湿法冶金新工艺详解与新技术开发及创新应用手册.pdf

书书书 湿法冶金新工艺详解与新技术 开发及创新应用手册 中国科技文化出版社 书书书 前 言 湿法冶金和火法冶金是两种基本的冶金过程。与火法冶金相比，湿法冶金的优点是 （“）适合于处理低品位矿物原料； （）能处理复杂矿物原料； （）容易满足矿物原料综 合利用的要求； （）劳动条件好，容易解决环境污染问题。目前，世界上可供开采矿石 品位不断下降，资源的综合利用越来越迫切，环境保护的要求越来越严格，对产品纯度要 求越来越高，所有这些因素都会促进湿法冶金技术的迅速发展，并使之越发显得重要。为 适应国内外有色金属工业的发展趋势，我们组织中国科学院过程工程研究所、同济大学污 染控制与资源化研究国家重点实验室、中南大学冶金科学与工程学院等单位的专家、学者 编写了本书。 本书内容共四卷八篇，内容包括湿法冶金最新理论、湿法冶金浸出过程、浸出液的 净化过程、湿法冶金的电解过程、湿法冶金设备操作应用及维护、湿法冶金新工艺新技 术、湿法冶金技术实践与创新应用、湿法冶金污染控制技术等相关内容。编写中除详细而 系统地介绍了湿法冶金的基础知识外，把重点放在新技术、新工艺、新设备的实际应用和 操作要点上。本书可供从事湿法冶金，化工和环境保护的科研、生产、管理的工程技术人 员阅读，也可作为高等院校相关专业的教学参考书。 由于作者水平有限，本书涉及面比较宽，难免存在一些不足之处，希望同行专家和读 者不言指教。 编 者 乙醇 （3） 与 3; 水 （.） 组成的溶液 其体积不等于 3 ..;， 而是 35;。其他广延量也都是这样。因此， 溶液的广延量 第一章 水溶液热力学 不等于其各组分在纯态时的广延量之和。 可见， 摩尔量不能用于讨论有溶液参加的反应的广延量的变化。此时需要引入另一个 概念 偏摩尔量。 若一溶液由若干种物质组成， 各组分的摩尔数分别为 ， “， ， ⋯⋯， 溶液的热力学 性质 “、 、 、 、 /-1 .1 A （ 1 -/） 式中 “’ 3A； ’ ;;;;’ ;;; ’ “,’ “F“ ’ ;;’ F,’ ;; F’ ;’ “,“’ ’ ““ “’ “;’ ’ “;’ F;,’ “ ’ ,;’ ;’ “ , 0 G4 , “ 型阴离子G4“（45） , 型阴离子 *（）（）*（）（） 标准态 5 （HI）的熵 / .0 ,’ ;;;;’ ;;;,;’ “ ,’ ,;’ F ,’ ;’ ,;’ ’ ;;,“’ ’ “F;F’ 第一篇- 湿法冶金最新理论 “ “ 型阴离子“（） 型阴离子 （） 0489 ’ , 048 根据平均定压热容的定义， 温度 048 *, （/0 /. 4） 56 4 因反应生成了一个分子的水， 故而溶剂的分子数由 /0 /. 变为 .0 /.。 （） 计算反应热效应时， 纯化合物取其标准生成热， 而溶液取相应浓度的溶液的生成 热。例如上面反应的热效应为 “ 水溶液热力学 第二章水溶液中溶解物种的活度 本章不打算系统地阐述电解质溶液的理论， 而着重介绍这方面的某些新进展， 以使湿法 冶金工作者能利用这些成就， 进行有关的热力学计算。 第一节单一电解质溶液 一、 德拜休克方程 早在 “ 年 时的水溶液， 6 - 0,2- /.“0- ,“,,- .- “ 59- “/71- 6/- ,“.- . 56- 72- /,1“- 0- “ 3456- “/7- /.2.- .- “ 8- ,“2- /6/- /./.- “ 5/- “.“- “.- 0.- 6 56- 1“2- ,7,- 226- 1- “ 9/5,- 201- “,/“- 1- 6 9/;2- “26- /1/- .- “ A- ““,“- /1,/- “.6- .- / A- ,,“- “,16- ““.- “ A34- 672- “.6- “,,.- “ A- 670- “66- “1.- “ A5/- /27- “..6- 622.- / A56- 017- “0/- ./7,- .