冶金电化学冶金原理01
简述电冶金的原理与应用
简述电冶金的原理与应用1. 电冶金的原理电冶金是一种利用电流在金属中产生的热量来进行冶炼和处理的方法。
其原理主要可以分为电解法和电弧法两类。
1.1 电解法电解法是利用电流对金属离子进行电解，从而实现冶炼和处理金属的方法。
具体步骤如下： - 将金属原料放入电解槽中，与电解液接触。
- 通过外部电源施加电流，使得金属离子在电解槽中析出为金属。
- 过程中产生的气体会通过气体收集装置进行处理。
1.2 电弧法电弧法利用电弧高温熔化金属原料，从而实现冶炼和处理金属的方法。
具体步骤如下： - 将金属原料放入电弧炉中。
- 通过电弧加热熔化金属原料。
- 在高温下，金属发生熔化、燃烧、还原等反应。
2. 电冶金的应用电冶金在金属冶炼和处理领域有着广泛的应用。
以下列举了几个常见的应用领域和方法：2.1 铁矿石冶炼在铁矿石冶炼中，电冶金方法主要有高炉法和电炉法。
- 高炉法是利用高温反应熔化铁矿石，使其还原成铁的方法。
- 电炉法则是利用电弧高温熔炼铁矿石，从而得到铁合金。
2.2 非铁金属冶炼除了铁矿石冶炼外，电冶金还广泛应用于非铁金属的冶炼，如铜、锌、铝等。
- 铜冶炼可以通过电解法得到纯铜。
- 锌冶炼可以利用电解法或者电弧法进行。
-铝冶炼主要采用电解法，通过电流在电解槽中将铝离子还原为铝金属。
2.3 金属处理电冶金在金属处理中也有着重要的应用。
- 温度调节：通过电流加热控制金属的温度。
- 杂质去除：通过电解法将杂质分离出来，提高金属纯度。
- 合金制备：通过电弧炉或电解法制备金属合金。
2.4 废物处理电冶金方法还可以应用于废物处理领域。
- 通过高温熔化废物，使其转化为可回收或无害的物质。
- 通过电弧分解废物，将其分解为可利用的元素。
结论电冶金是一种利用电流在金属中产生的热量进行冶炼和处理的方法，在金属冶炼和处理领域有着广泛的应用。
电冶金方法包括电解法和电弧法，其原理和应用领域多种多样，可以实现金属冶炼、处理、废物处理等多种功能。
电化学原理第一章+绪论 PPT课件
电子 流向
导线
负极 →正极
电源负极→电解池阴极 电解池阳极→电源正极
电化学体系的定义
The definition of the electrochemical system
电极反应：电极/溶液界面（两类导体界面）发生 的电化学反应。
电化学反应：在电化学体系中发生的氧化还原反应。 电化学体系：两类导体串联组成的，在电荷转移
3．贾铮、戴长松、陈玲编著：《电化学测量方法》，化学工业出版社 ，2006。
4．努丽燕娜、王保峰主编：《实验电化学》，化学工业出版社，2007 。
5．郭鹤桐编著：《电化学教程》，天津大学出版社，2000。 6．胡会利、李宁主编：《电化学测量》，国防工业出版社，2007。 7．查全性等编：《电极过程动力学导论》（第二版），科学出版社，
金属腐蚀的种类
The types of metal corrosion
种类 化学腐蚀
电化学腐蚀
条件
例如 电流
金属与非电解质 等直接发生化学 反应
2Fe＋3Cl2＝2FeCl3
无
不纯金属或合金跟 电解质溶液接触发 生原电池反应
钢铁腐蚀
有微弱的电流
本质 金属被氧化 较活泼金属被氧化
相互 关系
化学腐蚀、电化学腐蚀常同时发生
(2)在金属表面覆盖保护层 ——电镀、油漆、钝化等
(3)电化学保护法 ——牺牲阳极的阴极保护法、 外加直流电源的阴极保护法
1.3 电化学科学的发展简史和发展趋势
1.3.1电化学科学的发展简史 1.3.2 电化学的发展趋势
1.3.1电化学科学的发展简史
brief development history of electrochemical science
冶金电化学
冶金电化学
冶金电化学是化学的一种过程，它利用催化结合，电子和离子的过程以及过程
本身，将元素或化合物在电势差作用下转变为新的物质。
它和金属学中电解、电热、电光以及常温下的电化学技术都有很多的共同点，可以实现分子的形态、构型和结构的改变，从而制备、改造和加工复杂的原料，以生产出更好的金属结构和性质。
冶金电化学在高校和高等教育中起着重要作用，它可以帮助学生掌握各种冶金
以及电化学技术。
冶金电化学能够提高精密生产加工水平，及时准确地反映出各种特殊材料和工艺。
