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文檔簡介

1、第五章第五章 金屬的電解提取與精練金屬的電解提取與精練 本章主要內(nèi)容: 第一節(jié)第一節(jié) 概述概述 第二節(jié)第二節(jié) 金屬電解提取與精煉的電化學(xué)原理金屬電解提取與精煉的電化學(xué)原理 第三節(jié)第三節(jié) 金屬電解提取與精煉的工程原理金屬電解提取與精煉的工程原理 第四節(jié)第四節(jié) 鋅的電解鋅的電解 第五節(jié)第五節(jié) 銅的電解銅的電解 第六節(jié)第六節(jié) 用電解法制取金屬粉末用電解法制取金屬粉末 第一節(jié)第一節(jié) 概述概述 一、用途:一、用途: 有色金屬工業(yè)有色金屬工業(yè) 二、分類:二、分類: 電解的介質(zhì):電解的介質(zhì): 水溶液電解冶金、熔鹽電解冶金水溶液電解冶金、熔鹽電解冶金 冶金方法:冶金方法: 火法冶金、濕法冶金火法冶金、濕法冶金

2、 v火法冶金:利用高溫從礦石提取金屬的冶金過火法冶金:利用高溫從礦石提取金屬的冶金過 程。程。 v濕法冶金(電解冶金):利用溶劑,借助于化濕法冶金(電解冶金):利用溶劑,借助于化 學(xué)及化工過程,從礦物原料中分離、提取金屬學(xué)及化工過程,從礦物原料中分離、提取金屬 的冶金過程。包括:浸出、凈化、沉積。的冶金過程。包括:浸出、凈化、沉積。 三、電解冶金的優(yōu)點(diǎn) 電解冶金具有高的選擇性,可獲得高純電解冶金具有高的選擇性,可獲得高純 金屬,能回收有用的金屬,因此可處理低品金屬,能回收有用的金屬,因此可處理低品 位的礦物及組分復(fù)雜的多金屬礦,有利于資位的礦物及組分復(fù)雜的多金屬礦,有利于資 源的綜合利用,而且

3、對環(huán)境的污染較小,生源的綜合利用,而且對環(huán)境的污染較小,生 產(chǎn)也較易連續(xù)化和自動化。產(chǎn)也較易連續(xù)化和自動化。 四、電解冶金的分類四、電解冶金的分類 電解提取、電解精煉電解提取、電解精煉 v電解提?。翰捎貌蝗苄躁枠O,使經(jīng)浸出、凈電解提?。翰捎貌蝗苄躁枠O,使經(jīng)浸出、凈 化處理的電解液中的待提取金屬離子在陰極化處理的電解液中的待提取金屬離子在陰極 還原,制得純金屬。還原,制得純金屬。 v電解精煉:采用可溶性陽極,即以其它方法電解精煉:采用可溶性陽極,即以其它方法 (主要是火法冶金主要是火法冶金)煉制的粗金屬作為陽極進(jìn)煉制的粗金屬作為陽極進(jìn) 行電解,通過選擇性地陽極溶解及陰極沉積,行電解,通過選擇性地

4、陽極溶解及陰極沉積, 達(dá)到分離雜質(zhì)和提純金屬的目的。達(dá)到分離雜質(zhì)和提純金屬的目的。 五、電解冶金的特點(diǎn)五、電解冶金的特點(diǎn) 電解冶金中的金屬電沉積過程,雖與電鍍和化電解冶金中的金屬電沉積過程,雖與電鍍和化 學(xué)鍍有相同的相同的原理,但生產(chǎn)特點(diǎn)及工藝要求學(xué)鍍有相同的相同的原理,但生產(chǎn)特點(diǎn)及工藝要求 卻大不相同。卻大不相同。 如:電解冶金對金屬沉積物的表面質(zhì)量如:電解冶金對金屬沉積物的表面質(zhì)量( (如光潔度如光潔度) )及及 其與基底的結(jié)合力的要求遠(yuǎn)不及電鍍高,但對其純其與基底的結(jié)合力的要求遠(yuǎn)不及電鍍高,但對其純 度要求很嚴(yán)格。而就金屬沉積量言,電解冶金的規(guī)度要求很嚴(yán)格。而就金屬沉積量言,電解冶金的規(guī)

