有色金属冶金基础理论

4
二 湿法冶金的特点
1．选择性高； 2．可从低品位矿物或废物中回收有价成份； 3．多在100℃以下进行，与火法相比，能耗
低、工作环境好、劳动强度低； 4．冶金过程连续，便于实现自动化； 5．流程长，设备体积大，占地面积大。
5
第二节 浸出反应特点
1 浸出过程的化学反应
浸出过程按化学反应特点可归纳为四类： （1）单一溶解
16
（2）电解质体系的活度系数计算方法 ① 电解质活度aB与离子平均活度a±
浸出介质一般为电解质体系，盐类化合物电离为 离子。
MZ+nXZ-n==ZMn++ZXnZ+n,Z-n分别代表氧离子和阴离子数目 溶质MZ+nXZ-n的活度
a±Z=a+Z+×a-Z-；Z=Z++Z同样活度系数表示为
r±=(r+Z+×r-Z-)1/Z 用mol浓度单位表示活度
a±= r±×m±；m±=(m+Z+×m-Z-)1/Z
17
②电解质溶液中活度系数计算方法
强电解质中分子解力为离子，但正、负离子由于静电的 作用相互牵制，而且离子总数越多，其作用越强。
P.Dobye和E.Hukel根据此原理提出了离子相互吸引模型 , P.Dobye-E.Hukel公式
矿物焙烧后其中含有易溶的化合物，浸出过程其化合物不 改变。 （2）无价态变化的化学溶解 ① 矿物中氧化物与酸和碱反应形成新的盐而溶出 ZnO+H2SO4=ZnSO4+H2O ② 矿物中的难溶化合物与浸出剂发生复分解反应 [FexMn1-x]WO4+2NaOH=Na2Wo4+XFe(OH)2+(1-X)Mn(OH)2
有色金属冶金基础（理论）
（湿法部分）
2009年3月
1
课程内容：
第一节 概述 第二节 浸出反应特点 第二节 浸出热力学 第三节 浸出动力学 第四节 浸出液的净化意义与方法 第五节 沉淀法净化的原理 第六节 影响沉淀生成的因素 第七节 溶剂萃取分离
2
第一节 概述
一、 湿法冶金的任务 锌冶金 铜冶金 氧化铝生产 贵金属冶金 稀有金属化合物提取
合剂条件下，氨浸，氰化浸出。
13
第三节 浸出过程热力学
针对浸出化学反应，用热力学参数判别该反应进行的可行 性和反应限度。 1 吉布斯自由能
浸出过程的特点是固相矿物与液相浸出剂作用，使提取金 属生成可溶化合物，而伴生元素生成难溶化合物（或不参加 反应）的过程。其表示为：
a A(矿）+bB（浸出剂）=cC（伴生矿）+dD（浸出物） 该反应的自由能变化可以通过各物质生成自由能计算。
6
（3）有氧化还原反应的化学溶解
① 闪锌矿中ZnS用高压氧浸出反应
ZnS(S) +H2SO4(l)+1/2O2=ZnSO4(l)+S(s)+H2O
价态变化：
S2-
S0 ;
O0
O2-
Zn2+ ,H+ 价态不变。
7
② 氯盐浸出辉锑矿（氯化浸出）
Sb2S3(s)+6FeCl3(l)=2SbCl3(l)+6FeCl2(l)+3S(s) 价态变化：
10
自然金矿的氰化浸出属于络合浸出过程：
4Au(s)+8NaCN(l)+O2+2H2O=
NaCN----配位体
4NaAuCN2+4NaOH
Au-----接受中心
NaAuCN2------配合物，2为配位数
11
2．矿物类型与浸出方法 （1）硫化物矿 闪锌矿(ZnS);辉钼矿(MoS2);镍锍矿(Ni3S2) （2）浸出方法 ① 先氧化焙烧转化为氧化物，而后浸出
Sb3+
Sb3+ （无变化）
Fe3+
Fe2+ （还原）
S2-
S0 （氧化）
③ 细菌作用下的黄铜矿氧化浸出反应
CuFeS2+4O2====CuSO4+FeSO4
S2- S+6 （氧化); O0
O2- (还原）
8
（4）有络合物生成的化学溶解反应 金属元素在发生上述反应的同时生成络合
物进入溶液。如红土矿还原焙烧产物的氨 浸出反应： Ni(s)+NH3+CO2+1/2O2=Ni(NH3)n2++CO32Co(s)+NH3+CO2+1/2O2=Co(NH3)n2++CO32上述中Ni(NH3)n2+络合物n代表的是Ni的配位 数。
15
又知： ⊿GoT= -nRTlnK 即，K越大，反应趋势越强。
在浸出的实践中，体系是复杂的，经常偏离拉 乌尔定律（正偏差r>1；负偏差r<1) ，此时活度系 数难求出，有时用表观平衡常数KC判定浸出反应 发生的可能性与反应限度。
Kc=[D]d/ [B]b K=aDd/×aBb =rD出 ② 直接进出 氧化浸出，Na2S浸出锑、锡矿，细菌浸出， 氯化浸出
12
（2）氧化物矿 铝土矿---碱分解 氧化铜矿---依矿物的脉石不同，采用酸或 碱浸出
（3）阴离子型态矿物 白钨矿---碱分解浸出 黑钨矿---碱分解浸出
（4）呈金属型态矿物 金矿，经还原焙烧的镍红土矿---在有氧及络
⊿GoT=dGo+cGo-(aGo+bGo) ⊿GoT<0,该反应可以进行； ⊿GoT《0，反应趋势更大。
14
2．浸出反应的平衡常数 （1）平衡常数与表观平衡常数 浸出反应：
a A(s）+bB（l）=cC（s）+dD（l）
反应达平衡时： K=aCc×aDd/aAa×aBb =aDd/×aBb =rDd×[D]d/ rBb×[B]d = [D]d/ [B]d (服从拉乌尔定律）
80%； 15%～20%； 100%； 100%； 100%。
3
湿法冶金研究的内容
原料的预处理： （1）矿物粉碎-增大表面积，提高浸出率； （2）预活化-采用焙烧，机械活化等方法，改变矿
物的化学性质或晶体结构，以有利于有价元素的 提取； （3）浸出； （4）净化； （5）纯化合物制备（包括分离方法）； （6）金属制备。
9
金属离子的配位数：
Zn, Cd, Hg（二价离子，配位数为4）； Cu, Ni, Pd, Pt, Au （二价离子，配位数为4，6）； Co2+, Co3+, Fe2+，Fe3+, Mn2+, Mn3+, Cr2+, Cr3+,
Mo3+, W3+, Al3+, Pt4+ （配位数为6）； Mo, W, Nb, Ti, Zr, Hf （四价离子，配位数为8）；; Ag2+ ,Cu+, （配位数为2，3，4）。 本质上讲，络合物就是含配位键的化合物，因此也称 为配合物。