Fundamentals of Aqueous Metallurgy

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出版者:
作者:Vogely, William
出品人:
页数:212
译者:
出版时间:2002-11
价格:$ 145.77
装帧:
isbn号码:9780873352154
丛书系列:
图书标签:
  • 冶金学
  • 水冶金
  • 电化学
  • 材料科学
  • 金属提取
  • 腐蚀
  • 溶液化学
  • 电解冶金
  • 湿法冶金
  • 环境冶金
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具体描述

This comprehensive technical reference provides an overview of aqueous metallurgy and its applications in mineral processing operations. The text presents the physiochemical principles of various water-based processes.

深入金属与水相互作用的理论基石与前沿应用 《水相冶金基础原理》 旨在为冶金、材料科学、化学工程以及环境科学等领域的学生、研究人员和行业专业人士提供一个全面、深入且高度聚焦于现代水相冶金过程的理论框架与实践指导。本书超越了传统的概述性介绍,致力于揭示在水溶液环境中,金属的溶解、沉淀、氧化还原反应、络合作用以及表面物理化学现象背后的核心科学机制。 本书的结构设计旨在循序渐进地建立读者对水相冶金复杂系统的理解,从基础的热力学和动力学原理出发,逐步过渡到工业应用中至关重要的界面现象和过程控制技术。我们坚信,对这些基础原理的透彻掌握是设计、优化和创新高效、环境友好的湿法冶金工艺的关键所在。 第一部分:水溶液中的化学热力学基础 本部分奠定了理解水相冶金过程所需的热力学基石。我们摒弃了对基础化学的冗长复述,直接聚焦于冶金体系特有的热力学表述。 第一章:电化学与电位图的构建与解析 详细阐述了在水溶液中影响金属行为的核心驱动力——电化学势。内容涵盖了标准电极电位、能斯特方程的推导及其在非标准条件下的应用。重点剖析了Pourbaix图(或称电位-pH图)的构建原理、解读方法及其在预测金属腐蚀、溶解和稳定区中的决定性作用。此外,书中还深入探讨了多组分体系中不同氧化态离子间的相互作用,以及如何利用这些图谱指导工艺设计,例如选择最佳的浸出或电积电压窗口。 第二章:水溶液中的络合化学与反应平衡 金属在水溶液中的行为往往被溶液中存在的配位体(如氰化物、氨、氯离子、硫酸根等)所主导。本章系统地介绍了络合作用的热力学基础,包括配位数的概念、稳定度常数($log K$)的测定与应用。书中详细分析了不同配位体系(如铜的氨络合物、金的氰络合物、稀土元素的分离用有机酸络合物)对金属溶解度、浸出速率和选择性的影响。通过活度系数的考量,本书将读者从理想溶液模型提升到对真实高浓度冶金体系的精确描述。 第三章:固-液界面的溶解与沉淀动力学 热力学确定了反应的可能方向,而动力学则决定了反应的速率。本章着重分析了固态金属或化合物在水溶液中溶解和沉淀的机理。