5、 模遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于電鍍,耗電量較大,能耗和節(jié)能問題十模遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于電鍍,耗電量較大,能耗和節(jié)能問題十 分重要,并成為主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。分重要,并成為主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。 六、電化學(xué)在電解冶金技術(shù)中的作用六、電化學(xué)在電解冶金技術(shù)中的作用 v電化學(xué)的基本概念和理論:選擇電解冶金的電化學(xué)的基本概念和理論:選擇電解冶金的 電極材料、電解液、工藝參數(shù)。電極材料、電解液、工藝參數(shù)。 v電化學(xué)的方法及手段:改進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)、探索電化學(xué)的方法及手段:改進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)、探索 過程機(jī)理。過程機(jī)理。 v電化學(xué)工程的基本知識:設(shè)計(jì)及優(yōu)化電解冶電化學(xué)工程的基本知識:設(shè)計(jì)及優(yōu)化電解冶 金的電化學(xué)反應(yīng)器。金的電化學(xué)反應(yīng)器。 第二節(jié)第二節(jié) 金屬

6、電解提取與精煉的電化學(xué)原金屬電解提取與精煉的電化學(xué)原 理理 一、陰極過程一、陰極過程 二、陽極過程二、陽極過程 三、在電解提取與精煉中的傳質(zhì)過程三、在電解提取與精煉中的傳質(zhì)過程 一、陰極過程 v基本過程:金屬離子的陰極還原基本過程:金屬離子的陰極還原 v關(guān)鍵問題:離子的共析和電結(jié)晶,不僅決定關(guān)鍵問題:離子的共析和電結(jié)晶,不僅決定 產(chǎn)物的質(zhì)量產(chǎn)物的質(zhì)量(金屬沉積物的純度、結(jié)構(gòu)及性金屬沉積物的純度、結(jié)構(gòu)及性 質(zhì)質(zhì)),而且影響生產(chǎn)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo),如電流,而且影響生產(chǎn)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo),如電流 效率和能耗。效率和能耗。 1、不同離子在陰極的共析 金屬電解提取與精煉時,電解液中主要存金屬電解提取與精煉時,電

7、解液中主要存 在三類離子,即待沉積的金屬離子、氫離子在三類離子,即待沉積的金屬離子、氫離子 和雜質(zhì)離子。和雜質(zhì)離子。 v離子共析的情況:離子共析的情況: (1)金屬離子與氫離子的共析;)金屬離子與氫離子的共析; (2)待沉積的金屬離子與雜質(zhì)離子的共析。)待沉積的金屬離子與雜質(zhì)離子的共析。 影響離子共析的因素:影響離子共析的因素: (1 1)熱力學(xué)因素:影響離子平衡電極電位的各種因)熱力學(xué)因素:影響離子平衡電極電位的各種因 素。素。 (2 2)動力學(xué)因素:影響離子析出的過電位的諸因素。)動力學(xué)因素:影響離子析出的過電位的諸因素。 反應(yīng)的特點(diǎn):電子轉(zhuǎn)移步驟的動力學(xué)參數(shù)(反應(yīng)的特點(diǎn):電子轉(zhuǎn)移步驟的動

8、力學(xué)參數(shù)(、i0 等),離子的本性(等),離子的本性(Di、ui) ),電結(jié)晶的特點(diǎn)。,電結(jié)晶的特點(diǎn)。 反應(yīng)的條件:電解液的組成、濃度、溫度、電極材反應(yīng)的條件:電解液的組成、濃度、溫度、電極材 料的電催化性能、表面性質(zhì)、電流密度、傳質(zhì)條件料的電催化性能、表面性質(zhì)、電流密度、傳質(zhì)條件 (擴(kuò)散、對流速度)。(擴(kuò)散、對流速度)。 在實(shí)際體系中,每一種離子都不能完全在實(shí)際體系中,每一種離子都不能完全 保留它單獨(dú)存在時的性質(zhì),即所謂保留它單獨(dú)存在時的性質(zhì),即所謂“理想的理想的 非共軛體系非共軛體系”的性質(zhì)。因此,多種離子共析的性質(zhì)。因此,多種離子共析 時,一般不能根據(jù)其單獨(dú)存在時的極化曲線、時,一般不能

