Elektrolitsko rafiniranje bakra: sestava, formule in reakcije

2024 Avtor: Howard Calhoun | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-02 14:02

Rafiniranje bakra je postopek rafiniranja kovine z elektrolizo. Čiščenje z elektrolizo je najlažji način za doseganje 99,999 % čistosti bakra. Elektroliza izboljša kakovost bakra kot električnega prevodnika. Električna oprema pogosto vsebuje elektrolitski baker.

Kaj je to?

Rafiniranje bakra ali elektroliza uporablja anodo, ki vsebuje nečist baker. Nastane zaradi koncentracije rude. Katoda je sestavljena iz čiste kovine (titan ali nerjaveče jeklo). Raztopina elektrolita je sestavljena iz sulfata. Zato je mogoče trditi, da sta rafiniranje bakra in elektroliza eno in isto. Električni tok povzroči, da bakreni ioni iz anod vstopijo v raztopino in se odložijo na katodi. V tem primeru nečistoče bodisi zapustijo, bodisi tvorijo oborino ali ostanejo v raztopini. Katoda postane večja od čistega bakra in anoda se skrči.

Elektrolitične celice uporabljajo zunanji vir enosmernega toka, da se odzovejo na reakcije, ki sicer ne bi bile spontane. Elektrolitične reakcijeuporablja se za čiščenje pločevine na številnih vrstah podlag.

Uporaba elektrolitskega postopka za čiščenje kovine (rafiniranje bakra, elektroliza kovin):

1. Ker lahko nečistoče močno zmanjšajo prevodnost bakrenih žic, je potrebno očistiti kontaminiran baker. Eden od načinov čiščenja je elektroliza.
2. Ko se trak nečiste bakrene kovine uporabi kot anoda pri elektrolizi vodnega pripravka bakrovega sulfata, se baker oksidira. Njegova oksidacija poteka lažje kot oksidacija vode. Zato se kovinski baker raztopi v raztopini v obliki bakrovih ionov in za seboj pusti veliko nečistoč (manj aktivnih kovin).
3. Bakrovi ioni, ki nastanejo na anodi, migrirajo na katodo, kjer se lažje reducirajo kot voda in kovinske "plošče" na katodi.

Med elektrodama je treba prenesti zadosten tok, sicer bo prišlo do nespontane reakcije. S skrbnim prilagajanjem električnega potenciala kovinske nečistoče, ki so dovolj aktivne, da oksidirajo baker na anodi, se snovi na katodi ne reducirajo in kovina se selektivno odlaga.

Pomembno! Vse kovine se ne reducirajo ali oksidirajo lažje kot voda. Če je tako, se bo najprej zgodila elektrokemična reakcija, ki zahteva najnižji potencial. Na primer, če bi uporabili elektrode, tako anodo kot katodo, bi se kovinski potencial oksidiral na anodi, potem pa bi se voda na katodi zmanjšala in aluminijevi ioni bi ostali v raztopini.

Za ustvarjanje elektrolize morate uporabitinaslednja metoda rafiniranja bakra:

1. Raztopino bakrovega sulfata nalijte v kozarec.
2. Postavite dve grafitni palici v raztopino bakrovega sulfata.
3. Eno elektrodo priključite na negativni terminal za enosmerni tok, drugo pa na pozitivni terminal.
4. Dve majhni epruveti popolnoma napolnite z raztopino bakrovega sulfata in postavite zamašek na vsako elektrodo.
5. Vklopite napajanje in preverite, kaj se dogaja na vsaki elektrodi.
6. Preizkusite kateri koli plin, proizveden z gorečo pnevmatiko.
7. Zabeležite svoja opažanja in rezultate svojih testov.

Rezultati bi morali izgledati takole:

• V raztopini se pojavijo rjave ali rožnate trdne snovi.
• Obstajajo mehurčki.
• Mehurčki morajo biti brezbarvni.
• Snov v plinasti obliki.

Vsi rezultati se zabeležijo, nato pa pnevmatika ugasne plin. Obstaja tudi drug način za čiščenje kovine pred nečistočami in umazanijo tretjih oseb - to je ognjeno rafiniranje bakra. Kako se to zgodi, bomo povedali kasneje, zdaj pa bomo predstavili druge možnosti za rafiniranje kovine.

Metode rafiniranja bakra - kako drugače lahko poteka kemično odstranjevanje želenih kovin?

