金属的电解提取与精炼.pptx

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1、61 概述 自然界存在和人工合成的金属已达自然界存在和人工合成的金属已达90多种，按多种，按不同的标准分类。不同的标准分类。金属金属黑色金属黑色金属(Fe、Cr、Mn及其合金及其合金)有色金属有色金属密度：密度：轻有色金属和重有色金属轻有色金属和重有色金属价格：贵金属和贱金属价格：贵金属和贱金属性质：准金属和普通金属性质：准金属和普通金属储量及分布：储量及分布：稀有金属和普通金属稀有金属和普通金属一、金属的分类第1页/共123页l黑色金属黑色金属包括铁、锰和铬以及它们的合金，包括铁、锰和铬以及它们的合金，主要是铁碳合金主要是铁碳合金(钢铁钢铁)。l有色金属有色金属是指除去铁、铬、锰之外的所有金

2、是指除去铁、铬、锰之外的所有金属。有色金属大致上按其密度、价格、在地属。有色金属大致上按其密度、价格、在地壳中的储量和分布情况、被人们发现以及使壳中的储量和分布情况、被人们发现以及使用的早晚等分为五大类：用的早晚等分为五大类：轻有色金属轻有色金属：一般指密度在：一般指密度在4.54.5g/cmg/cm3 3以下的以下的有色金属，如：铝、镁、钠、钾、钙、锶、有色金属，如：铝、镁、钠、钾、钙、锶、钡。钡。重有色金属重有色金属：一般指密度在：一般指密度在4.54.5g/cmg/cm3 3以上的以上的有色金属，其中有铜、镍、铅、锌、钴、锡、有色金属，其中有铜、镍、铅、锌、钴、锡、汞、锡等。汞、锡等。第

3、2页/共123页贵金属：这类金属包括金、银和铂族元素，由于它们稳定、含量少、开采和提取困难、价格贵，因而得名贵金属。准金属：半导体，一般指硅、硒、碲、砷、硼。稀有金属：自然界中含量很少，分布稀散、发现较晚，难以从原料中提取的或在工业上制备和应用较晚的金属。如：锂、铷、铯、钨、锗、稀土元素和人造超铀元素等。第3页/共123页二、金属的提炼金属的提炼金属的提炼-从自然界索取金属单质的过程。从自然界索取金属单质的过程。金属的提炼过程金属的提炼过程-矿石的富集、冶炼和精炼。矿石的富集、冶炼和精炼。矿石富集方法矿石富集方法-手选、水选、磁选和浮选。手选、水选、磁选和浮选。金属的冶炼金属的冶炼金属从化合物

4、中的还原成单质金属从化合物中的还原成单质。金属的精炼金属的精炼-粗金属根据纯度要求再进行的精制。粗金属根据纯度要求再进行的精制。第4页/共123页61 概述冶炼方法的分类：电解的介质：水溶液电解冶金、熔盐电解冶金冶金方法：火法冶金、湿法冶金第5页/共123页火法冶金：利用高温从矿石提取金属的冶金过程。湿法冶金（电解冶金）：利用溶剂，借助于化学及化工过程，从矿物原料中分离、提取金属的冶金过程。包括：浸出、净化、沉积。第6页/共123页三、电解冶金的优点 电解冶金具有高的选择性，可获得高纯金属，能回收有用的金属，因此可处理低品位的矿物及组分复杂的多金属矿，有利于资源的综合利用，而且对环境的污染较小

5、，生产也较易连续化和自动化。第7页/共123页四、电解冶金的分类 电解提取、电解精炼（1）电解提取：采用不溶性阳极，使经浸出、净化处理的电解液中的待提取金属离子在阴极还原，制得纯金属。（2）电解精炼：采用可溶性阳极，即以其它方法(主要是火法冶金)炼制的粗金属作为阳极进行电解，通过选择性地阳极溶解及阴极沉积，达到分离杂质和提纯金属的目的。第8页/共123页五、电解冶金的特点 电解冶金中的金属电沉积过程，虽与电镀和化学镀有相同的原理，但生产特点及工艺要求却大不相同。如：电解冶金对金属沉积物的表面质量(如光洁度)及其与基底的结合力的要求远不及电镀高，但对其纯度要求很严格。而就金属沉积量言，电解冶金的

