- •Глава 1. Классификация, свойства и области
- •Глава 2. Термины и понятия физической химии 27
- •Глава 3. Классификация металлургических процессов 59
- •Глава 4. Основные и вспомогательные материалы
- •Предисловие
- •Введение
- •Глава 1. Классификация, свойства и области применения цветных металлов
- •1.Классификация
- •2. Свойства и области применения
- •Глава 2. Термины и понятия физической химии
- •1. Законы термодинамики
- •2. Растворы, электролиты и электролиз Растворы
- •Электролиты
- •Электролиз
- •Глава 3. Классификация металлургических процессов
- •1. Пирометаллургические процессы
- •1.1. Обжиг
- •1.2 Металлургические плавки
- •1.3. Промышленные способы обжига и плавки
- •2. Гидрометаллургические процессы
- •2.1. Выщелачивание
- •2.2. Выделение металлов из растворов
- •Кристаллизация
- •Гидролиз
- •Осаждение сульфидов металлов
- •Цементация
- •Oсаждение металлов восстановлением водородом
- •Экстракция
- •Ионообменная технология
- •2.3. Вспомогательные процессы Перемешивание
- •Выпаривание
- •Разделение пульпы
- •Промывка осадков
- •3. Электрометаллургические (электрохимические) процессы
- •3.1. Электролитическое осаждение (электролиз с нерастворимым анодом)
- •Электроосаждение из водных растворов
- •Электроосаждение из расплавленных сред
- •3.2. Электролитическое рафинирование (электролиз с растворимым анодом)
- •Электрорафинирование в водных растворах
- •Электрорафинирование в расплавленных средах
- •Глава 4. Основные и вспомогательные материалы цветной металлургии
- •1. Руды и минералы цветных металлов
- •2. Обогащение руд
- •3. Вторичное сырье цветных металлов
- •4. Шихта и металлургическое топливо
- •5. Огнеупорные и теплоизоляционные материалы
- •Контрольные вопросы
- •Рекомендательный библиографический список
- •Предметный указатель
- •Герман Александрович колобов Металлургия цветных металлов
Гидролиз
Взаимодействие ионов соли, находящейся в растворе, с ионами воды, в результате которого образуется малодиссоциированное вещество, выпадающее в осадок, носит название гидролитического осаждения (или гидролиза). При гидролизе солей образуются, за счет связывания ионов воды (Н+ и ОН-), кислоты и основания и изменяется водородный показатель рН среды в ту или иную (щелочную или кислотную) сторону в зависимости от природы соли. В химическом смысле гидролиз солей обратен реакции нейтрализации. При гидролитическом выделении металлов они осаждаются в виде труднорастворимых соединений - гидроксидов или основных солей. Реакция образования гидроксида металла в ионном виде может быть выражена следующим уравнением:
Me(OH)n(тв)
В этом случае произведение растворимости Me(OH)n равно:
где и - активности ионов Men+ и.
Гидролиз, как правило, является процессом обратимым и не протекает в обратном направлении, то есть в направлении растворения гидроксида, в том случае, когда достаточно малая величина.
Гидроксиды металлов выделяются при определенном рН, значение которого является функцией , активности и заряда иона металла n в растворе:
,
где KB - ионное произведение воды, равное 10-14.
Поскольку насыщенные растворы малорастворимых гидроксидов характеризуются малыми концентрациями ионов, приближенно можно считать, что
З
7*
Из этого уравнения также следует, что с увеличением концентрации металла в растворе рН начала выделения гидроксида смещается в область более низких значений. Для данного металла с увеличением степени его окисления (заряда катиона n) рН выделения гидроксида также смещается в сторону более низких значений.
Осаждение металлов в форме гидроксидов используют для коллективного и селективного выделения их из растворов (например, при очистке цинковых и медных растворов от железа, сточных вод от ионов цветных металлов).
При наличии в растворе ионов нескольких металлов прежде всего начнет осаждаться гидроксид того металла, рН выделения гидроксида которого меньше (раствор кислее), а, следовательно, и растворимость меньше. Таким образом, имеется возможность в каждом отдельном случае способствовать или препятствовать протеканию гидролиза путем прибавления к раствору некоторого количества кислоты или щелочи до определенной величины рН и производить фракционное осаждение гидроксидов примесей, присутствующих в промышленных растворах, так как каждая из них осаждается при различных значениях рН.
Гидроксиды Me3+ выделяются при более низких значениях рН, чем гидроксиды Me2+. Так, в промышленной практике используют способ отделения кобальта от никеля, основанный на окислении Со2+ до Со3+ ( = 2,010-16, = 6,4; = 3,010-41, = 1,0; = 1,010-15, = 7,1). Окисляют Со2+ до Со3+ хлором, процесс проводят в слабокислой среде, добавляя воду для нейтрализации образующейся кислоты:
2CoSO4 + Cl2 + 3Na2CO3 + 3H2O =
= 2Co(OH)3 + 2NaCl + 2Na2SO4 + 3CO2
Гидроксид кобальта Со(ОН)3 осаждают при рН =1-2. Гидроксид никеля Ni(OH)2 в этих условиях не осаждается, хотя никель частично соосаждается с кобальтом вследствие некоторого его окисления до Ni3+. Путем переосаждения получают Со(ОН)3 с содержанием примеси никеля 0,2-0,3 %.
При соблюдении определенных условий (тонком регулировании рН раствора) дробным осаждением удается осуществить разделение очень близких по свойствам элементов, таких как лантаноиды.
В производстве глинозема гидролиз используется на операции декомпозиции - разложения алюминатного раствора с осаждением гидроксида алюминия:
NaAlO2 + 2H2O AL(OH)3 + NaOH
Гидратация - взаимодействие веществ с водой, при котором, в отличие от гидролиза и других реакций с участием воды, молекулы воды не разрушаются. Гидратация - частный случай сольватации, то есть взаимодействия растворенных частиц с молекулами растворителя.
При приготовлении известкового молока (гашении извести) происходит гидратация оксидов кальция и магния по обратимым экзотермическим реакциям:
CaO + H2O Ca(OH)2
MgO + H2O Mg(OH)2
Направление реакций определяется температурой и парциальным давлением водяных паров, а скорость гидратации СаО и MgO - химическим и минералогическим составом и пористостью извести.