在高等教育进行实验时，学生可以通过有关技术以及适当的实验设计，使技术用于实践，使实验结果更加准确，同时也使学生有机会了解到最先进的科学技术。
此外，冶金电化学也可以巩固学生的理论学习成果，可以让学生了解不同材料
和工艺对冶金加工的影响，同时可以了解不同材料的不同性质和特性，并积累相关经验。
它提供了一个了解和实践环境，使学生能够熟练操作课堂所学的知识，提高学习效率，培养学生的动手能力。
冶金电化学在高校和高等教育中的作用不容忽视，它能够促进教学和实践的结合，帮助学生实现问题解决的能力，进而克服看不见的壁垒，提升学习的成效。
冶金概论第一章
第一章、概述1.1. 金属及其分类1.1.1.金属：通常把元素周期表中具有光亮的金属光泽，很高的导热、导电性及良好的延展加工性的化学元素称为金属有色轻金属黑色金属稀有轻金属1.1.2.分类有色重金属稀有高熔点金属有色金属稀有金属稀有分散性金属贵金属稀土金属稀有放射性金属1.2. 冶金和冶金方法1.2.1. 冶金1、定义：冶金是一门研究如何经济地从矿石或精矿或其他原料中提取金属或金属化合物，并用各种加工方法制备成具有一定性能的金属材料科学2、广义的冶金：包括矿石的开采、选矿、冶炼、金属加工3、狭义的冶金：指矿石或精矿的冶炼，即提取冶金4、冶金：提取冶金、物理冶金（1）提取冶金：从矿石或精矿提取金属（包括金属化合物）的生产过程称为提取冶金，也称为化学冶金；（2）物理冶金：加工制备具有一定性能的金属或合金材料5、冶金学（过程冶金学）：它研究火法冶炼、湿法提取或电化学沉积等过程的原理、流程、工艺及设备1.2.2. 二、冶金方法1、火法冶金（1）定义：它是指在高温下矿石或精矿经熔炼与精炼反应及熔化作业，使其中金属与脉石和杂质分开，获得较纯金属的过程。
（2）过程：原料准备、熔炼、精炼2、湿法冶金（1）定义：它是在常温（或低于100℃）常压或高温（100℃~300℃）高压下，用溶剂处理矿石或精矿，使所要提取的金属溶解于溶液中，而其它杂质不溶解，然后再从溶液中将金属提取和分离出来的过程。
也称为水法冶金。
（2）过程：浸出、分离、富集、提取等3、电冶金（1）定义：它是利用电能提取和精炼金属的方法（2）分类：①电热冶金：利用电能转化为热能，在高温下提炼金属，本质与火法冶金相同②电化学冶金：用电化学反应使金属从含金属的盐类的水溶液或熔体中析出（3）过程：水溶液电解、熔盐电解等1.3. 冶金工艺流程和冶金过程1.3.1. 工艺流程图1、设备连接图：表示冶炼厂主要设备之间的联系2、原则流程图：表示各个阶段作业间联系3、数质量流程图：表示各阶段作业获得产物的数量和质量情况1.3.2. 冶金过程1、焙烧：是指将矿石或精矿置于适当气氛下，加热至低于它们的熔点温度，发生氧化、还原或其他化学变化的过程。
第一章 冶金电化学绪论
求越来越严格，许多传统的化
工过程和冶金过程可望由电化
学过程所替代。电化学应用前
景将越来越宽广。
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二、冶金电化学的主要任务及研究方法
1 什么是冶金电化学？
冶金电化学是研究冶金过程中的电化学现象及 其应用的学科。
2 冶金电化学的主要任务
主要任务是如何用电化学方法从矿物中分 离和提取有价组分，以及进行金属的电沉积和
第一章 绪 论
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作业
1、什么是电化学和冶金电化学？ 2、冶金电化学的主要任务和研究方法是什么？ 3、电化学研究的对象和内容各是什么？ 4、工业电解生产的目的？ 5、填空、电化学是研究 能与 能相互 转化及转化过程规律的科学。也是研究 （热 力学范畴）与 （动力学范畴）的科学。 6、多项选择题：电化学内容有：（ ） A、离子学， B、界面电化学， C、电极学， D、ABC说法都正确。
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主要内容：
电化学的研究对象和意义，电化学的发展简史， 冶金电化学的主要任务及研究方法。
教学要求：
了解电化学的研究对象和意义，电化学的发 展简史。 掌握冶金电化学的主要任务及研究方法。
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一、电化学的研究对象和意义
