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.