有色金属冶金-冶金原理第九章 浸出液的净化与沉积
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这个决定氢氧化物沉淀顺序的规律，是湿法 冶金过程的理论基础之一。
实践表明：纯净的氢氧化物，只能从稀溶液中 生成，而在一般溶液中常常是形成碱式盐而沉淀析 出。
表 9-2 298K 及 aMez+=aAy-=aAy-=1 时形成金属碱式盐的平衡 PH 值以及有关数
据。
碱式盐的标准生成自由
碱式盐的化学式
9×10-1
13.8
表9-1可用来比较各种金属离子形成氢氧化 物的顺序。
当氢氧化物从含有几种阳离子价相同的多元 盐溶液中沉淀时,首先开始析出的是PH值最低。 即溶解度最小的氢氧化物。在金属相同但其离子 价不同的体系中,高价阳离子总是比低价阳离子 在PH值更小的溶液中形成氢氧化物，这是由于 高价氢氧化物比低价氢氧化物的溶解度更小的缘 故。
Bi3++3OH-=Bi(OH)3
4.3×10-33
6.3×10-9
3.9
Cu2++2OH-=Cu(OH)2
5.6×10-20
2.4×10-7
4.5
Zn2++2OH-=Zn(OH)2
4.5×10-27
2.2×10-6
5.9
Co2++2OH-=Co(OH)2
2.0×10-16
3.6×10-6
6.4
Fe2++2OH-=Fe(OH)2
Βιβλιοθήκη Baidu
ZnCl2·2Zn(OH)2
-206.27
5.1
3NiSO4·4Ni(OH)2
-401.66
5.2
FeSO4·2Fe(OH)2
-197.48
5.3
CdSO4·2Cd(OH)2
-190.79
5.8
从表9-1和表9-2所列数据可以看出：当溶液的 PH值增加时，先沉淀析出的是金属碱式盐，也就 是说对相同的金属离子来说，其碱式盐析出的PH 值低于氢氧化物析出的PH值。
焓 ΔGθ（2）（KJ·mol-1）
形成碱式盐的 PH 值
5Fe2(SO4)3·Fe(OH)3
-820.06
<0
Fe2(SO4)3·Fe(OH)3
-305.43
<0
CuSO4·Cd(OH)2
-253.13
3.1
2CdSO4·Cd(OH)2
-123.43
3.9
ZnSO4·Zn(OH)2
-116.73
3.8
第一节 离子沉淀法
所谓离子沉淀法，就是溶液中某种离子在 沉淀剂的作用下，形成难溶化合物而沉淀的过 程。
为了达到使主体有价金属和杂质彼此分离的 目的，工业生产中有两种不同的做法：一是使 杂质呈难溶化合物形态沉淀，而有价金属留在 溶液中，这就是所谓的溶液净化沉淀法；二是 使有价金属呈难溶化合物沉淀，而杂质留在溶 液中，这个过程称为制备纯化合物的沉淀法。
冶金原理
第九章 浸出液的净化与沉积
上一章
概述
矿物在浸出过程中，当欲提取的有价金属从原料 中浸出来时，原料中的某些杂质也伴随进入溶液。
为了便于沉积欲提取的有价主体金属，在沉积前必 须将某些杂质除去，以获得尽可能纯净的溶液。
例如，将锌浸出液中的铁、砷、锑、镉、钴等除至 规定以下，将镍浸出液中的铁、铜、钴等除至规定的 限度以下。这种水溶液中主体金属与杂质元素分离的 过程叫做水溶液的净化。
湿法冶金过程中经常遇到的难溶化合物有氢氧 化物、碳酸盐、黄酸盐和草酸盐等，但是具有普遍意 义的是形成难溶氢氧化物的水解法和呈硫化物沉淀的 选择分离法。
下面将分别讨论这两种方法的基本原理和应用。
一、水解沉淀
除少数碱金属的氢氧化物外，大多数金属的 氢氧化物都属于难溶化合物。
在生产实践中，使溶液中金属离子呈氢氧化 物形态沉淀，包含两个不同方面的目的：一是使 主要金属从溶液中呈氢氧化物沉淀，如生产氧化 铝时，铝呈氢氧化铝从铝酸钠溶液中沉淀析出； 二是使杂质从浸出液中呈氢氧化物沉淀，如锌焙 砂酸浸时，控制浸出液终点的PH值，使杂质铁呈 Fe(OH)3沉淀分离除去。
1.5×10-44 1.0×10-56 3.0×10-41 4.2×10-42 5.0×10-26 4.0×10-38 1. 9×10-33
4.8×10-12 2.1×10-12 5.7×10-11 1.1×10-11 2.3×10-9 2.0×10-10 2.9×10-9