内容包括:溶解的活化能垒、扩散控制的溶解过程(如在致密氧化膜下的溶解)以及成核与晶体生长理论在沉淀除杂(如铁的去除、高纯氧化物的制备)中的应用。特别关注了杂质离子对晶体生长习性的影响,这是实现高纯度产品控制的关键。 第二部分:界面现象与传输过程 水相冶金的效率高度依赖于固-液界面的状态以及物质在溶液中的有效传输。本部分将理论研究与工程实践紧密结合。 第四章:电极过程的动力学与极化现象 在电积、电解提纯和电化学浸出中,理解极化是核心。本章详细解析了电化学反应的动力学方程,包括Butler-Volmer方程及其在不同过电位区域的简化形式。着重探讨了浓差极化(受传质速率控制)与活化极化(受反应活化能控制)的辨识方法和工程对策。内容涵盖了电极材料选择、电流密度对晶粒形貌的影响、以及缓和浓差极化的混合技术。 第五章:表面张力、润湿性与固液分离 界面科学是影响固液分离效率(过滤、沉降、浓缩)的关键。本章讨论了矿物表面与水的相互作用,包括表面电荷、零点电荷(IEP)的测定及其对絮凝沉降的影响。详细介绍了表面活性剂和捕收剂在调节表面性质中的作用机理,重点阐述了疏水性修饰如何改善过滤性能和减少残余水分。 第六章:传质与反应工程 如何将反应物高效地输送到反应界面,并将产物移走?本章从流体力学角度剖析了搅拌罐反应器(CSTR)和固定床反应器中的传质过程。内容包括:边界层理论、质量传递系数的确定、以及如何通过优化流场设计来最大化反应速率,同时避免局部过饱和导致的非选择性沉淀。 第三部分:关键冶金过程的机制剖析 本部分将前述理论应用于现代湿法冶金的标志性工艺中,展示如何利用化学原理解决实际问题。 第七章:浸出过程的选择性与控制 浸出是湿法冶金的第一步,其选择性直接决定了后续提纯的难度和成本。本章针对不同类型的浸出剂(酸、碱、氧化剂、络合剂)的反应机理进行了深入比较。详细分析了氧化浸出(如硫化矿的氧化机制、压力浸出中的氧气转移)和络合浸出(如贵金属、镍钴的复杂浸出体系)中反应的速率控制步骤,并引入了矿物学特征(如晶体结构缺陷、表面活性位点)对宏观浸出速率的影响模型。 第八章:溶剂萃取与离子交换的分离原理 对于高附加值金属和稀有金属的分离提纯,溶剂萃取和离子交换是核心技术。本章着重于萃取剂的分子设计原理,如中性萃取剂、酸性萃取剂和碱性萃取剂的配位模式。详细解析了萃取平衡的建立、反萃取过程的动力学限制,以及离子交换树脂在选择性吸附中的位点亲和力差异。内容涵盖了多级逆流萃取回路的理论设计。 第九章:金属的电沉积与高纯度产品获取 电沉积不仅是回收金属的手段,更是精炼的关键。本章聚焦于电沉积层形貌的控制。深入讨论了电流效率、晶粒细化剂、抑制剂对电沉积层微观结构的影响。通过形核-生长机制的调控,指导读者实现低应力、高密度、特定晶向的金属沉积,以满足电子级或电池级材料的严格要求。 结语:面向可持续发展的湿法冶金未来 本书最后探讨了水相冶金领域面临的环境挑战与前沿研究方向。重点关注“绿色冶金”的实践,包括低毒性浸出剂的开发、废水资源化利用中的选择性分离技术,以及过程的数字化与智能化控制潜力。 本书适合作为高等院校冶金工程、化学工程、材料科学专业本科高年级及研究生的教材或参考书。它不仅传授“如何做”,更强调“为什么这样做”,为培养新一代精通水相化学与过程工程的专业人才提供坚实的基础。

