化學冶金法制備材料技術(shù)(編輯修改稿)
2025-01-16 08:17 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 素 、 稀散金屬 、 高熔點金屬的分離和提取的主要手段； 在賤金屬冶煉中也獲得大規(guī)模的工業(yè)應用 。 ? 離子交換法： ? 離子交換包括吸著和淋洗兩個步驟 。 將有價金屬的溶液通過樹脂床 ， 需回收的金屬離子便離開水相進入樹脂相的過程稱為吸著 。用少量適當?shù)娜芤簩⑷拷饘匐x子從樹脂上冼脫的過程稱淋洗 。 離子交換操作完成后 ，可得到純金屬離子的富集液 ， 樹脂經(jīng)洗滌再生后重新使用 。 當一定體積的溶液與一定重量的樹脂接觸平衡后 ， 金屬離子被樹脂吸收的程度可用分配系數(shù) D表示 ? ? D愈大，樹脂對該金屬離子的親和力就越大。 度金屬離子在水相中的濃度金屬離子在樹脂中的濃?D ? 離子交換劑是帶正電或負電的格構(gòu)或矩陣 ， 它被反號電荷離子 ， 即所謂平衡離子所補償 。 平衡離子在格構(gòu)內(nèi)自由移動 ， 并可被其他同號離子所取代 。 而固定離子是不活動的 。 當格構(gòu)或矩陣帶正電離子時 ， 平衡離子可與陰離子交換 ，稱之為陰離子交換劑 。 同理 ， 平衡離子與陽離子交換稱之為陽離子交換劑 。 苯乙烯型強酸性陽離子交換樹脂結(jié)構(gòu)圖 高分子部分是聚苯乙烯， 交聯(lián)劑是二乙烯笨，功能團為 SO3H， 交換離子為 H。 苯乙烯型強酸性陽離子交換樹脂 網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)示意圖 交換柱內(nèi)離子吸附過程示意圖 離子交換裝置示意圖 ? 離子交換劑材料可分為無機交換劑和有機交換劑兩大類 ， 每一類都包括天然和人工合成兩種 。 離子交換劑的性能如交換容量 、 選擇性 、 溶漲性等嚴重影響離子交換過程 。 此外 ， 離子化基團的電離與締合 、 水相中金屬離子及配合劑的種類和濃度 、 樹脂淋洗與再生狀況及樹脂中毒與否 、 交換體系的溫度等亦是影響交換過程的重要因素 。 ? 離子交換法常用于制取高純金屬化合物及分離性質(zhì)相似的金屬 ，如鈮和鉭 、 稀土元素 、 鋯與鉿 、 鈷與鎳以及貴金屬 、 稀散金屬等 。 通過采用選擇吸著 、 選擇淋洗及色層淋洗等方法達到分離提純的目的 。 ? ? 結(jié)晶： ? 是指改變?nèi)芤旱奈锢砘瘜W條件 ， 使溶質(zhì)過飽和而析出晶體的過程 。 結(jié)晶作為一種分離提純的方法在材料制備中廣泛應用 。 有時為深度凈化化工產(chǎn)品或金屬材料的中間產(chǎn)品 ， 往往利用目的產(chǎn)物和雜質(zhì)在溶液中的溶解度之差 ， 進行重結(jié)晶的操作 ， 從而達到提純的目的 。 如在濕法鎢冶金過程中 ， 為得到高品質(zhì)的仲鎢酸銨 ，用蒸發(fā)法除去溶液中的游離氨 ， 使 pH降低至 7左右 ， 從而使仲鎢酸銨成結(jié)晶析出 。 而 Mo、 P、 As等雜質(zhì)則大部分仍留在溶液中難以除去 。 ? 溶液中的結(jié)晶過程是一個溶解和析出的動態(tài)過程 ， 溶質(zhì)的溶解和結(jié)晶的關(guān)系 ， 和飽和蒸氣的凝聚過程極其相似 ，因而其過程遵循開爾文 (Kelvin)公式 ，即 ? ? ? 