湿法冶金-水溶液热力学基础知识
第二章 湿法冶金热力学基础
Z
Z
④ ＜ - 0.733(V) Zn2+能以Zn析出 3.有H+参加，也有电子得失的氧化还原反应
0 G298 14176 0.763(V ) ② 求 2 96500 2 96500 8.314 298 1 0.763 ln 0.733(V ) ③ 2 96500 0.1 0 Zn2 / Zn
212.163( KJ )
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，以硅酸钠分解为例； 2.电位对反应的作用，以Zn置换H2为例； 3.物质活度对反应的作用。
四、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：
n
3
298
PH
27615 1 lg Fe 2.303 3 8.314 298 3
3
2.有电子得失，但无氢离子参加的简单氧化还原反应 Me z ze Me ① 式子的推导过程 由能斯特公式： 0
G298 RT ln Kc G ZF ZF
Z
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。
思考题：
1、水的稳定性受到破坏的标志是什么？ 2、氢气和氧气的压力对水的稳定性有什么影响？
1 1.61 lg 0.1 1.94 3
0 G298 RT Me 0 即： ( ln ) Me ZF ZF Me
Z
RT Me ln / Me ZF Me
湿法冶金原理
湿法冶金原理湿法冶金是一种利用溶剂来提取金属的方法，它通常适用于低品位矿石的提取。
在湿法冶金中，溶剂扮演着至关重要的角色，它可以与矿石中的金属发生化学反应，从而将金属提取出来。
湿法冶金的原理可以简单概括为“矿石溶解、溶液分离、金属沉淀”，下面我们将详细介绍湿法冶金的原理及其相关知识。
首先，湿法冶金的原理基于金属在溶液中的溶解性。
在湿法冶金过程中，矿石首先需要与适当的溶剂接触，使得金属能够以离子的形式溶解在溶液中。
这一步骤是湿法冶金过程中最关键的一步，因为只有金属能够溶解在溶液中，才能够进行后续的分离和提取工作。
其次，溶解后的金属离子需要通过溶液分离的步骤。
通常情况下，我们会利用化学方法或物理方法来将金属离子与其他杂质分离开来。
这一步骤的目的是将金属离子从溶液中纯化出来，为后续的提取工作做好准备。
最后，经过溶解和分离的金属离子会被还原成金属沉淀。
这一步骤通常需要利用化学反应来实现，通过加入适当的还原剂，将金属离子还原成固体金属沉淀。
这样一来，我们就能够从溶液中得到纯净的金属产物。
在湿法冶金过程中，选择合适的溶剂、控制适当的反应条件以及有效地分离和提取金属，都是至关重要的。
此外，湿法冶金还需要考虑到环境保护和资源利用的问题，因此在实际应用中需要综合考虑经济性、环保性等多方面因素。
总的来说，湿法冶金作为一种重要的金属提取方法，其原理简单清晰，但在实际应用中需要综合考虑多种因素。
通过对湿法冶金原理的深入了解，我们可以更好地掌握这一技术，为金属提取工作提供更有效的技术支持。
希望本文能够帮助读者对湿法冶金有更深入的了解，同时也能够为相关领域的研究和应用提供一定的参考价值。
第湿法冶金原理课件 (一)
第湿法冶金原理课件 (一)第湿法冶金原理课件湿法冶金是冶金工艺中的一种炼铜、炼锌、炼锡、提金、提银、提钨、提钛等非铁冶金诸多工艺中广泛应用的方法。
在湿法冶金中，混合和矿石粉末熔炼的操作方式不同于操作流程。
1. 湿法冶金的定义湿法冶金是一种将矿石在水溶液的存在下用化学反应方法分离、提取所需金属的过程，比如将铜从含铜硫化物中分离等。
但是湿法冶金一般是一个要短于将矿石直接冶炼的过程。
2. 湿法冶金的原理湿法冶金适用于低品位的金属矿石，是通过溶浸、浮选、融炼和复合等手段，将所需的金属进行提取。
因而湿法冶金原理可通过以下几点进行说明：2.1 溶浸反应利用酸性溶液或氧化剂对含有金、铜、铝等金属的硫化或氧化矿石进行溶浸反应。
2.2 金属分离根据肖特基、法拉第等原理利用电现象将所需金属从已溶解于水中的金属中分离出来。
2.3 浮选金属利用氧化剂将已溶解于水中的金属浮于水面上或离心分离。
2.4 溶剂萃取利用有机溶剂对溶解在水中的金属进行萃取，随后再采用蒸馏技术去除有机溶剂。
3. 湿法冶金的优势和局限在经济和环境方面，湿法冶金具有以下优势：3.1 技术成熟湿法冶金在冶金领域具备着完善的技术体系和规范的操作流程。
3.2 能够利用低品位矿脉湿法冶金技术能够使用低品位矿脉，降低了开采的成本。