6、规模远远大于电镀，耗电量较大，能耗和节能问题十分重要，并成为主要技术经济指标。第9页/共123页六、电化学在电解冶金技术中的作用（1）电化学的基本概念和理论：选择电解冶金的电极材料、电解液、工艺参数。（2）电化学的方法及手段：改进生产技术、探索过程机理。（3）电化学工程的基本知识：设计及优化电解冶金的电化学反应器。第10页/共123页62 金属电解提取与精炼的电化学原金属电解提取与精炼的电化学原理理一、阴极过程二、阳极过程三、在电解提取与精炼中的传质过程第11页/共123页一、阴极过程基本过程：金属离子的阴极还原关键问题：离子的共析和电结晶，不仅决定产物的质量(金属沉积物的纯度、结构及性质)，

7、而且影响生产的技术经济指标，如电流效率和能耗。第12页/共123页1、不同离子在阴极的共析 金属电解提取与精炼时，电解液中主要存在三类离子，即待沉积的金属离子、氢离子和杂质离子。离子共析的情况：（1）金属离子与氢离子的共析；（2）待沉积的金属离子与杂质离子的共析。第13页/共123页（1 1）热力学因素：影响离子平衡电极电位的各种因素。（2 2）动力学因素：影响离子析出的过电位的诸因素。反应的特点：电子转移步骤的动力学参数（、i0等），离子的本性（Di、ui)，电结晶的特点。反应的条件：电解液的组成、浓度、温度、电极材料的电催化性能、表面性质、电流密度、传质条件（扩散、对流速度）。影响离子共析

8、的因素：第14页/共123页（1 1）两种离子析出都属于电子转移控制（2 2）一种离子的析出为电子转移控制，另一种离子为扩散控制。离子共析时，析出速度之比第15页/共123页两种金属共同还原的极化曲线两种金属共同还原的极化曲线 id在杂质浓度及溶液流速一定时基本不变，在杂质浓度及溶液流速一定时基本不变，i1可随电位可随电位提高增大，极化增大，提高增大，极化增大，i1提高，提高，加大，电流效率提高。加大，电流效率提高。第16页/共123页 在实际体系中，每一种离子都不能完全保留它单独存在时的性质。因此，多种离子共析时，一般不能根据其单独存在时的极化曲线、还原速度，进行简单地加和，求出它们共析时的

9、极化曲线及还原速度。第17页/共123页2、改变离子共析的方法（1）改变离子浓度。增加待沉积的金属离子浓度，减小氢离子和杂质离子浓度，降低它们共析的可能性。（2）使用添加剂或络合剂。如：使用增大氢还原过电位的添加剂，可降低氢共析的可能性。（3）改变电流密度和析出电位。（4）改变传质条件。如果杂质离子的放电受制于扩散控制，则改变电解液的流速，可改变其极限扩散电流密度。如：提高流速，id增大，杂质共析增加，电流效率降低。第18页/共123页3、金属的电结晶定义：在电场作用下，金属离子放电并形成金定义：在电场作用下，金属离子放电并形成金属晶体的过程称为金属电结晶。属晶体的过程称为金属电结晶。电结晶电

10、结晶金属离子放电金属离子放电金属原子长入晶格金属原子长入晶格第19页/共123页3、金属的电结晶电镀：对电结晶的表面状态及表面质量、电结晶沉积层与基体的结合力要求严格。化学电源：金属负极的充电属于电沉积及电结晶过程，为了使活性物质在充放电过程中反复有效地利用，则要求过程具有良好的可逆性。电解提取和电解精炼金属：对电结晶表面状态的要求不及电镀高，但由于沉积量大、时间长，电流效率和能耗成为过程的主要技术经济指标，同时也要求电结晶平整致密，不产生枝晶和海绵状沉积物，第20页/共123页二、阳极过程1、不溶性阳极的阳极过程、不溶性阳极的阳极过程电解液：硫酸盐电解液。阳极：铅及其合金。阳极过程：析氧反应

