吸附、电积、萃取、沉淀等.doc

什么叫吸附净化法活性炭的吸附性能和哪些因素有关 吸附净化法是应用净化剂从稀溶液中提取、分离和富集有用组分或有害组分的方法之一。吸附净化法的原则流程和离子交换法相似，主要包括吸附和解吸两个基本作业。工业上常用的吸附剂有活性炭、磺化煤及某些天然吸附剂，如软锰矿、磷灰石、高岭土、沸石等。天然吸附剂主要用于水的净化、废水处理。活性炭目前主要用于提取金、银；还用于从稀的氯化物溶液中吸附铂、钯、锇；也能吸附铷、钐、钇等元素；甚至可以从酸性溶液中选择性分离铼和钼，此外，还广泛用于废水净化、化学分析等领域。 可见，活性炭是一种用途广泛的吸附剂。因此掌握和了解活性炭的吸附性能，对于使用活性炭大有好处。 活性炭的制取是将固态炭物质（如煤、木料、硬果壳、果核、糖、树脂等）在隔绝空气的条件下经受高温炭化；然后在400-900度条件下用空气、二氧化碳、水蒸气或其混合气体氧化活化后而成的多孔物质。因此活性炭的制备是可以分为炭化和活化两个阶段；炭化阶段可使炭以外的物质挥发，氧化活化阶段可烧去残留的挥发物质以产生新的孔隙和扩充原有的也隙改善微孔结构，增加其吸附活性。 活性炭的吸附性能取决于氧化活化时的气体的化学性质及其浓度、活化温度、活化程度和炭中无机物组成及其含量等因素，主要是由活化气体的性质和活化温度来决定。 活性炭为多孔物质，因此其表面积是衡量其吸附性的主要技术指标之一。一般微孔结构愈发达，表面积和吸附活性愈大。 活性炭中会有相当娄量的氢和氧，一般认为它们是呈表面络合物形态与炭化学键合的，糖炭中氢和氧的含量随活化温度的提高而下降。 活性炭的灰分对活性炭性能有很大影响。灰分含量愈高，活性表面积愈小，吸附活性愈低；一般可用盐酸或氢氟酸（如1HCL或HF）浸泡，然后水洗可以除去或降低活性炭的灰分含量。活性炭灰分含量与其原料来源有关。 什么叫化学沉淀法化学沉淀法有哪些类型 化学沉淀法也是分离净化的方法之一。它借助沉淀剂的作用，使溶液中的目的组分（离子）选择性地呈难溶化合物形态沉淀析出的过程。当被沉淀组分为杂质离子而有价组分留在溶液中时，通常称为净化。反之，称为难溶化合物的制取过程。若难溶化合物为最终产品时，则称为化学精矿或单独产品。沉淀物通常是各种盐类，难溶硫化物和难溶氢氧化物。 根据化学沉淀的机理，可将其分为二类型。 一、 分步水解法 分步水解法是分离浸出液中各种金属离子的常用方法之一。当用碱中和或用水稀释酸浸溶液时，其中的金属阳离子呈氢氧化物或碱或盐的形态沉淀析出。若金属以氢氧化物析出的过程又叫水解，其反应通式为 Mn n OH- M（OH）n 要形成纯净氢氧化物沉淀仅是一种理想情况，只有在金属与酸根浓度很低时才可能实现。实际的浸出液不能满足此条件，因此在形成氢氧化物沉淀的同时金属盐也会沉淀，即所谓碱式盐沉淀。 由于浸出液中某些金属离子常呈低价形态存在，用单纯水解的方法常不能使其与主体金属相分离。例如从铜矿浸出液中除铁，须先将Fe2氧化为Fe3后才能用水解法将铁除去。因此实践中常用的是氧化水解净化法。先将低价杂质氧化为高价形态，再加入中和剂才能将其分离。 二、难溶盐沉淀法 矿物原料的化学处理工艺中，常用各种沉淀剂与溶液中的某些金属离子形成某些难溶的化合物来分离杂质和提取有用组分。常用的沉淀剂有硫化物、氯化物、碳酸盐、磷酸盐、黄酸盐、草酸盐等。它们都是利用各化合物溶度积的差异进行目的组分的分离。 由于绝大多数金属硫化物都是难溶盐类，即溶解度很小，不同金属硫化物的溶解度不一样，硫化沉淀法就是利用硫化钠或硫化氢作为金属的沉淀剂，通过控制沉降条件可以实现金属的分离。 