10.2. Основы ионообменных процессов

Ионообменные процессы основаны на способности некоторых твердых веществ, нерастворимых в воде и называемых ионитами, при контакте с растворами электролитов обмениваться ионами того же знака, входящими в состав ионита и раствора. Ионитами являются как некоторые неорганические материалы, так и искусственные органические материалы в виде твердых полимерных переплетенных нитей.

По закону обменивающих ионов различают катиониты, аниониты и амфолиты. В гидрометаллургии в качестве ионитов используют синтетические смолы, которые выпускают в промышленности в виде гранул размером от 0,5 до 3-4 мм. Характеристики ионитов: плотность, набухаемость, насыпная масса, обменная емкость, механическая прочность, химическая устойчивость. Обменная емкость смолы выражается обычно в мг-экв/г смолы (колеблется от 3 до 10).

Процесс десорбции поглощенного на смоле иона называют элюированием. В результате элюирования поглощенных ионов из достаточно насыщенной («нагруженной») смолы получают элюаты с концентрацией металла в 100 и более раз, чем в исходных растворах.

10.3. Выделение металлов из растворов в виде труднорастворимых соединений

Разновидности труднорастворимых соединений, используемых в гидрометаллургии: гидроксиды металлов, сульфиды металлов, соли неорганических кислот, соли органических кислот.

Рассмотрим подробнее осаждение металлов из растворов в виде гидроксидов и основных солей. Реакции гидролиза с образованием таких осадков из раствора MeSO₄:

(56)

(57)

Гидроксиды и основные соли диссоциируют в водном растворе по реакциям:

(58)

(59)

Основной термодинамической характеристикой равновесия между малорастворимым соединением и раствором является произведение растворимости (L), которое численно равно активности ионов. Для реакции (59):

(60)

После логарифмирования выражения (60) и преобразований получим выражение для рН_равн гидратообразования:

(61)

Привести рН грамму (рис.8) и дать примеры ее использования в практике производства металлов.

10.4. Выделение металлов из водных растворов водородом.

Реакция восстановления катиона металла водородом:

(62)

может протекать вправо если электродный потенциал водорода меньше электродного потенциала металла:

Равновесная активность (концентрация) металла в растворе при осаждении водородом зависит от природы металла, рН раствора и давления водорода ( ). Такие металлы как Cu, Ag, Au можно осадить водородом даже из сильнокислых растворов.

10.5. Выделение металлов цементацией

Цементацией называют процесс выделения из раствора ионов одного металла другим металлом (цементатором), находящимся в свободном состоянии. Процесс описывается реакцией:

(63)