3.3 手段多样湿法冶金能够通过种种手段对不同种类的金属进行提取。
3.4 无二氧化硫污染由于运行水作为电解液所使用的二氧化硫源相对于其他冶金方法较少，因此采用湿法冶金不会产生环境污染。
但是湿法冶金也有以下的局限：3.5 历程时间较长湿法冶金所需的传送和处理过程较长，投入资本较大，即便湿法冶金在处理低品位的金属矿脉方面的投资也很高。
3.6 费用高湿法冶金的成本相较于其他冶金方法较高，并且净得率相对较低，即净得块产量（产品中有效的金属量）除以原矿的投资成本最终盈利能力较差。
3.7 难以实施控制湿法冶金过程中的变化较大，比如pH值、温度等参数难以实施有效的控制，因此更难达到良好的稳定状态。
湿法冶金-第3章 水溶液模型
在溶浸采矿和一般的湿法冶金中，水溶液所 含配位体主要有Cl-、SO42-、CO32-、NH3、CN-、 HSO4-、HCO3-等；此外OH-也是一种重要的配位 体，能与很多金属形成络合物。水分子也是一种 配位体，金属离子通常是与水分子络合形成“水 化离子”或含水分子的复杂络合物。例如Au3+在 含Cl-的水溶液中可生成如下络合物：
形成络合物的配位体主要有以下几类：
（1）卤素配位体，如Cl-、Br-、F-等；
（2）氧配位体，如H2O、OH-、SO42-、CO32-、 ROH、RCOO-、NO2-等；
（3）硫配位体，如H2S、RSH、SCN-等； （4）氮配位体，如NH3、NO2等； （5）碳配位体，如CN-、CO、RNC等。
G 433.466 3 (78.58) 3 (4.667) KJ/mol 211.727 KJ/mol
lg K
211727
37.11
2.3038.315 298
第二节 络合物
水溶液中的金属并不总是以简单阳离子的形态 存在，通常是与同时存在于水溶液中的配位体（主 要是阴离子）生成多种形式的络合物。在湿法冶金 和溶浸采矿中，研究络合物是很重要的，例如在浸 出过程中对络合物的研究可帮助我们选择合适的浸 出液，提高金属元素的溶解度；在浸出液的分离和 净化中，研究络合物可帮助我们选择合适的萃取剂、 离子交换剂等，有利于金属离子的选择性分离；络 合物对金属的电沉积和电极过程也很重要。
如果将络合反应(2.34)写成离解的形式:
MeLj Mez+ +jL
(2.36)
达到平衡时:
号代表浓度（浓度较高时要采用活度），对于气体组分，
活度用气体分压表示。
对于气体—溶液平衡体系，活度和气体分压可 同时在同一方程中使用。对于某一特定的反应， 当温度和压力一定时，K值是一个常数，与化 学组分的浓度无关。
湿法冶金-湿法冶金-概论
第二步，从溶液中分离、富集或提纯各种有用 物质；
第三步，将有用成分以纯物质析出。
湿法冶金生产工艺过程
五、湿法冶金的主要研究内容
（1）研究了解矿石的化学组成、矿物组成和物相(结 构)，以便提出合理的浸出方法；
（2）研究各种浸出化学反应过程是否可以发生，朝什 么方向进行，能达到什么极限(平衡)状态，这是热力学研 究问题。
关于铁自硫酸铜溶液中置换铜的电化学作用，我 国早在公元前二世纪就已发现，我国西汉时代就已知 道从硫酸铜溶液中用铁置换铜，称为胆铜法，汉代 《淮南万毕术》书中已有记载。根据历史记载，这种 自硫酸铜溶液中用铁置换提铜的方法，在北宋时期已 大规模使用，有十一处矿场进行生产、最高年产量达 一百多万市斤，占当时全国铜总产量的15—20%。宋 朝沈括所著《梦溪笔谈》里有这样一段话：“信州鈆 山县有苦泉，流以为涧，挹其水熬之，则成胆矾，烹 胆矾制成铜，熬胆矾铁釜，久之亦化为铜”。
三、湿法冶金的优点 （1）有利于处理成分复杂的矿石，达到资 源综合利用； （2）有利于处理品位比较低的贫矿石； （3）有利于环境保护； （4）有利于提高金属产品的纯度； （5）湿法冶金技术应用于溶浸采矿。
四、湿法冶金的主要生产过程 包括浸出、分离、净化、沉积和电解等。 第一步，将矿石矿物中有用金属组分溶解转移
有关湿法提铜的具体工艺过程及有关技术指 标，《宋史·食货记》中有所记载戟。书中记载着 绍兴十三年(1143年)曾经以“胆水”用“浸铜” 的方法。增加铜的产量来铸新铜钱；中间有这样 一段文字：“浸铜之法，以生铁锻成薄片，排置 胆水槽中，浸渍数日，铁片为胆水所薄，上生赤 煤，取括铁煤，入炉三炼成铜，大率用铁二斤四 两，得铜一斤，……，所谓胆铜也”。这些记载 表明，我国早在十世纪(北宋时期)就已采用湿法
湿法冶金原理复习内容
