湿法冶金-浸出技术 电位-pH图的应用 电位-pH图的应用.ppt

浸出过程的热力学 2.电位-PH图的分析 以图2-3为例。 1．水的稳定性 水的稳定性与电位、PH都有关。线＠以下，电位比氢的电位更负，将发生氢的析出，水是不稳定的。线＠以上，电位比氢的电位更正将发生氢的氧化，水是稳定；（b）线上，电位比氧的电位更正将发生氧的析出，水是不稳定的；（b）线下，电位比氧的电位更负将发生氧的还原，水是稳定的。 2．点、线、面的意义 在图中往往有三条直线相交于一点，如线②、④、⑤相交于一点，相交点表示三个平衡式的电位、PH都是相同的，若已知其中任意两条线的方程式，便可以导出第三条线的方程。 图中每一条直线代表一个平衡方程式，线的位置与组分浓度有关，如线⑤： ε=1.057-0.177PH-0.0591logaFe2+ 当aFe2+减少时，线的位置向上平移，反之，线的位置向下平移。 图中的面表示某种组分的稳定区。Ⅰ区是Fe的稳定区，Ⅱ是Fe2+的稳定区，Ⅲ区是Fe3+的稳定区，Ⅳ区是Fe(OH)3的稳定区，Ⅴ区是Fe(OH)2的稳定区，线＠、（b）之间则是水的稳定区。在稳定区内，可以自动进行氧化-还原反应，而得到该区的稳定物。如在线＠、（b）之间，则进行下面反应： 2H2+O2=2H2O 而在Ⅱ内，则有下面反应发生： 2Fe3++Fe=3Fe2+ 3.确定稳定区的方法 以图2-3中Fe2+的稳定区Ⅱ为例。 电位对Fe2+稳定性的影响：Fe2+只能在线①和线②之间才稳 定。否则Fe2+就不稳定，会氧化成Fe3+或还原为Fe。 PH对Fe2+稳定性的影响：如果PH值大于线③，Fe2+就会水解， PH值低于线③以Fe2+稳定存在。 电位与PH对Fe2+稳定性的影响： Fe2+只能在线①和线②及⑤之间的电位才稳定； Fe2+只能在低于线③及⑤之间的PH才稳定； 因此，由线①、②、③和⑤所围成的区域Ⅱ就是Fe2+的稳定区。其它组分的稳定区也可以用同样的方法确定。 4．Fe-H2O系电位-PH图在冶金过程中的应用 对湿法冶金而言，Ⅰ区是Fe的沉积区。Ⅱ、Ⅲ区是Fe的浸出区，即Fe以Fe2+或Fe3+稳定于溶液中。Ⅳ、Ⅴ区是Fe分别呈Fe(OH)3和Fe(OH)2沉淀析出区。 由于湿法冶金生产通常需要除去Fe，所以一般又将Ⅳ、Ⅴ两区称为净化区（除铁） 对于Fe－H2O系电位－pH图来说，当活度减少时，线的位置向下平移；活度增加，线的位置向上平移。因此，同一种物质在不同下的电位－PH图是不一样的，见图2－4 图2－4 Fe-H2O系电位-pH图（298K，Fe3+、Fe3+活度为1、10-6） 以上是以Fe-H2O系的电位-PH图为例分析讨论的，应当指出，其他体系（除电负性强的金属如Al、Mg，电极电位很正的金属如Au的水系）也有其电位-PH图，一般也有金属沉积区、浸出区和难溶化合物沉淀区，不同之处是不同体系的三个区域的大小和条件不一样。各区域愈大，愈利于该区稳定物的稳定。某金属的沉积区愈大，就愈容易呈金属沉积，而愈难以浸出；浸出区愈大，就愈容易浸出，而愈难以还原沉积，也愈难以沉淀析出；沉淀区愈大，就愈容易呈难溶化合物沉淀析出。还需指出，不同区域其条件也不同。 这样，湿法冶金就可以利用电位-PH图，控制一定的条件，使某些金属或化合物溶解，呈离子状态稳定于溶液中，而另一些难溶物质不溶，达到分离的目的；或使溶液中某些金属呈难溶化合物沉淀析出，而与仍稳定于溶液中金属分离；或使溶液中某些金属以金属沉积，而与仍稳定于溶液中的金属分离。 2.5.3 Zn-H2O系电位-pH图 根据电位-pH图的绘制方法，求出锌焙砂中性浸出时各种反应的电位-pH关系式，如表2－1、2－2、2－3列出了铁、锌、铜在中性浸出过程中的主要反应及电位-pH关系式，以此作为绘制锌焙砂中性浸出Me-H2O系电位-pH图的依据。 表2－2 锌在浸出过程中的主要反应及电位－pH关系式 表2－3 铜在浸出过程中的主要反应及电位-pH关系式 根据溶液中各个组分的浓度，查表得到相应活度系数，求出活度分别代入上例平衡关系式中，就可以确定Zn-H2O系、Fe-H2O系、Cu-H2O系、Cd- H2O系、Co- H2O系、Ni- H2O系电位-pH图中每条直线的具体位置，从而绘制出各种金属－H2O系的电位－pH图。 通常为了综合了解锌焙砂浸出时整个体系的行为，会把锌的电位-pH图和其他金属的电位-pH图重合起来形成一张图，如图2－5所示。 例如表2－2中：当取实际中性浸出液Zn2+活度为6.955×10－2时， 反应①在电位－pH图中为水平线 εZn2＋/Zn＝－0.762＋0.02955×lg(6.955×