湿法冶金第1讲

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1、冶金原理之湿法冶金第1讲浸出-净化-沉淀教师李鸿乂副教授湿法冶金简介•狭义概念指在水溶液中进行的提取冶金过程•广义概念指水溶液中提取金属及其化合物、制取无机材料及处理“三废”的过程•研究意义AlO（100%）23Zn（>80%）、Cu（15%-20%）贵金属（100%）•优势湿法冶金过程选择性强利于综合回收有价元素工作环境好（无高温、无粉尘、毒气排放少）成本低（处理低品位复杂矿）•劣势反应速度慢、流程长、工厂占地面积大预处理浸出净化沉淀湿法冶金主要流程钒渣提钒流程(a)钠化法焙烧流程(b)钙化法焙烧流程预处理•主要目的改变

2、原料的物理化学性质，为后续的浸出过程创造良好的热力学和动力学条件预先除去某些有害杂质钠化法焙烧过程4FeOVO4NaCO5O8NaVO2FeO4CO2323232324FeOVO4NaSO3O8NaVO2FeO4SO2324232324FeOVO8NaCl5O4HO8NaVO2FeO8HCl2322323钙化法焙烧过程2FeOVOCaCOCa(VO)FeOCO233322322FeOVO2CaCOCaVOFeO2CO2332272322FeOVO3CaCOCa(VO

3、)FeO3CO233342232浸出浸出是指在水溶液中利用浸出剂与固体原料作用，使有价元素变为可溶性化合物进入水溶液的过程•浸出过程的化学反应简单溶解反应AlO+NaOH=NaAlO+HO2322复分解反应CaCO(s)+2HCl(aq)=CaCl(aq)+HO+CO↑3222氧化还原反应1ZnS(s)+HSO(aq)+O=ZnSO(aq)+S(s)+HO242242有络合物生成的溶解反应4Au(s)+8NaCN(aq)+O+2HO=4NaAu(CN)(aq)+4NaOH(aq)222•浸出过程分类酸浸用酸将物料中的碱性化合

4、物溶入溶液碱浸用碱或碱性溶液将物料中的酸性化合物浸入溶液氧浸主要用于金属硫化矿或单质金属的浸出，需配合其它浸出剂氯化浸出利用氯作为氧化剂进行重金属硫化矿的浸出细菌浸出利用细菌的作用直接从矿石中浸出有价金属电化浸出在电场作用下利用阳极氧化作用将硫化矿氧化•浸出过程热力学计算∆?以判断浸出反应能否发生∅∅根据反应物、生成物的??、∆??和∅∆???等根据反应平衡常数K判断反应发生的限度实验测定根据电池电动势E来进行计算Nernst方程、标准电极电势等根据电势-pH图判断发生什么反应Mg-H2O体系电位-pH图•浸出过程动力学

5、浸出过程步骤：（1）浸出剂通过扩散层向固体表面扩散（外扩散）；（2）浸出剂进一步扩散通过固体层（内扩散）；（3）浸出剂与矿粒发生化学反应，与此同时伴随有吸附或解吸过程；（4）生成的不溶产物层使固体膜增厚，而生成的可溶性产物扩散通过固体膜（内扩散）；（5）生成的可溶性产物扩散到溶液中（外扩散）。流体膜扩散控制灰层扩散控制表面反应控制举例：钒渣熟料浸出钠化法浸出过程焙烧生成的偏钒酸钠NaVO3是水溶性的物质，直接溶于水中钙化法浸出过程Ca(VO)2HSO(VO)SOCaSO2HO322422442CaVO3HSO(VO)SO2C

6、aSO3HO2272422442Ca(VO)4HSO(VO)SO2CaSO4HO3422422442净化•简单化学法•离子交换树脂法•溶剂萃取法沉淀沉淀是指向溶液中加入化学试剂使其中某组分形成难溶化合物析出的过程•物质的溶解度——溶度积对于电解质MA有??=???++???−mn??定义饱和时离子浓度积为?=??+???−???当??+???−??时，溶液过饱和??结晶过程：晶核形成→晶粒长大→陈化•晶核形成均相成核从过饱和溶液中自动形成晶

7、核的过程异相成核结晶的核心是溶液中夹杂物颗粒或容器表面、杂质离子等的形核过程•晶粒长大通过对流与扩散等传质过程达到晶体表面在晶体的表面吸附吸附的分子或离子在表面迁移进入晶格，使晶粒长大•沉淀物的形态结晶型无定形（凝乳型）非晶体聚集得无定形沉淀核心的形成沉淀离子晶核微粒定向长大得结晶型沉淀•沉淀物形态及粒度的影响因素过饱和度温度搅拌晶体结构类型•陈化指沉淀物的粒度和结构进一步自发地向热力学更稳定的方向变化的过程。包括Ostwald熟化和亚稳相的转化Ostwald熟化指沉淀颗粒自动长大、小颗粒消失的过程亚稳相的转化指

8、在沉淀过程中亚稳态转化为稳态的过程举例：含钒溶液沉钒钠化法沉淀过程调节pH值到2~36NaVO2HSONHSONHV6O16H2O3Na2SO4H2O324