Термодинамическая возможность гидрометаллургических процессов

Термодинамическая возможность
гидрометаллургических процессов
Цели изучения
Дать представление о термодинамической возможности протекания
электродных процессов в водных растворах
Ознакомить с методами выбора составов электролитов для
электроосаждения металлов с учетом природы металла и природы
электролита
Зависимость потенциалов разряда
ионов водорода и ионов гидроксила от рН
III
Уравнения
Среда
2Н3О+ + 2е → Н2 + Н2О
кислая
(1)
2Н2О + 2е → Н2 + 2ОН–
нейтральная
и щелочная
(2)
О2 + 4Н3О+ + 4е → 6Н2О
кислая
(3)
О2 + 2Н2О + 4е → 4ОН–
нейтральная
и щелочная
(4)
E = -0,059pH
II
E = 1,229 - 0,059pH
Вероятность протекания катодных процессов
I
Ек < Ер
Вероятность протекания анодных процессов
Еа > Ер
Ме - ze → Меz+
Влияние природы электролита на
равновесный электродный потенциал
Au - 3e  Au3+
Потенциал золотого электрода в растворе простой соли
Ер  Ео 
RT
ln a Au 
zF
0
𝐸𝐴𝑢
3+
= 1,52 В
𝐴𝑢
Уравнение анодного процесса в цианидном электролите
Au - e + 2CN−  [Au(CN)2]−
Уравнение диссоциации комплексного иона
[Au(CN)2]− → Au+ + 2CN−
Уравнение для константы нестойкости комплексного иона
Kн 
2
a Au  a CN

a [ Au(CN )

2]
отсюда
a Au  K н 
a [ Au(CN )

2]
2
a CN

Потенциал золотого электрода в растворе комплексной соли
a[ Au ( CN ) ]
RT
o
2
0
E р  E Au  
ln K н 
𝐸𝐴𝑢
+
2
zF
a CN 
Au
= 1,83 В
𝐴𝑢
Если принять активность комплексных и цианид ионов равной 1 моль/л, то
Ep = 1,83 + 0,059lg(5·10-39) = −0,43 В
Диаграмма Пурбе для системы цинк-вода
Электродные процессы на цинке
в водном растворе
До рН =5,5 (прямая 1):
Zn - 2e  Zn2+
E р  0,76  0,0295 lg a
Zn 2 
рН = 5,5 ÷ 13 (прямая 3):
Zn - 2e +2Н2О  Zn(ОН)2 + 2Н+
E р  0,40  0,059 pH
рН > 13 (прямая 5):
Zn - 2e +2Н2О  ZnО22- + 4Н+
E р  0,441  0,118pH  0,0295 lg a ZnO 2
2
Выводы
1. Сопоставляя равновесные потенциалы металлических электродов с
устойчивостью воды
в различных средах можно предсказать
термодинамическую вероятность протекания катодных и анодных
процессов.
2. По величине стандартного потенциала металлического электрода можно
предсказать возможность использования данного металла в качестве
растворимого или нерастворимого анода в ваннах рафинирования и
электроэкстракции.
3. Изменяя природу электролита (с простого на комплексный) можно
переводить металл из одной зоны термодинамической устойчивости в
другую.