1 什么是电化学？
电化学科学定义为：研究电子导电相（金属和半导体） 和离子导电相（溶液、熔盐和固体电解质）之间的界面 上所发生的各种界面效应，即伴有电现象发生的化学反 应的科学。 这些界面效应所具有的内在特殊矛盾就是 化学现象和电现象的对立统一。
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（3）电化学研究对象 电化学的研究对象包括三部分：第一类导 体；第二类导体；两类导体的界面及其效应。
教你快速掌握冶金原理
教你快速掌握冶金原理1. 什么是冶金原理冶金原理是研究金属和非金属材料的制备、加工、性能和应用规律的科学，是冶金学的基础和核心内容。
掌握冶金原理是从事冶金工程和材料科学研究的基本要求，对于了解金属材料的性能、改善材料的性能以及开发新材料具有重要意义。
2. 冶金原理的基本概念2.1 金属结构金属的结构是由原子构成的，原子之间通过金属键相互连接，形成了金属的晶体结构。
金属晶体可以分为单质型和化合物金属型两种，单质型金属是由同种金属原子组成的晶体，化合物金属是由不同种金属原子组成的晶体。
2.2 金属相变金属在不同温度和压力下会发生相变，常见的金属相变包括固-液相变、固-固相变和固-气相变。
相变对于金属材料的制备和性能具有重要影响，了解金属的相变规律有助于优化金属材料的加工过程和性能。
2.3 金属合金金属合金是由两种或多种金属元素组成的材料，合金的组成和比例对于合金的性能具有重要影响。
常见的金属合金包括钢、铝合金、镁合金等，不同金属元素的添加可以改变合金的硬度、强度、耐腐蚀性等性能。
3. 冶金原理的应用3.1 冶金工艺冶金原理是冶金工艺设计的理论基础，通过对冶金原理的研究，可以制定出高效、经济的冶金工艺方案。
冶金工艺包括矿石初步处理、冶炼、精炼、铸造、热处理等环节，每个环节都涉及到冶金原理的应用和运用。
3.2 材料开发冶金原理对于材料开发和研究也具有重要作用。
通过对不同材料的冶金原理与性能的关系进行研究，可以开发出具有优异性能的新材料。
例如，通过合金设计和热处理等技术手段，可以提高材料的强度、硬度、耐蚀性等性能。
4. 如何快速掌握冶金原理4.1 学习冶金学基础知识要快速掌握冶金原理，首先需要学习冶金学的基础知识。
包括金属结构与性能、相变规律、合金设计、冶金工艺等方面的知识。
可以通过参考教材和学习资料，系统学习冶金学的基本概念和原理。
4.2 实践与实验除了理论学习，实践与实验也是掌握冶金原理的重要途径。
通过参与实验、实践项目或者工作实践，在实际操作中应用冶金原理，加深对冶金原理的理解和掌握。
冶金电化学基础
冶金过程中的电解质溶液
电解质溶液的作用
01
电解质溶液在冶金过程中起到传递电荷、维持电荷平衡和提供
反应环境的作用。
电解质溶液的成分
02
电解质溶液通常由含有金属离子的盐类和水组成，其成分和浓
度对冶金过程的电化学行为有重要影响。
电解质溶液的导电性
03
电解质溶液的导电性决定了电流在冶金过程中的传输效率，影
电化学动力学基础
反应速率
电化学动力学研究电极反应的速率和影 响因素。反应速率与电极电位、反应物 质的浓度、温度、催化剂等因素有关。 通过控制这些因素，可以调控电极反应 的速率和选择性。
VS
扩散传质
在电化学系统中，反应物质的扩散传质对 电极反应的速率有重要影响。扩散传质速 率取决于反应物质的浓度梯度、扩散系数 和温度等因素。通过优化传质条件，可以 提高电极反应的效率和选择性。
冶金电化学基础
contents
目录
• 绪论 • 电化学基础知识 • 冶金过程中的电化学现象 • 冶金电化学研究方法与技术 • 冶金电化学在冶金工程中的应用 • 冶金电化学的未来发展趋势与挑战
01 绪论
冶金电化学的定义与重要性
定义
冶金电化学是研究冶金过程中电化学现象、原理及应用的科 学。
重要性
冶金电化学在冶金工业中具有重要地位，它涉及到金属提取 、精炼、合金化等过程的电化学行为，对于提高冶金生产效 率、优化产品质量以及降低能源消耗具有重要意义。
冶金电化学面临的挑战与未来发展趋势
高能耗问题
当前冶金电化学技术存在高能 耗问题，需要研究新型节能技
术和装备，降低能耗成本。
智能化发展
