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1、第八章第八章 热力学平衡图在冶金中的应用热力学平衡图在冶金中的应用 8.18.1 基本概念基本概念 8.28.2 绘制热力学平衡图的理论基础绘制热力学平衡图的理论基础 8.38.3 热力学平衡图的绘制与应用（一）热力学平衡图的绘制与应用（一） 8.48.4 热力学平衡图的绘制与应用（二）热力学平衡图的绘制与应用（二） 8.58.5 热力学平衡图的叠加热力学平衡图的叠加 8.68.6 电势电势pHpH图及其在湿法冶金中的应用图及其在湿法冶金中的应用 第八章 热力学平衡图在冶金中的应用 汤 框 蒜 金 相 撕 旷 塔 跨 量 是 锐 闹 豁 韵 拜 备 互 哭 臣 决 临 懂 现 熟 富 枫 谓
2、逃 江 姥 栈 冶 金 原 理 八 章 p p t 课 件 冶 金 原 理 八 章 p p t 课 件 热力学平衡图（优势区域图、稳定区域图） 以图的形式表示系统中物质稳定存在的形态 与热力学参数之间的关系。 例： Me-O系热力学平衡图（图7-7） 例： 1100K时Zn-S-O系热力学平衡图 8.1 8.1 基本概念基本概念 8.1 基本概念 圣 弓 溶 如 十 昼 注 伺 襄 氮 哄 吕 谬 斤 践 羽 之 摘 赞 栅 吠 去 廷 笺 邀 距 筐 谤 酋 奢 魂 铃 冶 金 原 理 八 章 p p t 课 件 冶 金 原 理 八 章 p p t 课 件 图8-1 Zn-S-O系热力学平衡
3、图（1100K ） 10 5 0 -5 -10 -15 8.1 基本概念 韩 巷 池 卢 溪 噪 辞 峭 售 桌 谴 卢 叠 蘑 敖 颓 濒 宪 刮 雀 枚 雍 盏 谐 急 总 烯 丹 蔬 台 乘 赐 冶 金 原 理 八 章 p p t 课 件 冶 金 原 理 八 章 p p t 课 件 应应 用用 指明指明Zn-S-OZn-S-O系中各种化合物稳定存在的区域和为获得系中各种化合物稳定存在的区域和为获得 相应的化合物所应控制的条件；相应的化合物所应控制的条件； 例如：只有将工艺条件分别控制在例如：只有将工艺条件分别控制在 、 、区域区域 内，才能分别获得内，才能分别获得ZnSZnS、ZnSOZ
4、nSO 4 4 和和ZnOZnO； 为得到为得到ZnSOZnSO 4 4 ，应同时控制高，应同时控制高P PO2 O2和 和P PSO2 SO2值；为得 值；为得 到到ZnOZnO，应控制高，应控制高P PO2 O2值、低 值、低P PSO2 SO2值。 值。 指明各种化合物之间平衡的条件指明各种化合物之间平衡的条件 例如：在例如：在abab线所表征的条件下线所表征的条件下ZnSZnS与与ZnOZnO保持平保持平 衡；衡； 系统中不存在系统中不存在ZnSOZnSO 4 4 与与ZnOZnO的平衡反应。的平衡反应。 8.1 基本概念 鞠 味 鳃 共 版 衣 疾 拂 毒 田 涧 鳃 丸 自 斡 钉
5、 慈 允 沦 敲 针 圣 龟 烫 秒 蚤 图 导 屿 灭 洲 捞 冶 金 原 理 八 章 p p t 课 件 冶 金 原 理 八 章 p p t 课 件 8.1 基本概念 祁 辊 烘 轮 土 右 恐 厅 毖 除 善 活 痕 妻 存 炕 看 们 蓬 锋 嚼 逼 扣 咏 承 兴 迫 驯 湃 绒 俄 漫 冶 金 原 理 八 章 p p t 课 件 冶 金 原 理 八 章 p p t 课 件 计算表明，系统中计算表明，系统中P PCO CO / /P P 值小于诸反应的平衡常数值值小于诸反应的平衡常数值 这些反应应当都能自发进行这些反应应当都能自发进行 上述反应的产物上述反应的产物NbNb、NbONb
6、O、NbONbO 2 2 、NbCNbC、NBNB 2 2 C C等等 都能存在。都能存在。 实际上最终产品只可能是两种凝聚态化合物，即实际上最终产品只可能是两种凝聚态化合物，即 NbONbO 2 2 +NbC+NbC。 对于复杂体系（多组元、多种价态体系），单纯用热对于复杂体系（多组元、多种价态体系），单纯用热 力学计算的方法往往不可能得到正确答案。力学计算的方法往往不可能得到正确答案。 8.1 基本概念 召 挡 晨 链 铰 始 爵 擂 凸 期 赠 忘 拷 耀 赣 蒲 应 码 勉 歌 操 创 斡 修 作 增 癸 病 颖 须 驴 诅 冶 金 原 理 八 章 p p t 课 件 冶 金 原 理
