第三篇 湿法冶金原理
第十四章 浸出液净化
? [教学内容 ]：离子沉淀法, 置换沉淀法, 加压氢还原
法和共沉淀法净化浸出液
? [教学要求 ]：了解湿法冶金过程中浸出液净化的几种
常用方法；理解离子沉淀法, 置换沉淀法, 加压氢还
原法的热力学过程分析；了解共沉淀法及其他净液方
法 。
? [教学重点和难点 ]：离子沉淀法, 置换沉淀法, 加压
氢还原法的热力学过程分析
第十四章 浸出液净化
? 14.1 离子沉淀法净化
? 14.2 置换沉淀法净化
? 14.3 加压氢还原
? 14.4 共沉淀法净化
? 14.5 其他
14.1 离子沉淀法净化
?所谓离子沉淀法, 就是溶液中某种离子在沉淀剂的作
用下, 形成难溶化合物形态而沉淀的过程 。
?为了达到使主体有价金属和杂质彼此分离的目的, 工
业生产中有两种不同的做法：一是使杂质呈难溶化合物
形态沉淀, 而有价金属留在溶液中, 这就是所谓的溶液
净化沉淀法；二是相反地使有价金属呈难溶化合物沉淀,
而杂质留在溶液中, 这个过程称为制备纯化合物的沉淀
法 。
14.1 离子沉淀法净化
1 氢氧化物及碱式盐的沉淀
1.1 氢氧化物沉淀
生成难溶氢氧化物的反应都属于水解过程 。 金属离子水解反应可
以用下列通式表示：
Mez+＋ zOH－ ＝ Me(OH)z(s) （ 1）
可以推导出 Mez+水解沉淀时平衡 pH值的计算式,
???? zMewsp zKKzpH ?lo g
1lglo g1
)1(
（ 14-1）
14.1 离子沉淀法净化
结论：
? 形成氢氧化物沉淀的 pH值与氢氧化物的溶度积和溶液中
金属离子的活度有关 。
? 当氢氧化物从含有几种阳离子价相同的多元盐溶液中沉淀
时, 首先开始析出的是其形成 pH值最低, 即其溶解度最小
的氢氧化物 。 在金属相同但其离子价不同的体系中, 高价
阳离子总是比低价阳离子在 pH值更小的溶液中形成氢氧化
物, 这是由于高价氢氧化物比低价氢氧化物的溶解度更小
的缘故 。 这个决定氢氧化物沉淀顺序的规律, 是各种湿法
冶金过程的理论基础之一 。
14.1 离子沉淀法净化
1.2 碱式盐的沉淀
设有碱式盐,其形成反应可用下式表示
zyz OHMeM eA )(?? ?
)()( OHMeM e AOHzAyzMe yzyz ?????? ????? ??? (2)
?? ?
?????
yz AMew yzKRTz
GpH ?
?
??
?
??
? logloglog303.2
0
)2(
)2(
同样可以推导出,
结论,形成碱式盐的平衡 pH值与 Mez+的活度 和价数
（ z）, 碱式盐的成分 （ α 和 β ）, 阴离子的活度 和价数
（ y） 有关 。
（ 14-2）
)( ?zMe?
)( ?yMe?
14.1 离子沉淀法净化
1 硫化物的沉淀
? 硫化物沉淀分离金属, 是基于各种硫化物的溶度积不同, 凡溶度积愈
小的硫化物愈易形成硫化物而沉淀析出 。
? 硫化物沉淀的热力学分析
硫化物在水溶液中的稳定性通常用溶度科来表示：
Me2Sz=2Mez+＋ zS2－
][][ 22)( 2 ?? ?? SMeK zSMesp z
可导出一价、二价、三价金属硫化物沉淀的平衡 pH值的计算式分别为：
???? MeSMespKpH ?lo glo g2
15.11 )(
2
???? 2lo g2
1lo g215.11
)( MeM e SspKpH ?
???? 332 lo g3
1lo g615.11
)( MeSMespKpH ?
（ 14-3）
（ 14-4）
（ 14-5）
14.1 离子沉淀法净化
结论：
? 生成硫化物的 pH值，不仅与硫化物的溶度积有
关，而且还与金属离子的活度和离子价数有关。
? 高温高压有利于硫化沉淀，在现代湿法冶金中已
发展到采用高温高压硫化沉淀过程
14,2 置换沉淀法净化
1 置换沉淀过程的热力学
用较负电性的金属从溶液中取代出较正电性金属的反应叫做
置换沉淀。置换反应为：
?? ??? 21 21122112 zz MezMezMezMez
反应平衡条件可表示如下
???? lnln
2
0
21
1
0
1 Fz
RT
Fz
RT ???
