Мысты электролиттік тазарту: құрамы, формулалары және реакциялары

2024 Автор: Howard Calhoun | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2024-01-02 13:58

Мысты тазарту - электролиз арқылы металды тазарту процесі. Электролизді тазалау – мыстың 99,999% тазалығына жетудің ең оңай жолы. Электролиз электр өткізгіш ретінде мыстың сапасын жақсартады. Электр жабдығында жиі электролиттік мыс болады.

Бұл не?

Мысты тазарту немесе электролизі құрамында таза емес мыс бар анодты пайдаланады. Ол кеннің шоғырлануынан туындайды. Катод таза металдан (титан немесе тот баспайтын болат) тұрады. Электролит ерітіндісі сульфаттан тұрады. Демек, мысты тазарту мен электролиз бір және бірдей деп айтуға болады. Электр тогының әсерінен анодтардағы мыс иондары ерітіндіге түсіп, катодқа түседі. Бұл жағдайда қоспалар кетеді, немесе тұнба түзеді, немесе ерітіндіде қалады. Катод таза мысқа қарағанда үлкенірек болады және анод кішірейеді.

Электролиттік жасушалар басқа жағдайда өздігінен болмайтын реакцияларға жауап беру үшін сыртқы тұрақты ток көзін пайдаланады. Электролиттік реакцияларНегіздердің көптеген түрлеріндегі пластиналық металдарды тазалау үшін қолданылады.

Металды тазарту үшін электролиттік процесті пайдалану (мысты тазарту, металл электролизі):

1. Қоспалар мыс сымдарының өткізгіштігін айтарлықтай төмендетуі мүмкін болғандықтан, ластанған мысты тазалау қажет. Тазалау әдістерінің бірі - электролиз.
2. Таза емес мыс металының жолағын мыс сульфатының сулы препаратын электролиздеу кезінде анод ретінде пайдаланғанда, мыс тотығады. Оның тотығуы судың тотығуына қарағанда оңайырақ жүреді. Сондықтан металдық мыс ерітіндіде мыс иондары түрінде ериді және көптеген қоспаларды (аз белсенді металдар) қалдырады.
3. Анодта түзілген мыс иондары катодқа ауысады, онда олар катодтағы су мен металл «пластинкаларға» қарағанда оңайырақ тотықсызданады.

Электродтар арасында жеткілікті ток өткізу керек, әйтпесе өздігінен емес реакция пайда болады. Электрлік потенциалды мұқият реттеу арқылы анодта мысты тотықтыру үшін жеткілікті белсенді металл қоспалары, катодта заттар тотықсызданбайды және металл таңдамалы түрде тұндырылады.

Маңызды! Барлық металдар суға қарағанда оңай тотықсызданбайды немесе тотықпайды. Олай болса, ең төменгі потенциалды қажет ететін электрохимиялық реакция бірінші орын алады. Мысалы, егер біз анодты да, катодты да электродтарды қолданатын болсақ, анодта металл потенциалы тотығады, бірақ содан кейін катодта су азайып, алюминий иондары ерітіндіде қалады.

Электролиз жасау үшін пайдалану кереккелесі мысты тазарту әдісі:

1. Мыс сульфаты ерітіндісін стақанға құйыңыз.
2. Мыс сульфаты ерітіндісіне екі графит таяқшасын салыңыз.
3. Бір электродты тұрақты токтың теріс терминалына, екіншісін оң терминалға қосыңыз.
4. Екі кішкентай түтікті мыс сульфаты ерітіндісімен толығымен толтырып, әр электродқа тығынды қойыңыз.
5. Қуат көзін қосыңыз және әр электродта не болатынын тексеріңіз.
6. Жалынды шиналар пайда болған газды сынап көріңіз.
7. Байқауларыңызды және сынақ нәтижелерін жазып алыңыз.

Нәтижелер келесідей болуы керек:

• Ерітіндіде қоңыр немесе қызғылт түсті қатты заттар пайда болады.
• Көпіршіктер бар.
• Көпіршіктер түссіз болуы керек.
• Газ тәрізді зат.