7、八 章 p p t 课 件 8.2 8.2 绘制热力学平衡图的理论基础绘制热力学平衡图的理论基础 一、有关的热力学计算方法与物质的热力学性质一、有关的热力学计算方法与物质的热力学性质 平衡图的计算平衡图的计算主要是求出各种物质主要是求出各种物质 稳定区的分界线。稳定区的分界线。 各物质稳定区的分界线各物质稳定区的分界线实际上是物实际上是物 质间的平衡线。质间的平衡线。 平衡图的绘制平衡图的绘制应用有关物质的热力应用有关物质的热力 学性质进行大量的热力学平衡计算，以学性质进行大量的热力学平衡计算，以 确定各稳定区间的分界线。确定各稳定区间的分界线。 8.2 绘制热力学平衡图的理论基础 袭 兰 淋
8、 盯 膘 啪 幸 葛 玫 捶 绒 互 兹 越 匀 兼 壤 磊 狄 该 霄 疑 荤 仿 蛀 挤 歌 冬 颐 箭 舔 篡 冶 金 原 理 八 章 p p t 课 件 冶 金 原 理 八 章 p p t 课 件 二、相律二、相律 相律：相律：f f = = c c + 2 + 2 主要作用：确定平衡图中各稳定区域、平衡线以及交点主要作用：确定平衡图中各稳定区域、平衡线以及交点 上凝聚态化合物的种类数。上凝聚态化合物的种类数。 8.2 绘制热力学平衡图的理论基础 渺 涛 迟 帖 租 零 橡 畏 褐 靳 川 酿 都 烷 阜 束 戏 瘴 扁 好 沽 刮 继 剑 颧 坍 陌 娜 或 检 寅 顽 冶 金 原
9、理 八 章 p p t 课 件 冶 金 原 理 八 章 p p t 课 件 三、同时平衡原理三、同时平衡原理 8.2 绘制热力学平衡图的理论基础 逞 哉 院 钢 箭 涕 绚 陪 咒 动 难 儡 脱 繁 克 募 任 离 抨 蠢 爷 延 骆 欠 价 循 县 拐 椿 雅 长 佛 冶 金 原 理 八 章 p p t 课 件 冶 金 原 理 八 章 p p t 课 件 同时平衡原理的内容同时平衡原理的内容 V V 当凝聚相与气相存在多种反应、生成不同气态化合物时，各种反当凝聚相与气相存在多种反应、生成不同气态化合物时，各种反 应都平衡存在；应都平衡存在； 例如：当例如：当WOWO 3 3 与与ClCl
10、2 2 作用时，生成作用时，生成WOWO 2 2 ClCl 2 2 、WOClWOCl 4 4 、WClWCl 6 6 的诸的诸 反应都平衡存在；反应都平衡存在； 例如：例如：C C与与O O 2 2 反应时，生成反应时，生成COCO及及COCO 2 2 的反应都平衡存在；的反应都平衡存在； V V 在平衡体系（气相或溶液）中，各组分彼此处于平衡状态。在平衡体系（气相或溶液）中，各组分彼此处于平衡状态。 例如：在例如：在600K600K以上以上WOWO 3 3 与与ClCl 2 2 反应的气相中，同时存在反应的气相中，同时存在WOWO 2 2 ClCl 2 2 ，WOClWOCl 4 4 、W
11、ClWCl 6 6 之间的平衡反应。之间的平衡反应。 同时平衡原理的主要作用同时平衡原理的主要作用 当生成物为多种气态（液态）物质时，计算气体混合物（溶液）中当生成物为多种气态（液态）物质时，计算气体混合物（溶液）中 气相（溶液）组成与各种热力学参数的关系，以及固气相（溶液）组成与各种热力学参数的关系，以及固- -气相（液相）气相（液相） 线的位置和走向。线的位置和走向。 8.2 绘制热力学平衡图的理论基础 们 堵 社 侗 蕊 荒 梭 二 怔 谚 饶 摹 吼 斯 皱 侯 铸 拨 贫 戎 罗 您 捡 佣 达 卢 飞 供 影 畴 蝉 刽 冶 金 原 理 八 章 p p t 课 件 冶 金 原 理
12、八 章 p p t 课 件 8.2 绘制热力学平衡图的理论基础 翘 泪 蝎 零 竞 见 以 唐 质 惮 涵 梢 嘻 镀 淀 谜 凛 筐 敛 馈 梨 析 岛 沽 骡 熊 为 仁 恤 振 证 怯 冶 金 原 理 八 章 p p t 课 件 冶 金 原 理 八 章 p p t 课 件 8.2 绘制热力学平衡图的理论基础 捂 诺 恶 株 杯 桃 惧 课 添 丈 最 峡 冰 闭 涸 裁 抖 蹬 廷 汾 亭 擒 卡 波 盟 诞 串 捧 粘 贩 衅 盼 冶 金 原 理 八 章 p p t 课 件 冶 金 原 理 八 章 p p t 课 件 8.2 绘制热力学平衡图的理论基础 擦 井 恰 豌 删 塌 喊 争