11、。铅的活化溶解：第21页/共123页 生成的硫酸铅难溶，覆盖在电极表面使电流减小，电极电位继续增高，进而发生新的电化学或化学反应，使电极表面层进一步变化：铅电极表面逐渐转变为PbO2，实际析氧反应是在PbO2表面进行的。生成的PbO2膜是多孔的，可能脱落，为了提高其稳定性，常加入一些合金元素。或第22页/共123页2、可溶性阳极的阳极过程、可溶性阳极的阳极过程l金属的阳极过程：正常的活化溶解、钝化。l可溶性阳极的阳极溶解：活化溶解，选择性溶解。l发生选择性溶解的原因：由于待精炼的金属和各种杂质的电化学性质不同，因而在阳极过程中溶解的先后顺序和数量都不相同，即不能均匀地溶解。l阳极各组分选择性溶

12、解取决于以下因素：（1 1）各组分的电化学性质（2 2）阳极材料的组织与结构（3 3）多价态金属的阳极溶解第23页/共123页（1）各组分的电化学性质 包括热力学性质（标准电极电位和含量）和动力学性质（交换电流密度、反应速度常数、传质系数）。电解精炼的原理：在理想情况下，即接近可逆的条件下，电位比待精炼金属更正的杂质将不溶解，而留在阳极泥中；电位比待精炼金属更负的杂质将发生阳极溶解，进入电解液，但是却不能在阴极析出，而留在电解液中，从而实现分离杂质，提纯金属的目的。条件：金属溶解的可逆性较高，且待精炼金属与杂质的标准电极电位相差较大。第24页/共123页（2）阳极材料的组织与结构）阳极材料的组

13、织与结构 在阳极中的待沉积金属及各种杂质的性质和其单独存在时的性质并不完全相同，而与它们形成的聚集态的组织结构有关。机械混合物：当杂质的电极电位较负时，它将首先溶解，进入电解液，电极表面余下电位较正的待精炼金属，升高电极电位，直到这种金属发生溶解。当杂质的电极电位较正时，待精炼金属将发生溶解。第25页/共123页固溶体：具有本身特定的电极电位，数值介于两组分的电极电位之间，并偏向含量较高的组分的电极电位。第26页/共123页（3）多价态金属的阳极溶解）多价态金属的阳极溶解 具有多种价态的金属阳极极化时可能以较低价态溶解 有的文献列举Be、Mg、A1阳极溶解时发现析氢现象，认为由于阳极溶解生成的

14、低价离子具有很强的还原能力，可与水分子发生均相次级反应释出H2。第27页/共123页 金属的非电化学溶解，如化学溶解、机械剥落也金属的非电化学溶解，如化学溶解、机械剥落也可导致电流效率大于可导致电流效率大于100100。由于各种原因作用，导致高价态金属阳极溶解表现由于各种原因作用，导致高价态金属阳极溶解表现出的表观化合价。出的表观化合价。第28页/共123页3、硫化物阳极的阳极溶解、硫化物阳极的阳极溶解（1）（2）（3）在硫化物阳极上发生析氧及析氯反应，将增大能耗第29页/共123页三、在电解提取和电解精炼时的传质过程三、在电解提取和电解精炼时的传质过程1、电解精炼时的传质过程 金属电解精炼时