湿法冶金原理复习内容第一章绪论１、湿法冶金概念湿法冶金是指利用一些化学溶剂的化学作用，在水溶液或非水溶液中进行包括氧化、还原、中和、水解和配合等反应，对原料、中间产物或二次再生资源中的金属进行提取和分离的冶金过程.还包括水溶液中制取某些无机材料及处理某些三废的过程。
２、湿法冶金的主要阶段原料的预处理；浸出；溶液的净化和相似元素的分离；析出化合物。
３、用湿法冶金方法制取金属的流程简介工艺流程的正确书写。
４、用湿法冶金方法制取无机材料简介金属粉末，无机材料粉末，电镀，化学镀。
第二章浸出1浸出的定义，分类，浸出方法的分类。
2浸出过程的热力学基础，反应的平衡常数和表观平衡常数的定义及关系，电位-pH值图在浸出过程热力学研究中的应用：绘制步骤：①写出体系可能存在的反应；②计算各反应的标准吉布斯自由能；③根据反应的标准吉布斯自由能与电位之间的关系计算电位-pH关系式；④绘制电位-pH图。
3浸出过程的动力学基础：浸出过程的历程（步骤），反应速率的定义，活化能的计算，浸出过程动力学积分式的推导及其应用（转化率和反应时间的关系），控制步骤方程式的推导，控制步骤的特征及其判断：改变温度法；改变搅拌强度法；尝试法。
浸出过程在冶金中的应用：酸浸，碱浸等。
浸出过程如何进行热力学研究[（1）在固定温度下，通过测定不同时间下的浓度，计算出同一温度下的反应速率常数k，（2）变换温度，重复（1），计算出不同温度下的反应速率常数。
得出E。
（3）通过活化能判断是化学反应控制还是扩散控制，如果是扩散控制，改变搅拌速度，判断是内扩散还是外扩散控制。
（4）确定繁衍控制后根据实际需要采取相应措施改变反应速率。
]。
浸出的方法和工艺。
第三章沉淀与结晶溶解度和溶度积的概念，相互之间的计算。
溶解度的影响因素，过饱和溶液的定义，均相成核及异相成核的定义，溶质分子结晶过程经历的步骤，共沉淀的定义、产生的原因、影响因素及减少共沉淀的措施。
主要沉淀方法的原理及在提取冶金中的应用。
湿法冶金原理及其在材料制备中的应用
湿法冶金原理及其在材料制备中的应用湿法冶金是一种利用水溶液处理金属和合金的方法，是冶金学中的重要分支。
湿法冶金在材料制备中具有广泛的应用，包括金属提取、合金制备以及材料改性等方面。
本文将介绍湿法冶金的基本原理，并探讨其在材料制备中的具体应用。
一、湿法冶金原理湿法冶金是利用水溶液对金属和合金进行处理的方法。
它的基本原理是通过控制水溶液中的离子浓度和溶解度，使金属离子与溶液中的其他离子发生反应，并最终得到所需的金属产品。
湿法冶金的主要过程包括溶解、浸渍、沉淀、析出、溶解度调控等。
二、湿法冶金在材料制备中的应用1. 金属提取湿法冶金在金属提取方面具有重要的应用。
以铝为例，铝是一种常见的金属，其主要来源是铝矿石。
湿法冶金可通过将铝矿石与氢氧化钠等碱性物质进行反应，得到氢氧化铝，再通过电解法获得纯铝。
这种湿法冶金的方法被广泛应用于铝的生产和提取过程中。
2. 合金制备湿法冶金在合金制备方面也有重要的应用。
合金是由两种或多种金属元素组成的材料，具有优良的性能，如强度、硬度、耐腐蚀性等。
湿法冶金可通过控制溶液中不同金属元素的浓度，使其发生反应并生成所需的合金。
例如，不锈钢是一种由铁、铬、镍等金属元素组成的合金，通过湿法冶金的方法可以获得高质量的不锈钢。
3. 材料改性湿法冶金在材料改性方面也发挥着重要作用。
通过湿法冶金的方法，可以在材料的表面形成覆盖层或涂层，以改变材料的性能和特性。
例如，对于一些金属件，可以通过浸渍的方式，在其表面形成一层薄膜，使其具有耐磨损、耐腐蚀等特性。
湿法冶金还可以用于金属的防锈处理，使其不易氧化。
4. 废物处理湿法冶金还可以应用于废物处理领域。
废物处理是一个重要的环境问题，湿法冶金通过溶解、沉淀、析出等过程，可以将废物中的有害物质转化为可回收的金属或无害的物质。
这种方法不仅可以减少废物的对环境的污染，还可以回收利用其中的有价值的金属元素。
综上所述，湿法冶金作为一种重要的冶金方法，在材料制备中具有广泛的应用。
湿法冶金原理目录——马荣骏