式中 ， C是粒度為 r的微細顆粒的溶解度；C0為大顆粒的溶解度； 分別為物質(zhì)的表面張力 、 密度和摩爾質(zhì)量 。 )/(2)/l n ( RTrMCC ????M、 ?? ? 從公式中可知 ， 隨著顆粒半徑的減小 ， 則溶解度增加 ， 考慮到溶質(zhì)從其飽和溶液中結(jié)晶時 ， 在沒有外來晶粒存在的條件下 ， 有一個自動的晶核形成過程 。因此 ， 在工業(yè)生產(chǎn)中 ， 為使結(jié)晶過程能順利進行 ， 溶液中的實際濃度 C應大于溶解度 C0， 即應在一個過飽和體系中進行 。常用過飽和度來表征一種溶液的過飽和狀態(tài) 。 ? 過飽和度分為絕對過飽和相對過飽和度，溶液的絕對過飽和度 (α) 為溶液中溶質(zhì)的濃度與其溶解度之差 ,即 。相對過飽和度 (γ) 為絕對過飽和度與溶解度比， 。而在實際應用中常把 C／ C。 稱為過飽和率(β) ， 因此有 。 ? 對應自動成核的過飽和率稱臨界過飽和率，以 表示。 ?? C/)CC(???CC???/C1 ??? ???0? ? 在一個過飽和率 的溶液體系中 ， 結(jié)晶過程為 : ? 在晶核形成階段 ， 晶核形成速度與濃度的關(guān)系為 ? ? 式中 k為常數(shù) ， 與溫度和結(jié)晶產(chǎn)物的性質(zhì)有關(guān) 。 ? 而 n為一個大于 1的指數(shù)，因物質(zhì)不同而不同。從上式可得出影響成核速率的兩個因素分別為溶質(zhì)濃度及溫度。而且他們影響著整個結(jié)晶過程。 0?? ?多晶集合體結(jié)晶型形成晶核離子態(tài) 聚集定向形成晶核形成 ?? ????? ????? ??)1(DdN ?? nkC n? ? 沉淀 : ? 在單組分或多組分離子溶液的沉淀過程中 ， 一般要加入沉淀劑或改變?nèi)芤褐须x子對的氧化還原電位使其中的某些組分形成難溶化合物或單質(zhì)析出 。根據(jù)沉淀過程中金屬離子化合價的變化情況而可為等價沉淀 、 氧化沉淀和還原沉淀三大類 ， 其中還原沉淀包括化學還原沉淀及電化學還原沉淀兩種 。 ? 等價沉淀是指在沉淀過程中 ， 金屬離子的化合價并不發(fā)生改變 。 等價沉淀的原理是難溶物質(zhì)的溶度積原理即對于難溶物質(zhì)在水中的溶解達到平衡后 ，陰陽離子濃度積在一定溫度下為一常數(shù) ? nmmn AM ][][Ksp??? ? 當溶液中的離子積大于 Ksp時 ， 則溶液狀態(tài)處于一種過飽和狀態(tài) ， 此時溶液中將析出固體沉淀直至溶液中的 ? 為止 。 通常的水解沉淀 、 硫化物沉淀及弱酸沉淀法均為等價沉淀 ， 如在 pH時 ， 沉淀為 Fe(OH)3或 FeOOH， 后者是制取磁性材料的好原料 。 再如 SbCl3溶液水解成氯氧化銻 ， 然后制成高純氧化銻 。 spnmmn KAM ??? ][][ ? ? 氧化沉淀過程中金屬離子的價數(shù)增加 ， 例如 Mn2+離子液的氧化沉淀 ? ? 該反應是制備磁性材料用的四氧化三錳的基礎(chǔ) 。 ? 還原沉淀中涉及了金屬離子的還原過程 ， 包括電沉積法和化學還原沉積 ，化學還原沉積又分為置換沉淀 、 氣體還
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