Bakırın elektrolitik rafine edilmesi: bileşim, formüller ve reaksiyonlar

2024 Yazar: Howard Calhoun | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-02 14:04

Bakır arıtma, metalin elektroliz yoluyla rafine edilmesi işlemidir. Bakırda %99,999 saflık elde etmenin en kolay yolu elektroliz temizlemedir. Elektroliz, bir elektrik iletkeni olarak bakırın kalitesini artırır. Elektrikli ekipman genellikle elektrolitik bakır içerir.

Bu nedir?

Bakır arıtma veya elektroliz, saf olmayan bakır içeren bir anot kullanır. Cevher konsantrasyonundan kaynaklanır. Katot saf metalden (titanyum veya paslanmaz çelik) oluşur. Elektrolit çözeltisi sülfattan oluşur. Bu nedenle, bakır arıtma ve elektrolizin bir ve aynı olduğu söylenebilir. Bir elektrik akımı, anotlardaki bakır iyonlarının çözeltiye girmesine ve katot üzerinde birikmesine neden olur. Bu durumda, safsızlıklar ya ayrılır ya da bir çökelti oluşturur ya da çözelti içinde kalır. Katot saf bakırdan daha büyük olur ve anot küçülür.

Elektrolitik hücreler, aksi takdirde kendiliğinden olmayacak reaksiyonlara yanıt vermek için harici bir DC kaynağı kullanır. elektrolitik reaksiyonlarbirçok alt tabaka türündeki plaka metallerini temizlemek için kullanılır.

Metali saflaştırmak için elektrolitik bir işlem kullanma (bakır arıtma, metal elektrolizi):

1. Kirlilikler bakır tellerin iletkenliğini büyük ölçüde az altabileceğinden, kirlenmiş bakırın temizlenmesi gerekir. Temizleme yöntemlerinden biri de elektrolizdir.
2. Bir saf olmayan bakır metal şeridi, sulu bir bakır sülfat müstahzarının elektrolizinde anot olarak kullanıldığında, bakır oksitlenir. Oksidasyonu, suyun oksidasyonundan daha kolay ilerler. Bu nedenle metalik bakır, çözelti içinde bakır iyonları şeklinde çözülür ve geride birçok safsızlık (daha az aktif metaller) bırakır.
3. Anotta oluşan bakır iyonları, katotta su ve metal "plakalardan" daha kolay indirgendikleri katoda göç eder.

Elektrotlar arasında yeterli akımın geçmesi gereklidir, aksi takdirde kendiliğinden olmayan bir reaksiyon meydana gelir. Elektrik potansiyelini dikkatli bir şekilde ayarlayarak, anotta bakırı oksitleyecek kadar aktif olan metal safsızlıkları, maddeler katotta indirgenmez ve metal seçici olarak biriktirilir.

Önemli! Tüm metaller sudan daha kolay indirgenmez veya oksitlenmez. Eğer öyleyse, önce en düşük potansiyeli gerektiren elektrokimyasal reaksiyon meydana gelecektir. Örneğin, hem anot hem de katot elektrotları kullansaydık, metal potansiyeli anotta oksitlenir, ancak o zaman katotta su azalır ve alüminyum iyonları çözeltide kalır.

Elektroliz oluşturmak için kullanmanız gerekiraşağıdaki bakır arıtma yöntemi:

1. Bakır sülfat çözeltisini bir bardağa dökün.
2. Bakır sülfat çözeltisine iki grafit çubuk yerleştirin.
3. Bir elektrotu negatif DC güç terminaline ve diğerini pozitif terminale bağlayın.
4. İki küçük tüpü bakır sülfat çözeltisiyle tamamen doldurun ve her elektrotun üzerine bir tıpa yerleştirin.
5. Güç kaynağını açın ve her elektrotta ne olduğunu kontrol edin.
6. Ateşli bir lastikle üretilen herhangi bir gazı test edin.
7. Gözlemlerinizi ve testlerinizin sonuçlarını kaydedin.

