電冶金法簡介

電冶金法是利用電能從原料中提取、精煉金屬的一種冶金方法。直接利用電能獲得冶煉所需要的高溫進行冶金的方法，稱為電爐冶煉：有電弧煉鋼;難溶、活潑金屬及它們合金的真空自耗電極熔煉;電子束熔煉;等離子冶金等。先將電能轉變成化學能使溶液中的金屬離子還原為金屬析出，或將粗煉得到的金屬作為陽極，經溶液電解精煉沉積在陰極上，稱為水溶液電解冶金，如銅、鋅的電解沉積和銅、鉛的電解精煉。

先利用電能產生的熱，使熔鹽處于所需的高溫，再以直流電轉換為化學能，從熔鹽中還原金屬，稱為熔鹽電解冶金。用于鋁、鎂、鈉、鉭、鈮等的熔鹽電解生產。電冶金過程容易隔絕有害物質的滲入，可以獲得高品質高純度的金屬，這不論對活性金屬或惰性金屬的精煉，都是一種重要的冶金方法。

電冶金技術概述

電冶金技術也叫濕法冶金，以區(qū)別于采用火或電的火法熔煉技術。所謂濕法冶金，就是從電解液中電沉積出金屬的過程，它是冶金工業(yè)部門提取金屬的重要方法之一，同時也是提純有色金屬和制取貴重金屬的主要方法。

電冶金與火法冶金比較，具有制品純度高，并且能處理低品位礦石或復雜多金屬礦的優(yōu)點。電冶金技術的要點是將礦石經焙燒、粉碎等處理后，用酸(如鹽酸、硫酸)或堿(如硫化堿，即硫化鈉加氫氧化鈉)、鹽(如硫酸亞鐵)等，將礦石中的金屬鹽進行溶解，再對這種含金屬離子的電解液進行電沉積加工。這時采用的陽極是不溶性陽極，而從陰極上獲取金屬材料。當然在電解制取前還要對這種電解液進行提純，將電位較正的異種金屬離子先行取出，然后才進行所需金屬的制取。

電冶金還用于對不純有色金屬的精煉。這時的陽極則是需要提純的金屬，如銅、鎳等。通過電解加工后，從陰極上獲得的是純度很高的金屬材料，其純度通常可以達到99.99%以上。

金屬的電解冶煉和精煉提純，大部分都是在電解質的水溶液中進行的。用水溶液電解體系制取的金屬已經達到30多種。主要有銅、鋅、鈷、鎳、鐵、鉻、錳、鎘、鉛、銻、錫、銦、金、銀等。其中電解精煉提取的有銅、鎳、鉆、錫、鉛、汞、金、銀、銻、銦等。

除了水溶性電解質，在金屬的熔融鹽中也可以電解冶金，并且是制取鋁等重要現(xiàn)代工業(yè)材料的重要技術。

通過熔鹽電解大規(guī)模生產的金屬有鋁、鎂、鈉、鋰、鉀、鈣、鍶、鋇、鈹、鈾、鈦等。這些材料在國民經濟中的重要性早巳超過鋼鐵與銅、鎳、鋅等一樣，成為重要的戰(zhàn)略性金屬材料。

電冶金技術應用

(1)銅的電解精煉

電解煉銅是工業(yè)上采用得最早的電化學方法之一，其應用也最廣。因為火法制取的銅的雜質含量太高，不適合現(xiàn)代工業(yè)特別是電子工業(yè)對高純度銅的需要。因此大部分(85%～90%)的銅的制取要通過電解法進行精煉。各種銅的組分如圖1所示。

電解精煉銅的陰極沉積層盡管不需要像裝飾性電鍍那樣平滑光亮，但也不能有樹枝狀或疏松的鍍層。因此要適當添加表面活性劑等改善陰極電流分布，使鍍層較為平整光滑。

電解精煉銅與其他電沉積銅的區(qū)別還在于它的規(guī)模是非常大的。為了提高生產效率和降低成本，電解精煉銅采用的是大規(guī)模生產方式。通常是上百個電解槽并聯(lián)或者串聯(lián)工作。所用的槽電壓也比電鍍高得多，約在16～18V。電流密度為200～260

銅的電冶金則是從銅礦石浸取的電解液中進行的。銅礦石的科類很多，如孔雀石、藍銅礦、黑銅礦、硅孔雀石礦、赤銅礦、輝銅礦、斑銅礦、銅藍礦和黃銅礦等。

氧化銅礦用硫酸溶解浸出；硫化礦石是用硫酸鐵溶解；含有金屬銅和氧化物的礦石可以用氨水溶液浸出；孔雀石、藍銅礦和黑銅礦可以稀硫酸溶解；赤銅礦、輝銅礦和斑銅礦則用酸化的硫酸亞鐵溶解；黃銅礦必須先在高溫煅燒使之變成氧化銅，再用酸浸出，用濕法電冶煉；銅的電冶金所用的陽極為鉛板。