目录1 湿法冶金热力学基础1.1 热力学的基础知识1.1.1 内能1.1.2 焓1.1.3 热容1.1.4 物质的摩尔焓和反应热1.1.5 熵和自由能1.1.6 偏摩尔量1.1.7 相对摩尔量1.1.8 混合热力学性质1.1.9 化学势1.1.10 过剩函数1.1.11 标准溶解自由能及相互作用系数1.2 水溶液热力学1.2.1 电解质的离解1.2.2 金属盐溶液1.2.3 溶解热和冲淡热1.2.4 水溶液中的反应热1.2.5 水溶液中离子的生成热1.2.6 离子的标准生成自由焓1.2.7 离子的标准熵及离子熵的对应原理1.2.8 半电池反应及电子热力学性质1.2.9 在有离子参与时反应的△GT求法1.3 水溶液中溶解物质活度系数1.3.1 单一电解质溶液的渗透系数及活度系数1.3.2 混合电解质溶液活度系数的计算1.3.3 单一离子的活度系数参考文献2 热力学平衡图2.1 二元系的P-T（压强－温度）图2.2 金属化合物的标准生成自由能与温度的关系图2.2.1 MGO的△FGM-T线2.2.2 氧化物的△FGM-T图2.2.3 专用标尺的作用2.3 优势图2.4 电位－PH图2.4.1 电位－PH图说明2.4.2 电位－PH图的结构原理与方法2.4.3 CU-H2O系电位-PH图2.4.4 CU-NH3-H2O系电位-PH图2.4.5 绘制的同时平衡电位-PH图的新方法2.4.6 相律对电位-PH图的应用2.5 高温下的电位-PH图2.5.1 高温下水溶液体系热力学性质的计算2.5.2 高温下NI-H2O系的电位－PH图2.6 热力学平衡图拓扑学2.6.1 热力学平衡图平衡2.6.2 含有假二元相的三元系参考文献3 化学平衡3.1 化学反应的等温方程式3.2 质量作用定律及平衡常数3.3 单相化学反应平衡计算3.4 复杂体系的化学平衡3.4.1 反应进度及转化率3.4.2 反应条件对反应进度的影响3.4.3 同时平衡3.4.4 原子矩阵3.4.5 化学计量系数矩阵3.4.6 迭代法计量化学平衡3.4.7 最小自由能法计算化学平衡参考文献4 基础动力学5 溶解度6 预处理的理论7 浸出过程的原理8 液固分离的原理9 浸出液脱铁、脱硅的原理10 溶剂萃取11 离子交换12 膜分离的理论13 净化除杂和制取金属、金属粉体材料的原理14 微生物湿法冶金原理15 湿法冶金电化学及电积过程的理论后记。
第七章 电解质水溶液
S-H2O系、Cl-H2O系、F-H2O系、I-H2O系。 本章以S-H2O系为例。 硫的存在形态复杂，水溶液中较稳定的形态有： S2-、S、H2S、HS-、SO42-、HSO4-；
φ =1.057-0.177pH-0.059lgaFe2+
●
位臵向上平移。
电位-pH图的分析
（2）点、线、面的意义 面：表示某组分的稳定区 。在稳定区内，可以自发进
行氧化还原反应。
如：a线，b线之间，可以 进行下列反应：
2H2+O2=2H2O
在（Ⅱ）区内，有下列反 应发生：
2Fe3++Fe=2Fe2+
浸出过程热力学
浸出过程是湿法冶金的第一步，决定了有价元 素能否从矿物转入溶液。
为了满足成本和浸出效率，需要了解和判断矿 物中组分与溶剂作用的可能性、有价金属转入溶 液的理论限度和生成物的稳定状态，同时分析浸 出过程的条件，以便从热力学角度判断浸出的可 行性。
电位-pH图（ψ-pH）
电位-pH图是一种将水溶液中的基本反应做 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值作横坐标而绘制成的热力学位 图。
pH=6.57-1/2lgaFe2+
pH=1.53-1/3lgaFe3+ φ=1.057-0.177pH-0.059lgaFe2+ φ=-0.047-0.059pH φ=0.271-0.059pH
线③
线④ 线⑤ 线⑥ 线⑦
根据书中提供的数据计算上述电位-pH关系式！
Fe-H2O系电位-pH图---25℃
（3）导出各反应的φT与pH的关系式； （4）根据φ与pH的关系式，在指定离子活度或气体分压 的条件下，计算在各温度下的φ与pH值； （5）绘图。
化学湿法冶金学
化学湿法冶金学
化学湿法冶金学是一门研究用化学方法从矿物中提取金属的学科。
化学湿法冶金学的基本流程包括：
1.矿物破碎：将矿物破碎成尽可能小的颗粒，以便后续的浸出过程。
2.矿物浸出：将破碎的矿物与溶剂混合在一起，使得矿物中的金属被溶出来。
3.溶液过滤：将溶液过滤干净，以便去除悬浮物和残留的矿物颗粒。
4.溶液蒸馏：将溶液蒸馏干净，以便去除溶剂和其他杂质。
5.金属回收：将剩余的金属用合适的方法回收，例如用电解法将金属分离出来。
化学湿法冶金学的优点在于可以从含金量较低的矿物中提取出
金属，并且可以使用大量的化学试剂和技术来提高提取率。
但是，这种方法也有一些缺点，例如产生大量的废水和废渣，并且溶剂的回收和处理也是一个挑战。
湿法冶金原理
湿法冶金原理湿法冶金是一种利用液体溶剂进行金属提取和精炼的方法。
在湿法冶金过程中，重要的原理包括溶解、析出、沉淀、萃取和电解。
本文将从这些原理入手，介绍湿法冶金的基本原理和应用。