15、，金属离子由阳极表面溶解进入电解液，最后到达阴极表面发生电化学还原反应，一般传质过程是由扩散和自然对流共同完成的。扩散：电极表面液层和体相的浓度差所致。阳极表面附近，金属离子的浓度高于体相；阴极表面附近，金属离子的浓度低于体相。第30页/共123页电解精炼槽中的自然对流与浓度分布第31页/共123页对流：由密度差导致。自然对流的方向在阳极附近由上向下，在阴极附近右下向上。影响自然对流的因素：电流密度和电解液浓度。当电流密度较低，电解液浓度不高时，密度梯度小，自然对流的速度也低，仅能形成层流；在电解精炼时，由于密度梯度很大，有的文献认为可达到湍流状态。如：铜电解精炼新鲜电解液在电极表面由上而下的

16、运动，而已消耗的电解液则向体相上部运动，有的文献认为可达到湍流状态，并已被示踪原子技术证实。第32页/共123页 金属精炼时，阳极附近自然对流的方向是由上而下，但由于阳极表面常常形成阳极泥，将使自然对流减弱，而且无法深及阳极泥层中，因此阳极泥层中基本为扩散传质，这将导致传质速度降低。如果阳极电流密度增大到所溶解的金属离子来不及向体相迁移时，其浓度增大，如达到过饱和状态将结晶出来，发生生产中所说的阳极钝化。为了防止这一现象，应适当降低电流密度和电解液浓度，同时可适当提高温度。第33页/共123页2、电解提取槽中的传质过程、电解提取槽中的传质过程 金属电解提取时，由于采用不溶性阳极，阳极过程主要为

17、析气电极反应，从而加强了溶液的自然对流，因为电解槽中一般无隔膜，阳极析气也可加强阴极的传质。当电流密度增大后，对流速度增加，扩散层将变薄。阴极析氢更能加强自然对流，使扩散层厚度减小，电解槽在更高电流密度下工作，获得较致密的沉积物。第34页/共123页63 金属电解提取与精炼的工程原理金属电解提取与精炼的工程原理电解冶金的特点：（1）与电极面积相比，沉积层的厚度可忽略。如：日产500吨铜的精炼铜厂，需要2105m2的总电极面积，由悬挂于1500个电解槽中的50000块阳极和50000块阴极提供，车间占地面积6000m2。（2）传质速度缓慢。传质过程基本由自然对流实现，强质对流作用不大。第35页/

18、共123页63 金属电解提取与精炼的工程原理电解提取精炼必需解决的问题：（1）连续地提供新的电解液和排出旧的电解液。（2）周期性地更换阴极。（3）对于电解精炼，周期性提供可溶性阳极，取出残极，处理阳极泥。第36页/共123页一、电极(1)阴极：可反复使用的始极片、一次性使用的种板。始极片：当金属沉积到一定厚度（如23mm)后，即将沉积层剥离，而始极片则可再次使用。电解提取锌：纯铝；钴：不锈钢；种板：当金属在其上沉积到一定厚度后即取出熔炼。为了防止电流分布不均匀性产生的边缘效应，导致枝晶的生长，阴极的尺寸应大于阳极尺寸。宽：90 100cm，长：95 100cm第37页/共123页一、电极(2)

19、阳极：电解提取：不溶性阳极应根据电解液及电解条件选择。要求稳定、耐蚀、可长期使用，并对于阳极过程有良好的电催化活性，以降低槽压和过电位。电解提取时的常用不溶性阳极：如：硫酸盐介质：铅及其合金；碱性介质：铁及其合金阳极；氯化物介质：石墨阳极、DSA电极。第38页/共123页电解精炼：采用粗金属铸成的可溶性阳极。当残极率为15152020时需更换。残阳极出槽后除去表面的阳极泥，可熔化再铸成阳极使用。残极率：电解周期结束时，剩余的残阳极与入槽阳极的质量百分比。第39页/共123页 电解精炼时采用粗金属铸成的可溶性阳极。宽：80100cm，长：90110cm。典型阳极寿命周期典型阳极寿命周期第40页/