除硫化沉淀法外，还可利用某些金属的磷酸盐、砷酸盐、碳酸盐、草酸盐、氟化物、氯化物、铀酸盐、钼酸盐等的难溶性质进行组分分离。例如离子吸附型稀土矿常用5-7的食盐水或1.5-3.5的（NH4）2SO4溶液浸出，使稀土转入溶液中，在PH1-2.0的条件下，用草酸沉淀可得到混合稀土草酸盐，过滤洗涤后经灼烧可得混合稀土氧化物。 除加入沉淀剂使某些组分呈难溶化合物沉淀析出外，还可采用浓缩结晶或盐析结晶的方法使某些组分呈难溶化合物形态析出，如钨矿物原料的碱浸液中结晶析出钨酸钠结晶等。 溶剂萃取的基本原理 溶剂萃取是基于有机溶剂对不同的金属离子具有不同的溶解因而对溶液中的金属离子可以进行富集与分离。例如含有机剂的有机相与含有金属离子的溶液相（也称水相）互相接触时，由于金属离子在两相中的溶解度不同而重新分配，从而实现一种金属在有机相中的富集并与其他杂质分离。 现以一种名为N-510 的萃取剂对含铜溶液的萃取为例，来说明萃取作用的机理。 N-510为羟肟型萃取剂，全名叫2羟基-5仲辛基二甲苯甲酮肟，分子量为325。 萃取时，它能与铜离子生成金属螯合物，使铜被萃取，并析出氢离子。其反应可用下式表示 Cu2（水相）2RH（有机相） CuR（有机相）2H（水相） 上式反应是可逆的，在弱酸性介质中，由于反应生成的金属螯合物稳定性好，反应向右进行，即萃取反应。在强酸性介质中，上述反应向左进行，即螯合物的金属离子将会由有机相转入水相，有机相能获得再生，这叫“反萃取”反应。反萃取得到的硫酸铜溶液含有较高的铜离子浓度，这种富铜溶液经电积，可以得到纯度较高的电铜产品 什么叫电积 电积与电解的不同之处在于所用阳极不一样，电解为可溶阳极，它是用粗金属（如粗铜）做成的，通电电解时，阳极逐渐被溶解。而电积则是不溶阳极。通电电解时，阳极并不溶解，只是让电解质中欲提取的金属在阴极上沉积，这样可以达到提取金属的目的。 例如将硫酸铜溶液放在电解槽中，阳极采用合金质的不溶解阳极，在电极之间通上电流时，将在两极发生下列反应 在阳极 H2O C 2e →2H 1/2O2↑ 在阴极 Cu2 2e →Cu↓ 总反应式为 CuSO4 H2O→ Cu↓H2SO4 1/2 O2 金属置换沉积法的基本原理怎样金属置换过程的影响因素有哪些 化学选矿中广泛应用金属置换法从浸液中回收有用组分，进行组分分离和除去某些杂质以进行净化。金属置换是一种金属从溶液中将另一种金属离子转换出来的氧化还原过程。此时作为置换剂的金属被氧化呈离子形态进入溶液中，被置换的金属离子被还原呈金属态析出。 例如铁置换铜的反应为 Cu2 Fe Cu Fe2 影响金属置换过程的主要因素如下 （1）溶液中氧的影响。氧是一种强氧化剂，可将许多金属氧化成离子，如 Zn 1/2 O2 2H Zn2 H2O 因此，溶液中含氧会消耗锌，金银氰化液采用锌置换法时，置换前溶液应脱氧。 （2）溶液PH值的影响。例如铁屑沉铜宜在PH1.5-2.0的条件下进行，酸度太高会增加铁屑耗量。但酸度也不宜太低，否则会引起铁盐水解以致降低铜泥品位；置换终了PH ≤4.5。置换速度随酸度增加而增大；PH＜1。5时生成多孔性沉淀物，粘附力弱；ph＞1。5时对反应速度影响较小。 （3）被置换金属离子浓度的影响。它主要影响沉积物的物理性能和反应速度。浓度高时会在置换剂表面生成致密的粘附沉淀物，不易剥落；浓度低时易形成多孔性沉淀物，较易剥落。 （4）温度影响。温度可以促进置换反应的进行，生产中一般在常温下进行。 （5）置换剂与被置换金属的电位差相差愈大，置换愈完全。 （6）溶液中其他组分的影响。