第7章金属的电解提取与精练.ppt

第八章 金属的电解提取与精练 本章主要内容： 1、概述 2、金属电解提取与精炼的化学原理 3、金属电解提取与精炼的工程原理 4、锌的电解提取 5、铜的电解提取 6、用电解法制取金属粉末 8－1 概述 一、用途： 有色金属工业 二、分类： ①电解的介质： 水溶液电解冶金、熔盐电解冶金 ②冶金方法： 火法冶金、湿法冶金 火法冶金：利用高温从矿石提取金属的冶金过程。 湿法冶金（电解冶金）：利用溶剂，借助于化学及化工过程，从矿物原料中分离、提取金属的冶金过程。包括：浸出、净化、沉积。 三、电解冶金的优点 电解冶金具有高的选择性，可获得高纯金属，能回收有用的金属，因此可处理低品位的矿物及组分复杂的多金属矿，有利于资源的综合利用，而且对环境的污染较小，生产也较易连续化和自动化。 四、电解冶金的分类 电解提取、电解精炼 电解提取：采用不溶性阳极，使经浸出、净化处理的电解液中的待提取金属离子在阴极还原，制得纯金属。 电解精炼：采用可溶性阳极，即以其它方法(主要是火法冶金)炼制的粗金属作为阳极进行电解，通过选择性地阳极溶解及阴极沉积，达到分离杂质和提纯金属的目的。 五、电解冶金的特点 电解冶金中的金属电沉积过程，虽与电镀和化学镀有相同的相同的原理，但生产特点及工艺要求却大不相同。 如：电解冶金对金属沉积物的表面质量(如光洁度)及其与基底的结合力的要求远不及电镀高，但对其纯度要求很严格。而就金属沉积量言，电解冶金的规模远远大于电镀，耗电量较大，能耗和节能问题十分重要，并成为主要技术经济指标。 六、电化学在电解冶金技术中的作用 电化学的基本概念和理论：选择电解冶金的电极材料、电解液、工艺参数。 电化学的方法及手段：改进生产技术、探索过程机理。 电化学工程的基本知识：设计及优化电解冶金的电化学反应器。 8－2 金属电解提取与精炼的电化学原理 一、阴极过程 二、阳极过程 三、在电解提取与精炼中的传质过程 一、阴极过程 基本过程：金属离子的阴极还原 关键问题：离子的共析和电结晶，不仅决定产物的质量(金属沉积物的纯度、结构及性质)，而且影响生产的技术经济指标，如电流效率和能耗。 1、不同离子在阴极的共析 金属电解提取与精炼时，电解液中主要存在三类离子，即待沉积的金属离子、氢离子和杂质离子。 离子共析的情况： （1）金属离子与氢离子的共析； （2）待沉积的金属离子与杂质离子的共析。 影响离子共析的因素： （1）热力学因素：影响离子平衡电极电位的各种因素。 （2）动力学因素：影响离子析出的过电位的诸因素。 ①反应的特点：电子转移步骤的动力学参数（β、i0等），离子的本性（Di、ui)，电结晶的特点。 ②反应的条件：电解液的组成、浓度、温度、电极材料的电催化性能、表面性质、电流密度、传质条件（扩散、对流速度）。 离子共析时，析出速度之比 （1）两种离子析出都属于电子转移控制 （2）一种离子的析出为电子转移控制，另一种离子为扩散控制。 在实际体系中，每一种离子都不能完全保留它单独存在时的性质，即所谓“理想的非共轭体系”的性质。因此，多种离子共析时，一般不能根据其单独存在时的极化曲线、还原速度，进行简单地加和，求出它们共析时的极化曲线及还原速度。 2、改变离子共析的方法 （1）改变离子浓度。增加待沉积的金属离子浓度，减小氢离子和杂质离子浓度，降低它们共析的可能性。 （2）使用添加剂或络合剂。如：使用增大氢还原过电位的添加剂，可降低氢共析的可能性。 （3）改变电流密度和析出电位。 （4）改变传质条件。如果杂质离子的放电受制于扩散控制，则改变电解液的流速，可改变其极限扩散电流密度。如：提高流速，id增大，杂质共析增加，电流效率降低。 3、金属的电结晶 电镀：对电结晶的表面状态及表面质量、电结晶沉积层与基体的结合力要求严格。 化学电源：金属负极的充电属于电沉积及电结晶过程，为了使活性物质在充放电过程中反复有效地利用，则要求过程具有良好的可逆性。 电解提取和电解精炼金属：对电结晶表面状态的要求不及电镀高，但由于沉积量大、时间长，电流效率和能耗成为过程的主要技术经济指标，同时也要求电结晶平整致密，不产生枝晶和海绵状沉积物， 二、阳极过程 1、不溶性阳极的阳极过程 电解液：硫酸盐电解液。 阳极：铅及其合金。 阳极过程：析氧反应。 铅的活化溶解： 生成的硫酸铅难溶，覆盖在电极表面使电流减小，电极电位继续增高，进而发生新的电化学或化学反应，使电极表面层进一步变化： 铅电极表面逐渐转变为PbO2，实际析氧反应是在PbO2表面进行的。生成的PbO2膜是多孔的，可能脱落，为了提高其稳定性，常加入一些合金元素。 2、可溶性