- “ AB0 “-A10 -0 ““20 30 2 EFAB0 2--0 A“0 31720 30 “ ABE0 520 “A70 “3-0 30 A D;ABE0 “710 -A0 “31A0 “ 9ABE0 -0 7720 -0 30 - EFABE0 2770 3230 ““A0 30 7 ABG0 -A30 3530 -0 - D;ABG0 “70 37“0 A“220 7 9ABG0 25-0 51-0 30 3 表 “ 2 A8 2H “ 价无机化合物的 9; 参数 （25） 溶 质（A-） （） （A-） （“） （2“ -） “ 最大浓度 “ / “1/ 551/ “01/ 3/ 7678/ 5/ 5“/ “5/ 769/ 101/ 5/ “30/ 3/ “ 76 （.-/ 25/ “/ 0“/ -’-/ 312/ 502/ 305“/ -’78/ 105“/ “/ 2/ -’9/ 051/ “/ 33/ -’ （4.“） / 15/ 1/ “01/ 1/ “ 4-/ 0“5/ 3/ 2/ 1/ -A-/ “511/ 311/ 025/ -A （4.“） / / 52/ “0/ B-/ “05/ 5/ 015/ / 0 B78/ 0“/ 25/ “1/ 0/ 2 B9/ 03/ 15/ 05/ 3/ B （-.） / 022/ “50/ “/ “ “ 第一篇C 湿法冶金最新理论 溶 质（“） （） （“） （） （ ““） ““ 最大浓度 /0 10 60 920 “ ./“0 660 90 92“0 20 .4/0 20 610 90 .4/“0 2“0 60 3290 20 .7/0 9990 320 220 .AB/0 90 9“0 “0 C/0 1110 “30 90 C4/0 0 120 9“0 20 “ C7D （4.） 0 66“0 10 90 2 C7/0 ““0 1330 “30 CAB/0 960 360 ““10 E8/0 990 60 30 60 4B/0 60 60 “0 60 （.） / 0 220 6960 320 20 “ 第二章F 水溶液中溶解物种的活度 表 “ “ 89 88-89 88 BCD’6789 88-89 88 BC3456789 8889 8 BC3 （BCEC*CF） BC67“89 88789 88 BC6“89 888;89 88; （B37） 67 “89 8A89 87 GH67“89 88-89 88; 2 价电 解质 “ I .456789 8;;89 8 .J （DB） 89 8-;89 88 .7789 8 BC456789 8;-89 8 BC89 8A 2 7 价 电解质 “ I8 .7J （DB） 89 88;89 88- .7E （DB） 89 8889 8 “ 第二章 水溶液中溶解物种的活度 电解质 “,912 1 -.） ’12 17112 11, 8.-512 4;12 11; 8.87612 113 8. （8412 ,6, 8 （,） 12 14;12 14 8-512 ,912 1 8812 11 88412 113 AB8912 117 C/012 1,,;12 13 C-512 7;12 1 C812 11 C （8 C BC 12 1412 ,* （12 ）（12 *） 3*K/0’12 16*12 *1 L* 12 165112 653*J-/ ’ 0 ’12 1112 16 ,E* 12 15012 ,D. ’ 12 1512 4 .8* 12 1*0612 1/3 ’ 12 154’2 11 E* 12 11**12 1 A8EM; （）’12 15*（ ’12 5） LN* 12 15（12 *） JO;MEM; （*）12 10’12 5 A;* 12 104（12 *） K8PCNEM; （）12 6*（ ’12 5） ,/* 12 10112 *1 QM 3;PM） ,EP8）’12 *0（ ’12 5） V/* * 12 1512 ,EP8EM; （1）’12 06（ ’12 5） ,8 12 14412 6 3 LE （）12 116’12 ** “ 第一篇9 湿法冶金最新理论 阳离子阴离子““ -123“ （30） “ （B） “ 6 *5 ’A） 混合电解质溶液。而在高的离子强度下 只有带 与 “ 的皮泽方程能适用。