Sonuçlar şöyle görünmelidir:

• Çözeltide kahverengi veya pembe katılar görünüyor.
• Kabarcıklar var.
• Kabarcıklar renksiz olmalıdır.
• Gaz halindeki bir madde.

Tüm sonuçlar kaydedilir, ardından gaz lastik tarafından söndürülür. Metali yabancı maddelerden ve üçüncü taraf kirlerinden temizlemenin başka bir yolu da var - bu, bakırın ateşle arıtılmasıdır. Bunun nasıl olduğunu daha sonra anlatacağız, ancak şimdi metali rafine etmek için başka seçenekler sunacağız.

Bakırı arıtma yöntemleri - istenen metallerin kimyasal olarak soyulması başka nasıl gerçekleşebilir?

Elektroliz sülfatların ve akımın etkisi olduğuna göre, saf ürünler elde etmenin elektrolitik yöntemi nedir? İsimleri benzer olsa da tamamen farklı şeyler. Bununla birlikte, bakırın elektrikle rafine edilmesi asitlerin kullanımına dayanmaktadır. Bunun metalin oksidasyonu olduğunu söyleyebiliriz ama tam olarak değil.

Bakırın elektrik iletkenliği kirlilikler nedeniyle azaldığından, elektrik teli yapmak için temiz üretim önemlidir. Bu safsızlıklar aşağıdaki gibi değerli metalleri içerir:

• gümüş,
• altın;
• platin.

Elektroliz ile uzaklaştırılıp aynı şekilde restore edildiğinde onlarca eve elektrik sağlamaya yetecek kadar elektrik harcanır. Arıtılmış bileşen, daha kısa sürede daha fazla eve güç sağlayarak enerji tasarrufu sağlar.

Elektrolitik arıtmada, bakır sülfat - CuSO₄ ve sülfürik asit H_{2 elektrolitik banyosundaki bir anottan saf olmayan bir bileşim yapılır SO 4}. Katot, çok saf bakırdan bir levhadır. Çözeltiden akım geçerken, pozitif bakır iyonları, Cu₂₊ katoda çekilir, burada elektron alırlar ve aşağıdaki gibi biriktirilirler. nötr atomlar, böylece katotta daha fazla saf metal oluşturur. Bu arada, anottaki atomlar elektron bağışlar ve elektrolit çözeltisinde iyon olarak çözünür. Ancak gümüş, altın ve platin atomları bakır kadar kolay oksitlenmediği (pozitif iyonlar haline gelmediği) için anottaki safsızlıklar çözeltiye girmez. Böylece gümüş, altın ve platin anottan tankın dibine düşerek temizlenebileceklerdir.

Ancak tanklar kullanıldığında bakırın elektrolitik arıtılması da vardır:

1. Elektrolitik arıtma tanklarıendüstriyel üretimde ayrı atölye. Anot plakaları, elektrolitik bakırın temizlenmesi için tanktaki "tutamaklar" tarafından asılır. Katı çubuklar üzerine asılan saf bakır katot levhaları, her anot arasında bir levha olacak şekilde aynı tanka yerleştirilir. Anotlardan elektrolit yoluyla katotlara bir elektrik akımı geçtiğinde, anotlardan gelen bakır çözeltiye geçer ve başlangıç levhasında biriktirilir. Anotlardan gelen kirlilikler tankın dibine çöker.
2. Bakır anotlu (plakalar) enjeksiyon kalıplama makinesi. Kalıplarda sorunsuz bir şekilde anot plakalarına dönüşecektir. Ön işlemden sonra kalay, kurşun, demir ve alüminyum çıkarılır. Ardından, bakır malzeme fırına yüklenmeye başlar, ardından ergitme işlemi yapılır.
3. Kürtler giderildiğinde, doğal gaz ile cüruf giderme ve indirgeme aşaması gelir. İndirgeme, serbest oksijeni gidermeyi amaçlar. Geri kazanımdan sonra süreç, nihai ürünün bakır anot olarak döküldüğü döküm ile sona erer. Aynı makine, bileşen geri dönüşümü sırasında bu anotları dökmek veya bir elektroliz bakır izabe tesisinde hurda metal için anotları geri dönüştürmek için kullanılabilir.
4. Temiz katot levhaları. Arıtma fırınından çıkarılan modifiye edici anotlar, elektroliz işlemi ile %99,99 saflıkta elektrolitik bakıra dönüştürülür. Elektroliz sırasında, bakır iyonları saf olmayan bir bakır anodu bırakır ve pozitif oldukları için katoda göç eder.