20、共123页二、电解液酸性电解液：含游离硫酸的硫酸盐溶液。稳定、腐蚀性低，阳极反应析出的氧无毒且无腐蚀性，电解槽可不密封，结构简单，制造及操作方便。氯化物电解液：电导率虽较高，但腐蚀性强，阳极反应析出有毒及强腐蚀性氯，电解槽要密封，制造复杂，使用也不方便，很少采用。为了改善阴极沉积物的电结晶结构，使之较为均匀致密，在电解液中还常加入一些添加剂，包括各种胶、水玻璃及有机物。第41页/共123页三、工艺参数电解提取与精炼中需要控制的工艺参数：电流密度、电解时间(金属沉积的厚度)、电解温度及电解液的流速、浓度等。（1 1）电流密度：提高电流密度可使生产强度提高，但同时使槽压升高，能耗增大，应选取经济电

21、流密度。电流密度过高可能出现枝晶和海绵状沉积物，电流密度过低则可能使电结晶粗大。第42页/共123页（2 2）电解时间 电解冶金时，电解时间应仔细选择。电解时间过短，金属沉积物厚度小，电流效率较高，但沉积层不易剥离，而且使得消耗于单位产量的劳动量增大；电解时间增长，金属沉积物厚度增加，较易剥离，但金属的化学溶解量及析氢反应可能增加，使得电流效率降低。如：锌电解提取时，阴极在电解242448h48h后取出剥锌铜电解提取时，阴极在电解4 46d6d后取出第43页/共123页（3）电解温度 提高电解温度使电解液的电导率提高，电极反应的过电位降低，有利于降低槽压和能耗；但是温度升高也使电解液的腐蚀性增

22、大，并加速沉积金属的化学溶解，使电流效率下降。（4）电解液的流速、浓度 在电解提取时，为了使电极反应在恒定的电流密度及槽压下进行，应通过连续地加入新电解液，补充消耗的金属离子及其它组分(如添加剂)，使电解液的组成及浓度趋于稳定和均匀。并通过控制电量来调节电解液的流量。第44页/共123页四、技术经济指标槽压、电流效率、直流电耗。第45页/共123页第46页/共123页第47页/共123页五、电解冶金的工艺设备 电解槽、直流电源、电解液系统、金属剥离机械等第48页/共123页电解槽材质：钢筋混凝土；内衬：铅皮，聚氯乙烯板电解槽材质：钢筋混凝土；内衬：铅皮，聚氯乙烯板槽宽：0.21.2m槽深：1.

23、01.5m槽长：35m阳极和阴极交替悬挂，不设隔膜。同极距锌电解提取：606070mm70mm；铜电解精炼：808090mm90mm。阳极数：20205050块。第49页/共123页五、电解冶金的工艺设备 u供电方式：一个电解槽内并联供电，各个电解槽之供电方式：一个电解槽内并联供电，各个电解槽之间串联供电。间串联供电。u供液方式：单槽供液，多槽串联供液。供液方式：单槽供液，多槽串联供液。u热交换器的使用：热交换器的使用：锌电解提取：强制通风冷却塔或真空蒸发冷冻机对电锌电解提取：强制通风冷却塔或真空蒸发冷冻机对电解液进行集中槽外冷却，使温度保持在解液进行集中槽外冷却，使温度保持在3538。铜电解

24、精炼：石墨加热器加热，使电解液保持在铜电解精炼：石墨加热器加热，使电解液保持在5565。第50页/共123页64 锌的电解提取一、引言 1.炼锌的概况炼锌的概况l发源发源炼锌发源于中国，中国是很早产锌的国炼锌发源于中国，中国是很早产锌的国家之一，青铜就是铜家之一，青铜就是铜-锌合金，原料为锌合金，原料为“炉甘石炉甘石碳酸锌碳酸锌”。1637年明朝宋应星的年明朝宋应星的天工开物天工开物记载炼锌过程；记载炼锌过程；1730年锌冶炼知识传到西欧，年锌冶炼知识传到西欧，从从1745年从广东运到瑞典的沉船上打捞的锌锭年从广东运到瑞典的沉船上打捞的锌锭分析结果是：含铁分析结果是：含铁0.765%、锑、锑0