生成 Me(OH)z 的 PH 值 -0.5 0.1 1.0 1.2 1.4 1.6 3.1
金属从净化后的水溶液中沉积出来，是整 个湿法冶金的最后一个主要过程。
常用的沉积方法有电解沉积、电解精炼、置 换沉积、加压氢还原等。
在冶金生产中，置换既可用于溶液的净化， 也可用于金属的沉积，它们的基本原理是一样的， 将合并讨论。
电解沉积用于铜、锌、镉、镓、铼等金属的 湿法冶金中，电解精炼用于合金的电解和粗金属 的提纯。
在很多情况下，净化分离出来的杂质金属往 往又是作为有价副产品加以回收的重要原料。
例如，从锌浸出液中净化所得的铜镉渣，是 提取铜镉的重要原料，所得的钴渣是提取钴的重 要原料。
所以净化过程又是综合利用资源的重要过程。
工业上经常使用的净化方法有离子沉淀法、 置换法、共沉淀法、有机溶剂萃取法、离子交换 法等。
1.6×10-15
0.7×10-5
6.7
Cd2++2OH-=Cd(OH)2
1.2×10-14
1.2×10-5
7.0
Ni2++2OH-=Ni(OH)2
1.0×10-15
1.4×10-5
7.1
Mg2++2OH-=Mg(OH)2
5.5×10-12
1.1×10-4
8.4
Ti++OH-=Ti(OH)
7.2×10-1
从表9-2还可以看出，和表9-1氢氧化物的情况 一样，三价金属的碱式盐与二价同一金属碱式盐相 比较，可以在较低的PH值下沉淀析出。
氢氧化物生成反应
溶度积 Ksp 溶解度 mol·L-1
Ti3++3OH-=Ti(OH)3 Sn4++4OH-=Sn(OH)4 Co3++3OH-=Co(OH)3 Sb3++3OH-=Sb(OH)3 Sn2++2OH-=Sn(OH)2 Fe3++3OH-=Fe(OH)3 Al3++3OH-=Al(OH)3
从物理化学的观点看来，上述两种生成难溶 氢氧化物的反应都属于水解过程。金属离子水解 反应可以用下列通式表示：
Me2++ZOH-=Me(OH)z(s) (1) 反应的标准吉布斯自由能变化为：
G(1)
G Me(OH ) z
G Mez
ZG OH
log Ksp G(1) 2.303RT
（9-1）
表 9-1 298K 及 aMez+=1 时若干金属氧化物沉淀的 PH 值
实践表明：纯净的氢氧化物，只能从稀溶液中 生成，而在一般溶液中常常是形成碱式盐而沉淀析 出。
表 9-2 298K 及 aMez+=aAy-=aAy-=1 时形成金属碱式盐的平衡 PH 值以及有关数
据。
碱式盐的标准生成自由
碱式盐的化学式
9×10-1
13.8
表9-1可用来比较各种金属离子形成氢氧化 物的顺序。
当氢氧化物从含有几种阳离子价相同的多元 盐溶液中沉淀时,首先开始析出的是PH值最低。 即溶解度最小的氢氧化物。在金属相同但其离子 价不同的体系中,高价阳离子总是比低价阳离子 在PH值更小的溶液中形成氢氧化物，这是由于 高价氢氧化物比低价氢氧化物的溶解度更小的缘 故。
Bi3++3OH-=Bi(OH)3
4.3×10-33
6.3×10-9
3.9
Cu2++2OH-=Cu(OH)2
5.6×10-20
2.4×10-7
4.5
Zn2++2OH-=Zn(OH)2
4.5×10-27
2.2×10-6
5.9
Co2++2OH-=Co(OH)2
2.0×10-16
3.6×10-6
6.4
Fe2++2OH-=Fe(OH)2
Βιβλιοθήκη Baidu
ZnCl2·2Zn(OH)2
-206.27
5.1
3NiSO4·4Ni(OH)2
-401.66
5.2
FeSO4·2Fe(OH)2
-197.48
5.3
CdSO4·2Cd(OH)2
-190.79
5.8
从表9-1和表9-2所列数据可以看出：当溶液的 PH值增加时，先沉淀析出的是金属碱式盐，也就 是说对相同的金属离子来说，其碱式盐析出的PH 值低于氢氧化物析出的PH值。
焓 ΔGθ（2）（KJ·mol-1）
形成碱式盐的 PH 值
5Fe2(SO4)3·Fe(OH)3
-820.06
<0
Fe2(SO4)3·Fe(OH)3
-305.43
<0
CuSO4·Cd(OH)2
-253.13
3.1
2CdSO4·Cd(OH)2
-123.43
3.9
