第三章化学提纯03.
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1、3-1 湿法化学提纯3-2 高温焙烧内容 浸出即选择性地溶解矿物原料中某组分的工艺过程，即选择适当的溶剂使原料目的组分进入溶液；3.1湿法化学提纯 3.1.1.1化学浸出浸出热力学1、反应类型：氧化-还原反应有氢无氢非氧化-还原反应有氢无氢3.1.1 基础理论2、反应条件：RTnFRT 氧化还原反应 有氢：aA+mH+ne=bB+cH2O 平衡电极电位 =o - LnQ o-标态下的电极电位； R-气体常数（8.31焦度-1摩尔-1）； Q-非标下的活化商； n-参加反应的电子数； F-法拉第常数（96500库伦摩尔-1）；nFRT 得 =o+ (algaA mpH - blgaB) 无氢：a
2、A+ne=Bb 得 =o+ (algaA - blgaB)0.0591n0.0591n 非氧化还原 有氢: aA+mH+=bB+cH2O pH= lgk - (blgaB algaA) 无氢：lg k=blgaB algaA1mm1n0.0591n 得 =o+ (algaA mpH - blgaB) 无氢：aA+ne=bB 得 =o+ (algaA - blgaB)0.0591n3、电位-pH图： 说明反应进行的条件； 步骤（绘图）、确定体系中可能发生的反应及其方程式；、由热力学数据计算反应GTo,求K或To;、列出T与PH的关系；、根据T-PH关系，在指定活度和压力条 件下，计算T和PH值；
3、 举例： 氧化-还原反应： Fe2+2e=Fe =o+ (lgaFe2+ - lgaFe) nFo=-Go=-84935 Jmol-1 o= -0-(-849351)=-0.441 aFe=1,n=2; =-0.441+0.0295lgaFe2+0.0591-GonnF注意：还原电位左为氧化态;右为还原态；-GonF 举例： 氧化-还原反应： Fe2+2e=Fe =o+ (lgaFe2+ - lgaFe) nFo=-Go=-84935 Jmol-1 o= -0-(-849351)=-0.441 aFe=1,n=2; =-0.441+0.0295lgaFe2+-GonF Fe3+e=Fe2+ o
4、=0.771+0.0591lg MnO2+4H+2e=Mn2+2H2O =1.23-0.118pH+0.0295lg 计算pH3.89aFe2+aFe3+1Mn2+浸出动力学1、反应过程及类型： 三个步骤：一、外部传质；外扩散； 二、内扩散； 三、吸附与化学反应； 类型：颗粒体积收缩； 大小不变；2 反应速度（率）C3C2C1 体积收缩 a、液体滞留膜扩散控制： - =4rc2kgCAb - = - t/tf=1-(1-XB)2/3 tf-完全反应时间；dGAdtdGAdt1bdG BdtC3C2C1b、化学反应控制： - =kAC Ab - = - t/tf=1-(1-XB)dGAdtdGA
5、dt1bdtdG B31c、混合控制：t/tf=1-(1-XB) + o21-(1-XB ) 3132体积不变： a、液体滞留膜扩散控制： - =4rc2kgCAs - = - t/tf= XBdGAdtdGAdt1bdG BdtC1C2=C3 b、固相残留层内的扩散： - =4rc2De - = - t/tf=1-3(1-XB)2/3+2(1-XB)dGAdtdGAdt1bdG BdtdCAdtC1=C2C3 c、化学反应： - =4rc2kCAb - = - t/tf= 1-(1-XB)dGAdtdGAdt1bdG Bdt31C1=C2=C3d、混合控制 化学反应；内扩散；化、内扩、外扩；
