金属电解提取与精炼.pptxVIP

本章主要内容：;6－1 概述;黑色金属包括铁、锰和铬以及它们的合金，主要是铁碳合金(钢铁)。 有色金属是指除去铁、铬、锰之外的所有金属。有色金属大致上按其密度、价格、在地壳中的储量和分布情况、被人们发现以及使用的早晚等分为五大类： 轻有色金属：一般指密度在4.5g/cm3以下的有色金属，如：铝、镁、钠、钾、钙、锶、钡。 重有色金属：一般指密度在4.5g/cm3以上的有色金属，其中有铜、镍、铅、锌、钴、锡、汞、锡等。;贵金属：这类金属包括金、银和铂族元素，由于它们稳定、含量少、开采和提??困难、价格贵，因而得名贵金属。 准金属：半导体，一般指硅、硒、碲、砷、硼。 稀有金属：自然界中含量很少，分布稀散、发现较晚，难以从原料中提取的或在工业上制备和应用较晚的金属。如：锂、铷、铯、钨、锗、稀土元素和人造超铀元素等。;二、金属的提炼;6－1 概述; 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;四、电解冶金的分类 电解提取、电解精炼 （1）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。 （2）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;六、电化学在电解冶金技术中的作用;6－2 金属电解提取与精炼的电化学原理;一、阴极过程;1、不同离子在阴极的共析;（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）。; （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。;两种金属共同还原的极化曲线; 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。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;3、金属的电结晶;3、金属的电结晶;二、阳极过程; 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、可溶性阳极的阳极过程;（1）各组分的电化学性质;（2）阳极材料的组织与结构;②固溶体：具有本身特定的电极电位，数值介于两组分的电极电位之间，并偏向含量较高的组分的电极电位。;（3）多价态金属的阳极溶解; 金属的非电化学溶解，如化学溶解、机械剥落也可导致电流效率大于100％。;3、硫化物阳极的阳极溶解;三、在电解提取和电解精炼时的传质过程;电解精炼槽中的自然对流与浓度分布;对流：由密度差导致。自然对流的方向在阳极附近由上向下，在阴极附近右下向上。 影响自然对流的因素：电流密度和电解液浓度。 当电流密度较低，电解液浓度不高时，密度梯度小，自然对流的速度也低，仅能形成层流；在电解精炼时，由于密度梯度很大，有的文献认为可达到湍流状态。 如：铜电解精炼新鲜电解液在电极表面由上而下的运动，而已消耗的电解液则向体相上部运动，有的文献认为可达到湍流状态，并已被示踪原子技术证实。; 金属精炼时，阳极附近自然对流的方向是由上而下，但由于阳极表面常常形成阳极泥，将使自然对流减弱，而且无法深及阳极泥层中，因此阳极泥层中基本为扩散传质，这将导致传质速度降低。 如果阳极电流密度增大到所溶解的金属离子来不及向体相迁移时，其浓度增大，如达到过饱和状态将结晶出来，发生生产中所说的‘阳极钝化’。为了防止这一现象，应适当降低电流密度和电解液浓度，同时可适当提高温度。;2、电解提取槽中的传质过程;6－3 金属电解提取与精炼的工程原理;6－3 金属电解提取与精炼的工程原理;一、电极;一、电极;电解精炼：采用粗金属铸成的可溶性阳极。 当残极率为15％～20％时需更换。残阳极出槽后除去表面的阳极泥，可熔化再铸成阳极使用。 残极率：电解周期结束时，剩余的残阳极与入槽阳极的质量百分比。; 电解精炼时采用粗金属铸成的可溶性阳极。