Ker je elektroliza delovanje sulfatov in toka, kakšna je elektrolitska metoda za pridobivanje čistih produktov? Povsem različne stvari, čeprav podobne po zvenečih imenih. Vendar pa električno rafiniranje bakra temelji na uporabi kislin. Lahko rečemo, da je to oksidacija kovine, vendar ne povsem.

Čista proizvodnja je pomembna za izdelavo električne žice, saj je električna prevodnost bakra zmanjšana zaradi nečistoč. Te nečistoče vključujejo plemenite kovine, kot so:

• srebro,
• zlato;
• platina.

Ko jih odstranimo z elektrolizo in obnovimo na enak način, se elektrike porabi toliko, kot bi bilo dovolj za oskrbo z električno energijo na desetine domov. Prečiščena komponenta varčuje z energijo in napaja še več domov v krajšem času.

Pri elektrolitskem rafiniranju je nečista sestava izdelana iz anode v elektrolitski kopeli bakrovega sulfata - CuSO₄ in žveplove kisline H_{2 SO 4}. Katoda je plošča iz zelo čistega bakra. Ko tok teče skozi raztopino, se pozitivni bakrovi ioni Cu₂₊ privlačijo na katodo, kjer prevzamejo elektrone in se odložijo kot nevtralnih atomov, s čimer se na katodi ustvarja vedno več čiste kovine. Medtem atomi v anodi darujejo elektrone in se raztopijo v raztopini elektrolita kot ioni. Toda nečistoče v anodi ne gredo v raztopino, ker atomi srebra, zlata in platine ne oksidirajo (postanejo pozitivni ioni) tako enostavno kot baker. Tako srebro, zlato in platina preprosto padejo z anode na dno rezervoarja, kjer jih je mogoče očistiti.

Vendar obstaja tudi elektrolitsko rafiniranje bakra, ko se uporabljajo rezervoarji:

1. Rezervoarji za elektrolitsko obdelavo soločena delavnica v industrijski proizvodnji. Anodne plošče so obešene z "ročaji" v rezervoarju za čiščenje elektrolitskega bakra. Katodne plošče iz čistega bakra, obešene na trdnih palicah, se vstavijo v isti rezervoar, po en list med vsako anodo. Ko se električni tok prenese od anod skozi elektrolit do katode, se baker iz anod premakne v raztopino in se odloži na zaganjalnik. Nečistoče iz anod se usedejo na dno rezervoarja.
2. Stroj za brizganje z bakrenimi anodami (ploščemi). V kalupih se bo gladko spremenil v anodne plošče. Po predhodni obdelavi odstranimo kositer, svinec, železo in aluminij. Nato se bakrov material začne polniti v peč, čemur sledi postopek taljenja.
3. Ko odstranimo nečistoče, sledi faza odstranjevanja in redukcije žlindre z zemeljskim plinom. Zmanjšanje je namenjeno odstranitvi prostega kisika. Po predelavi se postopek zaključi z litjem, kjer se končni izdelek ulije kot bakrene anode. Isti stroj se lahko uporablja za vlivanje teh anod med recikliranjem komponent ali za recikliranje anod za odpadno kovino v talilnici bakra za elektrolizo.
4. Očistite katodne plošče. Modifikacijske anode, ekstrahirane iz peči za rafiniranje, se s postopkom elektrolize pretvorijo v elektrolitski baker s čistostjo 99,99 %. Med elektrolizo bakreni ioni zapustijo nečisto bakreno anodo in, ker so pozitivni, migrirajo na katodo.

Občasno se s katode strga čista kovina. nečistoče bakrene anode, kot je zlato,srebro, platina in kositer se zbirajo na dnu raztopine elektrolita in oborijo kot anodna sluz. Ta proces se imenuje elektrolitična proizvodnja in rafiniranje bakra.

Pridobitev fosila - kakšne vrste obstajajo in ali so vse potrebne v praksi?

Nekoliko drugačen način čiščenja kovine. Obstaja tudi požarno in elektrolitsko rafiniranje bakra, ko en proces takoj sledi drugemu. Pomembna "ločevalna" faza postane koncentracija ali koncentracija. Ko je koncentracija končana, je naslednji korak pri ustvarjanju končnega izdelka rafiniranje bakra.

Običajno se to zgodi v bližini rudnika, v predelovalnem obratu ali topilnici. Z rafiniranjem bakra se neželeni material postopoma odstrani in baker se koncentrira do čistosti do 99,99 % stopnje A. Podrobnosti postopka rafiniranja so odvisne od vrste mineralov, s katerimi je kovina povezana. Bakrova ruda, bogata s sulfidi, je pirometalurško obdelana.

