炼的基础状态图。例题：铅精炼的撇渣法除铜。如图所示，体系有一个低熔点共晶，含99％以上的Pb以液态与固体纯Cu相平衡。富Cu渣浮于Pb水表面被除去。3萃取精炼3.1概念萃取精炼：在一定温度下，在熔融粗金属中加入附加物，附加物与粗金属内杂质生成不溶解于熔体的化合物而析出，从而达到精炼的目的。3.2例题铅水加锌除银的帕克斯法。一无Zn粗Pb水

4、，每吨含7.775Kg的Ag，在773K时加Zn除Ag。假设其反应产物是纯Ag2Zn3，计算除去98％的Ag，每吨粗Pb所需添加的Zn量？以1吨粗Pb为计算基础。初始组成：KmolKmol除去98％的银，则最终残存于精炼铅中的银为：Kmol残存银的摩尔分数是：熔体中Zn的平衡摩尔分数为：残留Zn量近似为：Kg与Ag发生反应的Zn量为：Kg消耗的总Zn量为：Kg实际生产中，由于达不到平衡以及银锌化合物活度由于渣壳中铅的存在而小于1，锌的需要量大于上述计算值。4区域精炼●原理：基于杂质在固相和液相间的不等量分配实现的。●用途：高纯、超高纯

5、金属的提炼。●装置举例：用一个可移动加热器（如感应加热线圈）使含有杂质的金属锭加热，于是在金属锭中有一个长约2.5～3.0cm的熔化区形成。当熔化区沿着金属锭长度以一定速率缓慢移动时，依次熔化，杂质在熔化部分中富集，而基本金属在再凝固部分中变得更纯。平衡分配系数：杂质在固相中浓度CS对杂质在液相中浓度Ci的比值。K0值愈小，区域精炼的效果愈好。5金属的蒸馏过程例题1：含有Pb、Cd等杂质的Zn在大气压条件下进行蒸馏精炼。原理：基于Zn、Cd、Pb的沸点不同。ZnCdPb沸点：1179K(906℃)1040K(767℃)1798K(15

6、25℃)●将粗Zn加热到1273K，则含在其中的Zn、Cd发生沸腾并呈蒸汽状态逸出，而Pb以及其它杂质（Fe、Cu等）差不多完全呈液态存在。●在1273K条件下，Pb的蒸汽压约1mm汞柱，Fe、Cu的蒸汽压更小，因此，Pb的挥发量很小，Fe、Cu几乎不挥发。●分离出来的Zn、Cd蒸汽，经冷凝后，形成液态合金，通常含Cd（原子）5％。为了使Zn、Cd分离，需进行分馏过程。例题2：Zn－Cd的分馏原理●组成为95％Zn、5％Cd的合金溶液加热，温度达到1163K的a时开始沸腾，与此溶液平衡的蒸汽的成分为b（含12％Cd）。Cd在蒸汽中的含

7、量比在液态金属中的含量高，在蒸发了一些溶液之后，剩下的溶液中含Zn更高。因此，使溶液再在较高的温度下蒸发，最后剩下的溶液几乎只含Zn，可得到纯度很高的精炼Zn。●如果将溶液中逸出的成分为b的蒸汽冷却到1143K，使体系处于液－气两相状态的区域中，得到含10％Cd的凝聚液a’和含30％Cd的蒸汽b’。当蒸汽b’冷却到1103K时，得到含25％Cd的凝聚液a’’和含60％Cd的蒸汽b’’。如此连续下去，最后逸出的蒸汽将是纯组元Cd。6氧化精炼6.1原理氧化精炼的实质是利用空气中的氧通入被精炼的粗金属熔体中，使其中所含的杂质金属氧化除去。其

8、基本原理是基于金属对氧亲和力的大小不同，使杂质金属氧化生成不溶于主体金属的氧化物，或以渣的形式聚集于熔体表面，或以气态的形式（如杂质S）被分离。6.2反应式主体金属实质上起了传递氧的作用。氧化精炼的基本反应式为：（1）（