如果两种金属的价数相同,在平衡状态下，溶液中两种金
属离子活度之比可用下式表示：
RT
zF
3 03.2
)(10 0102
2
1 ??
?
? ??
结论,从热力学角度考虑，在许多场合下，用置换沉淀法有
可能完全除去溶液中被置换的金属离子
（ 14-6）
（ 14-7）
（ 14-8）
14,2 置换沉淀法净化
2 置换沉淀过程的动力学
? 置换过程的动力学方程
在大多数情况下, 置换速度服从一级反应速度方程 （ n=1）,
n
Me
Me KC
d
dC
1
1 ??
?
（ 14-9）
14,2 置换沉淀法净化
? 影响置换过程及反应结果的重要因素,
（ 1） 置换金属与被置换物结合物的组成
（ 2） 置换温度
（ 3） 置换金属用量
（ 4） 置换金属的比表面积
（ 5） 置换时搅拌的作用
（ 6） 溶液的阴离子和表面活性物质的作用
（ 7） 氧的还原与氢气的析出
14.3 加压氢还原
1 加压氢还原过程的热力学分析
用氢使金属从溶液中还原析出的反应可表示如下：
zHMezHMe z ???? 221
)()3( HMezFG ?? ????
如果 反应 （ 3） 便可向金属还原的一方进行,
直到 时建立平衡为止 。
H?? ?Me
H?? ?Me
??? zMeMeMe azF
RT lg3 03.20??
2lg
303.2303.2
HH pzF
RTpHF RT ????
（ 14-10）
（ 14-11）
（ 14-12）
（ 14-13）
14.3 加压氢还原
? 电位 与 Me2+离子浓度以及与溶液的 pH的关系
图 14-2 25℃ 下金属电位与 Me2+离子浓度以及
氢电位与溶液的 pH的关系
增大氢还原反应的还原程度
有两个途径 。
?第一个途径是靠增大氢的压
力和提高溶液的 pH值来降低
氢电极电位；
?第二个途径是靠增加溶液中
金属离子浓度来提高金属电
极的电位 。
14.3 加压氢还原
2 加压氢还原过程的动力学分析
根据用氢从苏打溶液中还原钒和铀以及从氨溶液中还原铜等方面
的动力学研究结果, 表明在强烈搅拌溶液以充分消除扩散因素的条
件下, 还原反应属于零级反应, 其速度可用下列通式表示：
RT
W
H SeKPd
dC ??? 21
2?
结论：
?反应具有明显的多相体系的特点, 并且在控制速度的阶段中, 经
常是原子氢参与作用 。
?随着温度和氢压力的增高, 还原反应将加速进行 。
14.4 共沉淀法净化
1 分散体系的概念
?利用胶体吸附特性除去溶液中的其它杂质的过程叫做共沉淀法净化 。
? 一种物质分散成微粒分布在另一种物质中称为分散体系，被分散
的物质叫做分散质，分散质周围的介质叫做分散剂。
?根据分散体系中分散质粒子大小的不同, 把分散体系分为下列几类：
（ l） 溶液 分散质被分散成单个的分子或离子, 其粒子直径在 1× 10-
7cm以下 。
（ 2） 溶胶 又称胶体溶液, 它的分散质是由许多分子聚集而成的颗
粒, 粒子直径在 10-7～ 10-5cm之间 。
（ 3） 悬浊液 分散质也是由许多分子聚集而成的颗粒, 粒子直径在
10-5～ 10-3cm之间 。
14.4 共沉淀法净化
2 胶体的基本特性
? 胶体的高度分散性与吸附能力
? 胶体的电泳现象与其带电性
? 胶体的稳定性
? 胶体的结构
3 胶体的凝聚与吸附
? 加电解质
? 加热胶体溶液
? 加凝聚剂
14.5 其他
1 离子交换法
离子交换过程特别适用于从很稀溶液 （ 10微克 ·升 -1或更低 ） 提取
金属 。 对于高于 1％ 的浓溶液, 它是不恰当的 。
离子交换过程通常包括两个阶段：吸附, 解吸
2 离子浮选法
离子浮选就是利用气泡来捕集溶液中离子的一种技术 。
3 有机萃取法