在上述方法中， 皮泽方程虽然精度最高， 但计算方法复 杂， 而且其两个必不可少的参数 与 “ 必须由实测数据回归得出， 对于多数体系， 尚无数值。 梅斯纳法虽然精度差一些， 但因计算简便故而易于推广， 得到了广泛的应用。 一、 BC （B03--“ （. 6 ;7 （B） 法 对于含两种具有相同阴离子的混合电解质溶液 （,4 （） ,4（） 型与 *（） “（*） 型） ， 其水的活度可用罗宾桑 （C3D;） 法计算。 “ *G ［ “ *， ］ ;） 法则， 等水活度线可用下面方程求取 H G（ “ “L） 式中 ， 电解质 与 在混合电解质溶液中的质量摩尔浓度； “ 第二章 水溶液中溶解物种的活度 电解质 在纯电解质溶液中水活度与混合电解质溶液相等时的质量摩尔浓 度； “ 电解质 “ 在纯电解质溶液中水活度与混合电解质溶液相等时的质量摩尔浓 度。 图 “ “ 所示为按 ； “-“139 6;9； -“139 799； 49 4;9 图 “ 值与 646 9 47;“7 “; .A19 9999 69 447 7;;6 6979 7“;7 44; C,“A19 9“9 6; 99; 4 * . 4 4 4 / * */ * * 4 *4 4 * 4 . ** * 4 * * . / * * 4 *4 * 4 * * 4 . * * . . . * * * 4 / / “ 第一篇 湿法冶金最新理论 “ 湿法冶金最新理论 第四章湿法冶金优势区图 第一节湿法冶金优势区图概述 热力学稳定区图 （优势区图， “0 23 图或 2; 0 23 图。2; 4 0 1.;， ;为水溶液中某种金属离子的活度。 （〕 三维空间图。 为某种配位体。 （） 水溶液中水溶物种分布图 “0 23， “0 1.6。“为 “ 物种所占分数。 这些图各有其用途， 其中尤以 ; 波拜克 （“ 波拜克编的 0 23 图集收集了 几乎全部元素 0 水系的 0 23 图。这些图把湿法冶金反应的热力学平衡关系用图解的方 法表达出来， 由于直观明了， 已成为化学、 冶金、 地质等研究的有力工具。/CD 年， 克里斯 （7--） 与科布尔 （7） 消线法 （./6 6 布鲁克 （,0） 提出； （） 凸多边形法 （A/B6C “4D/ 5627H 系三维图。 “ 图的作图原理与方法在有关冶金原理的教科书中已有详细介绍， 在此不赘述。 在有配位体 - 存在的水溶液中， 若金属离子 E6 I与 - 发生络合， 则需要用 “综合平衡” 法来 处理， 方能得出更符合实际的优势区图。 第二节J综合平衡 波拜克在绘制 “ 图时采用了一种简化手法 优势场法， 即在一种离子的优势场 内只考虑这种离子。这显然与事实不符， 但在绘制简单金属 水系 “ 图时， 这样做并 不会引起实质性的误差， 仅在两个相邻的优势场的交界处有折线的过渡， 而事实上这种过渡 应当是一条圆滑的曲线。在绘制含有它种阴离子， 特别是有络合现象存在的体系的 “ 图时， 这种简化有时会引起实质性的误差。例如傅崇说等用 “综合平衡原理” 绘制的 F F ;H 系 D 〔F 〕 图 （图 1 K ;） 与森冈等绘制的 F F ;H 系 D 〔F 〕 图 （图 1 K 1） 的差别就比较大。 假定溶液中有一种金属离子 E6 I， 若干种配位体 -“， 生成一系列络合物 E6 II - , “ E6-“， 每种络合物的累计生成常数 “， L 〔E6-“， 〕 〔E6 I〕〔-“〕 式中J 〔E6-“， 〕 E6-“， 的浓度； 〔E6 I〕 E6 I的浓度； 〔-“〕 -“的浓度。 溶液中金属的物质平衡方程 〔E6〕 M L 〔E6 I〕I “ 〔E6-“， 〕 “ 第一篇J 湿法冶金最新理论 图 “ “ 2 ’ 系的各平衡方程式中， 凡 〔;2 〕 一律以 〔;2〕 9“ -代替即可得 ;2 * ’ 系中的各平衡方程式。 将已发表的 ’ 图索引录于表 - . -， 供读者查阅。 “ 第一篇 湿法冶金最新理论 表 “ “ 已发表的 “ 6/ “ 湿法冶金最新理论 元素体系 “ “ - 图 在某些场合， * 〔32〕 ; 图更为直观， 使用更为方便， 特别是研究那些没有电子参加 的反应过程。对于有电子参加的反应， 在 * 〔32〕