《冶金原理》PPT課件.ppt

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1、冶金原理,任務驅(qū)動21 用共沉淀法凈化浸出液,上一章,目 錄,任務要點 共沉淀法凈化,共沉淀法凈化,一、分散體系的概念 在濕法冶金過程中，物質(zhì)在溶液中分散成膠體的現(xiàn)象是經(jīng)常遇到的，例如鋅焙砂中性浸出時，產(chǎn)生的Fe(OH)3就是一種膠體。Fe(OH)3在沉淀的過程中能吸附砷、銻共沉。這種利用膠體吸附特性除去溶液中的其它雜質(zhì)的過程叫做共沉淀法凈化。 一種物質(zhì)分散成微粒分布在另一種物質(zhì)中稱為分散體系，被分散的物質(zhì)叫做分散質(zhì)，分散質(zhì)周圍的介質(zhì)叫做分散劑。例如，鋅焙砂中性浸出過程中產(chǎn)生的極細微粒氫氧化鐵和電解質(zhì)溶液所組成的體系，就是一種分散體系。溶液也是一種分散體系。,根據(jù)分散體系中分散質(zhì)粒子大小的

2、不同，把分散體系分為下列幾類： （1）溶液分散質(zhì)被分散成單個的分子或離子，其粒子直徑在110-7cm以下。 （2）溶膠又稱為膠體溶液，它的分散質(zhì)是由許多分子聚集而成的顆粒，粒子直徑在10-710-5之間。 （3）懸濁液分散質(zhì)也是由許多分子聚集而成的顆粒，粒子直徑在10-510-3cm之間。,溶液是溶質(zhì)以分子或離子狀態(tài)分散在溶劑中形成的均相體系，溶質(zhì)和溶劑沒有物理相界面，它是穩(wěn)定的體系。溶膠與懸濁液都屬于膠體范圍。在膠體中分散的粒子是許多分子的聚合體，分散質(zhì)與分散劑之間有物理相界面，它是不穩(wěn)定的多相體系。 膠體的分散質(zhì)與分散劑可以是固體、液體或氣體。在濕法冶金中常遇到的是固體分散質(zhì)分散

3、在水溶液中所形成的水溶膠。,二、膠體的基本特性,膠體的特性很多，這里只介紹與濕法冶金有關的幾個基本特性。 1膠體的高度分散性與吸附能力 膠體中分散質(zhì)顆粒很小，所以膠體具有高度的分散性，正是這種高度的分散性，使體系中的膠體粒子具有巨大的表面積。這可以用這樣的例子來說明，例如有一個立方體粒子的每邊長是1cm，則它的總表面積是6cm2。如果將它切成每邊長110-5cm，則這些小立方體粒子的總表面積是60m2(600000cm2),是原來總面積的100000倍。正是由于膠體粒子具有這樣巨大的總表面積，致使膠體粒子具有很大的吸附能力。,通常所說的吸附作用是指固體的吸附作用。固體吸附作用的原因是因為固

4、體內(nèi)部的微粒與它周圍的微粒之間的引力在各方向可相互抵消（如圖21-2A粒子所示）。可是表面層的微粒（如圖21-2 B粒子所示）受各方向的引力并不相同，因此它能吸引住與它接觸的氣相或液相中的某些微粒。相同質(zhì)量的同一物質(zhì)，其表面積愈大，則吸引能力更強。所以粉碎得很細的固體由于總表面積很大，吸附能力也就增大。如木碳是多孔物質(zhì)，由于總表面積很大，便具有較強的吸附能力，活性碳的總表面積更大，吸附能力更強。所以，在濕法冶金中常用活性碳來吸附凈化除去某些雜質(zhì)。,圖21-2,,2.膠體的電泳現(xiàn)象與其帶電性 如圖9-3所示，將FeCl3水解制得的紅褐色Fe(OH)3溶膠裝入U型管中，然后插入兩根金屬電極，接通直

5、流電源后，就發(fā)現(xiàn)陰極附近的顏色逐漸變深，表明Fe(OH)3膠體粒子移向陰極。這種膠體微粒受電的作用而移動的現(xiàn)象，稱為電泳現(xiàn)象。,從電泳現(xiàn)象可知，在穩(wěn)定的膠體溶液中，大多數(shù)情況下，膠體微粒所帶電荷的多少雖有不同，但同一種類的膠體微粒所帶電荷的符號卻是相同的。電泳實驗確定：金屬硫化物溶膠的離子一般帶負電荷，金屬氫氧化物溶膠粒子一般帶正電荷。但也有些物質(zhì)的膠粒因生成的條件不同,所帶電荷也不一樣,如上述由FeCl3水解,在酸性溶液作用條件下,得到的Fe(OH)3膠體是帶正電荷,而在堿性溶液作用條件下,得到的Fe(OH)3膠粒卻是帶負電荷。,膠體溶液中的膠體之所以會帶電，是因為膠體系統(tǒng)具有高度分散性，使