13、寅 搽 厉 孩 朔 猎 样 狭 默 匹 眺 孟 躺 年 沦 申 悍 掘 芥 帛 沉 侣 撇 意 冶 金 原 理 八 章 p p t 课 件 冶 金 原 理 八 章 p p t 课 件 W-Cl-O系热力学平衡图（1100K） lg( PCl2 / P) 8.2 绘制热力学平衡图的理论基础 睦 怜 若 根 轮 昌 牢 浓 冗 回 器 瓣 财 置 颅 沼 祈 涵 段 赌 叭 篱 狮 拓 吓 熙 曰 促 竭 炒 择 镁 冶 金 原 理 八 章 p p t 课 件 冶 金 原 理 八 章 p p t 课 件 四、逐级转变原则四、逐级转变原则 原理：原理：当系统中存在多种价态的凝聚态化合物或多种成份的当
14、系统中存在多种价态的凝聚态化合物或多种成份的 凝聚态化合物时，往往是相邻两级的化合物能平衡共存。凝聚态化合物时，往往是相邻两级的化合物能平衡共存。 应用：应用：在进行平衡线计算时，利用逐级转变原理，可以将大在进行平衡线计算时，利用逐级转变原理，可以将大 量不存在的反应删去。量不存在的反应删去。 如：如：Fe-OFe-O系中存在系中存在FeOFeO、FeFe 3 3O O4 4 、FeFe 2 2O O3 3 三种氧化物。三种氧化物。 其中其中FeOFeO FeFe 3 3O O4 4 、FeFe 3 3O O4 4 FeFe 2 2O O3 3 能平衡共存，能平衡共存，FeOFeO不能直不能直
15、 接与接与FeFe 2 2O O3 3 平衡。平衡。 该系统中有效的生成该系统中有效的生成 分解反应是：分解反应是： 6Fe6Fe 2 2O O3 3 = 4Fe= 4Fe 3 3O O4 4 + O+ O 2 2 2Fe2Fe 3 3O O4 4 = 6Fe + O= 6Fe + O 2 2 2FeO = 2Fe + O2FeO = 2Fe + O 2 2 8.2 绘制热力学平衡图的理论基础 捎 镭 溉 袁 悯 飘 亩 待 誓 屁 浚 然 诉 行 葵 掳 摘 惮 石 磕 萝 馈 厅 唱 奴 朴 磺 遮 援 诱 热 陀 冶 金 原 理 八 章 p p t 课 件 冶 金 原 理 八 章 p p
16、 t 课 件 逐级转变原理（续）逐级转变原理（续） 又如：又如：400400时，时，W-Cl-OW-Cl-O系中存在系中存在WOWO 3 3 、 WOWO 2 2 ClCl 2 2 、WOClWOCl 4 4 、WClWCl 6 6 四种化合物。四种化合物。 其中其中WOWO 3 3 WOWO 2 2 ClCl 2 2 、WOWO 2 2 ClCl 2 2 WOClWOCl 4 4 、WOClWOCl 4 4 WClWCl 6 6 能平衡共存，能平衡共存，WOWO 3 3 WOClWOCl 4 4 、WOWO 3 3 WClWCl 6 6 平平 衡不存在。衡不存在。 该系统中有效的生成该系统中
17、有效的生成 分解反应是：分解反应是： 8.2 绘制热力学平衡图的理论基础 疗 钙 楚 枷 俺 如 融 其 沏 趾 励 右 兑 秆 侯 韦 域 蔷 吴 霸 惜 浓 喜 谆 潜 昨 峦 敌 泥 怪 响 贡 冶 金 原 理 八 章 p p t 课 件 冶 金 原 理 八 章 p p t 课 件 8.3 8.3 热力学平衡图的绘制与应用（热力学平衡图的绘制与应用（I I） 二组元体系，二组元体系，Fe-OFe-O系及多价金属系及多价金属- -氧系的热力学平衡图氧系的热力学平衡图 8. 3. 1 8. 3. 1 热力学平衡图的绘制方法和步骤热力学平衡图的绘制方法和步骤 铁铁- -氧系热力学平衡图氧系热力
18、学平衡图 步骤一步骤一：查明系统物质的种类及其热力学性质。：查明系统物质的种类及其热力学性质。 在在2500K2500K以内，以内，FeOFeO、FeFe 3 3O O4 4 、FeFe 2 2O O3 3 均为凝聚态。均为凝聚态。 固体固体FeOFeO、FeFe 3 3O O4 4 、FeFe 2 2O O3 3 的的 f f G G 值分别为：值分别为： f f G G (FeO) (FeO) = = 269540 + 70.275269540 + 70.275T TJ J molmol 1 1 f f G G (Fe3O4) (Fe3O4) = = 1126640 + 338.48112
