第九章粗金属的火法精炼
1 第九章 粗金属的火法精炼
出是礼大膏, 本章要点 本章介绍了粗金属精炼常用的各种方法及其原理,主要要 点包括 1.熔析精炼 2.萃取精炼; 3.区域精炼; 4.金属蒸馏精炼; 5.氧化精炼(可参看氧化反应); 6.硫化精炼(可参看硫化矿冾金);
2 本章介绍了粗金属精炼常用的各种方法及其原理，主要要 点包括： 1. 熔析精炼； 2. 萃取精炼； 3. 区域精炼； 4. 金属蒸馏精炼； 5. 氧化精炼（可参看氧化反应）； 6. 硫化精炼（可参看硫化矿冶金）； 本章要点
第九章粗金属的火法精炼 出是礼大膏, 91粗金属火法精炼的目的、方法及分类 92熔析精炼 主要内容 33225AA 94区域(带熔)精炼 9.5金属的蒸馏过程 9.6氧化精炼 9.7硫化精炼
3 第九章 粗金属的火法精炼 9.1 粗金属火法精炼的目的、方法及分类 9.2 熔析精炼 9.3 萃取精炼 9.5 金属的蒸馏过程 9.4 区域（带熔）精炼 9.6 氧化精炼 9.7 硫化精炼 主 要 内 容
第九章粗金属的火法精炼 91粗金属火法精炼的目的、方法及分类 >得到尽可能纯的金属 目的>提取金属中无害的杂质,因它们有使用价值, 如从铅中回收银。 使均匀的熔融粗金属中产生多相体系(如金属 火法精炼的步骤 一渣,金属一金属,金属一气体); 把上述产生的各两相体系用物理方法分离。 ≯物理方法,如区域熔炼、熔析精炼、蒸馏等; 精炼方法的分类 ≯化学方法,如化学萃取、氧化精炼、硫化精炼 、卤化精炼等
4 第九章 粗金属的火法精炼 目的 火法精炼的步骤 精炼方法的分类 ➢得到尽可能纯的金属； ➢提取金属中无害的杂质，因它们有使用价值， 如从铅中回收银。 ➢ 使均匀的熔融粗金属中产生多相体系(如金属 —渣，金属—金属，金属—气体)； ➢ 把上述产生的各两相体系用物理方法分离。 ➢物理方法，如区域熔炼、熔析精炼、蒸馏等； ➢化学方法，如化学萃取、氧化精炼、硫化精炼 、卤化精炼等。 9.1 粗金属火法精炼的目的、方法及分类
第九章粗金属的火法精炼 庶立是礼技去膏 9.2熔析精炼 定义 应用 步骤 熔析现象在有色 使在均匀的合金中 金属冶炼过程中却厂 生多相体系(液体+液 所谓熔析, 泛地应用于精炼粗金 体或液体+固体 是指熔体在熔融 属,例如粗铅熔析除 生多相体系可以用加 状态或其缓慢冷 银、粗锌熔析除铁除 缓冷等方法 却过程中,使液 铅、粗锡熔析除铁等 相或固相分离 由第一步所产生的两 在冷却金属合金 除了精炼粗金属 相按比重不同而进行 时,除了共晶组 外,也有其他一些冶 分层。如果分层为 成以外,都会产 金过程以熔析现象作 液相则分别放出;如 生熔析现象。 为基础的分层冶炼 果分层为固体和液体 例如铜镍冰铜的分层 则利用漏勺、捞渣 熔炼。 器等使两相分离。 5
5 第九章 粗金属的火法精炼 定 义 应定 义用 步 定 骤义 所谓熔析， 是指熔体在熔融 状态或其缓慢冷 却过程中，使液 相或固相分离。 在冷却金属合金 时，除了共晶组 成以外，都会产 生熔析现象。 熔析现象在有色 金属冶炼过程中却广 泛地应用于精炼粗金 属，例如粗铅熔析除 银、粗锌熔析除铁除 铅、粗锡熔析除铁等 。 除了精炼粗金属 外，也有其他一些冶 金过程以熔析现象作 为基础的分层冶炼， 例如铜镍冰铜的分层 熔炼。 ➢使在均匀的合金中产 生多相体系(液体+液 体或液体+固体）。产 生多相体系可以用加 热、缓冷等方法。 ➢由第一步所产生的两 相按比重不同而进行 分层。如果分层为二 液相则分别放出；如 果分层为固体和液体 ，则利用漏勺、捞渣 器等使两相分离。 9.2 熔析精炼
第九章粗金属的火法精炼 出是礼大膏, 在均匀合金中产生多相的方法有下列两种: 熔化 将粗金属缓缓加热到一定温度,其中一部分熔化 成液体,而另一部分仍为固体,借此将金属与其杂质 分离。如图9-1所示,A(纯金属)与B(杂质)形成简单共 晶体系,其共晶成分为a。设将粗金属b加热到共晶温 度时,就会出现共晶成分的液相,而杂质B则留在固 相内。因此经过熔析处理,粗金属b内杂质B的组成由 6%降到a%。 Aa b B含量重量川%) 2结晶 将粗金属缓缓冷却到一定温度,熔体中某成分 图91简单共晶体系仍保持在液体状态,借此以分离金属及其所含杂质 也有这种情况,在冷却粗金属熔体时,并不出 现固体,而是出现另一独立的液相,它与原来的熔体 分层。如粗锌分离铅即是如此 以上两种方法都是在不恒温的情况下进行的! 6