25、.245%、锌、锌98%。l方法：将含碳酸锌的物料与煤搅拌均匀置入密方法：将含碳酸锌的物料与煤搅拌均匀置入密闭罐中，加热蒸馏得到粗锌（火法，高温还原）闭罐中，加热蒸馏得到粗锌（火法，高温还原），古代中国和印度都有。，古代中国和印度都有。第51页/共123页l国外：国外：50年代由于密闭鼓风炉（同时产年代由于密闭鼓风炉（同时产2种金属）种金属）的发展，加上日本、美国的大型竖罐厂，使得火的发展，加上日本、美国的大型竖罐厂，使得火法冶炼一度热闹。而十九世纪法冶炼一度热闹。而十九世纪70年代后，湿法炼年代后，湿法炼锌发展迅速，由于其新技术新材料的应用，如硅锌发展迅速，由于其新技术新材料的应用，如硅整流

26、、大功率机械搅拌、连续压滤、黄钾铁矾法整流、大功率机械搅拌、连续压滤、黄钾铁矾法等技术，有大型化、自动化和综合回收等优势，等技术，有大型化、自动化和综合回收等优势，超过火法炼锌。而火法炼锌的竖罐由于环保等原超过火法炼锌。而火法炼锌的竖罐由于环保等原因已于因已于20世纪世纪80年代全部停产。年代全部停产。第52页/共123页生产方法生产方法80年代世界年代世界90年代世界年代世界比例比例（%）目前中国目前中国 比例（比例（%）产量产量（万吨（万吨/年）年）比例比例（%）湿法炼锌湿法炼锌5873772882175鼓风炉炼锌鼓风炉炼锌86811421345竖罐炼锌竖罐炼锌3344391610横罐炼锌

27、横罐炼锌360474090电热炉法电热炉法1652172010第53页/共123页排序排序企业名称企业名称产量（万吨产量（万吨1湖南株冶火炬金属股份有限公司湖南株冶火炬金属股份有限公司402葫芦岛有色金属集团有限公司葫芦岛有色金属集团有限公司343深圳市中金岭南有色金属股份有限公司深圳市中金岭南有色金属股份有限公司204白银有色金属公司白银有色金属公司155云南冶金集团公司云南冶金集团公司10+10+106四川宏达集团有限公司四川宏达集团有限公司207汉中八一锌业有限责任公司汉中八一锌业有限责任公司208河池市南方有色冶炼股份有限公司河池市南方有色冶炼股份有限公司209陕西东岭锌业有限责任公司

28、陕西东岭锌业有限责任公司1610祥云县飞龙公司祥云县飞龙公司9第54页/共123页l我国上规模冶炼企业我国上规模冶炼企业466个，分布在全国个，分布在全国25个省、个省、市、自治区；湖南、云南、辽宁、广西、四川、市、自治区；湖南、云南、辽宁、广西、四川、甘肃、陕西、广东、贵州，甘肃、陕西、广东、贵州，2007年以上地区产年以上地区产量量290万吨，占全国产量万吨，占全国产量80%，2007年全国锌产年全国锌产量量371万吨。万吨。第55页/共123页64 锌的电解提取 锌是应用最广泛的有色金属之一，世界锌产量中7070以上是通过电解提取法在阴极沉积获得锌。锌不仅主要以电化学方法生产，主要用途也

29、是电化学工程。自然界中的锌大多以闪锌矿形式存在(ZnS)，且往往与其它元素共生。作为炼锌主要原料的硫化锌精矿，主要含有锌、铁和硫，三者含量达90909595，其中硫约3030、锌约40406060、铁为2 21212。2、炼锌原料、炼锌原料第56页/共123页二、湿法炼锌的生产流程 u常规湿法炼锌工艺在我国从六十年代就广泛应用的一种炼锌生产工艺，工艺成熟，稳妥可靠，技术操作条件容易掌握，设备材质易于解决，锌金属回收率高，废渣（浸出渣、挥发窑渣、铜镉渣等）可分别回收，对周围环境不会造成污染。u主要过程：焙烧、浸出、净化和电解（电积、铸锭）4个工序。第57页/共123页 焙烧焙烧 1 1锌精矿焙烧

