火法精炼ppt

已知：γ
0 Zn
= 11 γ ，
0 Ag
= 2.3
0 ∆G 773 = −127612
2 Ag ( l ) + 3Zn ( l ) = Ag 2 Zn3
吨粗Pb为计算基础。 以1吨粗Pb为计算基础。 吨粗Pb为计算基础 7 Kmol 初始组成： 初始组成： Ag：.775 ＝0.072 107.9 992.225 Pb： ＝4.789 Kmol 207.2
7.4 区域精炼
一、化学偏析现象 在一个温度分布不均 匀的体系中， 匀的体系中，当连续 降温时， 降温时，先凝固部分 与后凝固部分有不同 的组成。 的组成。 二、平衡分配系数 (分配 分配 分凝比) 比、分凝比 在固–液平衡体系中 液平衡体系中， 在固 液平衡体系中， 溶质（杂质） 溶质（杂质）在固相 的浓度 Cs 与其在液 之比： 相的浓度 Cl 之比：
1、熔区一次通过锭料后的杂质分布 、
2、熔区多次通过锭料后的杂质分布 、
增加熔区通过锭料的次数 n，将会降低起始区 相应点的杂质浓度； 相应点的杂质浓度； 使最终区相应点的杂质浓度升高；延长起始区、 使最终区相应点的杂质浓度升高；延长起始区、 最终区的长度，缩短水平区的长度。 最终区的长度，缩短水平区的长度。提高精炼 效果。 效果。 最终区延长——精炼后锭料需要切除的部分增 最终区延长 精炼后锭料需要切除的部分增 而得到的高纯产品的数量减少； 加，而得到的高纯产品的数量减少； 杂质浓度分布趋近于一个极限分布。 杂质浓度分布趋近于一个极限分布。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
K0 可以大于 1， 也可以小于 1；一 20； 般为10 般为10-6～20； 愈接近于1 K0 愈接近于1， 提纯效果愈差； 提纯效果愈差； 对于杂质含量 极小的体系， 极小的体系， K0 可视为常数。 可视为常数。←→ 液相线和固相线均 为直线。 为直线。
三、正常凝固（定向凝固、普通凝固） 正常凝固（定向凝固、普通凝固） 金属锭料全部熔化后， 金属锭料全部熔化后，由一端逐渐向另一 端慢慢凝固的过程。 端慢慢凝固的过程。 应用：从熔体中拉制单晶。 应用：从熔体中拉制单晶。
二、火法精炼的基本原理 利用主金属与杂质的物理和化学性质的差异 形成与主金属不同的新相，将杂质富集于其中； 形成与主金属不同的新相，将杂质富集于其中； 或者：将主金属全部转移至新相， 或者：将主金属全部转移至新相，而使杂质残留 下来。 下来。 三、火法精炼的基本步骤 用多种（化学的或物理的） 用多种（化学的或物理的）方法使均匀的粗金 属体系变为多相（一般为二相）体系； 属体系变为多相（一般为二相）体系； 用各种方法将不同的相分开， 用各种方法将不同的相分开，实现主体金属与 杂质的分离。 杂质的分离。
四、正常凝固后的杂质分布 假设： 假设： 在凝固过程中，物质在固相内完全不扩散， 在凝固过程中，物质在固相内完全不扩散，而在液 相内却有着极大的扩散速率； 相内却有着极大的扩散速率； 为常数； 平衡分配系数 K0 为常数； 锭料为均匀的圆柱体， 锭料为均匀的圆柱体，其总长度及总体积均为 1 ； 为已凝固部分占总容积的分数， g 为已凝固部分占总容积的分数， 或固–液相界面与锭料首端的距离 液相界面与锭料首端的距离； 或固 液相界面与锭料首端的距离； 是锭料中杂质总量； Q0 是锭料中杂质总量； 为液相中剩余的杂质量； Q 为液相中剩余的杂质量； 为杂质起始浓度； C0 为杂质起始浓度； 分别为固–液界面上固相和液相的杂质浓 Cs 和 Cl 分别为固 液界面上固相和液相的杂质浓 度。
四、熔析精炼的应用
1、熔析精炼对二元系的要求 杂质与主体金属熔点相差较大； → 杂质与主体金属熔点相差较大； → 共晶点（三相点）的组成应非常靠近主金属一侧； 共晶点（三相点）的组成应非常靠近主金属一侧； 共存相应该易于分离。 → 共存相应该易于分离。 固相的比重差应较大， 液–固相的比重差应较大， 固相的比重差应较大 液相的粘度较小。 液相的粘度较小。 2、适宜采用熔析精炼的二元系 Pb－Cu系 粗铅除铜）、Pb－Ag系 粗铅除银）、 ）、Pb Pb－Cu系（粗铅除铜）、Pb－Ag系（粗铅除银）、 Sn－Pb系（粗锡除铅）、Sn－Fe系（粗锡除铁）、 Sn－Pb系 粗锡除铅）、Sn－Fe系 粗锡除铁）、 ）、Sn Zn－Pb系 粗锌除铅）、Zn－Fe系 粗锌除铁）。 ）、Zn Zn－Pb系（粗锌除铅）、Zn－Fe系（粗锌除铁）。
