有色冶金原理第六章_粗金属火法精炼.ppt

第六章　粗金属的火法精炼 1 概述 2 熔析精炼 3 萃取精炼 4 区域精炼 5 金属的蒸馏过程 6 氧化精炼 7 硫化精炼 1 概述 粗金属火法精炼的目的： ●得到纯金属； ●得到杂质含量在允许范围内的产品； ●提取金属中无害的、但本身具有使用价值的杂质。 步骤： ①使均匀的熔融粗金属中产生多相体系 （如：金属－渣，金属－金属，金属－气体）。 ②将上述产生的各两相体系用物理方法分离。 精炼的产物分为三类： ●金属－渣系； ●金属－金属系； ●金属－气体系。 某些情况下，上述两类可能同时存在。 2 熔析精炼 2.1 概念 熔析：熔体在熔融状态或缓慢冷却过程中，使液相或固相分离。 熔析精炼优点：设备简单，精炼效率高。 应用实例：粗铅熔析除银、粗锌熔析除铁除铅、粗锡熔析除铁。 2.2 熔析精炼的步骤 ①在均匀的合金中产生多相体系（液体＋液体或液体＋固体）。 产生多相体系可以用加热、缓冷等方法。 ②相分离。 2.3 均匀合金中产生多相的方法 ①熔化。将粗金属缓慢加热到一定温度，其中一部分熔化成液体，另一部分仍为固体，从而将金属与杂质分离。 例如，A（纯金属）与B（杂质）形成简单共晶体系，其共晶成分为a。将粗金属b加热到共晶温度T时，出现共晶成分的液相，而杂质B留在固相内。因此，经过熔析处理，粗金属A内杂质B的组成由b%降到a%。 ②结晶。将粗金属缓慢冷却到一定温度，熔体中某成分由于溶解度减小，而成固相析出，其余熔体仍保持在液态，从而将金属与杂质分离。 也有这种情况，在冷却粗金属熔体时，并不出现固体，而是出现另一独立的液相，与原来的熔体分层。 2.4 粗金属熔析精炼的基础 　　状态图。 例题：铅精炼的撇渣法除铜。 如图所示，体系有一个低熔点共晶，含99％以上的Pb以液态与固体纯Cu相平衡。富Cu渣浮于Pb水表面被除去。 3 萃取精炼 3.1 概念 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。 3.2 例题 铅水加锌除银的帕克斯法。 一无Zn粗Pb水，每吨含7.775Kg的Ag，在773K时加Zn除Ag。假设其反应产物是纯Ag2Zn3，计算除去98％的Ag，每吨粗Pb所需添加的Zn量？ 以1吨粗Pb为计算基础。 初始组成： Kmol Kmol 除去98％的银，则最终残存于精炼铅中的银为： Kmol 残存银的摩尔分数是： 熔体中Zn的平衡摩尔分数为： 残留Zn量近似为： Kg 与Ag发生反应的Zn量为： Kg 消耗的总Zn量为： Kg 实际生产中，由于达不到平衡以及银锌化合物活度由于渣壳中铅的存在而小于1，锌的需要量大于上述计算值。 4 区域精炼 ●原理：基于杂质在固相和液相间的不等量 分配实现的。 ●用途：高纯、超高纯金属的提炼。 ●装置举例： 用一个可移动加热器（如感应加热线圈）使含有杂质的金属锭加热，于是在金属锭中有一个长约2.5～3.0cm的熔化区形成。当熔化区沿着金属锭长度以一定速率缓慢移动时，依次熔化，杂质在熔化部分中富集，而基本金属在再凝固部分中变得更纯。 平衡分配系数： 杂质在固相中浓度CS对杂质在液相中浓度Ci的比值。 K0值愈小， 区域精炼的效果愈好。 5 金属的蒸馏过程 例题1：含有Pb、Cd等杂质的Zn在大气压条件下进行蒸馏精炼。 原理：基于Zn、Cd、Pb的沸点不同。 Zn　　　 Cd　　　　　 Pb 沸点：1179K(906℃) 1040K(767℃) 1798K(1525℃) ●将粗Zn加热到1273K，则含在其中的Zn、Cd发生沸腾并呈蒸汽状态逸出，而Pb以及其它杂质（Fe、Cu等）差不多完全呈液态存在。 ●在1273K条件下，Pb的蒸汽压约1mm汞柱，Fe、Cu的蒸汽压更小，因此，Pb的挥发量很小，Fe、Cu几乎不挥发。 ●分离出来的Zn、Cd蒸汽，经冷凝后，形成液态合金，通常含Cd（原子）5％。为了使Zn、Cd分离，需进行分馏过程。 例题2： Zn－Cd的分馏原理 ●组成为95％Zn、5％Cd的合金溶液加热，温度达到1163K的a时开始沸腾，与此溶液平衡的蒸汽的成分为b（含12％Cd）。Cd在蒸汽中的含量比在液态金属中的含量高，在蒸发了一些溶液之后，剩下的溶液中含Zn更高。因此，使溶液再在较高的温度下蒸发，最后剩下的溶液几乎只含Zn，可得到纯度很高的精炼Zn。 ●如果将溶液中逸出的成分为b的蒸汽冷却到1143K，使体系处于液－气两相状态的区域中，得到含10％Cd的凝聚液a’和含30％Cd的蒸汽b’