6 第九章 粗金属的火法精炼 图9-1 简单共晶体系 在均匀合金中产生多相的方法有下列两种： 以上两种方法都是在不恒温的情况下进行的！ 2 结晶 将粗金属缓缓冷却到一定温度，熔体中某成分 由于溶解度减小，因而成固体析出，其余大部分熔体 仍保持在液体状态，借此以分离金属及其所含杂质。 也有这种情况，在冷却粗金属熔体时，并不出 现固体，而是出现另一独立的液相，它与原来的熔体 分层。如粗锌分离铅即是如此。 1 熔化 将粗金属缓缓加热到一定温度，其中一部分熔化 成液体，而另一部分仍为固体，借此将金属与其杂质 分离。如图9-1所示，A(纯金属)与B(杂质)形成简单共 晶体系，其共晶成分为a。设将粗金属b加热到共晶温 度时，就会出现共晶成分的液相，而杂质B则留在固 相内。因此经过熔析处理，粗金属b内杂质B的组成由 6％降到 a％
第九章粗金属的火法精炼 庶桌科技大骨 粗金属的熔析精炼过程是以状态图为基础的。现以粗铅 熔析除铜为例说明。 铅精炼的第一步 1200 液体I 是用精炼锅撇渣法除 1100k1084 两种液体的混溶区 990 铜。Cu-Pb原相图示 1000 87% 954 于图9-2。该系有 液体+铜 36% 液体Ⅱ 低熔点共晶,此时99 %以上的铅以液态与 固体纯铜相平衡。尽 铜固体)+液体Ⅱ 327 500 管粗铅含铜少于1%, 9994% 326 326 但铜的大部分仍可通 铜(固体)+铅固体) 9994% Pb 过缓慢地冷却铅水到 0102030405060708090100 450350°C,富铜 Pb含量重量(%) 渣便浮于铅水表面而 被除去。 图92Cu-Pb二元系的平衡状态图 7
7 第九章 粗金属的火法精炼 粗金属的熔析精炼过程是以状态图为基础的。现以粗铅 熔析除铜为例说明。 铅精炼的第一步 是用精炼锅撇渣法除 铜。Cu-Pb原相图示 于图9-2。该系有一 低熔点共晶，此时99 ％以上的铅以液态与 固体纯铜相平衡。尽 管粗铅含铜少于1％， 但铜的大部分仍可通 过缓慢地冷却铅水到 450—350℃ ，富铜 渣便浮于铅水表面而 被除去。 图9-2 Cu-Pb二元系的平衡状态图
第九章粗金属的火法精炼 9.3萃取精炼 现以铅水加锌 在熔融粗除银的帕克斯法 在实际操作中, 为阐明帕克斯 金属中加入来加以阐明。锌 常采用分两批加锌法所涉及的热力 附加物,此极易与银化合而 的两段脱银法。精学,现举出下列 附加物与粗生成不溶于铅水 炼过程的第阶段例题。但应指出 金属内杂质的锌银化合物 出含银很高的渣 由于在过程温 壳,但在第二阶价段度下生成的渣壳 生成不溶解该方法在约500c却为了尽可能多地实际上也可能是 于熔体的化时向粗铅中加入 从铅水中除去银而由铅、银和锌的 合物面析出足够量的锌达2%使渣壳含有过量的 例如粗铅重量),搅拌铅水锌。在过程第二阶 元合金所组成 加锌除银, 并使其稍许冷却 而不是夹带铅 段形成的这种富锌的银锌化合物。 粗铅加钙除则在熔池上形成渣壳可以用于新的因此,在实际操 铋精炼 富银渣壳,该渣 都是此类方壳除含银和锌外 锅粗铅作为帕克作中,其组成就 法的应用。 ,含铅可达70% 斯法第一阶段,所可能变得更复杂 需的添加锌料
8 第九章 粗金属的火法精炼 9.3 萃取精炼 在熔融粗 金属中加入 附加物，此 附加物与粗 金属内杂质 生成不溶解 于熔体的化 合物面析出 。例如粗铅 加锌除银， 粗铅加钙除 铋精炼等， 都是此类方 法的应用。 现以铅水加锌 除银的帕克斯法 来加以阐明。锌 极易与银化合而 生成不溶于铅水 的锌银化合物。 该方法在约500℃ 时向粗铅中加入 足够量的锌(达2％ 重量)，搅拌铅水 并使其稍许冷却 则在熔池上形成 富银渣壳，该渣 壳除含银和锌外 ，含铅可达70％ 。 在实际操作中， 常采用分两批加锌 的两段脱银法。精 炼过程的第一阶段 产出含银很高的渣 壳，但在第二阶段 却为了尽可能多地 从铅水中除去银而 使渣壳含有过量的 锌。在过程第二阶 段形成的这种富锌 渣壳可以用于新的 一锅粗铅作为帕克 斯法第一阶段，所 需的添加锌料。 为阐明帕克斯 法所涉及的热力 学，现举出下列 例题。但应指出 ，由于在过程温 度下生成的渣壳 实际上也可能是 由铅、银和锌的 三元合金所组成 ，而不是夹带铅 的银锌化合物。 因此，在实际操 作中，其组成就 可能变得更复杂
