湿法冶金-电沉积全解备课讲稿.ppt

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1、湿法冶金-电沉积全解1概述电解的实质是电能转化为化学能的过程。有色金属的水溶液电解质电解应用在几个方面：（1）从浸出（或经净化）的溶液中提取金属；（2）从粗金属、合金或其他冶炼中间产物（如锍）中提取金属。（3）合金制备。电解过程阴、阳两个电极反应阴极，发生的反应是物质得到电子的还原反应，称为阴极反应。阳极，发生的反应是物质失去电子的氧化反应，称为阳极反应，阳极有可溶与不可溶两种。液相传质过程电迁移对流扩散阴极过程金属电沉积的热力学条件一些基本参数的含义氢的超电位几种阳离子的共同放电阴极沉积产物形貌的

2、影响因素金属电沉积的热力学条件原则上，只要电极电势足够负，任何金属离子都有可能在阴极还原为金属。但溶液中其他离子的存在会导致金属离子不能析出。金属离子在阴极的电沉积顺序还取决于金属离子的活度、溶液pH值、金属离子在溶液中的存在状态、析出金属的形态、溶剂成分、溶液组成等因素。金属离子的阴极还原周期表中愈靠近左边的金属元素的性质愈活泼，在水溶液中的阴极上还原电沉积的可能性也愈小，甚至不可能；愈靠近右边的金属元素，阴极上还原电沉积的可能性也愈大。在水溶液中，对简单金属离子而言，大致以铬分族元素为界线；位于

3、铬分族左方的金属元素不能在水溶液中的阴极上还原电沉积；铬分族诸元素除铬能较容易地自水溶液中在阴极上还原电沉积外，钨钼的电沉积就极困难；位于铬分族右方的金属元素都能较容易地自水溶液中在阴极上还原电沉积出来。若通过还原过程生成的不是纯金属而是合金，则由于生成物的活度减小而有利于还原反应的实现。若溶液中金属离子以比水合离子更稳定的络合离子形态存在，则由于析出电位变负而不利电解。在非水溶液中，金属离子的溶剂化能与水化能相差很大金属电沉积的影响因素在金属电沉积过程中，对耗能和电沉积产品质量的影响因素很多：电极

4、电解质溶液组成温度电流密度槽电压阴极氢气的析出分解电压1理论分解电压某电解质水溶液，如果认为其欧姆电阻很小而可忽略不计，在可逆情况下使之分解所必须的最低电压，称为理论分解电压。2实际分解电压能使电解质溶液连续不断地发生电解反应所必须的最小电压叫作电解质的实际分解电压。显然，实际分解电压比理论分解电压大，有时甚至大很多。实际分解电压=理论分解电压+超电压电极上有电流通过时所表现的电极电势（I）跟可逆电极电势（r）之间偏差的大小（绝对值），叫做超电势，记作η无论是电解还是电池放电，不可逆电极过程总是使阳

5、极电势升高，阴极电势降低。产生过电势的原因：浓差极化、电化学极化（又称活化极化）和电阻极化槽电压、电流效率和电能效率对一个电解槽来说，为使电解反应能够进行所必须外加的电压称为槽电压.ET=Ef＋EΩ＋ER电流效率所谓电流效率，一般是指阴极电流效率，即金属在阴极上沉积的实际量与在相同条件下按法拉第定律计算得出的理论量之比值（以百分数表示）。按照法拉第定律,当通过电解槽的电量为96500库仑时,在阴极上应析出1克当量的电解产物。电流效率达不到100％的主要原因是在电极上存在副反应、已析出的金属反溶和电路

6、的漏电和短路等。电解电位、电流密度、电解液的成分、浓度和温度等电能效率所谓电能效率，是指在电解过程中为生产单位产量的金属理论上所必须的电能W’与实际消耗的电能W之比值（以百分数表示）氢在阴极上的析出过程第一个过程—水化(H3O)+离子的去水化。[(H3O)·xH2O]+(H3O)+＋xH2O第二个过程—去水化后的(H3O)+离子的放电，结果便有为金属（电极）所吸附的氢原子生成：(H3O)+H2O＋H+H+＋eH(Me)第三个过程—吸附在阴极表面上的氢原子相互结合成氢分子：H＋HH2(Me)第

7、四个过程—氢分子的解吸及其进入溶液，由于溶液过饱和的原因，以致引起阴极表面上生成氢气泡而析出：xH2(Me)Me＋xH2（溶解）xH2（溶解）xH2（气体）氢的析出超电位现代认为氢在金属阴极上析出时产生超电位的原因，在于氢离子放电阶段缓慢。氢离子在阴极上放电析出的超电位具有很大的实际意义。就电解水制取氢而言，氢的超电位高是不利的，因为它会消耗过多的电能。但是对于有色金属冶金，诸如锌、铜等的水溶液电解，较高的氢的超电位对金属的析出是有利的。氢的超电位与许多因素有关，主要的是：阴极材料、电流密度、电

8、解液温度、溶液的成分等等，它服从于塔费尔方程式：阳离子在阴极上的共同放电阳离子共同放电的条件是：影响因素：金属标准电位、放电离子在溶液中的活度及其析出于电极上的活度、放电时的超电位有关。电结晶过程在有色金属的水溶液电解过程中，要求得到致密平整的阴极沉积表面。在阴极沉积物形成的过程中，有两个平行进行的过程：晶核的形成和晶体的长大。影响阴极沉积物形貌的主要因素（1）电流密度--〉过电位（2）温度（3）搅拌速度(4)氢离子浓度（5）添加剂另外，电极表面、电解液组成等都会影响