9、根據(jù)其單獨(dú)存在時的極化曲線、 還原速度,進(jìn)行簡單地加和,求出它們共析還原速度,進(jìn)行簡單地加和,求出它們共析 時的極化曲線及還原速度。時的極化曲線及還原速度。 2、改變離子共析的方法、改變離子共析的方法 (1)改變離子濃度)改變離子濃度。增加待沉積的金屬離子濃度,減 小氫離子和雜質(zhì)離子濃度,降低它們共析的可能性。 (2)使用添加劑或絡(luò)合劑)使用添加劑或絡(luò)合劑。如:使用增大氫還原過電 位的添加劑,可降低氫共析的可能性。 (3)改變電流密度和析出電位)改變電流密度和析出電位。 (4)改變傳質(zhì)條件)改變傳質(zhì)條件。如果雜質(zhì)離子的放電受制于擴(kuò)散 控制,則改變電解液的流速,可改變其極限擴(kuò)散電流 密度。如:提

10、高流速,id增大,雜質(zhì)共析增加,電流 效率降低。 3、金屬的電結(jié)晶 v電鍍:對電結(jié)晶的表面狀態(tài)及表面質(zhì)量、電結(jié)晶沉電鍍:對電結(jié)晶的表面狀態(tài)及表面質(zhì)量、電結(jié)晶沉 積層與基體的結(jié)合力要求嚴(yán)格。積層與基體的結(jié)合力要求嚴(yán)格。 v化學(xué)電源:金屬負(fù)極的充電屬于電沉積及電結(jié)晶過化學(xué)電源:金屬負(fù)極的充電屬于電沉積及電結(jié)晶過 程,為了使活性物質(zhì)在充放電過程中反復(fù)有效地利程,為了使活性物質(zhì)在充放電過程中反復(fù)有效地利 用,則要求過程具有良好的可逆性。用,則要求過程具有良好的可逆性。 v電解提取和電解精煉金屬:對電結(jié)晶表面狀態(tài)的要電解提取和電解精煉金屬:對電結(jié)晶表面狀態(tài)的要 求不及電鍍高,但由于沉積量大、時間長,電流

11、效求不及電鍍高,但由于沉積量大、時間長,電流效 率和能耗成為過程的主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo),同時也要率和能耗成為過程的主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo),同時也要 求電結(jié)晶平整致密,不產(chǎn)生枝晶和海綿狀沉積物。求電結(jié)晶平整致密,不產(chǎn)生枝晶和海綿狀沉積物。 二、陽極過程二、陽極過程 1、不溶性陽極的陽極過程、不溶性陽極的陽極過程 電解液:硫酸鹽電解液。 陽極:鉛及其合金。 陽極過程:析氧反應(yīng)。 鉛的活化溶解: 2、可溶性陽極的陽極過程、可溶性陽極的陽極過程 v金屬的陽極過程:正常的活化溶解、鈍化。 v可溶性陽極的陽極溶解:活化溶解,選擇性溶解。 v發(fā)生選擇性溶解的原因:由于待精煉的金屬和各種雜 質(zhì)的電化學(xué)性質(zhì)不同,因而在陽

12、極過程中溶解的先后 順序和數(shù)量都不相同,即不能均勻地溶解。 v陽極各組分選擇性溶解取決于以下因素: (1)各組分的電化學(xué)性質(zhì) (2)陽極材料的組織與結(jié)構(gòu) (3)多價態(tài)金屬的陽極溶解 生成的硫酸鉛難溶,覆蓋在電極表面使電流減小, 電極電位繼續(xù)增高,進(jìn)而發(fā)生新的電化學(xué)或化學(xué)反應(yīng), 使電極表面層進(jìn)一步變化: 鉛電極表面逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)镻bO2,實(shí)際析氧反應(yīng)是在 PbO2表面進(jìn)行的。生成的PbO2膜是多孔的,可能脫落, 為了提高其穩(wěn)定性,常加入一些合金元素。 或 (1)各組分的電化學(xué)性質(zhì) 包括熱力學(xué)性質(zhì)(標(biāo)準(zhǔn)電極電位和含量)和動力學(xué) 性質(zhì)(交換電流密度、反應(yīng)速度常數(shù)、傳質(zhì)系數(shù))。 電解精煉的原理電解精煉的原

