湿法冶金,电位图ppt课件.ppt

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1、湿法冶金电位－pH图(φ—pH图)（1）2012.9.28主要内容研究意义；历史沿革；在冶金中应用；φ—pH图的制作原理和方法；研究意义电位—pH图是一种将水溶液中的基本反应作成电位与pH、活度的函数，是在指定温度、压力和组分活度（或气体分压）情况下，取电位作纵坐标，pH作横坐标而绘制成的热力学位图。研究意义它可以指明反应自动进行或组分间平衡共存的条件，阐明物质在水溶液中稳定存在的区域和范围。它使抽象的化学热力学原理图象化、直观化，从而变得简明易懂，一目了然。ZnS－H2O系φ—pH图图中有三个液相区(I、II、III)和一个固相区(IV)。在不同条件

2、下，ZnS分别与不同组分的液相保持平衡。从区间I转移到区间II时，反应使硫化氢将被氧化成元素硫，这一反应伴随着电子的迁移且与H+浓度有关，I/II区间的平衡线是倾斜的。II/IV区间的平衡关系是液固相间的平衡，S2-产生是由于ZnS的离解，在有氧化剂存在的情况下，发生反应，反应只有电子迁移，与H＋浓度无关，平衡线与横坐标平行。III/IV区间的平衡关系发生的反应，使ZnS酸浸产生HSO4-,反应有电子迁移，又与H+浓度有关，平衡线为斜线。由图可以看出，加压浸出时随着溶液酸度减小(pH值增大)，平衡将由I区向II、III方向移动。而提高氧分压可使电位增大

3、，可取得同样效果。MeS-H2O系系φ—pH图由图可以看出各种金属硫化物进行反应的φ和pH数值及各种硫化物相对稳定的程度。各种硫化物易溶的顺序为：FeS>NiS>ZnS>CuFeS2=FeS2>Cu2S>CuS>Ag2S（FeS为磁黄铁矿，FeS2为黄铁矿）Cu－Fe－S－O-H系φ—pH图Fe－S－O-H系φ—pH图Cu－S－O-H系φ—pH图Pb-S-O-H系φ—pH图Zn-S-O-H系φ—pH图(Zn0.75Fe0.25)S－H2O系φ—pH图从图得到的结果可以看出：(1)温度对铁闪锌矿的浸出过程的热力学影响不明显，例如17#反应的标准电极电位由

4、25℃时的0.240V增加到150℃时的0.247V，只增加了7mv，因此绘制高温下的φ—pH图意义不大。随温度的升高φ—pH图形状变化不大，仅仅是(Zn0.75Fe0.25)S的稳定区略有增大，各线向外有少量移动。(2)铁闪锌矿的稳定区比ZnS明显变小，其氧化浸出的热力学趋势比ZnS大。因此，从热力学上分析，铁闪锌矿比闪锌矿更容易浸出。(3)铁闪锌矿的酸溶反应（10#反应）比较容易进行，这一反应在浸出过程中的作用不可忽视，在研究浸出机理时应给以充分注意。(4)在图中有一个元素硫的稳定区。当电位下降时，pH值在1.9～8范围内，SO42-还原成元素硫，

5、当电位再低及PH<7时进一步还原成H2S，pH>8时更进一步还原成HS-。当电位升高时，在pH<8的情况下，H2S和HS-均氧化成元素硫S，然后再氧化成SO42-，在pH>8的情况下，HS-可直接氧化成SO42-。历史沿革40年代，比利时布鲁塞尔大学的M.Pourbaix教授最先提出了金属—水系的φ—pH图，当时主要用于金属腐蚀问题的研究，50年代,φ—pH图得到了进一步的发展，他编著了《水溶液热力学平衡》一书，并绘制出了常温下（298K）各种元素的φ—pH图，描绘了298K时水溶液的平衡状态，并出版了英、法文版本。历史沿革1953年，Halpern将

6、φ—pH图列入湿法冶金过程。以后，人们又陆续绘制了非金属—水系，金属硫化物—水系，金属—络合物—水系的φ—pH图。70年代以后，为适应压热冶金的发展和核电工业的需要，又出现了高温φ—pH图。历史沿革φ—pH图对湿法冶金的重要性，就如剑桥大学的Evan教授所说，其相当于微积分对数学的重要性，它是湿法冶金的基础理论的重要部分。φ—pH图应用在现代湿法冶金中，φ—pH图作为一种有力工具而获得广泛的应用。在浸出、净化、氧化与还原，沉淀与溶解、金属的置换沉积和电解精炼等工艺中，常用φ—pH图来分析过程的物理化学原理，确定热力学条件此外，在分析化学、矿物地质学、生

7、物学、核电技术、金属的腐蚀与防腐等学科领域中，φ—pH图也有十分重要的意义φ—pH图应用根据φ—pH图，一般来说，对于湿法浸出过程，希望水溶性物质的稳定区（或优势区）扩大，以便于控制浸出条件；对于湿法净化沉淀过程，希望不溶性物质的稳定区扩大从Zn—H2O系的φ—pH图可以看出I区为Zn的稳定区（金属保护区），在此区域内，金属Zn稳定；II区为腐蚀区，在此区域内，Zn2+稳定；III区为钝化区，在此区域内，Zn(OH)2稳定从热力学角度分析，由于反应自由焓越负反应越易进行，因此反应由易到难的顺序为：FeS2→Cu5FeS4→Cu2S→CuFeS2→ZnS

8、→PbS确定湿法冶金过程条件确定腐蚀与防腐条件地质学上，讨论成矿机理（图）φ—pH图应用φ—p