6、3.1.1.2离子交换1、离子交换过程：两个阶段吸附：含金属离子的水溶液通过离 子交换树脂，离子转入树脂 相，达饱和时，停止供液；解吸：向树脂内注入溶液，使树脂 上的离子进入溶液，树脂再 生；2、离子交换过程理论：（1）、隔膜学说： 隔膜 最大功变化为0 XCl(C1+X)Na=(C2-X)Cl (C2-X）Na Na+1Cl-1=Na+2Cl-2 对于CaCl2: Ca2+1 Ca2+ Cl-12=Ca2+2Cl-22 =Na+1Ca2+2Ca2+1Na+2RNaC1NaClC2 价态对交换有影响； 溶液体积与电解质浓度有影响； 树脂内固定浓度有影响；交换的影响因素：（2） 多相化学反应学说
7、： 3R2Ca+2Fe3+=2R3Fe+3Ca2+ k=R3Fe2Ca2+3/Fe3+2R2Ca3（3） 渗透压力学说：3 、离子交换剂： 天然和合成两类，多用合成树脂； 树脂包括：一个碳氢基因R和一个借以进行离子交换的反应组；（1） 分类： 阳离子交换树脂 含有酸反应组，分为弱酸性的（含COOH反应组）和强酸性的（含SO3H组）； 阴离子交换树脂 含有碱反应组，分为弱碱性的（含二胺或三胺R2NH-或R3NH-)。和强碱性的（含四胺R4NH-);（2） 树脂容量： 强酸、强碱树脂容量大，弱酸、碱小，并受下列因素影响： 外围溶液pH值，pH低，弱酸不离解，pH值则离解，弱酸树脂在碱性溶液中交换；
8、 外围溶液浓度，浓度，交换量增加，通过外围离子浓度来减小H+的亲合力；（3）吸附的选择性高价离子优先吸附；等价离子，半径小的容易吸附，碱金属 离子顺序：Li+Na+K+Al3+Ca2+Mg2+K+H+;4、工艺过程（1）树脂的预处理 含一定杂质；水中泡24小时充分膨胀水漂洗褪色； 水溶性杂质及灰尘；95%，乙醇泡24h洗去醇溶液杂质；阴离子： NaOH水HCl顺序处理，洗至pH=34; 阳离子： HCl水NaOH顺序处理，洗至pH=910;（2） 作业条件： 吸附（交换） 交换柱：固液分离得清液，用交换柱交换； 高度：，被吸组分交换次数，树脂利用率，试验柱高：柱径（2030） 流速：交换柱截面
9、上的流速，V=Q/S线速 Q-通过交换柱液体体积m3/h; Vs=Q/V,流径单位体积树脂的原液体 积，V-树脂体积； Vs=V/h1 h1-树脂高 V，利于膜扩散，提高交换速度，产量； 强酸、强碱树脂交换速度大，流速； 弱酸、弱碱树脂交换速度小，流速； 540m3/m2h 温度：影响液体粘度、交换速度； 温度，交换速度，效率； 但不能引起树脂氧化，热破坏； 阴离子上易氧化，应60oC； 解吸（淋洗）、淋洗剂： 强酸树脂：盐酸、硫酸、前者较好； 强碱树脂：NaCl+NaOH; NH4NO3+HNO3; NaHCO3; Na2S; 弱酸树脂：HCl , H2SO4 , 铵盐 ； 弱碱树脂：Na2
10、CO3 , NaHCO3 ;、淋洗剂浓度： 浓度，效率，1-10%； 但浓度，树脂收缩脱水，冲洗时溶胀发生破裂，10%,浓度应逐级；、流速：36m3/m2h 柱内同流柱外、温度：温度，效率，应不同树脂决定；3.1.1.3有机萃取1、萃取原理：（1） 依据：以元素在两个不相溶混合的液体（溶液和有机相）之间的分配系数不同为基础；（2）分配系数：在萃取平衡时，被萃取物在有机相和水相的所有化合物总浓度之比； Kp=C有/C水 C有-被萃物在有机相中的总浓度； C水-被萃物在水相中的总浓度； 1 含有价元素的水溶液与不溶水有机相接触元素按比例分配于两相多次萃取有价元素全部（基本）转入有机相2与含药剂水相
11、接触有机相与水相分层元素转入水相；3.1.2 工艺过程1、化学浸出法分类：（1）主要试剂：浸出剂、氧化、还原剂、溶剂； 浸出剂：与欲浸物反应，生成可溶物； 氧化、还原剂：欲浸矿在原有价态下不发 生反应，须加氧化还原剂； 溶剂：溶解其它试剂和产物；（2）选择依据： 被浸物料性质；试剂对物料和设备腐蚀作用；剂量成本；浸出过程选择性；（3）分类： 根据浸出剂分：水浸： 盐类烧渣（MeSO4,MeCl2),或硫化物加压浸出： FeS2+H2O+8 O2 FeSO4+H2SO412130oC加 压 前一种被浸物可溶，物理过程；后一种与水发生化学反应；酸浸：a、常用浸出剂常用浸出剂：H2SO4、HCl、H