13、理:在理想情況下,即接近可逆的條件下, 電位比待精煉金屬更正的雜質(zhì)將不溶解,而留在陽極泥 中;電位比待精煉金屬更負(fù)的雜質(zhì)將發(fā)生陽極溶解,進(jìn) 入電解液,但是卻不能在陰極析出,而留在電解液中, 從而實(shí)現(xiàn)分離雜質(zhì),提純金屬的目的。 條件條件:金屬溶解的可逆性較高,且待精煉金屬與雜質(zhì)的 標(biāo)準(zhǔn)電極電位相差較大。 (2)陽極材料的組織與結(jié)構(gòu))陽極材料的組織與結(jié)構(gòu) 在陽極中的待沉積金屬及各種雜質(zhì)的性質(zhì)和其單 獨(dú)存在時的性質(zhì)并不完全相同,而與它們形成的聚集 態(tài)的組織結(jié)構(gòu)有關(guān)。 機(jī)械混合物機(jī)械混合物:當(dāng)雜質(zhì)的電極電位較負(fù)時,它將首先 溶解,進(jìn)入電解液,電極表面余下電位較正的待精煉 金屬,升高電極電位,直到這種金

14、屬發(fā)生溶解。當(dāng)雜 質(zhì)的電極電位較正時,待精煉金屬將發(fā)生溶解。 (3)多價態(tài)金屬的陽極溶解)多價態(tài)金屬的陽極溶解 具有多種價態(tài)的金屬陽極極化時可能以較低價態(tài)溶解 有的文獻(xiàn)列舉Be、Mg、A1陽極溶解時發(fā)現(xiàn)析氫現(xiàn)象, 認(rèn)為由于陽極溶解生成的低價離子具有很強(qiáng)的還原能力, 可與水分子發(fā)生均相次級反應(yīng)釋出H2。 金屬的非電化學(xué)溶解,如化學(xué)溶解、機(jī)械剝落也金屬的非電化學(xué)溶解,如化學(xué)溶解、機(jī)械剝落也 可導(dǎo)致電流效率大于可導(dǎo)致電流效率大于100100。 由于各種原因作用,導(dǎo)致高價態(tài)金屬陽極溶解表現(xiàn)由于各種原因作用,導(dǎo)致高價態(tài)金屬陽極溶解表現(xiàn) 出的表觀化合價。出的表觀化合價。 固溶體:具有本身特定的電極電位,數(shù)

15、值介于兩組 分的電極電位之間,并偏向含量較高的組分的電極 電位。 3、硫化物陽極的陽極溶解 (1) (2) (3)在硫化物陽極上發(fā)生析氧及析氯反應(yīng),將增大能耗 三、在電解提取和電解精煉時的傳質(zhì)過程 1 1、電解精煉時的傳質(zhì)過程、電解精煉時的傳質(zhì)過程 金屬電解精煉時,金屬離子由陽極表面溶解進(jìn)金屬電解精煉時,金屬離子由陽極表面溶解進(jìn) 入電解液,最后到達(dá)陰極表面發(fā)生電化學(xué)還原反應(yīng),入電解液,最后到達(dá)陰極表面發(fā)生電化學(xué)還原反應(yīng), 一般傳質(zhì)過程是由擴(kuò)散和自然對流共同完成的。一般傳質(zhì)過程是由擴(kuò)散和自然對流共同完成的。 v擴(kuò)散:電極表面液層和體相的濃度差所致。陽極表擴(kuò)散:電極表面液層和體相的濃度差所致。陽極

16、表 面附近,金屬離子的濃度高于體相;陰極表面附近,面附近,金屬離子的濃度高于體相;陰極表面附近, 金屬離子的濃度低于體相。金屬離子的濃度低于體相。 v對流:由密度差導(dǎo)致。自然對流的方向在陽極附近由對流:由密度差導(dǎo)致。自然對流的方向在陽極附近由 上向下,在陰極附近右下向上。上向下,在陰極附近右下向上。 v影響自然對流的因素:電流密度和電解液濃度。影響自然對流的因素:電流密度和電解液濃度。 當(dāng)電流密度較低,電解液濃度不高時,密度梯度小,當(dāng)電流密度較低,電解液濃度不高時,密度梯度小, 自然對流的速度也低,僅能形成層流;在電解精煉時,自然對流的速度也低,僅能形成層流;在電解精煉時, 由于密度梯度很大,