Барлық нәтижелер жазылады, содан кейін газ шина арқылы сөндіріледі. Сондай-ақ металды қоспалардан және бөгде кірден тазартудың тағы бір жолы бар - бұл мысты отпен тазарту. Бұл қалай болады, біз кейінірек айтамыз, бірақ қазір металды тазартудың басқа нұсқаларын ұсынамыз.

Мысты тазарту әдістері - қажет металдарды химиялық жолмен тазарту тағы қалай жүзеге асады?

Электролиз сульфаттар мен токтың әрекеті болғандықтан, таза өнімдерді алудың электролиттік әдісі қандай? Дыбыс атаулары ұқсас болғанымен, мүлдем басқа нәрселер. Дегенмен, мысты электрлік тазарту қышқылдарды қолдануға негізделген. Бұл металдың тотығуы деп айта аламыз, бірақ олай емес.

Таза өндіріс электр сымын жасау үшін маңызды, өйткені мыстың электр өткізгіштігі қоспалардың әсерінен төмендейді. Бұл қоспаларға бағалы металдар кіреді, мысалы:

• күміс,
• алтын;
• платина.

Оларды электролиз арқылы алып тастап, дәл осылай қалпына келтіргенде, ондаған үйді электр қуатымен қамтамасыз етуге жететіндей электр энергиясы жұмсалады. Тазартылған құрамдас энергияны үнемдейді, бұл аз уақытта көбірек үйлерді қуаттандыруға мүмкіндік береді.

Электролиттік тазартуда мыс сульфаты - CuSO₄ және күкірт қышқылы H_{2 электролиттік ваннадағы анодтан таза емес композиция жасалады. SO 4}. Катод - өте таза мыс қаңылтыры. Ерітінді арқылы ток өткенде, оң мыс иондары, Cu₂₊ катодқа тартылады да, олар электрондарды қабылдап, тұндырылады. бейтарап атомдар, осылайша катодта көбірек таза металл жасайды. Бұл кезде анодтағы атомдар электрондар беріп, электролит ерітіндісінде ион түрінде ериді. Бірақ анодтағы қоспалар ерітіндіге түспейді, өйткені күміс, алтын және платина атомдары мыс сияқты оңай тотықпайды (оң иондарға айналады). Осылайша, күміс, алтын және платина анодтан резервуардың түбіне түсіп, оларды тазалауға болады.

Бірақ резервуарларды пайдаланған кезде мысты электролиттік тазарту да бар:

1. Электролиттік өңдеу цистерналары болып табыладыөнеркәсіп өндірісіндегі жеке цех. Анодтық пластиналар электролиттік мысты тазалауға арналған резервуардағы «тұтқалармен» ілінеді. Тұтас өзектерге ілінген таза мыс катодты парақтар бір резервуарға, әрбір анодтың арасына бір парақ салынады. Электр тогы анодтардан электролит арқылы катодтарға өткенде, анодтардағы мыс ерітіндіге ауысады және стартер парағына түседі. Анодтардағы қоспалар резервуардың түбіне түседі.
2. Мыс анодтары (пластиналары) бар бүрку машинасы. Ол қалыптарда біркелкі анодтық тақталарға айналады. Алдын ала өңдеуден кейін қалайы, қорғасын, темір және алюминий алынады. Содан кейін мыс материалы пешке құйыла бастайды, содан кейін балқыту процесі басталады.
3. Қоспалар жойылған кезде қожды кетіру және табиғи газбен азайту кезеңі жүреді. Азайту бос оттегін кетіруге бағытталған. Қалпына келтіруден кейін процесс құюмен аяқталады, мұнда соңғы өнім мыс анодтары ретінде құйылады. Дәл осындай машинаны компоненттерді қайта өңдеу кезінде осы анодтарды құю немесе электролиздік мыс балқыту зауытында металл сынықтары үшін анодтарды қайта өңдеу үшін пайдалануға болады.
4. Катоды парақтарды тазалаңыз. Тазалау пешінен алынған модификациялаушы анодтар электролиз процесі арқылы тазалығы 99,99% электролиттік мысқа айналады. Электролиз кезінде мыс иондары таза емес мыс анодын қалдырады және олар оң болғандықтан, катодқа ауысады.