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用户评价

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这本书给我带来的最大收获,是它对“平衡”概念的哲学化处理。它不仅仅是将化学平衡视为一个简单的常数K,而是将其置于一个动态的、受外界干扰不断的系统中进行考量。作者花了大量篇幅讨论“非平衡态”对冶金效率的影响,比如反应动力学如何限制了热力学上的可行性,以及如何通过工程手段(如升高压力或引入催化剂)来人为地偏离或加速趋向于平衡的过程。它对溶液酸碱度和离子活度的讨论,细致到足以让从事电化学分析的人士感到满意,涉及到各种离子强度的修正模型和特定离子对效应的考虑。在面对复杂多金属体系的分离挑战时,这本书提供的分析框架——即如何通过精确控制pH值、氧化还原电位以及配位剂浓度,来依次“解锁”目标金属的溶解或沉淀窗口——是极其清晰和具有指导意义的。它教会我的,是如何在化学的可能性与工程的约束之间,找到那个最优的、最经济的稳定点。这本书读完后,处理水冶问题的思路会变得更加结构化和严谨。

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从排版和图示来看,这本书明显是为资深专业人士准备的,对普通读者的友好度并不高。图表大多是黑白线条图,信息密度极大,很多关键的实验数据点和拟合曲线被压缩在小小的空间里,需要极强的解读能力才能完全吸收其内涵。例如,在涉及矿物溶解度曲线的章节,图例的标注往往非常精简,假设读者已经熟悉了特定矿物学命名规则。更显著的特点是,它在引用文献时表现出极强的历史纵深感,追溯了很多早期奠定基础的经典实验,这使得全书的论证体系建立在一个非常扎实、经过时间检验的基石之上。它没有过多地讨论现代流程中常用的那些自动化监控手段,而是将重点放在了“机理”的理解上。如果你想了解如何使用最新的光谱分析仪来实时监测浸出液的成分,这本书可能不会给你直接的“操作手册”,但它会告诉你,光谱数据背后代表的化学平衡状态的本质是什么。这种对“根本原因”的执着探究,是其最宝贵的特质,也是其最令初学者感到吃力的部分。

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阅读体验上,这本书更像是一份极其严谨的学术手册,而不是一本可以轻松消遣的读物。它的语言风格是那种典型的、严谨的英式学术写作,句式复杂,逻辑链条极长,这无疑对读者的专注力和英文理解能力提出了挑战。我发现自己必须放慢阅读速度,时常需要对照着参考书目中的其他经典著作来佐证某些特定的热力学数据或反应速率常数。书中对各种常见冶金体系——从简单的浸出反应到复杂的溶剂萃取分离过程——的处理方式都遵循着从第一性原理出发的原则。它没有过多地纠缠于最新的专利技术,而是将精力投入到阐述那些永恒不变的物理化学定律如何支配这些过程。例如,在讨论选择性沉淀时,作者非常细致地分析了各种共存离子的影响,并引入了大量的手算示例,这在如今这个软件驱动的时代显得尤为珍贵。这本书的价值在于“打地基”,它强迫你思考“为什么”,而不是仅仅告诉你“怎么做”。如果你指望快速找到一个现成的工艺参数表,你可能会失望,但如果你愿意投入时间去理解其背后的驱动力,这本书的回报将是巨大的。

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这本书在对“过程控制”的探讨方面,展现出一种近乎偏执的细致。它超越了教科书上对理想反应的描述,转而深入到实际工业环境中常见的复杂性:比如,流体力学对传质速率的影响、固液界面的不均匀性、以及温度梯度引起的局部过饱和现象。我记得有一章专门分析了搅拌速度与浸出效率之间的非线性关系,通过引入湍流扩散系数的概念,它提供了一个定量模型,这对于设计大型反应器至关重要。另一个让我印象深刻的是,作者没有回避那些“灰色地带”——那些在理论上可行但在实践中因副反应过多或经济性不佳而被放弃的工艺路线。他会用严谨的论证去解释为什么某些看似合理的化学路径在工程上是死胡同。这种全景式的、不带偏见的科学审视,使得这本书具有很高的参考价值。它不仅仅是在教你冶金学,更是在培养一种系统性的、工程思维下的化学分析能力。对于研究生或者初入工业研发领域的工程师而言,这本书就像是一位经验丰富、从不偏袒任何一方的导师。

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这本书的封面设计得相当朴实,带着一种老派的学术气息,让人一眼就能看出它瞄准的受众群体——那些真正想钻研水冶基础的工程师和研究人员。翻开书页,首先映入眼帘的是对基本化学原理的详尽回顾,这部分内容处理得非常得当,没有丝毫的赘述,而是精准地聚焦于水溶液环境中发生的那些关键反应。比如,它对氧化还原电位图(Pourbaix图)的讲解,深度远超一般教材,不仅展示了如何构建和解读这些图谱,更深入探讨了在不同温度和离子强度下,这些图谱的动态变化。作者似乎深谙,要真正理解冶金过程,就必须彻底掌握电化学的基础。我尤其欣赏它对材料在腐蚀和溶解过程中的微观机理的描述,那些涉及到界面动力学和扩散控制的章节,虽然初读时略显晦涩,但随着对前面基础知识的巩固,你会发现它们是连接实验室理论与实际工厂操作之间的关键桥梁。这本书的价值,不在于提供最新的技术突破,而在于它构建了一个坚不可摧的知识框架,让读者能够以批判性的眼光去审视和改进现有的冶金工艺。对于任何希望从“操作者”升级为“问题解决者”的人来说,这绝对是案头必备的工具书。

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