17、有的文獻(xiàn)認(rèn)為可達(dá)到湍流狀態(tài)。由于密度梯度很大,有的文獻(xiàn)認(rèn)為可達(dá)到湍流狀態(tài)。 如:銅電解精煉新鮮電解液在電極表面由上而下的運(yùn)動,如:銅電解精煉新鮮電解液在電極表面由上而下的運(yùn)動, 而已消耗的電解液則向體相上部運(yùn)動,有的文獻(xiàn)認(rèn)為而已消耗的電解液則向體相上部運(yùn)動,有的文獻(xiàn)認(rèn)為 可達(dá)到湍流狀態(tài),并已為示蹤原子技術(shù)證實(shí)。可達(dá)到湍流狀態(tài),并已為示蹤原子技術(shù)證實(shí)。 電解精煉槽中的自然對流與濃度分布 2、電解提取槽中的傳質(zhì)過程 金屬電解提取時,由于采用不溶性陽極,陽極過金屬電解提取時,由于采用不溶性陽極,陽極過 程主要為析氣電極反應(yīng),從而加強(qiáng)了溶液的自然對程主要為析氣電極反應(yīng),從而加強(qiáng)了溶液的自然對 流,因?yàn)?/p>

18、電解槽中一般無隔膜,陽極析氣也可加強(qiáng)流,因?yàn)殡娊獠壑幸话銦o隔膜,陽極析氣也可加強(qiáng) 陰極的傳質(zhì)。當(dāng)電流密度增大后,對流速度增加,陰極的傳質(zhì)。當(dāng)電流密度增大后,對流速度增加, 擴(kuò)散層將變薄。擴(kuò)散層將變薄。 陰極析氫更能加強(qiáng)自然對流,使擴(kuò)散層厚度減小,陰極析氫更能加強(qiáng)自然對流,使擴(kuò)散層厚度減小, 電解槽在更高電流密度下工作,獲得較致密的沉積電解槽在更高電流密度下工作,獲得較致密的沉積 物。物。 金屬精煉時,陽極附近自然對流的方向是由上金屬精煉時,陽極附近自然對流的方向是由上 而下,但由于陽極表面常常形成陽極泥,將使自然而下,但由于陽極表面常常形成陽極泥,將使自然 對流減弱,而且無法深及陽極泥層中,因

19、此陽極泥對流減弱,而且無法深及陽極泥層中,因此陽極泥 層中基本為擴(kuò)散傳質(zhì),這將導(dǎo)致傳質(zhì)速度降低。層中基本為擴(kuò)散傳質(zhì),這將導(dǎo)致傳質(zhì)速度降低。 如果陽極電流密度增大到所溶解的金屬離子來如果陽極電流密度增大到所溶解的金屬離子來 不及向體相遷移時,其濃度增大,如達(dá)到過飽和狀不及向體相遷移時,其濃度增大,如達(dá)到過飽和狀 態(tài)將結(jié)晶出來,發(fā)生生產(chǎn)中所說的態(tài)將結(jié)晶出來,發(fā)生生產(chǎn)中所說的陽極鈍化陽極鈍化。 為了防止這一現(xiàn)象,應(yīng)適當(dāng)降低電流密度和電解液為了防止這一現(xiàn)象,應(yīng)適當(dāng)降低電流密度和電解液 濃度,同時可適當(dāng)提高溫度。濃度,同時可適當(dāng)提高溫度。 第三節(jié)第三節(jié) 金屬電解提取與精煉的工程原理金屬電解提取與精煉的工