第九章粗金属的火法精炼 庶桌科技大骨 例9-1一无锌粗铅水,每吨含7.775公斤银,在500°C时加锌除银。今假 设其反应产物纯Ag2Zn3,试求除去98%银时每吨粗铅所需添加的锌量? 已知 (Y Zn)Pb=11,yzn)Pb=2.3 2Ag()+3Zn()=Ag2Zn3,△G500=-127612J摩尔 解:以一吨粗铅为计算基础 初始组成 0.072公斤摩尔Ag吨粗铅-1 4.789公斤摩尔跳·吨粗铅-1 500°时平衡常数: logK=8.62 K=417×108=取反应产物Ag2zn3的活度等于1 由上式得=24×109 即=24×109 欲除去98%的Ag则最终残存于精炼铅中Ag量为 (1-0.98)×0.072=1.44X103公斤摩尔吨精炼铅-1 9
9 第九章 粗金属的火法精炼 例9-1 一无锌粗铅水，每吨含7．775公斤银，在500℃时加锌除银。今假 设其反应产物纯Ag2Zn3，试求除去98％银时每吨粗铅所需添加的锌量? 已知： (γ˚Zn)Pb=11，(γ˚Zn)Pb=2.3 2Ag(l)+3Zn(l)=Ag 2Zn3，ΔG˚500=-127612 J/摩尔 解: 以一吨粗铅为计算基础。 初始组成： 0．072公斤摩尔Ag·吨粗铅－1 4．789公斤摩尔跳·吨粗铅－1 500℃时平衡常数： logK=8.62 K=4.17×108= 取反应产物Ag2Zn3的活度等于1。 由上式得 =2.4×10-9 即 =2.4×10-9 欲除去98%的Ag,则最终残存于精炼铅中Ag量为： (1－0.98)×0.072=1．44X10-3公斤摩尔·吨精炼铅－1
第九章粗金属的火法精炼 残存银的摩尔数是: 30×10-4 4.789×103 与纯Ag,Zn,接触的熔体铅中锌的平衡摩尔分数可计算求得: 24×10-3 V(3×10-)(2.3)(1) 0.0156 而乘积0.0156×4789×65=486公斤锌·吨精炼铅-。这是非常近 似的残留锌含量(忽视残存的银量并假设锌浓度较小)。故与银发生反 应的锌量为: 0.98×7.775×3×65.4 =6.927公斤 2×107.9 则精炼除去98%银时所需加入的锌量,即溶液中的残留锌量和与 银反应的锌量之总和为:4.886+6927=1181公斤锌吨粗铅-1。实 践中.由于达不到平衡以及银锌化合物活度由于渣壳中铅的存在而小 于1,这些都能使锌的需要量产生差异,因此实际新的需要量稍大于 上述计算的预计值。一般铅中残留的锌含量约为0.6%(重量)或大 约5.5公斤·吨精铅-1,而总的添加锌量则常常接近18公斤·吨-1 10
10 第九章 粗金属的火法精炼 残存银的摩尔数是： 与纯Ag，Zn，接触的熔体铅中锌的平衡摩尔分数可计算求得： 而乘积0.0156x4.789×65=4.886公斤锌·吨精炼铅-l。这是非常近 似的残留锌含量(忽视残存的银量并假设锌浓度较小)。故与银发生反 应的锌量为： 公斤 则精炼除去98％银时所需加入的锌量，即溶液中的残留锌量和与 银反应的锌量之总和为： 4.886十6.927=11.81公斤锌·吨粗铅-1。实 践中．由于达不到平衡以及银锌化合物活度由于渣壳中铅的存在而小 于1，这些都能使锌的需要量产生差异，因此实际新的需要量稍大于 上述计算的预计值。一般铅中残留的锌含量约为0．6％（重量）或大 约5.5公斤·吨精铅-1，而总的添加锌量则常常接近18公斤·吨-1。 4 Ag 3 3.0 10 4.789 10 1.44 N − = = 0.0156 (3 10 ) (2.3) (11) 2.4 10 3 4 2 2 3 3 = = − − Zn x 6.927 2 107.9 0.98 7.775 3 65.4 =