Rafiniranje in pirometalurgija:

1. V pirometalurgiji se bakrov koncentrat posuši pred segrevanjem v peči. Kemične reakcije, ki se pojavijo med postopkom segrevanja, povzročijo, da se koncentrat loči na dve plasti materiala: mat plast in plast žlindre. Mat plast na dnu vsebuje baker, medtem ko plast žlindre na vrhu vsebuje nečistoče.
2. Žlindra se zavrže in mat sloj se obnovi in premakne v valjasto posodo, imenovano pretvornik. Pretvorniku so dodane različne kemikalije, ki reagirajo z bakrom. To vodi do tvorbe pretvorjenega bakra, imenovanega"žulj". Ko se obori, se ekstrahira in nato podvrže drugemu postopku, imenovanemu čiščenje požara.
3. V čistilniku požara se zrak in zemeljski plin vpihujeta, da odstranita preostalo žveplo in kisik, kar povzroči, da se rafinirana sestava predela v katodo. Kovina se vlije v anode in postavi v elektrolizer. Po polnjenju se čisti baker zbere na katodi in odstrani kot 99 % čist produkt.

Rafiniranje in hidrometalurgija:

1. V hidrometalurgiji se bakrov koncentrat predeluje z enim od več postopkov. Najmanj pogosta metoda je naogljičenje, kjer se kovina nanese na odpadno kovino v redoks reakciji.
2. Bolj razširjena metoda čiščenja je ekstrakcija s topilom in elektroliza. Ta nova tehnologija je postala razširjena v osemdesetih letih prejšnjega stoletja in približno 20 % svetovnega bakra se zdaj proizvede na ta način.
3. Ekstrakcija s topilom se začne z organskim topilom, ki loči kovino od nečistoč in neželenih materialov. Nato dodamo žveplovo kislino, da ločimo baker od organskega topila, da nastane elektrolitska raztopina.
4. Ta raztopina je nato podvržena postopku elektrolize, ki preprosto da baker v raztopino na katodo. To katodo je mogoče prodati takšno, kot je, lahko pa jo izdelate tudi v palice ali izvorne plošče za druge elektrolizerje.

Rudarska podjetja lahko prodajajo baker v obliki koncentrata ali katode. KakoKot je navedeno zgoraj, se koncentrat najpogosteje rafinira drugje kot na lokaciji rudnika. Proizvajalci koncentratov prodajajo koncentrat v prahu, ki vsebuje 24 do 40 % bakra, talilnicam in rafinerijam bakra. Prodajni pogoji so edinstveni za vsako talilnico, vendar na splošno talilnica plača rudarju približno 96 % stroškov vsebnosti bakra v koncentratu, zmanjšano za pristojbine za obdelavo in stroške rafiniranja.

Topilnice običajno zaračunavajo cestnino, lahko pa prodajajo tudi rafinirano kovino v imenu rudarjev. Tako celotno tveganje (in nagrada) zaradi nihanj cen bakra pade na pleča preprodajalcev.

Rafiniranje požara - kako nevarno je?

Najbolj vroča ognjevarna rafinacija je lahko nevarna, vendar to metodo predelave trenutno uporablja večina industrijskih obratov. Ločeno je vredno opisati tehnologijo rafiniranja pretisnega bakra.

Blister baker je že skoraj čist (več kot 99 % bakra). A za današnji trg to ni preveč »čisto«. Kovina se dodatno očisti z elektrolizo. V industrijski proizvodnji se uporablja metoda, imenovana požarno rafiniranje pretisnega bakra. Baker s črnilom se vlije v velike plošče, ki se uporabljajo kot anode v elektrolizerju. Elektrolitsko naknadno rafiniranje proizvaja visokokakovostno kovino visoke čistosti, ki jo zahteva industrija.

V industriji se to izvaja v velikem obsegu. Tudi najboljša kemična metoda ne more odstraniti vseh nečistoč iz bakra, vendar lahko elektrolitsko rafiniranje proizvede 99,99 % čistega bakra.

1. Anodni pretisni omoti so potopljeni v elektrolit, ki vsebuje bakrov sulfat in žveplovo kislino.
2. Med njimi so čiste katode in skozi raztopino teče tok več kot 200 A.

Pod temi pogoji se atomi bakra raztopijo iz nečiste anode in tvorijo bakrove ione. Migrirajo na katode, kjer se odlagajo nazaj kot čisti atomi bakra.