20、程原理 電解冶金的特點(diǎn):電解冶金的特點(diǎn): (1 1)“二維的二維的”冶金方法。與電極面積相比,沉積層的冶金方法。與電極面積相比,沉積層的 厚度可忽略。厚度可忽略。 如:日產(chǎn)如:日產(chǎn)500500噸銅的精煉銅廠,需要噸銅的精煉銅廠,需要2 2105m2的總電極的總電極 面積,由懸掛于面積,由懸掛于1500個電解槽中的個電解槽中的50000塊陽極和塊陽極和 50000塊陰極提供,車間占地面積塊陰極提供,車間占地面積6000m2。 (2 2)傳質(zhì)速度緩慢。傳質(zhì)過程基本由自然對流實(shí)現(xiàn),強(qiáng))傳質(zhì)速度緩慢。傳質(zhì)過程基本由自然對流實(shí)現(xiàn),強(qiáng) 質(zhì)對流作用不大。質(zhì)對流作用不大。 金屬電解提取與精煉的工程原理金屬電解

21、提取與精煉的工程原理 電解提取精煉必需解決的問題:電解提取精煉必需解決的問題: (1 1)連續(xù)地提供新的電解液和排出舊的電解液。)連續(xù)地提供新的電解液和排出舊的電解液。 (2 2)周期性地更換陰極。)周期性地更換陰極。 (3 3)對于電解精煉,周期性提供可溶性陽極,取出殘)對于電解精煉,周期性提供可溶性陽極,取出殘 極,處理陽極泥。極,處理陽極泥。 一、電極一、電極 v陰極:陰極:可反復(fù)使用的始極片、一次性使用的種板。 始極片:始極片:當(dāng)金屬沉積到一定厚度(如23mm)后,即將沉 積層剝離,而始極片則可再次使用。 電解提取鋅:電解提取鋅:純鋁; 鈷:鈷:不銹鋼; 種板:種板:當(dāng)金屬在其上沉積到

22、一定厚度后即取出熔煉。 v為了防止電流分布不均勻性產(chǎn)生的邊緣效應(yīng),導(dǎo)致枝 晶的生長,陰極的尺寸應(yīng)大于陽極尺寸。 v電解精煉時采用粗金屬鑄成的可溶性陽極。寬: 80100cm,長:90110cm。 典型陽極壽命周期典型陽極壽命周期 u陽極:陽極: 不溶性陽極應(yīng)根據(jù)電解液及電解條件選擇。要求穩(wěn)定、耐蝕、 可長期使用,并對于陽極過程有良好的電催化活性,以降低槽 壓和過電位。 電解提取時的不溶性陽極:電解提取時的不溶性陽極: 硫酸鹽介質(zhì):鉛及其合金; 堿性介質(zhì):鐵及其合金陽極; 氯化物介質(zhì):石墨陽極、DSA電極。 當(dāng)殘極率為1520時需更換。殘陽極出槽后除去表面 的陽極泥,可熔化再鑄成陽極使用。 殘極

23、率殘極率:電解周期結(jié)束時,剩余的殘陽極與入槽陽極的質(zhì)量百 分比。 二、電解液二、電解液 v酸性電解液:含游離硫酸的硫酸鹽溶液。穩(wěn)定、腐酸性電解液:含游離硫酸的硫酸鹽溶液。穩(wěn)定、腐 蝕性低,陽極反應(yīng)析出的氧無毒且無腐蝕性,電解蝕性低,陽極反應(yīng)析出的氧無毒且無腐蝕性,電解 槽可不密封,結(jié)構(gòu)簡單,制造及操作方便。槽可不密封,結(jié)構(gòu)簡單,制造及操作方便。 v氯化物電解液:電導(dǎo)率雖較高,但腐蝕性強(qiáng),陽極氯化物電解液:電導(dǎo)率雖較高,但腐蝕性強(qiáng),陽極 反應(yīng)析出有毒及強(qiáng)腐蝕性氯,電解槽要密封,制造反應(yīng)析出有毒及強(qiáng)腐蝕性氯,電解槽要密封,制造 復(fù)雜,使用也不方便,很少采用。復(fù)雜,使用也不方便,很少采用。 為了改善