五、粗铅熔析除铜
将含铜（ 0.06%）的熔融铅缓慢降温， 将含铜（> 0.06%）的熔融铅缓慢降温，并保 K（ ℃） 持在稍高于 599 K（326 ℃）的共晶温度 330～ ℃）， ），铜以固体浮渣的形式浮于 （330～350 ℃），铜以固体浮渣的形式浮于 铅熔体表面而与之分离； 铅熔体表面而与之分离； 粗铅熔析除铜的理论极限是Pb Cu共晶组成 Pb–Cu共晶组成， 粗铅熔析除铜的理论极限是Pb Cu共晶组成， 0.06%； 即0.06%； 通过共存元素（As、Sb）的作用， 通过共存元素（As、Sb）的作用，实际脱铜 极限可降至0.02 0.03%； 0.02～ 极限可降至0.02～0.03%； Fe、Ni、Co、 等也一并被除去； Fe、Ni、Co、S 等也一并被除去； 熔析除铜设备：铸铁精炼锅。 熔析除铜设备：铸铁精炼锅。
Kg
0.98 × 7.775 × 3 × 65.4 = 6.927 2 × 107.9
Kg
消耗的总Zn量为： 消耗的总 量为： 4.886 + 6.927 = 11.81 Kg 量为 实际生产中，由于达不到平衡以及银锌化 实际生产中， 合物活度由于渣壳中铅的存在而小于1， 合物活度由于渣壳中铅的存在而小于 ， 锌的需要量大于上述计算值。 锌的需要量大于上述计算值。
六、熔析过程的主要影响因素 温度 过程温度愈按近共晶温度，提纯效果愈好。 过程温度愈按近共晶温度，提纯效果愈好。 粗金属成份 粗金属中某些其他杂质的存在， 粗金属中某些其他杂质的存在，可能形成溶 解度更小的化合物，提高精炼效果。 解度更小的化合物，提高精炼效果。 粗铅熔析除铜时，铅中的As Sb、Sn能 As、 如：粗铅熔析除铜时，铅中的As、Sb、Sn能 与铜形成难溶化合物， 与铜形成难溶化合物，导致铜在铅的溶解度 降低（ 10降低（图10-9）。
7
7
7.2 熔析与凝析精炼
一、基本原理 粗金属在熔化（或凝固） 粗金属在熔化（或凝固）的过程中杂质在固相和液相的平 衡浓度不同。 衡浓度不同。 从均匀的熔体中开始凝固时，首先析出不同组成的固体。 从均匀的熔体中开始凝固时，首先析出不同组成的固体。
二、熔析精炼的基本步骤
在均匀的合金中产生多相体系（液体+液体、 在均匀的合金中产生多相体系（液体+液体、液 固体）； 体+固体）； 产生多相体系可以用加热、缓冷等方法。 产生多相体系可以用加热、缓冷等方法。 所产生的两相按比重不同而进行分层。 所产生的两相按比重不同而进行分层。 如果分层为二液相则分别放出； → 如果分层为二液相则分别放出； → 如果分层为固体和液体，则利用漏勺、捞渣 如果分层为固体和液体，则利用漏勺、 器等使两相分离； 器等使两相分离； 或者使液体沿着炉底斜坡徘出炉外， → 或者使液体沿着炉底斜坡徘出炉外，而固体 则仍留于炉底上，从而使二相分离（ 则仍留于炉底上，从而使二相分离（如粗锡熔析 除铁）。 除铁）。
五、有效分配系数
之间； 有效分配系数 K 界于 K0 和 1 之间； 实际区域精炼的效果低于平衡条件下区域精炼的效果。 实际区域精炼的效果低于平衡条件下区域精炼的效果。
六、区域精炼
图 9-3
图 9-4
区域精炼的锭料分为三个区域： 区域精炼的锭料分为三个区域： 起始区或纯化区； → BE 段：起始区或纯化区； 水平区或致匀区； → EE' 段：水平区或致匀区； → E'g 段：最终区或杂质富集 区。 起始区和水平区的杂质浓度分布由上述方程描述； 起始区和水平区的杂质浓度分布由上述方程描述； 最终区的熔体凝固过程属于正常凝固； 最终区的熔体凝固过程属于正常凝固； 其杂质分布与正常凝固中杂质的分布规律相同。 其杂质分布与正常凝固中杂质的分布规律相同。 区域精炼法的精炼效果不及正常凝固法。 区域精炼法的精炼效果不及正常凝固法。