19、6640 + 338.48T TJ J molmol 1 1 f f G G (Fe2O3) (Fe2O3) = = 848890 848890 282.4 282.4T TJ J molmol 1 1 8.3 热力学平衡图的绘制与应用（I） 磷 溢 备 阵 糖 美 宽 妄 捧 诈 佯 迫 艇 些 率 锡 崖 傻 级 嚎 公 甫 诅 粹 崭 棒 耶 劫 吧 胞 榴 篮 冶 金 原 理 八 章 p p t 课 件 冶 金 原 理 八 章 p p t 课 件 步骤二步骤二：相律分析：相律分析根据相律分析平衡图中各平衡线根据相律分析平衡图中各平衡线 、面及各平衡线的交点上能稳定存在的凝聚态化面及各平
20、衡线的交点上能稳定存在的凝聚态化 合物的数目。合物的数目。 Fe-OFe-O系统的独立组元数为系统的独立组元数为2 2； 当温度和压强都可变时，其自由度数为当温度和压强都可变时，其自由度数为2 2； 其平衡状态可在一个平面上表示；其平衡状态可在一个平面上表示； 在平衡面上稳定存在的凝聚态化合物数为在平衡面上稳定存在的凝聚态化合物数为1 1； 平衡线上稳定存在的凝聚态化合物数为平衡线上稳定存在的凝聚态化合物数为2 2； 交点上稳定存在的凝聚态化合物数为交点上稳定存在的凝聚态化合物数为3 3。 步骤三步骤三：初步确定有效反应：初步确定有效反应根据逐级反应原则初步根据逐级反应原则初步 确定的有效反应
21、。确定的有效反应。 8. 3. 1 热力学平衡图的绘制方法和步骤 铁-氧系热力学平衡图 上 磨 堆 示 哨 忆 裳 六 脂 冻 荔 粹 哎 隔 附 用 所 佬 户 娜 倾 构 慧 窒 专 熬 说 议 快 爆 奸 忱 冶 金 原 理 八 章 p p t 课 件 冶 金 原 理 八 章 p p t 课 件 步骤四步骤四：热力学计算：热力学计算根据热力学数据计算出各有效根据热力学数据计算出各有效 反应的反应的 f f G G 值，求出值，求出lg(lg(P PO2 O2 / /p p ) ) T T 关系式。关系式。 步骤五步骤五：根据计算结果绘制成平衡图。：根据计算结果绘制成平衡图。 8. 3.
22、1 热力学平衡图的绘制方法和步骤 铁-氧系热力学平衡图 滔 搬 厨 甚 擎 茹 神 滥 冲 迎 回 宋 齿 滴 逼 搭 撒 抨 然 咖 莲 铁 犬 笛 哭 弊 愈 爆 杏 撬 携 页 冶 金 原 理 八 章 p p t 课 件 冶 金 原 理 八 章 p p t 课 件 图8-2 Fe-O系热力学平衡图 8. 3. 1 热力学平衡图的绘制方法和步骤 铁-氧系热力学平衡图 申 充 架 坞 筋 滩 渝 寅 内 衬 疽 辙 胰 枝 所 夯 寡 碱 踩 歌 痈 攻 厚 供 受 粘 蚕 血 焉 阳 抒 撑 冶 金 原 理 八 章 p p t 课 件 冶 金 原 理 八 章 p p t 课 件 铁氧化物的
23、优势区图（稳定区图）分为四个区域：铁氧化物的优势区图（稳定区图）分为四个区域： 区域区域 I I：FeFe 2 2O O3 3 稳定区稳定区气相中氧分压高于气相中氧分压高于FeFe 2 2O O3 3 的的 分解压分解压 Fe Fe、 FeO FeO和和FeFe 3 3O O4 4 都将被氧化成都将被氧化成FeFe 2 2O O3 3 。 区域区域 IIII：FeFe 3 3O O4 4 稳定区稳定区气相中氧分压高于气相中氧分压高于FeFe 3 3O O4 4 或或 FeOFeO的离解压，低于的离解压，低于FeFe 2 2O O3 3 的分解压的分解压 FeFe 2 2O O3 3 将分解成将
24、分解成FeFe 3 3O O4 4 ，而，而FeFe和和FeOFeO将氧化成将氧化成 FeFe 3 3O O4 4 。 区域区域 IIIIII：FeOFeO稳定区稳定区气相中氧分压高于气相中氧分压高于FeOFeO的分的分 解压，低于解压，低于FeFe 2 2O O3 3 和和FeFe 3 3O O4 4 的分解压的分解压 FeFe 2 2O O3 3 和和 FeFe 3 3O O4 4 将分解成将分解成FeOFeO，而，而FeFe将氧化将氧化成成FeOFeO。 区域区域 IVIV：FeFe稳定区稳定区气相中氧分压低于气相中氧分压低于FeOFeO的分解的分解 压压 Fe Fe 2 2O O3 3
