有色冶金原理第七章湿法冶金浸出净化和沉积.ppt

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1、第七章湿法冶金浸出、净化和沉积§1.湿法冶金反应热力学基础一、湿法冶金概述湿法冶金包括：浸出、净化、沉积三个主要过程。这三个过程是靠控制过程的条件，以控制物质在水溶液中的稳定性而实现的。浸出：用溶剂使有价成分转入溶剂。净化：除去浸出后溶液中的有害杂质，制备符合从其中提取有价成分要求的溶液。沉积：从净化后溶液中使有价成分呈纯态析出。三、影响物质稳定性的主要因素物质在水溶液中的稳定程度主要取决于溶液的PH值，电位及反应物的活度。1.PH值对反应的作用；2.电位对反应的作用；3.物质活度对反应的作用。PH、ε及物质活度对反应作用的热力学计算1.有H+参加，但无电子得失的酸碱中和反应：①求反应的②列

2、平衡常数关系式③列等温方程式④将n、R、T、值代入上式，求平衡时PH值。例：求(298K)时,反应的平衡PH值，并判断不使Fe3+沉淀的条件。解：2.有电子得失，但无氢离子参加的简单氧化还原反应①式子的推导过程由能斯特公式：即：②计算步骤：a：计算或查表求标准电极电位b：将R、T、Z、F、值代入上式求εR=8.314F=96500例：求反应在298K。时的平衡电极电位，并说明要做Zn2+以Zn的形式沉将析出，需要电极电位多少？解：①求反应③④3.有H+参加，也有电子得失的氧化还原反应②求Zn2+能以Zn析出根据能斯特方程：得：例：①求反应②求③将Z、F、n、T代入§1.4.水的热力学稳定区分

3、析一、水的稳定区对生产的意义1.判断参与过程的各种物质与溶剂(水)发生相互作用的可能性。2.它是金属-H2O系的ε-PH图的一个组成部分二、水在过程中有可能发生的反应及ε-PH关系式1.在给定条件下，溶液中有电极电位比氢更负的还原剂存在，对于下二反应，其都属于有电子得失，也有H+参加的氧化还原反应。2H++2e=H2(酸性)2H2O+2e=H2+2OH-(碱性)2.在给定条件下，溶液中有电极电位比氢更正的氧化剂存在。以下两反应亦属于有电子得失，也有H+参加的氧化还原反应。O2+4H++4e=2H2O(酸性)O2+2H2O+4e=4OH-(碱性)三、水的热力学稳定区Ⅰ区：位于区域Ⅰ中，其电极电

4、位高于氧的电极电位的氧化剂都会使水分解而析出氢气。Ⅱ区：水的热力学稳定区Ⅲ区：位于区域Ⅲ中，其电极电位低于氢的电极电位的还原剂，在酸性溶液中能使氢离子还原而析出氢气。因此水溶液中当电势低于a线，则水将被分解析出H2，高于b线则析出O2，只有在a、b线之间H2O才是稳定的。或者说所有在水溶液中进行的反应，其氧化还原电势应在a线、b线之间，否则将导致水分解析出H2或O2。§1.5.电位-PH图的结构原理和方法一、概念及作用在给定的温度和组分活度(气相分压)下，描述反应过程电位与PH的关系图。ε-PH图可以表明反应自动进行的条件，指出物质在水溶液中稳定存在的的区域和范围，为湿法冶金的浸出、净化、电

5、解等过程提供热力学依据。二、ε-PH图的绘制方法和分析1.确定体系中可能发生的各类反应，并写出其平衡方程式2.根据有关热力学数据，求算、3.求算各反应的电极电位及PH的计算公式；4.根据给定的组分活度或气相分压等条件，计算各反应在一定温度下的ε及PH值；5.将⑷的结果表示在以ε(V)为纵坐标和以PH为横坐标的图上，便得体系在给定条件下的ε-PH图。三、ε-PH图的绘制（以Cu-H2O系为例）查明在给定条件（如温度等）下系统中稳定存在的物种及其标准摩尔生成吉布斯自由能，25℃时Cu-H2O系中稳定存在的物种及其标准摩尔生成吉布斯自由能见表7-3；列出系统中的有效平衡反应，计算其标准吉布斯自由能

6、；计算各反应平衡时ε与PH关系式表7-4；.将各平衡反应的ε-PH关系式作图在座标系中。Cu-H2O系电位-pH图（25℃，Cu2+的活度为1）四、ε-PH图的分析1.可以确定水的稳定性。2.图中点、线、面的意义点：ε-PH图中往往是三条线相交于一点，代表三个反应在该点平衡共存。线：代表一个平衡反应。面：表示组分的稳定区。3.确定稳定区的方法。4.ε-PH图在湿法冶金中的应用。对金属氧化物而言，在pH较小或很大的条件下，可分别以阳离子或含氧阴离子形态溶入溶液，因此可用酸或碱浸出，但碱浸法除对某些两性金属氧化物（如Al2O3）以及酸性较强的氧化物（如WO3）外，对大多数金属氧化物而言，所需碱浓

7、度过大（pH达15以上），不容易实现。§2.浸出过程一、浸出的实质及溶剂浸出的实质是利用适当的溶剂，在一定条件下使矿石中的一种或集中有价成分溶出，而与其中的脉石和杂质分离。溶剂应具有以下特性⑴能选择性的迅速溶解原料中的有价成分；⑵价格低廉并能大量获得；⑶不与原料中的杂质或脉石发生作用；⑷没有危险，便于使用；⑸能够再生使用。（6）对设备没有腐蚀作用。工业中一般溶剂有：水、酸(硫酸、盐酸等)、氨溶液和碱溶液、盐溶