冶金原理(3).ppt

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
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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。
设有碱式盐aMeAz/y·βMe(OH)z,其形成反应可用下式表 示：
6.4
Fe2++2OH-=Fe(OH)2
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
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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。
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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。
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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。
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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）
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任务要点 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。
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任务驱动19 用离子沉淀法净化浸出液
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上一章
目录
概述 任务要点 离子沉淀法净化
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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。
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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。由于它们的基本原理相同，将在下一章专门讨 论。
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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
Fra Baidu bibliotek
3.6×10-6
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
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式（19-1）中的Ksp为离子溶度积，当ΔGθ已知时，就可算出 反应的Ksp。
log Ksp
log(Mez
z OH
)
logMez
Z logOH
logMez
Z (log Kw logH )
式中
Kw—水的离子积，整理后得：
pH(1)
1 Z
log
Ksp
lg
Kw
1 Z
log Mez
(19-2)
式（19-2）即为Me2+水解沉淀时平衡PH值的计算式。由式可 见,形成氢氧化物沉淀的PH值与氢氧化物的溶度积和溶液中金 属离子的活度有关.
表19-1所列数值为298K及aMez+=1时生成Me(OH)z的平衡 PH值,也即开始出现氢氧化物沉淀的PH值。
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表表19-91-1 298K 及 aMez+=1 时若干金属氧化物沉淀的 PH 值
Ti++OH-=Ti(OH)
7.2×10-1
9×10-1
13.8
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表19-1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.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。