6、膠粒具有巨大的總表面積，從而就有可能選擇性地吸附溶液中的一種離子。膠體粒子的帶電，正是由于膠體粒子的這種強吸附性所致。對于整個膠體溶液來說是電中性的，這是由于膠粒質(zhì)點的電荷被溶液中帶相反電荷的離子所抵消的緣故。膠體帶電對膠體的許多性質(zhì)發(fā)生很大影響，特別是對其穩(wěn)定性很大影響。,3膠體的穩(wěn)定性 在濕法冶金中，時常看到反應生成的沉淀物，其大顆粒很快地下沉，而小顆粒在膠體范圍內(nèi)的粒子卻很穩(wěn)定地存在于電解質(zhì)溶液中自由運動而不下沉。這種膠體粒子穩(wěn)定地在電解質(zhì)溶液中自由運動而不下沉的現(xiàn)象叫做膠體的穩(wěn)定性。其原因就是因為溶液中高度分散的膠體粒子具有擴散行為，能抵抗重力作用而免于下沉，即有動力穩(wěn)定性；同時其微小

7、的膠體粒子帶電，形成擴散雙電層，具有電動電位，能避免質(zhì)點的聚結(jié)，即有不聚結(jié)穩(wěn)定性。兩種穩(wěn)定性的共同作用，就維持了溶膠的穩(wěn)定。,4膠體的結(jié)構(gòu) 目前對膠體粒子結(jié)構(gòu)理論認識是：膠體粒子中心部分是由許多分子聚集而成的很小的微粒，叫做膠核。在膠核的表面上吸附了一層一定種類的離子，而這種離子又吸引一部分帶相反電荷的離子在它周圍。這兩層離子形成了膠核的吸附層，膠核和吸附層就是膠粒。由于吸附層中直接與膠核接近的離子則在離膠核較遠的地方運動，與膠核的聯(lián)系較弱，它們便形成所謂的擴散層。以硅膠為例的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖9-4所示。 具有這種結(jié)構(gòu)的硅膠化學式為： SiO2nSiO2-3,2yH+ 2XH+ 膠核

8、運動時，吸附層的離子和它一起運動，這就是能產(chǎn)生電泳現(xiàn)象的原因。,圖21-4,三、膠體的凝聚與吸附,在濕法冶金中，時常產(chǎn)生膠體溶液，這對下一步液固分離，如沉降、過濾帶來許多困難。因此，必須想辦法使膠體溶液中的微小膠?；ハ嗯鲎玻M一步聚結(jié)成大粒，這樣就會從溶液中迅速沉降，或易于過濾。這種作用叫做膠體的凝集，或者叫做壞膠體。破壞膠體常用的方法有以下幾種,1加電解質(zhì) 由于膠體粒子帶有相同符號的電荷，它們互相排斥，而不能結(jié)成大顆粒沉降。如果向膠體溶液中加入一種電解質(zhì)，這樣就增加了溶液內(nèi)離子的濃度，給帶電的膠體粒子創(chuàng)造了吸引帶相反電荷離子的條件。當它接觸或吸引到相反電荷的離子時，膠體粒子所帶電荷會部分或全

9、部被中和，因而失去了膠體保持穩(wěn)定性的條件。這樣，膠體粒子在自由運動過程中，由于互相碰撞便會結(jié)合形成較大的粒子，造成凝聚而迅速下降。,例如，在鋅的濕法冶金浸出過程中，形成的Fe(OH)3膠體（為除鐵、砷、銻所必須），這使以后的液固分離造成困難。為了破壞此種膠體，浸出操作時一邊加鋅焙砂調(diào)整PH值，一邊看生成的沉淀顆粒大小。當PH值調(diào)整到5.05.2時，顆粒長大。其原因就在于用鋅焙砂調(diào)整PH值時，除保證使三價鐵能盡可能完全水解沉淀所需要的PH值（約3.5）外，繼續(xù)加的鋅焙砂所產(chǎn)生的電解的電解質(zhì)，會使Fe(OH)3膠體粒子所帶電荷被中和。這時礦漿的PH值也將繼續(xù)升高，當PH值達到一定值（PH=5.2）