一、溶解溶解是湿法冶金的基础过程，主要通过将金属物质溶解于液体溶剂中来实现。
常见的液体溶剂包括水、酸和碱溶液。
不同的金属和矿石对应不同的溶解条件，溶解过程可以通过调整溶剂pH值、加热、搅拌等方式进行控制。
溶解可以使目标金属从矿石中分离出来，为下一步的提取和精炼做好准备。
二、析出和沉淀析出和沉淀是将金属从溶液中分离出来的关键过程。
在湿法冶金中，通常通过调整溶液中的物理和化学条件来实现目标金属的析出和沉淀。
例如，通过改变溶液的温度、pH值、浓度等参数，可以控制金属的溶解度，从而实现金属的析出和沉淀。
析出和沉淀还可以通过加入沉淀剂来促进反应的进行，使金属以固体形式沉淀下来。
三、萃取萃取是将目标金属从溶液中提取出来的过程。
萃取通常使用有机溶剂来提取目标金属，通过将金属从水相转移到有机相中实现分离。
常用的有机溶剂包括酸性有机溶剂、氮基有机溶剂和螯合剂等。
萃取过程需要控制溶剂的选择、温度、浓度等条件，以提高金属的提取率和纯度。
萃取是湿法冶金中常用的分离工艺，可广泛应用于金、铜、铝等不同金属的提取和富集。
四、电解电解是利用电流在电解槽中将金属离子还原为金属的过程。
在电解过程中，溶液中的金属离子会在电极上还原成金属沉积。
电解是湿法冶金中常用的金属提纯和精炼方法，可以通电解槽的设计和操作条件来控制产物的纯度和形态。
电解是一种高效、精确的提取和精炼手段，广泛应用于铜、锌、银等金属的生产过程中。
湿法冶金作为一种重要的金属提取和精炼方法，已在工业生产中发挥了重要作用。
通过溶解、析出、沉淀、萃取和电解等原理的应用，可以实现对金属的高效分离和纯化，提高金属的产量和品质。
随着技术的进步，湿法冶金在资源利用、环境保护和能源节约等方面还有着广阔的发展前景。
2. 湿法冶金流程及水溶液热力学、活度系数
9
水溶液热力学－自由能、熵、热焓
自由能、熵、热焓―――3个性质、特征 1.体系向自由能减小方向进行； 2.溶液的热焓用下式求得：
H s = ∑ Ni H i
25
电解质的活度、活度系数－活度系数
实际溶液中组元的偏摩尔焓以下式表示
H i = H i − H i = − RT 2 (
ex
θ
Hale Waihona Puke ∂ ln ri ) p , nB ∂T
(3)
式中
Hi
ex
—超额函数； —实际溶液中组元i的偏摩尔焓；
Hi
θ
H i —i的标准偏摩尔焓；
ri —实际溶液中i的活度系数。
26
32电解质的活度系数活度系数计算现有的计算混合电解质溶液中的平均活度系数的公式有皮泽精确式皮泽简化式弗兰克汤普桑frankthompson弥散晶格理论斯托凯斯罗宾桑stokesrobinson的水化理论和格柳考夫glueckauf的改进的离子水化理论以及梅斯纳的半经验公式
湿 法 冶 金
第二讲 主讲：谢克强 博士
T
下标R表示可逆过程。 由热力学第二定律的原理可以推出，对于孤立体系有 dS≥0 其中：“＞”适用于自发过程；“＝”适用于可逆过程， 即平衡状态。
11
水溶液热力学－自由能、熵、热焓
由于用熵来判断过程的自发性要在孤立体系的条件下进 行，这对化学反应和相变来说不太方便，所以热力学又引进 了吉布斯自由能G和亥姆霍茨自由能F两个状态函数。它们的 定义是： G=H-TS F=U-TS 判断自发和平衡的公式为： 恒温恒压下 dG≤0 恒温恒容下 dF ≤0 其中：“＜”为自发；“＝”为平衡条件。
第七章 水溶液的热力学 冶金物理化学课件
虽然ClO3-、MnO2均可，但要考虑反应速度、价格、来源、对设 备的腐蚀和净化等因素而被放弃。
2020/11/4
图7-4
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图7-5
§3 金属从水溶液中沉积
从溶液中沉积金属的主要方法有： （1）置换沉积：Zn置换
Au++Zn→Zn2＋+Au Zn+Cu2＋→Cu+Zn2＋ （2）加压氢还原：
令
a Tln 2 T)9 T 8 , (1 .0 b T )(lT n2)9 T 8
公式又成了
c (p i)]T 29 8 TTS (i)29(绝 8 )对
两个 cp T表达式中的aT 、bT、 T 、 T 可查表5-2A、表5-2B。
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表7-2a
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表7-2b
