第6章 粗金屬火法精煉.ppt

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1、第六章　粗金屬的火法精煉1概述2熔析精煉3萃取精煉4區(qū)域精煉5金屬的蒸餾過程6氧化精煉7硫化精煉1概述粗金屬火法精煉的目的：●得到純金屬；●得到雜質(zhì)含量在允許范圍內(nèi)的產(chǎn)品；●提取金屬中無害的、但本身具有使用價(jià)值的雜質(zhì)。步驟：①使均勻的熔融粗金屬中產(chǎn)生多相體系（如：金屬－渣，金屬－金屬，金屬－氣體）。②將上述產(chǎn)生的各兩相體系用物理方法分離。精煉的產(chǎn)物分為三類：●金屬－渣系；●金屬－金屬系；●金屬－氣體系。某些情況下，上述兩類可能同時(shí)存在。2熔析精煉2.1概念熔析：熔體在熔融狀態(tài)或緩慢冷卻過程中，使液相或固相分離。熔析精煉優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備簡(jiǎn)單，

2、精煉效率高。應(yīng)用實(shí)例：粗鉛熔析除銀、粗鋅熔析除鐵除鉛、粗錫熔析除鐵。2.2熔析精煉的步驟①在均勻的合金中產(chǎn)生多相體系（液體＋液體或液體＋固體）。產(chǎn)生多相體系可以用加熱、緩冷等方法。②相分離。2.3均勻合金中產(chǎn)生多相的方法①熔化。將粗金屬緩慢加熱到一定溫度，其中一部分熔化成液體，另一部分仍為固體，從而將金屬與雜質(zhì)分離。例如，A（純金屬）與B（雜質(zhì)）形成簡(jiǎn)單共晶體系，其共晶成分為a。將粗金屬b加熱到共晶溫度T時(shí)，出現(xiàn)共晶成分的液相，而雜質(zhì)B留在固相內(nèi)。因此，經(jīng)過熔析處理，粗金屬A內(nèi)雜質(zhì)B的組成由b%降到a%。②結(jié)晶。將粗金屬緩慢冷卻到一定

3、溫度，熔體中某成分由于溶解度減小，而成固相析出，其余熔體仍保持在液態(tài)，從而將金屬與雜質(zhì)分離。也有這種情況，在冷卻粗金屬熔體時(shí)，并不出現(xiàn)固體，而是出現(xiàn)另一獨(dú)立的液相，與原來的熔體分層。2.4粗金屬熔析精煉的基礎(chǔ)狀態(tài)圖。例題：鉛精煉的撇渣法除銅。如圖所示，體系有一個(gè)低熔點(diǎn)共晶，含99％以上的Pb以液態(tài)與固體純Cu相平衡。富Cu渣浮于Pb水表面被除去。3萃取精煉3.1概念萃取精煉：在一定溫度下，在熔融粗金屬中加入附加物，附加物與粗金屬內(nèi)雜質(zhì)生成不溶解于熔體的化合物而析出，從而達(dá)到精煉的目的。3.2例題鉛水加鋅除銀的帕克斯法。一無Zn粗Pb水

4、，每噸含7.775Kg的Ag，在773K時(shí)加Zn除Ag。假設(shè)其反應(yīng)產(chǎn)物是純Ag2Zn3，計(jì)算除去98％的Ag，每噸粗Pb所需添加的Zn量？以1噸粗Pb為計(jì)算基礎(chǔ)。初始組成：KmolKmol除去98％的銀，則最終殘存于精煉鉛中的銀為：Kmol殘存銀的摩爾分?jǐn)?shù)是：熔體中Zn的平衡摩爾分?jǐn)?shù)為：殘留Zn量近似為：Kg與Ag發(fā)生反應(yīng)的Zn量為：Kg消耗的總Zn量為：Kg實(shí)際生產(chǎn)中，由于達(dá)不到平衡以及銀鋅化合物活度由于渣殼中鉛的存在而小于1，鋅的需要量大于上述計(jì)算值。4區(qū)域精煉●原理：基于雜質(zhì)在固相和液相間的不等量分配實(shí)現(xiàn)的?！裼猛荆焊呒儭⒊呒?/p>

5、金屬的提煉?！裱b置舉例：用一個(gè)可移動(dòng)加熱器（如感應(yīng)加熱線圈）使含有雜質(zhì)的金屬錠加熱，于是在金屬錠中有一個(gè)長(zhǎng)約2.5～3.0cm的熔化區(qū)形成。當(dāng)熔化區(qū)沿著金屬錠長(zhǎng)度以一定速率緩慢移動(dòng)時(shí)，依次熔化，雜質(zhì)在熔化部分中富集，而基本金屬在再凝固部分中變得更純。平衡分配系數(shù)：雜質(zhì)在固相中濃度CS對(duì)雜質(zhì)在液相中濃度Ci的比值。K0值愈小，區(qū)域精煉的效果愈好。5金屬的蒸餾過程例題1：含有Pb、Cd等雜質(zhì)的Zn在大氣壓條件下進(jìn)行蒸餾精煉。原理：基于Zn、Cd、Pb的沸點(diǎn)不同。ZnCdPb沸點(diǎn)：1179K(906℃)1040K(767℃)1798K(15

6、25℃)●將粗Zn加熱到1273K，則含在其中的Zn、Cd發(fā)生沸騰并呈蒸汽狀態(tài)逸出，而Pb以及其它雜質(zhì)（Fe、Cu等）差不多完全呈液態(tài)存在?！裨?273K條件下，Pb的蒸汽壓約1mm汞柱，F(xiàn)e、Cu的蒸汽壓更小，因此，Pb的揮發(fā)量很小，F(xiàn)e、Cu幾乎不揮發(fā)。●分離出來的Zn、Cd蒸汽，經(jīng)冷凝后，形成液態(tài)合金，通常含Cd（原子）5％。為了使Zn、Cd分離，需進(jìn)行分餾過程。例題2：Zn－Cd的分餾原理●組成為95％Zn、5％Cd的合金溶液加熱，溫度達(dá)到1163K的a時(shí)開始沸騰，與此溶液平衡的蒸汽的成分為b（含12％Cd）。Cd在蒸汽中的含

7、量比在液態(tài)金屬中的含量高，在蒸發(fā)了一些溶液之后，剩下的溶液中含Zn更高。因此，使溶液再在較高的溫度下蒸發(fā)，最后剩下的溶液幾乎只含Zn，可得到純度很高的精煉Zn。●如果將溶液中逸出的成分為b的蒸汽冷卻到1143K，使體系處于液－氣兩相狀態(tài)的區(qū)域中，得到含10％Cd的凝聚液a’和含30％Cd的蒸汽b’。當(dāng)蒸汽b’冷卻到1103K時(shí)，得到含25％Cd的凝聚液a’’和含60％Cd的蒸汽b’’。如此連續(xù)下去，最后逸出的蒸汽將是純組元Cd。6氧化精煉6.1原理氧化精煉的實(shí)質(zhì)是利用空氣中的氧通入被精煉的粗金屬熔體中，使其中所含的雜質(zhì)金屬氧化除去。其

8、基本原理是基于金屬對(duì)氧親和力的大小不同，使雜質(zhì)金屬氧化生成不溶于主體金屬的氧化物，或以渣的形式聚集于熔體表面，或以氣態(tài)的形式（如雜質(zhì)S）被分離。6.2反應(yīng)式主體金屬實(shí)質(zhì)上起了傳遞氧的作用。氧化精煉的基本反應(yīng)式為：（1）（