10、時，原來膠體粒子Fe(OH)3所帶電荷幾乎全部被中和，膠體粒子幾乎變?yōu)殡娭行浴?控制不好，甚至變?yōu)閹喈愲姾傻牧Ｗ?。膠體粒子呈電中性的狀態(tài)，稱為“等電狀態(tài)”。在等電狀態(tài)下最有利于膠體粒子凝聚。膠體粒子呈等電狀態(tài)時的PH值稱為等電點。當PH值等于5.2時，是氫氧化鐵的等電點，此時膠體粒子不帶電，吸水程度最低，凝結(jié)性最好，膠體粒子迅速增大而加快沉降。當PH值5.2時，氫氧化鐵帶負電，同樣吸水多，呈膨大的氫氧化鐵，凝聚也不好，砷、銻雖除去較徹底，但卻影響澄清與過濾。這就是在鋅焙砂中性浸出時，要嚴格控制PH值的原因。,在其它金屬的濕法冶金中，往往加Na2CO3、Ca(OH)2等電解質(zhì)進行中和除鐵，同樣

11、，也是一種破壞膠體的措施。 按此道理，如果不是向膠體溶液中加入另一種帶電荷的膠體溶液，當它們相互接觸時，也能使膠體粒子所帶電核被中和掉，也會促使膠體粒子互相凝聚、長大而迅速下沉。,2加熱膠體溶液 加熱電解質(zhì)溶液可以減弱膠體對離子的吸附能力，從而減少所帶電荷數(shù)；同時可以增強膠粒的運動能力，這樣膠粒之間互相碰撞的機會增多，從而發(fā)生凝聚下沉。此外，水溶液膠體，往往吸附水分子，在膠粒周圍形成水膜，此水膜也阻礙膠體的凝聚。當加溫時，可以破壞此水膜，也能促進膠粒的凝聚。因此，生產(chǎn)上常常采取加熱的辦法破壞膠體，促進膠粒凝聚長大，而使澄清與過濾較易進行。,3加凝聚劑 將某些有機物加入膠體溶液中，能使很小的

12、膠體粒子很快就凝聚成大顆粒，這樣達到迅速沉降的目的。這種能使膠粒凝聚的物質(zhì)叫做凝聚劑（又叫凝結(jié)劑或凝集劑）。目前，在濕法冶金中常用的凝聚劑是聚丙烯酰胺（即三號凝聚劑）和各種動物膠。 在選擇凝聚劑時，除了考慮它能加速沉降效果外，還必須考慮對整個濕法冶金特別是對電解過程有沒有危害。,由于膠體有很大的吸附性，膠粒除了吸附荷電離子而使其本身帶電，促使其穩(wěn)定，難于凝聚成大顆粒沉降下來外，還能選擇性地吸附電解質(zhì)溶液中的一些有害雜質(zhì)。這種吸附作用可以被用在生產(chǎn)上凈化除去溶液中的雜質(zhì)。例如，鋅焙砂中性浸出時，當Fe(OH)3膠粒在浸出礦漿中形成時，可以優(yōu)先吸附溶解在溶液中的砷、銻離子，中和到PH值為5.2

13、時，加入三號凝聚劑，當Fe(OH)3膠體凝聚沉降時，便把原先吸附的砷、銻凝聚在一起共同沉降，達到凈化除去砷、銻的目的。這種凈化方法叫做吸附共沉淀法。它是各種濕法冶金中凈化除去溶液中砷和銻常用的方法之一。,砷、銻與鐵共沉淀的生產(chǎn)實踐表明，砷、銻除去的完全程度，主要決定于溶液中的鐵含量。鐵含量愈高，溶液中的砷、銻除去得愈完全。一般要求溶液中的鐵含量約為砷、銻含量的1020倍。 在生產(chǎn)實踐中，還有另外一種共沉現(xiàn)象，就是在電解質(zhì)溶液中，有兩種難溶的電解質(zhì)共存，當它們的晶體結(jié)構(gòu)相同時，它們便可以生成共晶一起沉淀下來，這種沉淀稱為共晶沉淀。例如在鋅電解沉積過程中，鋅電解液（主要含硫酸鋅和硫酸）中含有少量的鉛，它會在陰極析出，從而影響電鋅質(zhì)量。為了降低電解液中的鉛含量，特向電解液中加入碳酸鍶，碳酸鍶在硫酸溶液中會轉(zhuǎn)變成難溶的硫酸鍶。而硫酸鍶與硫酸鉛都是難溶硫酸鹽，它們的晶體結(jié)構(gòu)相同，晶格大小相似，這樣，便可以形成共晶而沉淀下來。,