有机萃取法主要利用金属离子在水和有机试剂中分配不同, 同
时水溶液与有机液形成两层液体相, 再用稀释剂从有机相中将金
属离子分离出来 。 萃取广泛用于从浸出液中提取金属和从浸出液
中除去有害杂质 。
第十四章 浸出液净化
? [教学内容 ]：离子沉淀法, 置换沉淀法, 加压氢还原
法和共沉淀法净化浸出液
? [教学要求 ]：了解湿法冶金过程中浸出液净化的几种
常用方法；理解离子沉淀法, 置换沉淀法, 加压氢还
原法的热力学过程分析；了解共沉淀法及其他净液方
法 。
? [教学重点和难点 ]：离子沉淀法, 置换沉淀法, 加压
氢还原法的热力学过程分析
第十四章 浸出液净化
? 14.1 离子沉淀法净化
? 14.2 置换沉淀法净化
? 14.3 加压氢还原
? 14.4 共沉淀法净化
? 14.5 其他
14.1 离子沉淀法净化
?所谓离子沉淀法, 就是溶液中某种离子在沉淀剂的作
用下, 形成难溶化合物形态而沉淀的过程 。
?为了达到使主体有价金属和杂质彼此分离的目的, 工
业生产中有两种不同的做法：一是使杂质呈难溶化合物
形态沉淀, 而有价金属留在溶液中, 这就是所谓的溶液
净化沉淀法；二是相反地使有价金属呈难溶化合物沉淀,
而杂质留在溶液中, 这个过程称为制备纯化合物的沉淀
法 。
14.1 离子沉淀法净化
1 氢氧化物及碱式盐的沉淀
1.1 氢氧化物沉淀
生成难溶氢氧化物的反应都属于水解过程 。 金属离子水解反应可
以用下列通式表示：
Mez+＋ zOH－ ＝ Me(OH)z(s) （ 1）
可以推导出 Mez+水解沉淀时平衡 pH值的计算式,
???? zMewsp zKKzpH ?lo g
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)1(
（ 14-1）
14.1 离子沉淀法净化
结论：
? 形成氢氧化物沉淀的 pH值与氢氧化物的溶度积和溶液中
金属离子的活度有关 。
? 当氢氧化物从含有几种阳离子价相同的多元盐溶液中沉淀
时, 首先开始析出的是其形成 pH值最低, 即其溶解度最小
的氢氧化物 。 在金属相同但其离子价不同的体系中, 高价
阳离子总是比低价阳离子在 pH值更小的溶液中形成氢氧化
物, 这是由于高价氢氧化物比低价氢氧化物的溶解度更小
的缘故 。 这个决定氢氧化物沉淀顺序的规律, 是各种湿法
冶金过程的理论基础之一 。
14.1 离子沉淀法净化
1.2 碱式盐的沉淀
设有碱式盐,其形成反应可用下式表示
zyz OHMeM eA )(?? ?
)()( OHMeM e AOHzAyzMe yzyz ?????? ????? ??? (2)
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同样可以推导出,
结论,形成碱式盐的平衡 pH值与 Mez+的活度 和价数
（ z）, 碱式盐的成分 （ α 和 β ）, 阴离子的活度 和价数
（ y） 有关 。
（ 14-2）
)( ?zMe?
)( ?yMe?
14.1 离子沉淀法净化
1 硫化物的沉淀
? 硫化物沉淀分离金属, 是基于各种硫化物的溶度积不同, 凡溶度积愈
小的硫化物愈易形成硫化物而沉淀析出 。
? 硫化物沉淀的热力学分析
硫化物在水溶液中的稳定性通常用溶度科来表示：
Me2Sz=2Mez+＋ zS2－
][][ 22)( 2 ?? ?? SMeK zSMesp z
可导出一价、二价、三价金属硫化物沉淀的平衡 pH值的计算式分别为：
???? MeSMespKpH ?lo glo g2
15.11 )(
2
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1lo g215.11
)( MeM e SspKpH ?