将人工智能、大数据等技术与冶金 电化学相结合，实现智能化生产和 管理，提高生产效率和产品质量。
简述电冶金的原理和应用
简述电冶金的原理和应用1. 电冶金的原理电冶金是一种利用电能进行金属冶炼和加工的方法。
它基于电热现象和电化学原理，利用电流通过金属导体产生热量，使金属加热，在熔化或加工过程中产生化学反应，并实现对金属物理性能和化学成分的调控。
电冶金的原理可分为两个主要方面：1.1 电热原理电冶金中最基本的原理是电能转化为热能，通过电流通入金属导体产生热量来使金属熔化或加工。
电流通过金属导体会遇到阻力，产生热量。
当电流通过导体时，导体内部的电子受到电场力的作用而发生移动，形成电流。
电流的通过会导致金属导体内部发热，使金属温度升高。
1.2 电化学原理电冶金中的电化学过程是利用电流在电解质溶液中引起化学反应。
电解质溶液中含有可溶解的金属盐，通过对其通电，金属阳离子被还原并沉积在电极上。
这种电化学过程可以用于电镀、电解精炼、电化学合成等金属加工过程。
2. 电冶金的应用电冶金广泛应用于金属冶炼、材料加工和能源领域等多个方面。
以下为电冶金的主要应用：2.1 金属冶炼电冶金在金属冶炼中具有重要作用。
通过电加热的方式可以对金属进行熔炼、合金化和提纯等工艺过程。
常见的电冶金冶炼方法包括电弧炉冶炼、电阻炉熔炼等。
电冶金冶炼技术具有高温、高能效和环保等特点，能够有效降低金属冶炼的能耗和环境污染。
2.2 电镀电冶金技术在电镀行业中得到广泛应用。
电镀是通过在导电物体表面沉积一层金属或合金的方法，用于改善物体的物理性能和外观质量。
电镀工艺通过电解质溶液中的金属离子沉积在物体表面，实现金属涂层的形成。
电镀技术在汽车制造、家电制造和装饰行业等领域有着广泛的应用。
2.3 电解精炼电解精炼是一种通过电化学方法对金属进行精炼和提纯的过程。
通过对金属溶液通电，消除杂质和杂质化合物，并使金属的化学成分和物理性能得到改善。
电解精炼常用于铜、锌等金属的提纯，以及金属合金的制备和改性。
2.4 电化学合成电冶金技术在电化学合成中也得到了广泛应用。
通过电势和电流控制，可以实现物质的合成和转化。
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任务驱动17 实现矿物在水溶液中的浸出
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上一章
目 录
概述
任务要点
浸出反应的热力学
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概 述
矿物浸出就是利用适当的溶剂，在一定条件下使 矿石或精矿焙烧矿中的一种或几种有价成分溶出，而 与其中的脉石成分和杂质分离。 浸出所用的溶剂，应具备以下一些性质： （1） 能选择性地迅速溶解原料中的有价成分； （2） 不与原料中的脉石和杂质发生作用； （3） 价格低廉并能大量获得； （4） 没有危险，便于使用； （5） 能够再生使用。
Ni8.5310-5 mol· -1，Cu4.7210-3 mol· -1。有关金属盐类的 L L 平均活度系数列于表17-2中，根据上述浓度和表17-2的活
度系数，可以算出各金属的活度值，见表17-3。表17-3中
γ=1是因为浓度很小，而估计的数值。
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表17-2 有关金属盐类的平均活度系数
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MeSO4+aq
®
MeCl2(s)+aq
® MeCl2(l)+aq
MeSO4(l)+aq
(1)
(2)
式（1）和式（2）可以作为有色金属化
合物经硫酸化焙烧或氯化焙烧后水浸出的这类
反应的例子。
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2．化学溶解
这类浸出反应有以下三种不同情况：
（1）金属氧化物或金属氢氧化物与酸或碱的作用， 按下列式的反应形成溶于水的盐： Me(OH)3(l)+NaOH ® NaMe(OH)4(l) MeO(s)+H2SO4
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一、锌焙砂酸浸出