Оқта-текте катодты таза металды қырып тастайды. алтын сияқты мыс анодының қоспалары,күміс, платина және қалайы электролит ерітіндісінің түбінде жиналып, анодты шлам ретінде тұнбаға түседі. Бұл процесс мысты электролиттік өндіру және тазарту деп аталады.

Қазбаны алу - қандай түрлері бар және олардың барлығы іс жүзінде қажет пе?

Металды тазалаудың сәл басқаша әдісі. Сондай-ақ мысты оттық және электролиттік тазарту, бір процесс екіншісінен кейін бірден жүреді. Маңызды «айыру» кезеңі шоғырлануға немесе шоғырлануға айналады. Концентрация аяқталғаннан кейін дайын өнімді жасаудың келесі қадамы - мысты отпен тазарту.

Әдетте бұл шахтаның жанында, өңдеу зауытында немесе балқыту зауытында болады. Мысты тазарту кезінде қажетсіз материал бірте-бірте жойылады және мыс 99,99% дейін тазалыққа дейін концентрацияланады А сыныбы. Тазарту процесінің егжей-тегжейлері металл байланыстырылған минералдардың түріне байланысты. Сульфидке бай мыс кені пирометаллургиялық өңделеді.

Тазарту және пирометаллургия:

1. Пирометаллургияда мыс концентратын пеште қыздырмас бұрын кептіреді. Қыздыру процесінде пайда болатын химиялық реакциялар концентраттың материалдың екі қабатына: күңгірт қабат және шлак қабатына бөлінуіне әкеледі. Төменгі жағындағы күңгірт қабатта мыс, ал үстіңгі жағындағы шлак қабатында қоспалар бар.
2. Шлак тасталады және күңгірт қабат қалпына келтіріліп, түрлендіргіш деп аталатын цилиндрлік ыдысқа жылжытылады. Конвертерге мыспен әрекеттесетін әртүрлі химиялық заттар қосылады. Бұл түрлендірілген мыс қалыптасуына әкеледі, деп аталады«көпіршік». Тұндырылғаннан кейін ол шығарылады, содан кейін өрттен тазалау деп аталатын басқа процеске ұшырайды.
3. Өрт скрубберінде қалған күкірт пен оттегін кетіру үшін ауа мен табиғи газ үрленеді, бұл тазартылған композицияның катодқа өңделуін тудырады. Металл анодтарға құйылады және электролизерге орналастырылады. Зарядтаудан кейін таза мыс катодта жиналады және 99% таза өнім ретінде жойылады.

Өңдеу және гидрометаллургия:

1. Гидрометаллургияда мыс концентраты бірнеше процестердің бірі арқылы өңделеді. Ең аз таралған әдіс - көміртектеу, мұнда металл тотығу-тотықсыздану реакциясында металл сынықтарына түседі.
2. Кеңірек қолданылатын тазарту әдісі - еріткіш экстракциясы және электролиз. Бұл жаңа технология 1980 жылдары кең тарады және қазір дүние жүзіндегі мыстың шамамен 20%-ы осылай өндіріледі.
3. Еріткішті экстракциялау металды қоспалар мен қажетсіз материалдардан бөлетін органикалық еріткіштен басталады. Содан кейін электролиттік ерітінді түзу үшін мысты органикалық еріткіштен бөлу үшін күкірт қышқылы қосылады.
4. Одан кейін бұл ерітінді электролиз процесіне ұшырайды, ол мысты катодқа жай ғана ерітіндіге салады. Бұл катодты сол күйінде сатуға болады, бірақ оны басқа электролизерлерге арналған өзектерге немесе бастапқы парақтарға да жасауға болады.

Тау-кен өндіруші компаниялар мысты концентрат немесе катод түрінде сата алады. ҚалайЖоғарыда айтылғандай, концентрат көбінесе кен орнында емес, басқа жерде тазартылады. Концентрат өндірушілері құрамында 24-40% мыс бар концентрат ұнтағын мыс балқыту және мұнай өңдеу зауыттарына сатады. Сату шарттары әрбір балқыту зауытына тән, бірақ жалпы балқыту зауыты кеншіге концентраттағы мыс құрамының құнының шамамен 96%-ын төлейді, бұл өңдеуге алымдар мен тазарту шығындарын алып тастайды.