• Na anodi: Cu(s) → Cu₂ + (aq) + 2e^-.
• Na katodi: Cu₂ + (aq) + 2e^{- → Cu(s).}

Ko se stikalo zapre, se bodo bakrovi ioni na anodi začeli premikati skozi raztopino proti katodi. Bakrovi atomi so že dali dva elektrona, da bi postali ioni, njihovi elektroni pa se lahko prosto gibljejo po žicah. Zapiranje stikala potisne elektrone v smeri urnega kazalca in povzroči, da se nekaj bakrovih ionov usede v raztopino.

Plošča odbija ione z anode na katodo. Hkrati potiska proste elektrone okoli žic (ti elektroni so že porazdeljeni po žicah). Elektroni v katodi se rekombinirajo z bakrovimi ioni iz raztopine in tvorijo novo plast bakrovih atomov. Postopoma se anoda uniči, katoda pa raste. Netopne nečistoče v anodi padejo na dno, da se oborijo. Ta dragoceni biološki izdelek se odstrani.

Zlato, srebro, platina in kositer so netopni v tem elektrolitu in se zato ne odlagajo na katodi. Tvorijo dragocen "mulj", ki se nabira pod anodami.

Topne nečistoče železa in niklja so raztopljene v elektrolitu, ki ga je treba nenehno čistiti, da preprečimo prekomerno odlaganje na katodah, kar bo zmanjšalo čistost bakra. V zadnjem času so katode iz nerjavnega jekla zamenjale bakrene katode. Potekajo enake kemične reakcije. Občasno se katode odstranijo in čisti baker očisti. Elektrolitična proizvodnja in rafiniranje bakra v teh pogojih je precej pogosta v obratih za predelavo barvnih kovin.

Elektrokemična različica čiščenja kovin

Čiščenje ognja lahko imenujemo kemično, saj v tem procesu pride do kemične reakcije z drugimi snovmi in nečistočami. Zgoraj je bil primer oksidativne reakcije. Vse vrste in metode pridobivanja čistega bakra so podobne, prav tako elektrokemično rafiniranje bakra, kjer se uporabljajo enake taktike, vendar v drugačnem zaporedju.

Kemični pomožni element postane sam stranski produkt:

• kavstična soda
• klor.
• vodik.

To je najcenejši način za pridobivanje dragih surovin brez porabe denarja za alternativni sistem rudarjenja komponent. Poleg tega se kopljejo dragocene kovine, ki so plemenite po sestavi in so dragocene pri industrijskem izumu električnih aparatov.

Bakrena peč – kovinska kuharska industrija

Peč za rafiniranje bakra je posebej zasnovana in sposobna predelati odpadni baker v tekočo kovino z nadzorovanimi nečistočami. Zasnovan je za pirometalurško predelavo odpadkovekonomična in okolju prijazna tehnologija. Glavna tehnologija, predlagana za proizvodnjo staljenega bakra, je primerna za proizvodnjo bakrenih palic, trakov, gredic ali drugih bakrenih izdelkov z uporabo ostankov kot surovine (Cu> 92%).

Zmogljivost sistemov sežiganja in čiščenja je bila izračunana za cikel čiščenja (od polnjenja do predelave) 16-24 ur, odvisno od vrste odpadkov. Peči za rafiniranje bakra imajo posebno zasnovo in funkcije:

1. Telo peči je izdelano iz jeklenih segmentov in togih profilnih struktur.
2. Peč je od znotraj obložena z ognjevzdržnim materialom.
3. Opremljen je s hidravlično postajo, ki deluje v načinu nagibne peči z dvema hitrostma: lezeča hitrost pri nagibanju za vlivanje in visoka hitrost med premikanjem, ki ne zahteva veliko natančnosti.
4. Operacije se izvajajo s pomočjo dveh hidravličnih cilindrov, nameščenih na dnu peči. Posebna naprava ob izpadu električne energije vrne pečico v vodoravni položaj.
5. Loputa za nalaganje materiala se nahaja ob strani pečice. Zapirajo ga vrata, ki jih poganja hidravlični cilinder.
6. Peč je opremljena s hlajenimi cevmi za oksidacijo in redukcijo bakra.

Obstaja tudi en univerzalni gorilnik, ki porablja tako tekoča kot plinasta goriva.

Oksidativno rafiniranje v industriji

Operacija oksidacije bakra se izvede po zaključku taljenja surovine. Postopek se izvaja z vbrizgavanjem stisnjenega zraka v talino skozi kade. Nastala žlindra se ročno odstrani s površine taline s posebnim grabljem in odvrže v posodo. Žlindra vsebuje baker, nečistoče, svinec, kositer itd. Postopek redukcije je treba izvesti, da odstranimo kisik iz taline in zmanjšamo bakrove okside. Operacija se izvede z vbrizgavanjem zemeljskega plina v talino.