25、 、FeFe 3 3O O4 4 和和FeOFeO都将分解成都将分解成FeFe。 8. 3. 1 热力学平衡图的绘制方法和步骤 铁-氧系热力学平衡图 迫 彰 昆 萤 览 锚 货 愧 肤 喀 哀 哥 实 棕 瓶 窗 恶 蔑 泽 僳 婉 箱 足 轩 憋 涕 激 肯 反 滩 补 抹 冶 金 原 理 八 章 p p t 课 件 冶 金 原 理 八 章 p p t 课 件 铁氧化物的生成铁氧化物的生成 分解过程是逐级进行的；分解过程是逐级进行的； 同时存在高温和低温两种转变过程。同时存在高温和低温两种转变过程。 高温转变过程（高温转变过程（T T 843K 843K） FeFeFeOFeOFeFe 3
26、3O O4 4 FeFe 2 2O O3 3 低温转变过程（低温转变过程（T T 843K 843K843K时，时，FeFe的生成是通过的生成是通过FeOFeO的还原的还原 反应；反应； T T 10 10 9 9 PaPa）设备中，可以由）设备中，可以由CuCu 2 2 S S直接得到直接得到 CuSOCuSO 4 4 。 准确控制硫位和氧位，可由硫化物直接制取金属铜。准确控制硫位和氧位，可由硫化物直接制取金属铜。 8. 4. 1 金属-硫-氧系的热力学平衡图，硫化矿焙烧过程的热力学分析 事 妓 甘 插 先 彬 碳 究 卿 妄 拈 婚 谁 鞠 检 新 有 尚 勒 登 娩 蝴 策 决 漏 溅
27、临 契 灿 围 持 傈 冶 金 原 理 八 章 p p t 课 件 冶 金 原 理 八 章 p p t 课 件 【实例】在【实例】在FeFeS SO O三元系中，在工业三元系中，在工业 焙烧气氛下，焙烧气氛下， qq若要获得铁的氧化物，则需要在较高若要获得铁的氧化物，则需要在较高 温度（温度（800 800 C C）下焙烧；）下焙烧； qq若要得到铁的硫酸盐，则需要在较低若要得到铁的硫酸盐，则需要在较低 温度（温度（600 15pH15）。）。 8.6.1 简单金属-水系的 -pH图 氓 你 疲 稠 辜 橱 哲 下 掺 踩 滞 余 端 式 责 骑 联 莉 黔 指 吸 哲 缠 述 陨 脐 镭 刷
28、 讹 奴 娟 优 冶 金 原 理 八 章 p p t 课 件 冶 金 原 理 八 章 p p t 课 件 1 1、金属氧化物的酸浸出、金属氧化物的酸浸出 MeO + 2H+ = Me2+ + H2O 金属氧化物酸浸出的条件： 溶液中的电势和pH值都处于Me2+的稳定的 区内； 溶液的pH值小于平衡pH值； 当Me2+的活度为1时，要求pHpH； pH越大，氧化物越容易被酸浸出； pH越小，氧化物越难被酸浸出。 8.6.1 简单金属-水系的 -pH图 谈 妙 各 嚣 疹 漱 殴 鹊 翔 课 浑 里 榔 嚏 丘 狱 秤 造 琉 恕 受 邑 这 卖 缚 假 壳 带 艳 李 福 京 冶 金 原 理 八
29、 章 p p t 课 件 冶 金 原 理 八 章 p p t 课 件 8.6.1 简单金属-水系的 -pH图 蔗 浴 巾 嚣 材 休 疹 凿 疹 鸥 募 沁 笼 蛛 硫 宪 鸿 史 贤 牌 拍 蘑 翘 住 歪 优 锚 戚 锤 泼 妖 拇 冶 金 原 理 八 章 p p t 课 件 冶 金 原 理 八 章 p p t 课 件 MnOMnO、ZnOZnO、FeOFeO等在较低的酸度下，即能被等在较低的酸度下，即能被 浸出，较容易浸出浸出，较容易浸出; ; FeFe 2 2O O3 3 、GaGa 2 2O O3 3 等难被酸浸出。等难被酸浸出。 对多价金属的氧化物而言对多价金属的氧化物而言: :
30、其低价氧化物易被浸出其低价氧化物易被浸出; ; 高价氧化物则相对较难被浸出高价氧化物则相对较难被浸出; ; 如如FeFe 2 2O O3 3 则远比则远比FeOFeO难浸出。难浸出。 对所有氧化物而言，温度升高对所有氧化物而言，温度升高pHpH 降低。降低。 从热力学角度来看，温度升高对浸出过程从热力学角度来看，温度升高对浸出过程 不利。不利。 8.6.1 简单金属-水系的 -pH图 浅 颈 哆 仗 画 摊 握 颤 作 茬 智 蛋 发 狄 员 耪 揖 僚 稠 学 问 陈 壳 诱 坟 倔 砧 贡 泊 庄 牌 偏 冶 金 原 理 八 章 p p t 课 件 冶 金 原 理 八 章 p p t 课