硫化锌精矿经焙烧后，所得产品称为锌 焙砂，其主要成分是氧化锌，还有少量的 氧化铜、氧化镍、氧化钴、氧化镉、氧化 砷、氧化锑和氧化铁等。锌焙砂用硫酸水 溶液（废电解液）进行浸出，其主要反应 为：
ZnO+H2SO4 = ZnSO4+H2O
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浸出的目的是使锌焙砂中的锌尽可能迅速 和完全地溶解于溶液中，而有害杂质，如铁、 砷、锑等尽可能少的进入溶液。浸出时，以氧 化锌型态的锌是很容易进入溶液的，问题在于 锌浸出的同时，有相当数量的杂质也进入溶液 中，其反应通式为：
此外，硫化镍的氨溶浸也是一个重要实例， 其反应为：
1 Ni3S2 +10NH 4OH+(NH 4 ) 2SO 4 +4 O 2 ® 3Ni(NH 3 ) 4SO 4 +11H 2O 2
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配合溶浸具有多优点：能进行选择性 的溶解，这是因为原料中的有些伴生金属 不形成配合物；配合物的形成，使得金属 在给定溶液中的溶解度增大，利于产出高 浓度的溶液；溶液的稳定性提高，而不易 发生水解。
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任务要点 浸出反应的热力学
溶剂与有价矿物作用的可能性，决定于反应的 吉布斯自由能变化，如反应体系是吉布斯自由能减 少，即反应吉布斯自由能为负值，此反应能自动进 行，且负值量愈大，反应愈易进行，反应的愈完全。 如反应进行时是体系的吉布斯自由能增大即反应吉 布斯自由能为正值，该反应就不能自动进行，也就 是说溶剂不能使有价成分溶解。现以铜及其某些化 合物与最常用的一些溶剂进行浸出反应的情况为例， 说明浸出反应的可能性，如表17-1所示。
®MeSO
4(l)+H2O
(3) (4)
式（3）可举硫化锌精矿经氧化焙烧后的酸浸出 为例，式（4）可用三水铝石型土矿碱浸出为例。
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（ 2 ） 某 些 难 溶 于 水 的 化 合 物 （ 如 MeS 、
MeCO3 等）与酸作用，化合物的阴离子按下式变
为气相： MeS(s)+ H2SO4
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前面已经将金属-H2O系的电位-PH图的绘制原理和方 法作了说明，现以锌焙砂中性浸出的金属-H2O系的电位PH图来分析浸出过程的条件控制。 现设锌焙砂中性浸出液含Zn1.988mol· -1 ，Fe3.810L
4mol· -1 L
， Cd4.4510-3mol· -1 ， Co2.010-4mol· -1 ， L L
MexOy+yH2SO4===Mex(SO4)y+yH2O
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例如，FeO的浸出反应：
FeO+H2SO4 = FeSO4+H2O
为达到浸出目的，浸出过程一般要有中性浸
出与酸性浸出两段以上工序。中性浸出的任务，
除把锌浸出外，还要保证浸出液的质量，即承 担着中和水解除去有害杂质铁、砷、锑等。酸 性浸出除考虑有害杂质尽可能少的溶解外，主 要任务是使锌尽可能迅速和完全地溶解，以提 高锌焙砂中锌的浸出率。
+80.33 +46.44 -158.48
Cu+2HCl===CuCl2+H2
Cu+2HCl+ 2 O2 ===CuCl2+H2O Cu+3HNO3===Cu(NO3)2+HNO3+H2
1
+86.61
-150.62 -73.22
不进行
容易进行 能进行
Cu+FeCl3===CuCl+FeCl2
Cu2FeCl3===CuCl+2FeCl2 Cu+CuCl2===2CuCl CuO+H2SO4===CuSO4+H2O
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视原料的组成、性质不同，浸出过程有 常压浸出和加压浸出之分，且两者又包括
水浸出、酸浸出、碱浸出和盐浸出。还应