ZnSO4·Zn(OH)2
-116.73
3.8
第一节 离子沉淀法
所谓离子沉淀法，就是溶液中某种离子在 沉淀剂的作用下，形成难溶化合物而沉淀的过 程。
为了达到使主体有价金属和杂质彼此分离的 目的，工业生产中有两种不同的做法：一是使 杂质呈难溶化合物形态沉淀，而有价金属留在 溶液中，这就是所谓的溶液净化沉淀法；二是 使有价金属呈难溶化合物沉淀，而杂质留在溶 液中，这个过程称为制备纯化合物的沉淀法。
冶金原理
第九章 浸出液的净化与沉积
上一章
概述
矿物在浸出过程中，当欲提取的有价金属从原料 中浸出来时，原料中的某些杂质也伴随进入溶液。
为了便于沉积欲提取的有价主体金属，在沉积前必 须将某些杂质除去，以获得尽可能纯净的溶液。
例如，将锌浸出液中的铁、砷、锑、镉、钴等除至 规定以下，将镍浸出液中的铁、铜、钴等除至规定的 限度以下。这种水溶液中主体金属与杂质元素分离的 过程叫做水溶液的净化。
湿法冶金过程中经常遇到的难溶化合物有氢氧 化物、碳酸盐、黄酸盐和草酸盐等，但是具有普遍意 义的是形成难溶氢氧化物的水解法和呈硫化物沉淀的 选择分离法。
下面将分别讨论这两种方法的基本原理和应用。
一、水解沉淀
除少数碱金属的氢氧化物外，大多数金属的 氢氧化物都属于难溶化合物。
在生产实践中，使溶液中金属离子呈氢氧化 物形态沉淀，包含两个不同方面的目的：一是使 主要金属从溶液中呈氢氧化物沉淀，如生产氧化 铝时，铝呈氢氧化铝从铝酸钠溶液中沉淀析出； 二是使杂质从浸出液中呈氢氧化物沉淀，如锌焙 砂酸浸时，控制浸出液终点的PH值，使杂质铁呈 Fe(OH)3沉淀分离除去。
1.5×10-44 1.0×10-56 3.0×10-41 4.2×10-42 5.0×10-26 4.0×10-38 1. 9×10-33
4.8×10-12 2.1×10-12 5.7×10-11 1.1×10-11 2.3×10-9 2.0×10-10 2.9×10-9
生成 Me(OH)z 的 PH 值 -0.5 0.1 1.0 1.2 1.4 1.6 3.1
金属从净化后的水溶液中沉积出来，是整 个湿法冶金的最后一个主要过程。
常用的沉积方法有电解沉积、电解精炼、置 换沉积、加压氢还原等。
在冶金生产中，置换既可用于溶液的净化， 也可用于金属的沉积，它们的基本原理是一样的， 将合并讨论。
电解沉积用于铜、锌、镉、镓、铼等金属的 湿法冶金中，电解精炼用于合金的电解和粗金属 的提纯。
在很多情况下，净化分离出来的杂质金属往 往又是作为有价副产品加以回收的重要原料。
例如，从锌浸出液中净化所得的铜镉渣，是 提取铜镉的重要原料，所得的钴渣是提取钴的重 要原料。
所以净化过程又是综合利用资源的重要过程。
工业上经常使用的净化方法有离子沉淀法、 置换法、共沉淀法、有机溶剂萃取法、离子交换 法等。
1.6×10-15
0.7×10-5
6.7
Cd2++2OH-=Cd(OH)2
1.2×10-14
1.2×10-5
7.0
Ni2++2OH-=Ni(OH)2
1.0×10-15
1.4×10-5
7.1
Mg2++2OH-=Mg(OH)2
5.5×10-12
1.1×10-4
8.4
Ti++OH-=Ti(OH)
7.2×10-1
从表9-2还可以看出，和表9-1氢氧化物的情况 一样，三价金属的碱式盐与二价同一金属碱式盐相 比较，可以在较低的PH值下沉淀析出。
氢氧化物生成反应
溶度积 Ksp 溶解度 mol·L-1
Ti3++3OH-=Ti(OH)3 Sn4++4OH-=Sn(OH)4 Co3++3OH-=Co(OH)3 Sb3++3OH-=Sb(OH)3 Sn2++2OH-=Sn(OH)2 Fe3++3OH-=Fe(OH)3 Al3++3OH-=Al(OH)3
从物理化学的观点看来，上述两种生成难溶 氢氧化物的反应都属于水解过程。金属离子水解 反应可以用下列通式表示：
Me2++ZOH-=Me(OH)z(s) (1) 反应的标准吉布斯自由能变化为：
G(1)
G Me(OH ) z
G Mez
ZG OH
log Ksp G(1) 2.303RT
（9-1）
表 9-1 298K 及 aMez+=1 时若干金属氧化物沉淀的 PH 值