Балқыту зауыттары әдетте ақы алады, бірақ олар сонымен қатар кеншілер атынан тазартылған металды сата алады. Осылайша, мыс бағасының ауытқуынан болатын барлық тәуекел (және сыйақы) делдалдардың мойнына түседі.

Отты тазарту - бұл қаншалықты қауіпті?

Ең ыстық өртті өңдеу қауіпті болуы мүмкін, бірақ өңдеу әдісін қазіргі уақытта көптеген өнеркәсіптік зауыттар пайдаланады. Бөлек, мысты тазарту технологиясын сипаттаған жөн.

Blister мыс қазірдің өзінде дерлік таза (мыс 99%-дан астам). Бірақ бүгінгі нарық үшін бұл өте «таза» емес. Металл электролиз арқылы одан әрі тазартылады. Өнеркәсіптік өндірісте мысты отпен тазарту әдісі қолданылады. Сия мыс электролизерде анод ретінде пайдалану үшін үлкен плиталарға құйылады. Электролиттік тазартудан кейінгі өңдеу өнеркәсіпке қажетті жоғары сапалы, жоғары таза металды шығарады.

Өнеркәсіпте бұл жаппай ауқымда жасалады. Ең жақсы химиялық әдістің өзі мыстың барлық қоспаларын жоя алмайды, бірақ электролиттік тазарту 99,99% таза мыс алуға мүмкіндік береді.

1. Анодты көпіршіктер құрамында мыс сульфаты мен күкірт қышқылы бар электролитке батырылады.
2. Олардың арасында таза катодтар бар және ерітінді арқылы 200 А-ден астам ток өтеді.

Бұл жағдайларда мыс атомдары мыс иондарын түзу үшін таза емес анодтан ериді. Олар катодтарға ауысады, онда олар таза мыс атомдары сияқты қайта оралады.

• Анодта: Cu(лар) → Cu₂ + (aq) + 2e^-.
• Катодта: Cu₂ + (ақ) + 2e^{- → Cu(лар).}

Ажыратқыш жабылған кезде, анодтағы мыс иондары ерітінді арқылы катодқа қарай жылжи бастайды. Мыс атомдары ионға айналу үшін екі электроннан бас тартты және олардың электрондары сымдар бойымен еркін қозғалады. Ажыратқышты жабу электрондарды сағат тілімен итереді және кейбір мыс иондарының ерітіндіге шөгуіне себеп болады.

Плита анодтан катодқа иондарды итереді. Сонымен қатар, ол сымдардың айналасына бос электрондарды итереді (бұл электрондар қазірдің өзінде сымдар арқылы таратылған). Катодтағы электрондар ерітіндідегі мыс иондарымен қайта қосылып, мыс атомдарының жаңа қабатын құрайды. Біртіндеп анод бұзылып, катод өседі. Анодтағы ерімейтін қоспалар тұнбаға түсу үшін түбіне түседі. Бұл құнды биоөнім жойылуда.

Алтын, күміс, платина және қалайы бұл электролитте ерімейді, сондықтан катодқа түспейді. Олар анодтардың астына жиналатын құнды «шұңқыр» түзеді.

Темір мен никельдің еритін қоспалары электролитте еріген, олар катодтарға шамадан тыс тұнбаны болдырмау үшін үнемі тазалануы керек, бұл мыстың тазалығын төмендетеді. Жақында тот баспайтын болаттан жасалған катодтар мыс катодтарымен ауыстырылды. Дәл осындай химиялық реакциялар жүреді. Мерзімді түрде катодтар жойылады және таза мыс тазартылады. Мұндай жағдайларда мысты электролиттік жолмен алу және тазарту түсті металл өңдеу зауыттарында жиі кездеседі.