图76图773eso3阳极过程水溶液中可能发生的阳极反应可分成以下几个基本类水溶液中金属氧化物的形成meh氧的析出2h离子价升高me阴离子氧化2cl2es2加压氢还原me反应可向金属生成的方向进行直到me想让反应一直向生成me的方向有两条途径增大ph2或增加ph让降低
第七章. 水溶液的热力学
• 湿法冶金是一种提取方法，水溶液的热力学是基础理 论。
如果 2 和 2 均等于 时，（1）和（2）两式为：
20.059 1
2 1 .22 0 .9 05 9 1
用 作纵坐标，作横坐标，就可作出氢和氧的 -PH图。
图7-2即为此图。 2020/11/4
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图 7-2
1线为氧电位的E-PH图，2为氢的E-PH图。两条 线把图分为三个区。
高压氢还原，加大PH2，同时提高PH，加NH3，直接生成 金属粉体。
冶金热力学基础知识简介
第一章冶金热力学基础1.冶金反应的焓变和吉布斯自由能变计算2.化学反应等温方程式3.溶解组元的活度及活度系数4.有溶液参加反应化学反应等温方程式分析5.熔铁及其合金的结构6.铁液中组分活度的相互作用系数关系式7.铁液中元素的溶解及存在形式8.熔铁及其合金的物理性质绪论冶金过程，尤其是钢铁冶金过程是高温、多相、多组元的复杂物理化学反应体系，一般而言：温度：>1000℃，炼钢温度在1600℃，甚至1700℃；多相：包括气—液—固三相气相：大气、燃气、反应气体、金属及其化合物的蒸气；液相：金属液、渣液；固相：金属矿石、固体燃料、耐火材料；多组元：金属液、炉渣、燃料都不是纯物质，而是多组元物质。
冶金过程物理变化：熔化、溶解、吸附、脱气、分金属夹杂上浮、金属的凝固等；冶金过程化学反应：燃料燃烧反应、生成—离解反应、氧化—还原反应、脱硫反应、脱磷反应、脱氧反应、脱碳反应等。
对这样的复杂体系，冶金物理化学能做什么？运用物理化学基本原理及实验方法，冶金物理化学研究和分析冶金过程的基本规律，为探索高效、优质、绿色的冶金工艺过程提供理论依据。
冶金物理化学大致分为：冶金热力学——主要研究冶金过程（反应）进行的方向和限度，以及在复杂体系中实现意愿反应的热力学条件。
是以体系的状态（平衡态）为基础，以状态函数描述过程的可能性为基本分析方法，不涉及“时间”这个参数。
冶金动力学——主要研究冶金过程（反应）的机理和速率，以及确定过程的限制性环节和强化过程的措施。
工业过程是要在有限时间内完成反应产物的获得，光有“可能性”还不够，要有“实现性”，这就必然涉及过程（反应）的机理和速率。
冶金熔体——高温金属熔体和熔渣结构、性质及模型描述。
冶金电化学——高温电解反应、金属液熔渣多相反应的机理和描述。
应该说，正是冶金物理化学的发展，才使得冶金由“技艺”成为“工程”和含有“科学”分量。
相对而言，冶金热力学发展得较为成熟，但研究高温下多相复杂冶金反应很困难，许多热力学数据还不完整。
第三篇湿法冶金原理
13.2 浸出反应的热力学
图13-1 锌焙砂中性浸出原理
13.2 浸出反应的热力学
锌焙砂中性浸出原理：
• 由图13-1可以看出：当锌离子浓度为1.988 mol·L-1时，开始从溶液中沉淀析 出锌的pH值为6.321；沉淀析出的pH值比锌离子小的溶液中只有三价铁离子； 铜离子的析出pH值与锌离子相近。其余杂质，如镍离子、钴离子、镉离子和 二价铁离子的析出pH值比锌离子要大。因此，当中性浸出终点溶液的pH值控 制在5.2～5.1之间时，三价铁离子就以氢氧化铁沉淀析出，与溶液中的锌分
适当速度的搅拌可以提高浸出速度。 溶剂浓度对于反应速度和溶解程度影响很大。溶解速度和溶
解程度均随溶剂浓度的增大而增加。 加压也可以使浸出过程加速进 行。
12.3 电位-pH图的绘制方法与分析
3．Fe－H2O系电位－pH图在冶金过程中的应用
对湿法冶金而言，I区是Fe的沉积区。II、III区是Fe的浸出 区，即Fe以Fe2+或Fe3+稳定于溶液中。IV、V区是Fe分别呈 Fe(OH)3和Fe(OH)2沉淀析出区，而与稳定于溶液中的其他金 属分离，所以一般又将IV、V两区称为净化区（除铁）。
图13-8 ZnS在373K时氧化酸溶的动力学曲线
13.4 影响浸出速度的因素
影响浸出速度的主要因素有：矿块的大小、过程的温度、矿 浆的搅拌速度和溶剂的浓度。
浸出过程的速度随着矿块的减小而增大。故矿块在浸出之前 应进行破磨。
温度对反应速度的影响是，温度升高283K，反应速度约增加 2～4倍，也就是说反应速度的温度系数等于2～4；扩散速度 的温度系数一般在1.5以下。