???? 332 lo g3
1lo g615.11
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（ 14-3）
（ 14-4）
（ 14-5）
14.1 离子沉淀法净化
结论：
? 生成硫化物的 pH值，不仅与硫化物的溶度积有
关，而且还与金属离子的活度和离子价数有关。
? 高温高压有利于硫化沉淀，在现代湿法冶金中已
发展到采用高温高压硫化沉淀过程
14,2 置换沉淀法净化
1 置换沉淀过程的热力学
用较负电性的金属从溶液中取代出较正电性金属的反应叫做
置换沉淀。置换反应为：
?? ??? 21 21122112 zz MezMezMezMez
反应平衡条件可表示如下
???? lnln
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如果两种金属的价数相同,在平衡状态下，溶液中两种金
属离子活度之比可用下式表示：
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)(10 0102
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结论,从热力学角度考虑，在许多场合下，用置换沉淀法有
可能完全除去溶液中被置换的金属离子
（ 14-6）
（ 14-7）
（ 14-8）
14,2 置换沉淀法净化
2 置换沉淀过程的动力学
? 置换过程的动力学方程
在大多数情况下, 置换速度服从一级反应速度方程 （ n=1）,
n
Me
Me KC
d
dC
1
1 ??
?
（ 14-9）
14,2 置换沉淀法净化
? 影响置换过程及反应结果的重要因素,
（ 1） 置换金属与被置换物结合物的组成
（ 2） 置换温度
（ 3） 置换金属用量
（ 4） 置换金属的比表面积
（ 5） 置换时搅拌的作用
（ 6） 溶液的阴离子和表面活性物质的作用
（ 7） 氧的还原与氢气的析出
14.3 加压氢还原
1 加压氢还原过程的热力学分析
用氢使金属从溶液中还原析出的反应可表示如下：
zHMezHMe z ???? 221
)()3( HMezFG ?? ????
如果 反应 （ 3） 便可向金属还原的一方进行,
直到 时建立平衡为止 。
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H?? ?Me
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（ 14-10）
（ 14-11）
（ 14-12）
（ 14-13）
14.3 加压氢还原
? 电位 与 Me2+离子浓度以及与溶液的 pH的关系
图 14-2 25℃ 下金属电位与 Me2+离子浓度以及
氢电位与溶液的 pH的关系
增大氢还原反应的还原程度
有两个途径 。
?第一个途径是靠增大氢的压
力和提高溶液的 pH值来降低
氢电极电位；
?第二个途径是靠增加溶液中
金属离子浓度来提高金属电
极的电位 。
14.3 加压氢还原
2 加压氢还原过程的动力学分析
根据用氢从苏打溶液中还原钒和铀以及从氨溶液中还原铜等方面
的动力学研究结果, 表明在强烈搅拌溶液以充分消除扩散因素的条
件下, 还原反应属于零级反应, 其速度可用下列通式表示：
RT
W
H SeKPd
dC ??? 21
2?
结论：
?反应具有明显的多相体系的特点, 并且在控制速度的阶段中, 经
常是原子氢参与作用 。
?随着温度和氢压力的增高, 还原反应将加速进行 。
14.4 共沉淀法净化
1 分散体系的概念
?利用胶体吸附特性除去溶液中的其它杂质的过程叫做共沉淀法净化 。
? 一种物质分散成微粒分布在另一种物质中称为分散体系，被分散
的物质叫做分散质，分散质周围的介质叫做分散剂。
?根据分散体系中分散质粒子大小的不同, 把分散体系分为下列几类：
（ l） 溶液 分散质被分散成单个的分子或离子, 其粒子直径在 1× 10-
7cm以下 。
（ 2） 溶胶 又称胶体溶液, 它的分散质是由许多分子聚集而成的颗
粒, 粒子直径在 10-7～ 10-5cm之间 。
（ 3） 悬浊液 分散质也是由许多分子聚集而成的颗粒, 粒子直径在
10-5～ 10-3cm之间 。
14.4 共沉淀法净化
2 胶体的基本特性
? 胶体的高度分散性与吸附能力
? 胶体的电泳现象与其带电性
? 胶体的稳定性
? 胶体的结构
3 胶体的凝聚与吸附
? 加电解质
? 加热胶体溶液
? 加凝聚剂
14.5 其他
1 离子交换法
离子交换过程特别适用于从很稀溶液 （ 10微克 ·升 -1或更低 ） 提取
金属 。 对于高于 1％ 的浓溶液, 它是不恰当的 。
离子交换过程通常包括两个阶段：吸附, 解吸
2 离子浮选法
离子浮选就是利用气泡来捕集溶液中离子的一种技术 。
3 有机萃取法
有机萃取法主要利用金属离子在水和有机试剂中分配不同, 同
时水溶液与有机液形成两层液体相, 再用稀释剂从有机相中将金
属离子分离出来 。 萃取广泛用于从浸出液中提取金属和从浸出液
中除去有害杂质 。