24、陰極沉積物的電結(jié)晶結(jié)構(gòu),使之較為均為了改善陰極沉積物的電結(jié)晶結(jié)構(gòu),使之較為均 勻致密,在電解液中還常加入一些添加劑,包括各勻致密,在電解液中還常加入一些添加劑,包括各 種膠、水玻璃及有機(jī)物。種膠、水玻璃及有機(jī)物。 三、工藝參數(shù)三、工藝參數(shù) 電解提取與精煉中需要控制的工藝參數(shù):電解提取與精煉中需要控制的工藝參數(shù): 電流密度、電解時間電流密度、電解時間( (金屬沉積的厚度金屬沉積的厚度) )、電解溫度及、電解溫度及 電解液的流速、濃度等。電解液的流速、濃度等。 (1 1)電流密度:)電流密度: 提高電流密度可使生產(chǎn)強(qiáng)度提高,但同時使槽提高電流密度可使生產(chǎn)強(qiáng)度提高,但同時使槽 壓升高,能耗增大,應(yīng)選

25、取經(jīng)濟(jì)電流密度。壓升高,能耗增大,應(yīng)選取經(jīng)濟(jì)電流密度。 電流密度過高可能出現(xiàn)枝晶和海綿狀沉積物,電流密度過高可能出現(xiàn)枝晶和海綿狀沉積物, 電流密度過低則可能使電結(jié)晶粗大。電流密度過低則可能使電結(jié)晶粗大。 (2 2)電解時間)電解時間 電解冶金時,電解時間應(yīng)仔細(xì)選擇。電解冶金時,電解時間應(yīng)仔細(xì)選擇。 電解時間過短,金屬沉積物厚度小,電流效率較電解時間過短,金屬沉積物厚度小,電流效率較 高,但沉積層不易剝離,而且使得消耗于單位產(chǎn)量高,但沉積層不易剝離,而且使得消耗于單位產(chǎn)量 的勞動量增大;電解時間增長,金屬沉積物厚度增的勞動量增大;電解時間增長,金屬沉積物厚度增 加,較易剝離,但金屬的化學(xué)溶解量及

26、析氫反應(yīng)可加,較易剝離,但金屬的化學(xué)溶解量及析氫反應(yīng)可 能增加,使得電流效率降低。能增加,使得電流效率降低。 如:鋅電解提取時,陰極在電解如:鋅電解提取時,陰極在電解242448h48h后取出剝鋅后取出剝鋅 銅電解提取時,陰極在電解銅電解提取時,陰極在電解4 46d6d后取出后取出 (3)電解溫度)電解溫度 提高電解溫度使電解液的電導(dǎo)率提高,電極反應(yīng)提高電解溫度使電解液的電導(dǎo)率提高,電極反應(yīng) 的過電位降低,有利于降低槽壓和能耗;但是溫度升的過電位降低,有利于降低槽壓和能耗;但是溫度升 高也使電解液的腐蝕性增大,并加速沉積金屬的化學(xué)高也使電解液的腐蝕性增大,并加速沉積金屬的化學(xué) 溶解,使電流效率

27、下降。溶解,使電流效率下降。 (4)電解液的流速、濃度)電解液的流速、濃度 在電解提取時,為了使電極反應(yīng)在恒定的電流密度在電解提取時,為了使電極反應(yīng)在恒定的電流密度 及槽壓下進(jìn)行,應(yīng)通過連續(xù)地加入新電解液,補(bǔ)充消及槽壓下進(jìn)行,應(yīng)通過連續(xù)地加入新電解液,補(bǔ)充消 耗的金屬離子及其它組分耗的金屬離子及其它組分(如添加劑如添加劑),使電解液的組成,使電解液的組成 及濃度趨于穩(wěn)定和均勻。并通過控制電量來調(diào)節(jié)電解及濃度趨于穩(wěn)定和均勻。并通過控制電量來調(diào)節(jié)電解 液的流量。液的流量。 四、技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)四、技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo) 槽壓、電流效率、直流電耗。槽壓、電流效率、直流電耗。 五、電解冶金的工藝設(shè)備五、電解冶金的工

