化学冶金法制备材料技术

1.1 粗液制取
以酸、碱、盐的水溶液为浸出剂在一 定的条件下(温度、压力、氧化—还原电 位、料浆浓度、混合或搅拌状况)将有价 金属从矿物原料、再生原料或单质原料 中提取出来，并且金属以离子(或配合物) 形态进入浸出剂中；然后采用浓密、沉 清、过滤等方法进行液固分离，即可得 到一种含有价金属离子的浸出液，这种 浸出液尚含多种杂质元素的离子是不纯 净的，因此，称之为粗液。
液相沉积法是新型粉体制备的重 要方法，特别是它与湿法冶金工艺 联合，具有成本低，产量高等优点， 因而得到迅速发展，形成独具特色 的化学材料冶金新学科。
化学材料冶金将湿法冶金的一些新 技术，如金属的湿法提取和金属离子 溶液的高度纯化技术、电沉积、还原 沉积、化学沉淀、水热合成等应用于 新型粉体材料的制备中，与相邻的学 科和技术进行交叉、渗透，又可以开 发一系列新的制备方法，新的材料和 新的应用领域。
在粗液的制取过程中，产生一系列的 物理化学反应，其中包括氧化物及盐类 的溶解反应、中和反应、氧化还原反应 等。这些反应属液固或气液固非均相反 应，扩散往往成为控制步骤。
提高温度和压力不仅能改变热力学性 质使某些反应易于实现，而且也可使反 应物在固相内的扩散显著加快，从而降 低或消除扩散动力学影响，显著提高浸 出速度和浸出率。
(1)水解沉淀:
调节溶液的酸碱度使金属离子以氢氧 化物或碱式盐形态析出的过程称为水解 沉淀。水解又可分为中和水解、稀释水 解及氧化—还原水解三种形式。向酸性 金属离子溶液加入碱或向碱性金属离子 溶液加入酸，使其产生水解的过程称中 和水解，其化学反应通式为：
H nz MeOnz zH Me(OH )n
化合物热分解和水解法也是制 取新材料的重要方法，化学材料 冶金的另一任务是研究纯化合物 (可以是复式化合物)热分解和水 解制备新材料的问题，包括无机 盐热分解和金属有机化合物热分 解及相应化合物的水解。
1. 离子液制取
金属离子溶液的制取过程实际是湿法冶金 的浸出和净化过程，前者完成金属由原料中 的固态化合物，或单质向溶液状态的金属离 子的转化，称为“粗液制取”，后一个过程 完成粗液中金属离子的相互分离和杂质元素 的脱除，称为“离子液提纯”。
其中以精馏更为重要，精馏乃利用精 馏塔将物料自塔之中段适当位置加入， 在塔中溶液和蒸汽逆流接触，连续蒸馏 以获得自塔顶连续产出的塔顶产品与自 塔底连续产出的塔底产品的蒸馏方法。 精馏装置除了精馏塔以外，还有与塔顶 连接的冷凝器和与塔底连接的重沸器， 精馏塔的加料板上部称提浓段，而加料 板下部为汽提段。
向金属离子溶液中加水冲稀使之水解 的过程称冲稀水解。
Me(OH )2 nH Men nH 2O
冲稀水解只限于在较高酸度下水解的 金属配合离子，例如 S及bCli3i BiC等li3。i 可求出它们在水解过程中，总金属离子 浓度与总氯浓度的数模关系，利用这些 数模可控制水解过程。
当溶液中的酸碱度适于某种价态的金属离 子水解时，而这种金属却以另一种不产生水 解的价态存在，这时只有用氧化还原方法使 这种金属离子的价态转化，从而产生水解的 方法叫氧化—还原水解。但氧化—还原水解 过程要消耗中和剂，以中和水解时产生的酸 或碱，维持水解过程的pH值，保证水解过程 的持续进行。这方面最典型的例子是氧化除 铁。
2FeCl2 +1/2 O2 + 5H2O = 2Fe(OH)3 + 4HCl
（2）硫化沉淀：
利用铜、铅等金属的硫化物在酸性或碱 性溶液中难溶的特点，向金属离子溶液加 入硫化剂，使这些金属离子生成硫化物沉 淀，从而提取或除去这些金属离子的方法， 称硫化沉淀法。许多文献对硫化沉淀法的 热力学进行了详细的研究，推导了硫化沉 淀最恰当的pH值，确定了硫化沉淀的最低 离子浓度以及PH2S对硫化沉淀的影响。
由于温度和压力的提高，使传统的湿 法冶金工艺发展成高压湿法冶金工艺， 其 中 以 加 拿 大 舍 利 特 高 尔 顿 ( Sherritt Gordon)高压湿法冶金工艺为代表，它 能使硫化矿以较快的速度直接浸出。在 溶剂方面，也可以在加压下，用氨或碱 性溶液借助高压空气氧化硫化物而完成 浸出反应。
1.2 离子液提纯
分离提纯金属离子溶液的基本方法有: 蒸馏法； 化合物沉淀法； 金属沉淀法； 结晶法； 溶剂萃取法； 离子交换法(含吸附法)。
蒸馏法:
蒸馏是沸点不同的两种或两种以上混 合成分的溶液，利用挥发性较高的成分在 气相中浓度高于液相中浓度的原理，藉加 热与冷凝等作业，使之增浓或提纯，甚至 可以将各成分分离的操作。根据分离程度、 液体性质，蒸馏法可分为平衡蒸馏、微分 蒸馏、逐批蒸馏、精馏数种。
百度文库
人们在槽浸工艺的基础上开发了堆浸和 就地浸出工艺，堆浸就是将低品位矿石或尾 矿堆成浸堆，然后向堆的上面均匀地喷淋浸 出剂，浸出有价金属的浸液渗过堆层，汇集 到浸液接收槽内。
就地浸出系根据矿区的地质条件，设置 浸出剂分配供送系统和浸出液收集系统， 然后连续提供浸矿剂，经过一定的时间后， 就可连续不断地收集浸出液。堆浸和就地 浸出投资少，成本低；是采选冶交叉发展 的重要学科方向，特别适合低品位矿和尾 矿资源的开发利用。
化学冶金法制备材料技术
四川大学 材料科学与工程学院
周大利 2013年9月
第二篇 化学冶金法制备材料技术
化学冶金法制备材料技术即以化学的方法 制备材料的技术,它将湿法冶金与材料化学相 结合，由金属的矿产或再生资源直接制备高新 材料。
为了制备性能优异的材料，各种化学、物 理、冶金、化工、机械加工方法得到综合应用。 冶金与制备相结合从单纯的金属提取向新材料 制备延伸,向深层加工发展,已成为冶金和材料 学科发展的一大趋势。
精馏法是有机化学工业，特别是石油 化工应用最广泛的分离和提纯方法。在 金属盐类的提纯方面，由于某些金属氯 化 物 的 易 挥 发 性 ， 如 在 GeCl4、TiCl4、 AsCl3及SbCl3的提纯上，精馏法的应用 较为广泛。
化合物沉淀法:
通过控制溶液的酸碱度、沉淀剂浓度， 氧化还原电位使有价金属离子或杂质元 素离子形成难溶的化合物沉淀析出，从 而达到分离提纯之目的。这种方法称化 合物沉淀法。根据沉淀析出原理，化合 物沉淀法可分为水解沉淀、硫化沉淀法 和难溶盐沉淀法。