13.1 概述 13.2 浸出反应的热力学 13.3 浸出反应的动力学 13.4 影响浸出速度的因素
第3章 湿法冶金动力学基础汇编
产物：
对于反应
反应物： V
dc dt
（3）
aA bB xX yY
1 dcA 1 dcB 1 dcX 1 dcy a dt b dt x dt y dt
(4)
对于一个普通的基元反应
R P
i i i i
有
1 dcRi 1 dcpi V i dt i dt
dc A kc A dt
0 kT A
(32)
积分可得：c A c e
0 ln c ln c A A kt ，或
（33）
将A的原始量消耗一半所需的时间，称为反应的
0 半衰期，在上式中，令 c A 1 c A
2
，有
t1
2
0.693 k
由积分方程（33）可知，lncA(t)-t曲线为一条直 线，其斜率为-k，以此作图可证明该反应是否为一级 （伪一级）反应。 一级（伪一级）反应的例子有： (a)放射性衰变
dcP 0 na 0 nb 0 nc kc A c B cC dt
(26)
c0表示组份的初始浓度，如果c0B、c0C…为常数，则上式
dcP 0 na k c A 速率= dt
余各组份为常数，则可求出na. 速率=
0 lg k na lg c A
(27)
k'为某一常数，在一系列实验中改变C0A的值，而保持其
对于连串反应，不论分几步进行，通常是最慢的一步 控全局。 如连串反应中，k1>>k2，则A很快地转化为D，而D变成C
这一步就决定了整个反应的速率。
另一种极端情况是，如k1<<k2，则中间生成物一旦生成， 就会立即转化为C，因此反应的总速率就决定于第一步。如 果k1和k2相差不大，则整个反应的速率与第一步和第二步都 有关系。
湿法冶金现象
湿法冶金现象
湿法冶金是一种利用水溶液反应、萃取和析出等化学反应来提炼金属的方法。
在湿法冶金中，水溶液是活性化学品的基础，其化学反应提供了将金属从原料中分离出来的方法。
以下是一些与湿法冶金相关的参考内容：
1. 湿法冶金过程：湿法冶金包括浸出、萃取、析出等步骤。
浸出是指将金属从原料中溶解出来，萃取是指利用溶剂去除混杂物，析出是指将所需金属沉淀成固体物质。
2. 材料选择：湿法冶金通常使用带有活性化学性质的酸或碱作为材料。
例如，氢氧化钠可以用来提取铝，氯化铁则可用于提取铜。
3. 生产成本：湿法冶金通常需要大量的化学品，因此成本比较高。
但是，在某些情况下，湿法方法可能比其他冶金方法更为适合。
4. 环保问题：湿法冶金可以减少对环境的影响。
但是，湿法冶金也会产生废水和废料等问题，需要采取相应措施加以处理。
5. 应用范围：湿法冶金广泛应用于金属提炼、半导体制造等领域，并且在工业生产中具有重要的地位。
例如，湿法冶金可以用于提炼铜、铝、镍、锌等金属，同时也可以用于制造硅材料等。
总之，湿法冶金是一种重要的金属提炼方式，其在工业生产中
具有重要的地位。
虽然湿法冶金成本较高，但由于其具备环保优势和广泛应用范围，仍然广受关注。
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一个热力学体系的状态或所处的条件可以通 过规定适当的广延量和强度量的值来定义。任何 由这些参量完全确定的函数叫做状态函数。
状态函数的一个重要性质是当体系从一种 状态转变成另一种状态时，其值的变化只决定于 这种转变的始态和终态，而与转变的路径即转变 过程的细节无关。
3.定态、平衡态和非平衡定态 一般来说，体系在某个时刻的状态取决于体
体系与环境之间的联系包括能量交换与物质 交换。根据体系与外界环境之间的关系，可把 体系划分为三种：
孤立体系；封闭体系；开发体系 (1)孤立体系
体系与外界环境之间既无能量交换，又无物 质交换，称为孤立体系。严格说来自然界中并不 真正存在孤立体系，因为任何一个体系总会或多 或少受到外界环境的影响。但如果在某一时间间 隔内体系和环境间的相互作用小到可以忽略时， 这类体系可近似看作孤立体系。
一般水溶液中离子和中性组分的热力学数
据是以H+为参照标准的，即假设：
， ， G H
0
S
H
0
H
H
0
此时又称为相对热力学量。但也有少量文献中
给出的是绝对热力学量，在数据的使用中要注
(2)封闭体系 体系与环境之间只有能量交换而无物质交
换，称为封闭体系。例如，在一个带有导热壁 的密闭容器中的化学反应体系就是一个封闭体 系。 (3)开放体系
体系与环境之间既有物质交换，又有能量 交换的称为开放体系。一个连续流动型反应器 内的化学反应体系是一个开放体系。