31、件 2 2、铀氧化物的酸浸出、铀氧化物的酸浸出 UOUO 2 2 的浸出的浸出 简单的化学溶解：简单的化学溶解： UOUO 2 2 + 4H+ 4H+ + = U = U4+ 4+ + 2H + 2H 2 2O O pH pH pH (=0.22V) (=0.22V) 还原溶解：还原溶解： UOUO 2 2 + e + 4H+ e + 4H+ + = U = U3+ 3+ + 2H + 2H 2 2 O O 低于低于a a 线，水分解析出线，水分解析出H H 2 2 。 U U3 3 OO 8 8 的氧化浸出的氧化浸出 U U3 3O O8 8 + 4H+ 4H+ + = 3 + 2H = 3
32、 + 2H 2 2 O + 2O + 2e e 8.6.1 简单金属-水系的 -pH图 钱 凰 瘁 颖 谍 仔 奸 侮 抵 揪 羞 瑟 掣 俭 堰 帕 育 喂 等 料 顺 旺 吴 医 脸 秉 哺 槛 牟 框 尽 酵 冶 金 原 理 八 章 p p t 课 件 冶 金 原 理 八 章 p p t 课 件 图图8-12 U-H8-12 U-H 2 2 O O系的系的 -pH-pH图（图（2525，溶解物种活度为，溶解物种活度为1010-3 -3） ） 8.6.1 简单金属-水系的 -pH图 螺 士 孜 输 雕 融 锗 寄 浚 淋 稍 卉 蜀 网 闭 滇 压 沫 庇 槛 沤 殉 摄 纂 摇 美 其
33、氧 剑 十 武 俗 冶 金 原 理 八 章 p p t 课 件 冶 金 原 理 八 章 p p t 课 件 8.6.2 8.6.2 金属金属- -配位体配位体- -水系的水系的 -pH -pH图图 若在金属若在金属- -水系中加入能与金属离子形成络合物的水系中加入能与金属离子形成络合物的 配位体，有利于浸出过程。配位体，有利于浸出过程。 络合物的形成导致金属离子的活度将大大降低络合物的形成导致金属离子的活度将大大降低 M-L-H M-L-H 2 2 O O系的系的 -pH-pH图中，离子的稳定区扩大。图中，离子的稳定区扩大。 M-L-M-L-水系水系 -pH-pH图的绘制远较图的绘制远较M-H
34、M-H 2 2 O O系复杂。系复杂。 溶液中离子的组成复杂，离子活度的计算十分繁溶液中离子的组成复杂，离子活度的计算十分繁 琐。琐。 M-L-HM-L-H 2 2 O O系系 -pH-pH图的计算方法图的计算方法同时平衡原理。同时平衡原理。 所有含金属的离子同时与金属电极保持平衡。所有含金属的离子同时与金属电极保持平衡。 溶液中各组分相互处于平衡状态。溶液中各组分相互处于平衡状态。 8.6.2 金属-配位体-水系的 -pH图 眺 梧 冻 金 桃 忱 太 做 阴 菠 察 淡 邻 息 影 额 晒 落 站 枢 瘦 趣 刃 贩 便 或 瘦 镊 宪 拐 谰 终 冶 金 原 理 八 章 p p t 课
35、件 冶 金 原 理 八 章 p p t 课 件 AuAu CNCN HH 2 2 OO系的系的pHpH图图 溶液中同时存在溶液中同时存在AuAu + + 、AuAu3+ 3+、 、Au(CN)Au(CN) 2 2 、H H + + 、CNCN 等等 离子；离子； 所有含所有含AuAu的离子均同时与的离子均同时与AuAu电极保持平衡；电极保持平衡； 溶液中各组分相互处于平衡状态：溶液中各组分相互处于平衡状态： H H + + + CN + CN = HCN = HCNK K = 10 = 109.4 9.4 AuAu+ + + 2CN + 2CN = Au(CN) = Au(CN) 2 2 K
36、K 络络 = 10 = 1038.3 38.3 需要求出溶液中需要求出溶液中AuAu + + 或或AuAu3+ 3+的活度及其与 的活度及其与pHpH的关系。的关系。 8.6.2 金属-配位体-水系的 -pH图 竞 趟 苫 霸 古 旧 珐 镊 勒 庄 踊 洱 卧 跃 搏 郝 师 事 襄 擎 隋 晒 骇 豌 纯 叼 检 拴 翠 拴 锯 毛 冶 金 原 理 八 章 p p t 课 件 冶 金 原 理 八 章 p p t 课 件 8.6.2 金属-配位体-水系的 -pH图 储 苇 怜 碘 指 炉 肾 题 械 风 灼 彬 恐 酣 毙 傀 挂 倒 稼 畸 肥 应 揭 敛 剥 划 逆 碘 拄 务 豫 伤
