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汞齐冶金发表评论(0)编辑词条

  汞齐冶金(amalgam metallurgy)

  有汞参与并形成汞齐的金属提取或金属提纯的过程。利用欲提取的金属能与汞形成汞齐,而与其他杂质分离;然后再利用汞齐易分解、汞的沸点低(648K)的性质,加热汞齐使汞蒸发,或利用其他方法分离汞从而达到提取或提纯金属的目的。

  战国初期(距今2500年前)中国就发明了金(银)汞齐鎏金(银)的技术,即镀金技术。而混汞法始创于秦末汉初,这是最早的汞齐冶金,后来才传入西方的一些国家。到20世纪70年代,混汞法提金、银在某种程度上已被氰化法(见氰化法提金)和浮选法所取代,但对于回收解离的单体自然金,特别是粗粒金,混汞法仍有它的独到之处,故仍为世界上回收黄金的重要方法之一。此外,利用许多金属能和汞形成汞齐的性质,汞齐冶金还应用于锂、钠、铷、铯、钙、钡、钕、镓和铊的提取或精炼。

  汞齐   汞和其他金属组成的合金的总称。因为汞齐和一般固态合金不同,故特名汞齐、。某金属和汞生成的汞齐称为某汞齐,如钠汞齐、金汞齐。视金属在汞中溶解度的差异,可以是液态汞齐或固态汞齐。在汞齐中,汞和其他金属除生成液溶体和固溶体外,还可生成化合物。汞齐形成的难易取决于各金属在汞中的溶解度。其性质和汞相似或在周期表中和汞位置相近的金属均易溶于汞而形成汞齐。同族元素在汞中的溶解度随其原子序数的增加而增大。各种金属在汞中的溶解度一般都随着温度的升高而相应增大,在接近该金属的熔点时,增长的幅度尤大。一些金属于291K时在汞中的溶解度列举于表1,某些金属于不同温度下在汞中的溶解度列举于表2。由表1可见,溶解度最大的是铊,最小的是铁,所以常用铁做盛汞的容器。

(图)汞齐冶金

  方法   汞齐冶金一般包括两大步骤,第一步为汞齐制备,第二步为金属和汞的分离。经汞齐冶金得到的金属有时纯度不够,可再进行适当的精炼提纯。汞齐冶金的工艺流程如图1所示。

(图)汞齐冶金

  根据汞齐制备的方法,汞齐冶金可分为混汞法、汞齐电解法、汞齐置换法三种方法。欲提取金属在原料中呈金属态,如砂金中的自然金粒和废铝件中的铝时,可用混汞法提取;而提取溶液中的金属则可用汞齐电解或汞齐置换法提取。从汞齐中分离欲提取金属,可采用蒸馏法将汞蒸发,从馏余物中得到金属;也可用有关的化学试剂作用于汞齐,使欲提取金属进入溶液而分离;还可将汞齐作为阳极电解,汞不溶留在阳极,某些溶于汞中的金属如铁、钴、镍等易于钝化而不易氧化难以进入溶液,欲提取金属则进入溶液而得以分离。

  混汞法   将金属与汞共同研磨或混合加热生成汞齐,而与其他杂质分离的方法。混汞法主要用于提金、银。混汞法提金、银是利用液态金属汞对矿浆中金、银颗粒的选择性润湿并与之生成汞齐,与其他金属矿矿物和脉石分离;然后将汞齐置于蒸馏器中加热使汞蒸发,粗金、银就留于残存物中而得以提取(见混汞法提金和混汞法提银)。也曾采用过混汞法从电热法铝硅合金或铝废件中提取纯铝。

  汞齐电解法   用汞做阴极进行电解从溶液中沉积金属生成汞齐,再进一步提取金属;或用汞齐做阳极进行电解选择性溶解而分离提纯金属的方法。

  某些负电性金属如钾、钠、钙、钡和镓、铟、铊等,因标准还原电位比氢负,不能用水溶液电解法提取。但用汞做阴极进行水溶液电解时,由于阴极析出的不是纯金属而是该金属的汞齐,使其还原电位向正的方向移动;又因氢在汞阴极上放电的超电压很大,常温下电流密度为0.01A/cm2时达1.1V以上,使氢的还原电位(见电极电位)向负的方向移动。二者作用的结果使负电性金属的还原电位大于氢的还原电位,而能够在汞阴极上放电析出生成相应的汞齐。用汞做阴极电解时,若析出的金属溶于汞时放热,则放电电位比其标准电位为正;若析出的金属溶于汞时吸热,则放电电位比其标准电位为负。由于各种金属溶于汞中的热效应不同,所以它们在汞阴极上放电的次序与一般电位序存有差异,这使得某些用一般电解法分离困难的金属通过汞齐电解得以分离。某些金属在汞阴极上的还原电位与电流密度的关系如图2。用汞齐做阳极电解时,根据各种金属的氧化电位的差别,控制一定的电解电压使欲提取金属留于汞齐中,活性金属进入溶液;或使欲提取金属放电入溶液,欲分离金属留在汞齐中,从而达到分离的目的。通过测定汞齐的电位来确定电解分离的电压。某些金属在汞阳极上的氧化电位与电流密度的关系见图3。

(图)汞齐冶金

(图)汞齐冶金

  汞齐电解法用于生产碱金属。烧碱的生产也采用汞齐电解法,以石墨做阳极,汞做阴极。阳极反应为:

(图)汞齐冶金

  阴极反应为:(图)汞齐冶金

  汞齐含钠0.2%~0.3%,如含钠超过0.9%时,汞齐就会固化堵塞管道。钠汞齐在解汞室与水反应:

(图)汞齐冶金

  用汞齐法制碱土金属时,由于氯化物水溶液电解会生成许多难于除去的碱式盐,故采用非水溶液电解。如钡汞齐可由碘化钡的吡啶溶液电解制取。前苏联在20世纪50年代用汞齐电解法提取和分离镓、铟、铊等稀散金属,其作法是经反复多次进行汞阴极电解析出和汞阳极电解的分离提纯。到20世纪60年代,随着溶剂苹取的发展,溶剂萃取逐渐取代了汞齐法,但现在仍有用汞齐电解法从铝生产过程中含镓的返回铝酸钠母液及碳酸化分解母液中提镓的(见汞齐电解法提镓)。

  汞齐置换法   主要利用各种金属的电位序不同,用活性较强金属的汞齐置换活性较弱的金属,得到活性较弱金属的汞齐,而达到金属富集和分离的目的。如从铅烧结烟尘水浸出液中用锌汞齐置换铊,得铊汞齐;在酒精中用钠汞齐置换钕的氯化物得钕汞齐。由于钠汞齐的制造方法较简单,钠的活性又强,故通常用它来制造钕、钡、锶等金属的汞齐。

  安全措施   汞齐冶金需用大量汞,汞蒸气有毒,会污染环境并危害操作人员的健康,因而必须采取安全措施。安全措施包括:汞作业在通风橱中进行,蒸汞设备密封完善,强化厂房的通风以保证厂房空气含汞极限浓度低于10μg/m3;车间排出的空气和作业尾气经净化后才能排空;厂房地面应有一定倾斜度(1°~3°),并用塑料、橡胶或沥青等不吸附汞的材料铺设,墙壁光滑平整并涂以油漆沥青漆,定期用肥皂水或千分之一浓度的高锰酸钾水刷洗墙壁地面;操作人穿着必要的劳动保护用品,下班时洗澡更衣并用氯酸钾或高锰酸钾稀溶液漱口,定期体检。

(图)汞齐冶金

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