如铁置换铜时，溶液中的Fe3 的含量高时将增加铁耗，此时可将其返回进行还原浸出或用二氧化硫将其还原以降低溶液中高价铁离子含量；若溶液中含砷时会生成铜砷合金和剧毒的氢化砷气体 2As3 3Fe 2As3Fe2 H3AsO3 2H2SO4 3Fe AsH3 ↑3FeSO4 3H2O 3H2SO4Fe（As）2 2Fe 2AsH3 ↑ 3FeSO4 3H2SO4 H3AsO3 2Al AsH3 ↑Al2（SO4）3 3H2O 从上述反应式可知，铁屑中切忌混入Fe（As）2和铝屑。 （7）溶液流速或搅拌强度的增大可以减小扩散层的厚度和有利于置换剂表面的更新，可加速置换反应的进行。 铜离析过程的机理影响离析过程的因素有哪些 离析过程比较复杂，虽然对铜的离析已经做了不少的试验研究工作，但对一些问题至今仍有不同的见解。多数认为氧化铜矿的离析过程大致分为三个阶段。 一、食盐的分解阶段 离析过程中首先是食盐与矿石中的结晶水在700度温度下生成氯化氢，其反应式如下 4NaClAl2O3 2SiO2 2H2O Na4Al2O3 2SiO3 4HCl 二、 氯化亚铜的挥发阶段 氯化氢与氧化铜矿物作用，产生可挥发性的氯化亚铜。氧化铜矿物的种类较多，为简明起见用简单的Cu2O 作代表，其反应式为 6HCl3Cu2O 2Cu3Cl3 3H2O 三、还原和离析作用阶段 氯化亚铜（Cu3Cl3）蒸气被氢（与碳粒吸附的氢）还原而生成离析铜并覆盖在炭粒上。其反应式为 2Cu3Cl3 3H3 6Cu 6HCl 离析铜（Cu）用浮选法可以有效地加以回收。氯化亚铜还原所产生的氯化氢（再生的HCl）能继续和氧化铜矿物作用生成氯化亚铜。使上述反应周期循环发生。 影响离析过程的因素较多，其中较为主要的有下列因素 （1）矿石性质。矿石粒度及矿石的物质组成都要影响离析过程，尤其是处理含钙质脉石时，特别是方解石、石灰石等，氧化钙的生成将妨害铜的离析。 （2）温度的影响。温度直接影响氯化反应速度。准确控制温度是进行离析过程的一个重要条件。离析温度的上限既决定于矿石性质和热交换条件，也决定于经济因素。若离析温度高，不仅浪费燃料，而且引起物料的烧结，出现“结窑皮”现象，若温度在离析温度以下，则会使离析效果变坏。 （3）停留时间。物料在离析窑（室）的停留时间取决于窑（室）的体积、物料的比重、物料的通过速度。总之物料在窑（室）内的停留时间应足以达到较高的回收率为好。 （4）还原条件。还原条件对离析过程的影响是很大的。适度的还原条件有利于氯化反应的进行。 （5）氯化剂用量。食盐本身对氯化反应没有影响。离析的引发反应是依靠食盐水解产生的氯化氢。而氯化反应速度与氯化氢压力成正比。食盐的加入量过少，则氯化氢的供应就不能满足起始氯化反应速度的需要。食坜的用量过大也是有害的，它会溶解氯化亚铜，降低离析回收率。 （6）水蒸气。水蒸气对氯化剂的分解及氯化氢的生成具有重要作用。试验证明矿石如果丧失了结晶水，则离析过程不能进行。 酸浸-萃取-电积法回收铜的原则流程如何这一工艺有何优缺点 这一工艺主要由浸出、萃取、电积三个基本工序组成。这一工艺的优点整个工艺过程构成闭路循环，萃余液（稀硫酸）可以返回浸出作业，反萃取的有机相返回萃取作业使用，电解残液又可作反萃使用。所以应用这一工艺回收铜的过程中产生废渣、废水、废气大为减少，对环境保护非常有利，并能直接得到纯度较高的电铜产品，整个工艺的生产率较高，作业的连续性强，适用于工业规模的生产。但这一工艺也存在能耗高、成本高的缺点。近年来，国外有不少厂家应用这一工艺提取铜的工业化生产，国内还处于试验研究阶段。