Металды тазартудың электрохимиялық нұсқасы

Өртпен тазалауды химиялық деп атауға болады, себебі бұл процесте басқа заттармен және қоспалармен химиялық реакция жүреді. Жоғарыда келтірілген тотығу реакциясының мысалы болды. Таза мысты алудың барлық түрлері мен әдістері ұқсас, мысты электрохимиялық тазарту сияқты, мұнда бірдей тактика қолданылады, бірақ басқа реттілікпен.

Химиялық көмекші элемент жанама өнімге айналады:

• Каустикалық сода
• Хлор.
• Сутегі.

Бұл балама құрамдас өндіру жүйесіне ақша жұмсамай-ақ қымбат шикізатты алудың ең арзан жолы. Сонымен қатар, бағалы металдар өндіріледі, олар құрамы жағынан асыл және электр аспаптарының өнертабыс өнері бойынша құнды.

Мыс пеші – металл пісіру өнеркәсібі

Мысты тазарту пеші арнайы жобаланған және мыс сынықтарын басқарылатын қоспалары бар сұйық металға өңдеуге қабілетті. Ол сынықтарды пирометаллургиялық өңдеуге арналғанүнемді және экологиялық таза технология. Балқытылған мыс өндірісі үшін ұсынылған негізгі технология шикізат ретінде сынықтарды (Cu> 92%) пайдалана отырып, мыс таяқшасын, жолақты, дайындамаларды немесе басқа мыс өнімдерін өндіруге жарамды.

Жану және тазалау жүйелерінің сыйымдылығы сынықтар түріне байланысты 16-24 сағаттық тазалау циклі үшін (зарядтаудан қалпына келтіруге дейін) есептелген. Мысты тазарту пештерінің ерекше дизайны мен функциялары бар:

1. Пеш корпусы болат сегменттерден және қатты секциялы құрылымдардан жасалған.
2. Пеш ішінен отқа төзімді материалмен қапталған.
3. Ол екі жылдамдықпен еңкейтетін пеш режимінде жұмыс істейтін гидравликалық станциямен жабдықталған: құю үшін еңкейту кезіндегі сусымалы жылдамдық және үлкен дәлдікті қажет етпейтін қозғалыс кезіндегі жоғары жылдамдық.
4. Операциялар пештің түбіне орнатылған екі гидравликалық цилиндр арқылы жүзеге асырылады. Арнайы құрылғы электр қуаты үзілген кезде пешті көлденең күйге қайтарады.
5. Материалды тиеу люкі пештің бүйірінде орналасқан. Ол гидравликалық цилиндр арқылы қозғалатын есікпен жабылады.
6. Пеш мысты тотықтыру және қалпына келтіру операциялары үшін салқындатылған найзалармен жабдықталған.

Сұйық және газ тәрізді отынды да тұтынатын бір әмбебап оттық бар.

Өнеркәсіптегі тотықтырғыш тазарту

Мысты тотықтыру операциясы шикізатты балқыту аяқталғаннан кейін жүргізіледі. Процесс фурма арқылы балқымаға сығылған ауаны айдау арқылы жүзеге асырылады. Алынған шлак арнайы тырманың көмегімен балқыма бетінен қолмен жойылады және контейнерге төгіледі. Қождың құрамында мыс, қоспалар, қорғасын, қалайы және т.б. Тотықсыздандыру процесін балқымадан оттегін алу және мыс оксидтерін азайту үшін жүргізу керек. Операция табиғи газды балқымаға айдау арқылы орындалады.

Пештен пайдаланылған газдар газ тазалау жүйесіне беріледі, ірі шаңды ұстайтын шаң жинағыш арқылы өтеді. Коллектор атмосфераға апаттық газ шығарылған жағдайда желдеткіш құбырмен жабдықталған. Өрт тазалау пеші үздіксіз жұмыс істейді. Технологиялық процестің жұмыс циклі мыналарды қамтиды:

• шикізатты тиеу;
• тотығу, қождау, қалпына келтіру;
• тазаланған металды жүктеу.

Кейінгі бүкіл процесс мысты тотықтырғыш тазарту деп аталады. Оны жалпы тазарту процесінен бөлуге болмайды, өйткені ол таза металл алудың бүкіл әдісінің бөлігі болып табылады. Қажетті параметрлер жойылғаннан кейін мыс балқымасы келесі технологиялық процесс үшін пайдаланылады.