三、熔析精炼的类型
1、冷却凝析精炼 将具有二元共晶型的液态粗金属熔体缓慢冷却到稍 高于共晶温度，杂质以固体（或固溶体） 高于共晶温度，杂质以固体（或固溶体）析出并浮 于金属熔体的表面上，使固相与液相分离。 于金属熔体的表面上，使固相与液相分离。 2、加热熔析精炼 将具有二元共晶型的固态粗金属加热到稍高于共晶 温度，杂质含量接近共晶组成的熔体， 温度，杂质含量接近共晶组成的熔体，沿倾斜的炉 底流出，而杂质仍留在固相中。 底流出，而杂质仍留在固相中。
四、火法精炼的基本体系 利用主金属与杂质的物理和化学性质的差异
五、火法精炼方法 基于杂质与主金属化学性质的不同， 化学法 基于杂质与主金属化学性质的不同，加入 某种反应剂使之形成某种难溶于金属的化合物析出 或造渣。 或造渣。 物理法 基于在两相平衡时杂质和主金属在两相间 分配比的不同。 分配比的不同。 利用粗金属凝固或熔化过程中， → 利用粗金属凝固或熔化过程中，粗金属中的杂 质和主金属在液–固两相间分配比的不同 固两相间分配比的不同——熔析 质和主金属在液 固两相间分配比的不同 熔析 精炼、区域精炼（区域熔炼）。 精炼、区域精炼（区域熔炼）。 利用杂质和主金属蒸气压的不同， → 利用杂质和主金属蒸气压的不同，因而粗金属 蒸发过程中，其易蒸发的组份将主要进入气相，与 蒸发过程中，其易蒸发的组份将主要进入气相， 难蒸发组分分离——蒸馏精炼、升华精炼。 蒸馏精炼、 难蒸发组分分离 蒸馏精炼 升华精炼。
熔体中Zn的平衡摩尔分数为： 熔体中 的平衡摩尔分数为： 的平衡摩尔分数为
xZn = 3
(3.0 ×10 ) ⋅ 2.3
−4 2
2.4 ×10−9
2
⋅11
3
= 0.0156
残留Zn量近似为： 残留 量近似为： 0.0156 × 4.789 × 65.4 = 4.886 量近似为 发生反应的Zn量为 与Ag发生反应的 量为： 发生反应的 量为：
7.3 萃取精炼 7.3.1 概念
萃取精炼：在一定温度下， 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。 物而析出，从而达到精炼的目的。
7.3.2 例题
铅水加锌除银的帕克斯法。 铅水加锌除银的帕克斯法。 一无Zn粗 水 每吨含7.775Kg的Ag，在773K时加 一无 粗Pb水，每吨含 的 ， 时加 Zn除Ag。假设其反应产物是纯 2Zn3，计算除去 计算除去98 除 。假设其反应产物是纯Ag 所需添加的Zn量 ％的Ag，每吨粗 所需添加的 量？ ，每吨粗Pb所需添加的
第七章
粗金属的火法精炼
1 概述 2 熔析与凝析精炼 3 萃取精炼 4 区域精炼 5 蒸馏与升华精炼
7.1 概述
一、火法精炼的目的 除去有害杂质，生产出具有一定纯度的金属； 除去有害杂质，生产出具有一定纯度的金属； 当金属中的杂质含量超过一定限度时， → 当金属中的杂质含量超过一定限度时，其物 化学和机械性能会发生变化。 理、化学和机械性能会发生变化。 生产出含有各种规定量的合金元素的金属， 生产出含有各种规定量的合金元素的金属，使 其具有一定的物理、化学和机械性能； 其具有一定的物理、化学和机械性能； 如合金钢的生产。 如合金钢的生产。 回收其中具有很高经济价值的稀贵金属“ 回收其中具有很高经济价值的稀贵金属“杂 质”。 粗铅、粗铜中的金、银及其他稀贵金属。 如：粗铅、粗铜中的金、银及其他稀贵金属。
0 ∆G773 = −127612 = − RT ln K
K = 4.17 × 10 =
8
a Ag 2 Zn3
2 3 a Ag a Zn
2 2 3 3 x Ag γ Ag x Znγ Zn = 2.4 × 10 −9
除去98％的银，则最终残存于精炼铅中的银为： 除去98％的银，则最终残存于精炼铅中的银为： 98 (1 − 0.98) × 0.072 = 1.44 × 10 −3 Kmol 残存银的摩尔分数是： 残存银的摩尔分数是： x Ag 1.44 × 10 −3 = = 3.0 × 10 −4 4.789 + 1.44 × 10 −3