Iz peči se izpušni plini dovajajo v sistem za čiščenje plina, prehajajo skozi zbiralnik prahu, ki zajema grobi prah. Kolektor je opremljen z odzračevalno cevjo v primeru izpusta plina v sili v ozračje. Peč za čiščenje požara deluje neprekinjeno. Delovni cikel tehnološkega procesa vključuje:

• nalaganje surovin;
• oksidacija, žlindrenje, redukcija;
• nalaganje rafinirane kovine.

Celoten nadaljnji postopek se imenuje oksidativno rafiniranje bakra. Ni ga mogoče ločiti od celotnega procesa rafiniranja, saj je del celotne metode za proizvodnjo čiste kovine. Po izločitvi zahtevanih parametrov se bakrova talina uporabi za naslednji tehnološki proces.

Jodno rafiniranje neželeznih kovin

Ioni bakra(II) oksidirajo jodidne ione v molekularni jod, pri tem pa se sami reducirajo v bakrov(I) jodid. Prvotna mešana rjava zmes se je ločila v umazano belo oborino bakrovega(I) jodida v raztopini joda. S to reakcijo določite koncentracijo bakrovih (II) ionov v raztopini. Če v bučko dodate predpisano količino raztopine,ki vsebujejo bakrove (II) ione, nato pa dodajte presežek raztopine kalijevega jodida, boste dobili zgoraj opisano reakcijo.

2Cu₂⁺ + 4I^- → 2CuI (s) + I 2 _{(vodna raztopina)}

Najdete lahko količino joda, ki se sprosti s titracijo z raztopino natrijevega tiosulfata.

2S₂O₂^-3 (rešitev) + I ₂ (rešitev) → S₄O₂^-6 (vodna raztopina) + 2I^{- (vodna raztopina)}

Ko raztopino natrijevega tiosulfata odtečemo iz birete, barva joda izgine. Ko je skoraj vsega, dodamo škrob. Celotna reakcija rafiniranja bakrovega jodida bo reverzibilna z jodom, da nastane temno moder kompleks škrob-jod, ki ga je veliko lažje videti.

Dodajte zadnjih nekaj kapljic raztopine natrijevega tiosulfata, dokler modra barva ne izgine. Če izsledite razmerja skozi obe enačbi, boste ugotovili, da za vsaka 2 mola bakrovih (II) ionov, s katerimi bi morali začeti, potrebujete 2 mola raztopine natrijevega tiosulfata. Če poznate koncentracijo raztopine natrijevega tiosulfata, je enostavno izračunati koncentracijo bakrovih (II) ionov. Rezultat tega poskusa je pridobiti preprosto spojino bakra (I) v raztopini.

zdravljenje s fosforjem

Rafiniranje fosforjevega bakra je trdi baker, deoksidiran s fosforjem, ki je trpežna smola za splošno uporabo. Deoksidira se z bakrovim fosforjem, v katerem se preostali fosfor ohranja na nizki ravni (0,005-0,013%) za doseganje dobre električne prevodnosti. Ima dobro toplotno prevodnost in odlične lastnosti varjenja in spajkanja. Oksid po rafiniranju bakra na ta način, ki ostane v trdni bakreni smoli, se odstrani s fosforjem, ki je najpogosteje uporabljen deoksidant.

Tabela prikazuje različne zmogljivosti od žarjenega (mehkega) do trdega bakra.

Natezna trdnost	220-385 N/mm2
Tar Strength	60-325 N/mm2
dolžina	55-4 %
Trdota (HV)	45-155
električna prevodnost	90-98 %
Toplotna prevodnost	350-365 W/cm

Pogonski okvirji povezujejo ožičenje z električnimi sponkami na polprevodniški površini in velikimi vezji na električnih napravah in tiskanih vezjih. Material je izbran tako, da ustreza zahtevam procesa in je zanesljiv pri vgradnji in delovanju.

Sestava bakra po elektrolizi

Sestava bakra po požarnem rafiniranju vključuje 99,2% kovine. Veliko manj ga ostane v anodah. Ko se nečistoče popolnoma odstranijo, ostane v sestavi 130 g/l katodnih baz. Vodna raztopina vitriola postane šibka, kisla komponenta bakrenih katod pa doseže 140-180 g/l. Pretisni baker vsebuje 99,5% kovine, železo ima 0,10%, cink do 0,05%, zlato in srebro pa le 1-200 g/t.