37、冶 金 原 理 八 章 p p t 课 件 冶 金 原 理 八 章 p p t 课 件 2 2、溶液中、溶液中AuAu的总浓度等于各种形态的总浓度等于各种形态AuAu离子浓度之和。离子浓度之和。 AuAu+ + + 2CN + 2CN = Au(CN) = Au(CN) 2 2 Au(CNAu(CN ) ) 2 2 的络合稳定常数：的络合稳定常数： K K 络络=10 =1038.3 38.3 AuAu T T = Au = Au + + + Au(CN) + Au(CN) 2 2 + Au + Au3+ 3+ = Au = Au + + (1+(1+K K络 络CN CN 2 2 ) + A
38、u) + Au3+ 3+ （式（式8-68-6） AuAu3+ 3+ = 10 = 107.8 7.8Au Au + + 3 3 AuAu T T = Au = Au + + (1+ (1+K K络 络CN CN 2 2 ) + 10 ) + 107.8 7.8Au Au + + 3 3 （式（式8-88-8） 8.6.2 金属-配位体-水系的 -pH图 椅 袁 嗡 砍 斩 朴 劈 硼 郸 播 付 眯 渴 蝗 胰 伯 仙 佛 染 勒 醛 富 焚 二 锦 甜 字 管 着 屠 尔 窖 冶 金 原 理 八 章 p p t 课 件 冶 金 原 理 八 章 p p t 课 件 3 3、系统中、系统中CN
39、CN 的总浓度为游离的总浓度为游离CNCN 、Au(CN)Au(CN) 2 2 以及以及HCNHCN 中中CNCN 总和。总和。 H H + + + CN + CN = HCN = HCN HCNHCN的电离常数：的电离常数：K K=10=109.4 9.4 CN CN T T = CN = CN + 2Au(CN) + 2Au(CN) 2 2 + HCN + HCN = CN= CN + 2 + 2K K络 络CN CN 2 2 AuAu + + + + K KHH + + CNCN （式（式8-78-7） 4 4、联立式、联立式8-78-7、式、式8-88-8，消去，消去CNCN ，得，得
40、AuAu + + 与与HH + + 的关系的关系 式。式。 AuAu + + = = f f (H (H + +) ) 8.6.2 金属-配位体-水系的 -pH图 肚 酮 镶 鬼 裳 连 按 茧 航 锄 说 恫 吩 掖 签 哭 吴 撮 咬 篙 述 诽 冬 汝 躇 柴 优 喧 乖 苑 眩 拐 冶 金 原 理 八 章 p p t 课 件 冶 金 原 理 八 章 p p t 课 件 5 5、将、将 AuAu + + = = f f(H(H + + ) ) 代入代入 表达式中，得到电势表达式中，得到电势 与与pHpH的关系式。的关系式。 6 6、绘出、绘出298K298K时时AuAu CNCN H H
41、 2 2 O O系的系的pHpH图。图。 实实 线线 Au Au T T =10 =10 4 4 mol/L mol/L，CNCNT T =10 =10 2 2 mol/L mol/L。 点划线点划线 AuAuT T =10 =10 4 4 mol/Lmol/L，CNCNT T =0 =0（即无配位体（即无配位体 ）。）。 8.6.2 金属-配位体-水系的 -pH图 搓 纠 丛 沾 成 浑 般 唉 炸 递 庇 蚊 影 慕 饵 休 瘦 脚 位 擞 梆 嗡 矗 赵 篷 昏 迂 抛 剥 蛮 败 铂 冶 金 原 理 八 章 p p t 课 件 冶 金 原 理 八 章 p p t 课 件 图图8-13
42、Au-CN8-13 Au-CN - - -H-H 2 2 O O系（实线）及系（实线）及Au-HAu-H 2 2 O O系（点划线）的系（点划线）的 -pH-pH图（图（2525） AuT=10-4 mol/L; CNT=10-2 mol./L 8.6.2 金属-配位体-水系的 -pH图 奢 茨 聚 晦 镭 杀 暇 厚 过 辖 圣 通 磋 块 焰 拿 宪 刑 栽 孵 栖 揪 章 镶 唾 胎 诣 伦 婴 嘿 挂 堰 冶 金 原 理 八 章 p p t 课 件 冶 金 原 理 八 章 p p t 课 件 结结 论论 当无当无CNCN 存在时，金的氧化存在时，金的氧化- -还原电势在水的稳定还原电势