Түсті металдарды йодидпен тазарту

Мыс (II) иондары йодид иондарын молекулалық йодқа дейін тотықтырады және бұл процесте олардың өздері мыс (I) йодидіне дейін тотықсызданады. Түпнұсқа аралас қоңыр қоспасы йод ерітіндісіндегі мыс (I) йодидінің ақ түссіз тұнбасына бөлінеді. Бұл реакцияны ерітіндідегі мыс (II) иондарының концентрациясын анықтау үшін пайдаланыңыз. Колбаға ерітіндінің белгіленген көлемін қоссаңыз,құрамында мыс (II) иондары бар, содан кейін калий йодидінің артық ерітіндісін қоссаңыз, жоғарыда сипатталған реакцияны аласыз.

2Cu₂⁺ + 4I^- → 2CuI (лар) + I 2 _{(су ерітіндісі)}

Натрий тиосульфаты ерітіндісімен титрлегенде бөлінетін йод мөлшерін табуға болады.

2S₂O₂^-3 (шешім) + I ₂ (ерітінді) → S₄O₂^-6 (су ерітіндісі)) + 2I^{- (су ерітіндісі)}

Натрий тиосульфаты ерітіндісін бюреткадан жібергенде, йодтың түсі жоғалады. Барлығы дерлік кеткенде, крахмал қосыңыз. Мыстың йодидін тазарту реакциясы йодпен қайтымды болады және көру оңайырақ көк крахмал-йод кешенін түзеді.

Натрий тиосульфаты ерітіндісінің соңғы бірнеше тамшысын көк түс жоғалғанша қосыңыз. Екі теңдеу арқылы пропорцияларды қадағаласаңыз, сіз бастау керек мыс (II) иондарының әрбір 2 мольі үшін натрий тиосульфатының 2 моль ерітіндісі қажет екенін көресіз. Натрий тиосульфаты ерітіндісінің концентрациясын білсеңіз, мыс (II) иондарының концентрациясын есептеу оңай. Бұл әрекеттің нәтижесі ерітіндідегі мыс (I) қарапайым қосылысын алу болып табылады.

Фосформен емдеу

Фосфорлы мысты тазарту – жалпы мақсаттағы берік шайыр болып табылатын фосфорсыз тотықсыздандырылған қатты мыс. Ол мыс фосфорымен тотықсызданады, онда қалдық фосфор төмен деңгейде сақталады (0,005-0,013%) жақсы электр өткізгіштікке жету үшін. Ол жақсы жылу өткізгіштікке және тамаша дәнекерлеу және дәнекерлеу қасиеттеріне ие. Мысты осылай тазартқаннан кейін қатты мыс шайырында қалған оксид ең жиі қолданылатын деоксидант болып табылатын фосформен жойылады.

Кесте жасытылған (жұмсақ) күйден қатты күйге дейінгі әртүрлі өнімділікті көрсетеді.

Созу күші	220-385 N/мм2
Жыртылу күші	60-325 N/мм2
Ұзындығы	55-4 %
Қаттылық (HV)	45-155
Электрөткізгіштік	90-98 %
Жылуөткізгіштік	350-365 Вт/см

Драйв жақтаулары сымдарды жартылай өткізгіш бетіндегі электр терминалдарына және электр құрылғылары мен баспа схемаларындағы үлкен масштабты тізбектерге қосады. Материал технологиялық талаптарға сай және орнату мен пайдалануда сенімді болу үшін таңдалған.

Электролизден кейінгі мыстың құрамы

Отты тазартудан кейінгі мыстың құрамына металдың 99,2% кіреді. Оның әлдеқайда аз бөлігі анодтарда қалады. Қоспалар толығымен жойылған кезде композицияда 130 г/л катодты негіз қалады. Витриолдың сулы ерітіндісі әлсіреп, катодты мыс қышқылдық құрамы 140-180 г/л жетеді. Блистерде мыс 99,5% металдан тұрады, темірде 0,10%, мырыш 0,05% дейін, алтын мен күміс небәрі 1-200 г/т.