(2)銀的電解精煉

用電解精煉銀幾乎是提純金屬銀的唯一方法。因為用這種方法制得的金屬銀，其純度可達99.96%～99.99%。電解精煉銀的電解液如圖2所示。

由于銀的電位很正，因此電解液中的其他金屬雜質的影響不眵顯。在槽電壓為1.5V，電流效率為95%時，每噸銀的電能消耗芫400kW·h。

電解銀的陽極泥中含有金、鉑等希貴金屬，還可以再用來提煉這些貴金屬。

(3)金的電解精煉

在電解銅時分離銀、銅之后的陽極泥，精煉銀以后的陽極泥中的金，由礦石冶煉中所提取的金以及廢金飾等都可以用于金的精煉提純。這些材料中除金外，尚夾雜著銅、鉛、銀、鉑族金屬雜質等。如果雜質金屬含量超過15%，則要用化學法先提純。作為陽極的金的含量不得低于90%。

金的化合物除了氯化物以外，溶解度都很低，而且還不穩(wěn)定，因此都不適合作電解金的電解液。

電解金用的電解液是三氯化金加鹽酸。加入鹽酸的目的是為了增加電解液的電導，同時防止三氯化金的水解。

生成的一氧三氯絡金酸按下式電離。

因此，在中性的氯化金溶液中，主要以一氧三氯絡金酸的形式存在。這時如果以金屬金為陽極進行電解，將不是陽極的金的電化學溶解，而是氧氣的析出，結果使陽極容易鈍化。

電解精煉金的電解槽比較小，一般只有20L，用陶瓷制作。電解液的配方如圖3所示。

電解精煉出來的金的純度可達99.98%一99.99%。

(4)鋅的濕法冶金

鋅是重要的最常用有色金屬之一。在全世界的鍍槽中，有一半左右是鍍鋅液。也就是說鍍鋅的量是所有電鍍液總量的一半。而世界上大約50%鋅則是通過濕法冶金制取的。

將鋅礦石用硫酸浸取，然后制成鍍鋅電解液，最后用不溶性陽極進行電沉積，從陰極上獲得金屬鋅。

工業(yè)上用電解法制鋅最早是美國和加拿大，他們于1914年開始工業(yè)電解冶煉鋅。濕法冶煉鋅方法與當初基本上是一樣的。只是技術和設備更加完善。

與前面幾種有色金屬和貴金屬不同的是，鋅的還原電位比較負，因此很多比鋅電位正的金屬都容易成為在陰極優(yōu)先析出的雜質。這使得鋅的電冶金的流程和管理比較復雜。為了排除雜質金屬的干擾，在將鋅精礦經煅燒成氧化鋅后，經酸化浸制成硫酸鋅的溶液。這時要加入鋅粉，將電位比鋅正的金屬(銅、銀、金等)置換并沉淀出來。進行這種分離后的電解液，才能用于濕法冶金。

鋅的濕法冶金分為正規(guī)法和強化法兩種。正規(guī)法是將浮選得到的鋅精礦在550～650℃緩慢煅燒，然后用較低濃度的硫酸溶解(也可以用電解鋅后的電解液)，制成如圖4(a)組成的電解液。

強化法是加大電解液主鹽濃度和電流密度，同時提高鍍液溫度和電流密度。這樣可以獲得較快的電沉積速度，如圖5(b)所示。

簡單說來，電冶金就是電化學技術在提取冶金中的應用。十分清楚，假若一個反應消耗電子，為使該反應連續(xù)進行，就必須由另外一個反應供給電子。這一對互補反應組成一電化學電池，這兩個反應分別叫做陰極反應和陽極反應。

任何一個電化學系統(tǒng)都表現(xiàn)出兩個重要特點。

第一，發(fā)生電化學反應的反應物必須以帶電狀態(tài)或離子狀態(tài)存在。雖然氣體可以是帶電的原子或分子，但大多數情況下，氣態(tài)物質對組成電化學電池不甚方便。反應物只有溶解在離子固體或離子液體中，或者溶解在水這樣的極性液體中才客易電離。也就是說，這些溶劑的基本功能是為帶電物質提供一種它們能在其中存在的介質。

第二，為使電化學反應在體系中連續(xù)發(fā)生，也就是使電流在回；路中流動，必須在陰、陽極之間存在電位差。產生電位差的原因，一種情況是兩個電極上的電化學反應速度不同，造成電子供應和消耗不平衡，即兩個電極表面電位有差異。另一種情況是在兩電極之間加上一外電壓。本章討論的重點是后一種情況，也兼及前一種。

在電冶金反應中，對體系施以外電壓，相當于用電能做“燃料”，推動化學反應繼續(xù)進行。這種燃料的優(yōu)點首推在過程中不向體系引入雜質。舉例來說，火法冶金中使用焦炭，不可避免地向反應池中引入

電冶金是以電能為能源進行提取和處理金屬的工藝過程。根據電能轉化形式的不同分為電化冶金和電熱冶金兩類。

電化冶金又稱電解，是使直流電能通過電解池轉化為化學能，將金屬離子還原成金屬的過程。根據電解液不同，電化冶金分為水溶液電解和熔鹽電解；根據陽極不同又分為不溶陽極電解和可溶陽極電解，前者又稱電解提取，后者又稱電解精煉。

電熱冶金是利用電能轉變?yōu)闊崮茉陔姞t內進行提取或處理金屬的過程，按電能轉變?yōu)闊崮艿姆椒醇訜岬姆椒ú煌譃殡娀∪蹮?、電阻熔煉、感應熔煉、電子束熔煉和等離子冶金等。