2. 热力学状态 热力学所研究的是热力学体系的宏观性质，
例如，在连续流动型反应器中，如果向反应器中加入 反应物和排出反应产物的速度恒定在某个适当值，那么在 一定时间以后反应器中的宏观状态（例如各组分的浓度） 不再随时间变化，但是反应器中仍然进行着宏观化学反应， 只是这种宏观化学反应的效果正好为反应物和反应产物的 输入输出效果以及其它输运过程（如扩散过程）所抵消， 因而使得反应器中的宏观状态不随时间变化。反应器中的 这种恒定状态是定态，而不是平衡态，并且是非平衡定态， 因为反应器中的化学反应并不处于化学平衡。
广延性质的偏摩尔量的严格定义式为：
X
T , p,nC' nB
（2-3）
只有广延性质才有偏摩尔量，强度性质不存在偏 摩尔量；只有等温等压下系统的广延性质随某一 组分的物质的量的变化率才能称为偏摩尔量，任 何其它条件（如等温等容、等熵等压等）下的变 化率均不称为偏摩尔量。
以H 表示。一个反应的焓变化以△H表示。在
标准状态下，最稳定的单质生成1mol纯物质时 的焓变化，称为标准生成焓，以 H表0f 示。规 定元素和单质的 H为0f 零。
在标准状态下，某一反应体系中生成物的
标准生成焓与反应物的标准生成焓之差，称为
反应的标准焓变化，以
H
0 r
表示。其计算方法
是：
（2-1） Hr0
系的初始条件和所处的外部条件。 体系处于一个恒定的外部条件，经过一定时
间以后体系将可能达到一个宏观上不随时间变化 的恒定状态，这种恒定状态可简单地称为定态。
当体系与环境不再有宏观的物质转移或能量 传递，并且体系内部不再有任何宏观过程，此时 称为热力学平衡态，它是定态中最稳定的一种。
当一个体系发展到某个阶段可能处于一个宏观不变的 状态（定态）但其内部又处于非平衡态时，称为非平衡定 态。
它们是体系内部大量粒子运动的总体平均行为， 可以用一组宏观参量来描述体系的状态，这样的 宏观参量叫做状态参量。热力学状态参量可分为 两类：
广延量 值的大小与体系的大小和体系所包 含的物质的数量有关，如体积、质量、能量等， 具有加和关系的性质；
强度量 值的大小与体系的大小和物质数量 无关，不具备加和关系的性质，如温度、压强、 密度、粘度等。
（3）离子和电解质在水溶液中的标准状态及标 准偏摩尔量
离子和电解质在水溶液中的标准状态定义为： 任意压力和温度下，假想质量摩尔浓度（m）为1 的溶液处于无限稀释状态时，其溶质的活度为1， 该条件下溶剂的标准状态要求溶剂的活度为1。
这样对水溶液中溶解物种的主要热力学参数有： 标准偏摩尔自由能 标准偏摩尔体积 标准偏摩尔熵 标准偏摩尔焓
第一章 水溶液热力学基础知识
1．热力学体系
世界上的一切物体总是相互作用着的，它们组成一个 整体，但是世界作为一个整体是无法进行实验研究的，我 们必须从这个相互作用的整体中划分出一部分来进行研究。 这种从相互作用的整体中划分出来用作热力学研究的部分 称为热力学体系，简称体系或系统，而与体系相互作用的 其余部分（即在体系周围与体系密切相关的物质和空间） 称为环境或外界。
在标准状态下，某一反应的自由能变化，
称为反应的标准自由能变化，以 计算方法是：
表G示r0 ，其
(2-1) Gr0 vi( f )G（0f 生成物） vi(r)G0f (反应物）
式中 、 vi( f )
vi(r )
分别为生成物和反应物的化学
计量系数。
5. 焓 焓是一种化学反应向环境提供的热量总值，
vi( f )H（0f 生成物）
vi
(r
)H
0 f
(反应物）
6．水溶液热力学 （1）溶液是由溶剂和溶质组成的，以水作为溶剂
称为水溶液。 （2）在溶质和溶剂组成的溶液中，除了质量具有
可加性外，其余的量都不具有可加性。例如在室温 （298K）和1大气压下，1kg食盐（NaCl）溶解在10kg水 中，所组成的盐水的质量等于1+10=11kg，但是其体积 不等于1kg盐的体积+10kg水的体积，而是略等于10kg水 的体积。又如,100ml 乙醇(V1)与100ml水(V2)组成的溶 液其体积不等于V1+V2=200ml,而是180ml。这样，对水溶 液中溶液组分的热力学参数引入偏摩尔的概念。
4. 自由能 这是热力学分析计算中最常用的参数。自由能
是指一个反应在恒温恒压下所做的最大有用功，常 称吉布斯自由能，用G表示。一个反应的自由能变 化以ΔG表示。在标准状态下，最稳定的单质生成 1mol纯物质时的自由能变化，称为标准生成自由能， 以 表G示0f 。规定元素和单质的 为G零0f 。