指出的是，常压浸出分为三大类：简单溶
解、溶质价不发生变化的化学溶解和溶质
价发生变化的电化学溶解。
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从冶金原理的观点来看，浸出的分类按 浸出过程主要反应（即有价成分转入溶液的 反应）的特点划分为当，如此，可将浸出分 为三大类：简单溶解、溶质价不发生变化的 化学溶解和溶质价发生变化的电化学溶解。 1．简单溶解：当有价成分在固相原料 中呈可溶于水的化合物形态时，浸出过程的 主要反应就是有价成分从固相转入液相的简 单溶解，例如：
® MeSO ®
4(l)+H2S(g)
(5)
MeCO3(s)+H2SO4
MeSO4(l)+H2CO3 (6) H2CO3
2
®H O+CO
2(g)
式（5）可举ZnS的酸浸出为例，式（6）可用
ZnCO3的酸浸出作例子。
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（3） 难溶于水的有价金属Me的化合物与第二种 金属Me`的可溶性盐发生复分解反应，形成第二种 金属Me`的更难溶性盐和第 一种金属硫的反应也可按下式发生：
MeS+Me`Cl2MeCl2+2Me`Cl+S
在此情况下，实际得到应用的Me`Cl是FeCl3 或其他一些有价态变化的氯化物溶剂。 硫化物中的硫氧化成SO的反应： MeS+2O2 MeSO4 也是属于这个类型。
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（5）基于金属还原的溶解。这类溶解反 应可以在被提取金属能形成几种价态的离子的 情况下发生。含有高价金属难溶化合物，可以
容易进行
不进行 容易进行 不进行
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从表17-1可以看出，对铜及其化合物来说，热力 学上可能进行的溶解反应，如前面讨论的那样，也 可以分为三个类型：可溶性化合物溶于水的简单溶 解（表中未示）；无变价的化学溶解；有变价的电 化学溶解。在这三类浸出反应中，电化学溶解的情 况经常遇到。对其他金属矿物原料的浸出来说，实 际情况也是这样。因此，在湿法冶金中，经常采用 电位-PH图来说明体系的热力学规律。下面将举锌焙 砂酸浸出，硫化锌酸浸出以及金、银氰化络合浸出 三个例子来进行矿物浸出的热力学分析。
-83.68
-106.69 -60.25 -29.71
能进行
能进行 能进行 可能
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CuO+2HCl===CuCl2+H2O CuO+2HNO3===Cu(NO3)2+H2O 3CuO+2FeCl3+3H2O===3CuCl2+2Fe(OH)3 3CuO+2FeCl2+3H2O===CuCl2+2CuCl+2Fe(OH)3 CuO+2H2SO4+ 2 O2 ===2CuSO4+2H2O Cu2O+H2SO4===CuSO4+H2O+Cu Cu2O+2H2SO4===2CuSO4+H2O+H2 CuS+2FeCl3===CuCl2+2FeCl2+S CuS+CuCl2===2CuCl+S Cu2S+4FeCl3===2CuCl2+4FeCl2+S Cu2S+2CuCl2===4CuCl+S CuS+H2SO4+ O2 ===CuSO4+H2O+S CuS+H2SO4===CuSO4+H2+S Cu2S+2H2SO4+O2===2CuSO4+2H2O+S Cu2S+2H2SO4===CuSO4+2H2+S
2Fe2++MnO2+4H2SO4 MnSO4+Fe2(SO4)3+2H2O
上述第一种反应可以用于铜的湿法冶金，第二种 反应可以用于锌的湿法冶金。
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（4）与阴离子氧化有关的溶解。在许多 浸出场合下，金属由难溶化合物转入溶液的 过程，只有在难溶化合物中与金属相结合的 阴离子被氧化时才能进行。作为实例，可以 举出某些硫化精矿在进行所谓加压氧浸出时 硫离子氧化成元素硫的反应： MeS+H2SO4+O2 MeSO4+H2O+S