30、的目的锌精矿焙烧的目的 将精矿中的ZnS尽量氧化成ZnO，同时让铅、镉、砷等杂质氧化变成易挥发的化合物从精矿中分离。使精矿中硫氧化成SO2，产出足够浓度的SO2烟气供制酸。2 2锌精矿焙烧的要求锌精矿焙烧的要求 尽可能完全地氧化金属硫化物，并在焙烧矿中得到氧化物及少量硫酸盐；使砷和锑氧化，并以挥发物状态从精矿中除去；在焙烧时尽可能少地得到铁酸锌，因为铁酸锌不溶于稀硫酸溶液；得到细小粒子状的焙烧矿以利于后序工作浸出的进行。第58页/共123页3.3.化学反应：4.4.分类：低温焙烧（800950）中温焙烧（9501050）高温焙烧（11501180）2ZnS3O22ZnO2SO2.(1)ZnS2

31、O2ZnSO4.(2)ZnOSO2+1/2O2ZnSO4(3)3ZnSO4ZnS=4ZnO4SO2.(4)第59页/共123页 浸出浸出 使焙烧矿中的锌最大限度地溶解。按作业终点控制的酸度可分为中性浸出和酸性浸出。1.中性浸出中性浸出 用电积锌的废液和各种过滤返回液配制的溶液浸出焙烧矿，得到含锌120170克/升的浸出液，净化后送往电积。浸出作业中通常用鼓入空气、加二氧化锰(MnO2)或电解返回的阳极泥的方法，将Fe2+氧化成Fe3+，控制浸出终点的 pH为5.25.4，使铁、砷、锑、锗水解沉淀。浸出条件：温度5560，时间60分钟左右。第60页/共123页2.酸性浸出酸性浸出 为溶解中性浸出

32、矿浆中残余的氧化锌，还需用酸性浸出。浸出条件为：终点残酸35克升，温度6075，时间120150分钟。第61页/共123页 净化净化 中性浸出液常含有砷、锑、铜、镉、钴、镍等杂质，电解前必须净化除去。这些杂质的标准电极电势均比锌高，可用锌粉置换净化。一般先除铜、镉，后除钴、镍。为防止氧化，净化槽一般采用机械搅拌，而不用空气搅拌。第62页/共123页净化后电解液的成分，净化后电解液的成分，g/L第63页/共123页 电积电积 以含有硫酸的硫酸锌水溶液为电解液，进行以含有硫酸的硫酸锌水溶液为电解液，进行电解。阴极锌片经洗涤干燥后用感应电炉熔铸电解。阴极锌片经洗涤干燥后用感应电炉熔铸成锭。电积锌的品

33、位通常为成锭。电积锌的品位通常为99.9499.99。第64页/共123页u焙烧：液态化焙烧炉中进焙烧：液态化焙烧炉中进行，温度：行，温度：850900。u焙烧矿：可溶锌占全锌量焙烧矿：可溶锌占全锌量的的9090。u按作业终点控制的酸度：按作业终点控制的酸度：中性浸出、酸性浸出。中性浸出、酸性浸出。u可采用电化学置换法去除可采用电化学置换法去除杂质离子。杂质离子。湿法炼锌的传统流程湿法炼锌的传统流程第65页/共123页u浸出主要设备：浸出桶、搅拌器、浓密机、浓缩槽、压滤机、泵、储液桶、行车等。u净化主要设备：净化桶、搅拌器、浓密机、浓缩槽、压滤机、泵、储液桶、行车等。u电解主要设备：电解槽、整