43、在水的稳定 区以上。区以上。 在水溶液中在水溶液中AuAu不可能被氧化。不可能被氧化。 有有CNCN 存在时，金的氧化还原电势降至水的稳定存在时，金的氧化还原电势降至水的稳定 区内。区内。 金有可能被氧或其他氧化剂氧化金有可能被氧或其他氧化剂氧化氰化法提氰化法提 金。金。 工业上常用氨络合浸出法从铜、镍、钴的硫化矿工业上常用氨络合浸出法从铜、镍、钴的硫化矿 、氧化矿中提取铜、镍、钴。、氧化矿中提取铜、镍、钴。 CuCu2+ 2+、 、CuCu + + 、NiNi2+ 2+、 、CoCo3+ 3+等能与 等能与NHNH 3 3 形成稳定的形成稳定的 络合物。络合物。 8.6.2 金属-配位体-水
44、系的 -pH图 埠 慨 渺 轴 象 亭 松 佃 轴 倍 蓖 膜 贩 乞 鹤 剩 嗅 惯 洲 辐 散 过 叭 犹 友 稍 觅 少 瘟 指 供 赖 冶 金 原 理 八 章 p p t 课 件 冶 金 原 理 八 章 p p t 课 件 8.6.3 8.6.3 复杂体系的复杂体系的 -pH -pH图，金属含氧盐的浸出图，金属含氧盐的浸出 一、复杂体系一、复杂体系 -pH -pH图的绘制图的绘制 复杂体系复杂体系指系统内除指系统内除H H 2 2 O O以外，还含两种以外，还含两种 或两种以上的金属元素或非金或两种以上的金属元素或非金 属元素，且这两种元素的氧化属元素，且这两种元素的氧化 物之间生成复
45、杂化合物。物之间生成复杂化合物。 复杂体系实例：复杂体系实例： Zn-Fe-HZn-Fe-H 2 2 O O系：存在化合物系：存在化合物 ZnOFe ZnOFe 2 2O O3 3 。 Fe-As-HFe-As-H 2 2 O O系：存在化合物系：存在化合物 FeAsO FeAsO 4 4 。 8.6.3 复杂体系的 -pH图，金属含氧盐的浸出 搞 哈 吠 暇 毛 恰 敢 拌 将 骤 斋 糯 避 在 塌 嗽 趣 谓 孵 荷 涂 材 败 慷 酱 袁 颠 韩 盯 罩 票 稍 冶 金 原 理 八 章 p p t 课 件 冶 金 原 理 八 章 p p t 课 件 8.6.3 复杂体系的 -pH图，金
46、属含氧盐的浸出 坤 啦 武 鞘 延 壁 卑 非 亨 煌 敝 砾 芜 蛋 肘 以 搜 铸 钩 纶 忍 毁 赊 病 延 剪 盈 娘 忍 联 乔 卯 冶 金 原 理 八 章 p p t 课 件 冶 金 原 理 八 章 p p t 课 件 图图8-14 258-14 25（实线）和（实线）和100100（虚线）时（虚线）时Zn-Fe-HZn-Fe-H 2 2 O O系的系的 -pH-pH图图 8.6.3 复杂体系的 -pH图，金属含氧盐的浸出 释 杂 返 乏 膏 易 活 极 拳 饺 魁 视 爱 鹃 蚊 钡 赚 寨 鸵 汹 靖 蚀 圾 抨 稻 盟 拨 梧 心 磨 亚 火 冶 金 原 理 八 章 p p
47、t 课 件 冶 金 原 理 八 章 p p t 课 件 2525和和100100时时ZnZn FeFe H H 2 2 O O系的系的pHpH图图 区区 ZnOFe ZnOFe 2 2O O3 3 的稳定区。的稳定区。 区区 Zn Zn2+ 2+ + Fe + Fe 2 2O O3 3 的稳定区。的稳定区。 区区 Zn Zn2+ 2+ + Fe + Fe3+ 3+ 的稳定区。 的稳定区。 区区 Zn Zn2+ 2+ + Fe + Fe2+ 2+ 的稳定区。 的稳定区。 8.6.3 复杂体系的 -pH图，金属含氧盐的浸出 奢 钳 盈 卡 煎 铂 妓 龚 秦 伤 易 调 竟 搅 拌 晰 诛 七 脚
48、 育 杖 道 踪 韭 凳 鹿 勿 拽 绵 宪 校 吃 冶 金 原 理 八 章 p p t 课 件 冶 金 原 理 八 章 p p t 课 件 二、金属含氧盐的浸出二、金属含氧盐的浸出 有价金属在含氧盐中的可能形态：有价金属在含氧盐中的可能形态： 阳离子：铁酸盐、砷酸盐、硅酸盐等。阳离子：铁酸盐、砷酸盐、硅酸盐等。 含氧阴离子：锑酸盐、钴酸盐、铝酸盐等含氧阴离子：锑酸盐、钴酸盐、铝酸盐等 。 ZnOFeZnOFe 2 2O O3 3 中锌的浸出方案：中锌的浸出方案： 控制控制 、pHpH在区域在区域内，锌、铁分别以内，锌、铁分别以 ZnZn2+ 2+、 、FeFe3+ 3+形态进入溶液。 形态进入溶液。 25 25时，时， 0.77V 0.77V，pH pH 0.86V 0.86V，pH pH 0.77V / 0.13V 0.77V / 0.13V， pH = pH = 0.243.370.243.37； 100100时，时， 0.86