28、藝設(shè)備 電解槽 直流電源 電解液系統(tǒng) 金屬剝離機(jī)械 電解槽材質(zhì):鋼筋混凝土;內(nèi)襯:鉛皮,聚氯乙烯板電解槽材質(zhì):鋼筋混凝土;內(nèi)襯:鉛皮,聚氯乙烯板 槽寬:槽寬:0.21.2m 槽深:槽深: 1.01.5m 槽長:槽長:35m 陽極和陰極交替懸掛,不設(shè)隔膜。同極距陽極和陰極交替懸掛,不設(shè)隔膜。同極距 鋅電解提?。轰\電解提?。?06070mm70mm;銅電解精煉:;銅電解精煉: 808090mm90mm。陽極數(shù):。陽極數(shù):20205050塊。塊。 電解冶金的工藝設(shè)備電解冶金的工藝設(shè)備 u供電方式:一個電解槽內(nèi)并聯(lián)供電,各個電解槽之供電方式:一個電解槽內(nèi)并聯(lián)供電,各個電解槽之 間串聯(lián)供電。間串聯(lián)供電。

29、 u供液方式:單槽供液,多槽串聯(lián)供液。供液方式:單槽供液,多槽串聯(lián)供液。 u熱交換器的使用:熱交換器的使用: 鋅電解提?。簭?qiáng)制通風(fēng)冷卻塔或真空蒸發(fā)冷凍機(jī)對電鋅電解提?。簭?qiáng)制通風(fēng)冷卻塔或真空蒸發(fā)冷凍機(jī)對電 解液進(jìn)行集中槽外冷卻,使溫度保持在解液進(jìn)行集中槽外冷卻,使溫度保持在3538。 銅電解精煉:石墨加熱器加熱,使電解液保持在銅電解精煉:石墨加熱器加熱,使電解液保持在55 65。 第四節(jié)第四節(jié) 鋅的電解提取鋅的電解提取 一、引言一、引言 鋅是應(yīng)用最廣泛的有色金屬之一,世界鋅產(chǎn)量中鋅是應(yīng)用最廣泛的有色金屬之一,世界鋅產(chǎn)量中7070 以上是通過電解提取法在陰極沉積獲得鋅。鋅不僅以上是通過電解提取法在

30、陰極沉積獲得鋅。鋅不僅 主要以電化學(xué)方法生產(chǎn),主要用途也是電化學(xué)工程。主要以電化學(xué)方法生產(chǎn),主要用途也是電化學(xué)工程。 自然界中的鋅大多以閃鋅礦形式存在自然界中的鋅大多以閃鋅礦形式存在( (ZnS) ),且往,且往 往與其它元素共生。往與其它元素共生。 作為煉鋅主要原料的硫化鋅精礦,主要含有鋅、鐵作為煉鋅主要原料的硫化鋅精礦,主要含有鋅、鐵 和硫,三者含量達(dá)和硫,三者含量達(dá)90909595,其中硫約,其中硫約3030、鋅約、鋅約 40406060、鐵為、鐵為2 21212。 u焙燒:液態(tài)化焙燒爐中進(jìn)焙燒:液態(tài)化焙燒爐中進(jìn) 行,溫度:行,溫度:850900。 u焙燒礦:可溶鋅占全鋅量焙燒礦:可溶鋅

31、占全鋅量 的的9090。 u按作業(yè)終點(diǎn)控制的酸度:按作業(yè)終點(diǎn)控制的酸度: 中性浸出、酸性浸出。中性浸出、酸性浸出。 u可采用電化學(xué)置換法去除可采用電化學(xué)置換法去除 雜質(zhì)離子。雜質(zhì)離子。 濕法煉鋅的傳統(tǒng)流程濕法煉鋅的傳統(tǒng)流程 二、鋅電解提取的電極過程二、鋅電解提取的電極過程 鋅電解提取的電化學(xué)體系:鋅電解提取的電化學(xué)體系: u陽極陽極:采用不溶性陽極,Pb-Ag合金 u陰極陰極:純鋁 u電解液電解液:含H2SO4的ZnSO4 總反應(yīng)總反應(yīng): 1、陽極過程、陽極過程 主反應(yīng)主反應(yīng): 副反應(yīng)副反應(yīng): 如果陽極表面的如果陽極表面的PbO2存在孔隙或發(fā)生脫落,鉛陽極存在孔隙或發(fā)生脫落,鉛陽極 基體與基體與H2SO4接觸后再度生成接觸后再度生成PbSO4,可微溶于電解液,可微溶于電解液, 在電解液中可能使在電解液中可能使Pb2 含量達(dá)到 含量達(dá)到510g/L,如在陰極析,如在陰極析 出,將使鋅的純度降低。出,將使鋅的純度降低。

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