34、流器、阳极板、阴极板、风冷塔、工频炉、行车、磅称、铸锭机。第66页/共123页三、锌电解提取的电极过程三、锌电解提取的电极过程锌电解提取的电化学体系：u阳极：采用不溶性阳极，Pb-Ag合金u阴极：纯铝u电解液：含H2SO4的ZnSO4总反应总反应：第67页/共123页 1、阳极过程、阳极过程主反应主反应：副反应副反应：如果阳极表面的如果阳极表面的PbO2存在孔隙或发生脱落，铅阳极基存在孔隙或发生脱落，铅阳极基体与体与H2SO4接触后再度生成接触后再度生成PbSO4，可微溶于电解液，在，可微溶于电解液，在电解液中可能使电解液中可能使Pb2含量达到含量达到510g/L，如在阴极析出，如在阴极析出，

35、将使锌的纯度降低。将使锌的纯度降低。第68页/共123页2、阴极过程、阴极过程阴极反应：从热力学分析，析氢更容易，但从动力学因素考虑，从热力学分析，析氢更容易，但从动力学因素考虑，H2在锌电极表面析出的过电位很高，因此，阴极过程在锌电极表面析出的过电位很高，因此，阴极过程主要是锌的析出。主要是锌的析出。锌电解提取的特点：所沉积的金属本身具有抑制氢锌电解提取的特点：所沉积的金属本身具有抑制氢共析的动力学特点。共析的动力学特点。第69页/共123页四、锌电解提取的工艺控制1 1、电极不溶性阳极：含银0.5%1%的Pb-Ag电极，其机械强度、导电率、耐蚀性比纯铅均有所提高。制造工艺：压延、铸造。电极

36、结构：平板式、网栅式。阴极：压延铝板，可多次使用的始极片。优点：析氢过电位高，锌沉积层容易剥离，且具有一定的耐蚀性。为使电结晶均匀、致密，阴极表面应平整光洁，为了防止边缘效应形成枝晶，阴极应比阳极稍大，为便于剥锌，阴极边缘还压有聚乙烯塑料条。可增大电极真实表面积，降低真实电流密度及电极质量，但机械强度较差。第70页/共123页2、电解液、电解液 随着电解的进行，电解液中锌含量不断下降，而H2SO4浓度增加，使锌析出的电流效率下降。对于电解提取这种沉积量大，大规模连续生产的对于电解提取这种沉积量大，大规模连续生产的电化学工程，保持电解液组成的恒定，是保证生产稳电化学工程，保持电解液组成的恒定，是

37、保证生产稳定和技术经济指标先进的条件。定和技术经济指标先进的条件。需不断向电化学反应器中加入新的电解液（含锌需不断向电化学反应器中加入新的电解液（含锌量为量为120130g/L)和放出废液（含锌量和放出废液（含锌量1万万t,以以10%左右的速度增长左右的速度增长u用途用途-青铜轴承，粉末冶金、过滤材料、制造导电、导热材青铜轴承，粉末冶金、过滤材料、制造导电、导热材料、摩擦材料、催化剂、化学制剂、微电子材料、印料、摩擦材料、催化剂、化学制剂、微电子材料、印刷电路板、陶瓷电容器、刷电路板、陶瓷电容器、W-Cu及及Mo-Cu高密度合金高密度合金、涂料等、涂料等u产品产品-粉体粒度大小、形貌、表面、孔

38、隙、电性能、能量、粉体粒度大小、形貌、表面、孔隙、电性能、能量、分散性及稳定性等。目前国内生产的铜粉粒度一般在分散性及稳定性等。目前国内生产的铜粉粒度一般在300目以下目以下,达不到超细达不到超细第120页/共123页矿浆电解制备超细铜粉流程图矿浆电解制备超细铜粉流程图第121页/共123页作业：作业：1、影响离子共析的因素主要是什么，通过哪些方法可以改变离子的共析？2、电解精炼铜时，生产上采用哪些有效措施降低电解过程的电耗？3、电解精炼铜时，砷、锑、铋杂质在电解过程中有哪些危害？4、电解提取和精炼时为什么通常采用含游离硫酸的硫酸盐溶液？5、简要分析锌提取和铜精炼的电极材料及电极反应？第122页/共123页感谢您的观看。第123页/共123页