Zaman zaman katottan saf metal kazınır. altın gibi bakır anot safsızlıkları,gümüş, platin ve kalay elektrolit çözeltisinin altında toplanır ve anot çamuru olarak çöker. Bu işleme bakırın elektrolitik üretimi ve rafine edilmesi denir.

Bir fosil elde etmek - ne türler var ve bunların hepsi pratikte gerekli mi?

Metal temizlemenin biraz farklı bir yolu. Ayrıca, bir işlem hemen bir diğerini takip ettiğinde bakırın ateş ve elektrolitik rafine edilmesi de söz konusudur. Önemli bir "ayırma" aşaması, konsantrasyon veya konsantrasyon haline gelir. Konsantrasyon tamamlandıktan sonra, bitmiş ürünü yaratmanın bir sonraki adımı bakır ateşi arıtmadır.

Genellikle bu, bir madenin yakınında, bir işleme tesisinde veya bir izabe tesisinde olur. Bakır rafinasyonu ile, istenmeyen malzeme kademeli olarak uzaklaştırılır ve bakır, %99,99'a kadar A Derecesi saflığına konsantre edilir. Rafinasyon işleminin ayrıntıları, metalin ilişkili olduğu minerallerin türüne bağlıdır. Sülfür bakımından zengin bakır cevheri pirometalurjik olarak işlenir.

Arıtma ve Pirometalurji:

1. Pirometalurjide bakır konsantresi bir fırında ısıtılmadan önce kurutulur. Isıtma işlemi sırasında meydana gelen kimyasal reaksiyonlar, konsantrenin iki malzeme katmanına ayrılmasına neden olur: mat katman ve cüruf katmanı. Alttaki mat katman bakır içerirken, üstteki cüruf katmanı safsızlıklar içerir.
2. Cüruf atılır ve mat katman eski haline getirilir ve dönüştürücü adı verilen silindirik bir kaba taşınır. Bakırla reaksiyona giren dönüştürücüye çeşitli kimyasallar eklenir. Bu, adı verilen dönüştürülmüş bakır oluşumuna yol açar."kabarcık". Çökeltildikten sonra çıkarılır ve daha sonra yangınla temizleme adı verilen başka bir işleme tabi tutulur.
3. Yangın yıkayıcıda, kalan kükürt ve oksijeni çıkarmak için hava ve doğal gaz üflenir ve rafine bileşimin katoda işlenmesine neden olur. Metal anotlara dökülür ve bir elektrolizöre yerleştirilir. Şarj işleminden sonra katotta saf bakır toplanır ve %99 saf ürün olarak çıkarılır.

Arıtma ve Hidrometalurji:

1. Hidrometalurjide bakır konsantresi birkaç işlemden biriyle işlenir. En az yaygın olan yöntem, metalin bir redoks reaksiyonunda hurda metal üzerine biriktirildiği karbonlamadır.
2. Daha yaygın olarak kullanılan saflaştırma yöntemi solvent ekstraksiyonu ve elektrolizdir. Bu yeni teknoloji 1980'lerde yaygınlaştı ve artık dünyadaki bakırın yaklaşık %20'si bu şekilde üretiliyor.
3. Solvent ekstraksiyonu, metali safsızlıklardan ve istenmeyen malzemelerden ayıran organik bir solvent ile başlar. Daha sonra elektrolitik bir çözelti oluşturmak için bakırı organik çözücüden ayırmak için sülfürik asit eklenir.
4. Bu çözelti daha sonra bakırı çözelti içinde katot üzerine koyan bir elektroliz işlemine tabi tutulur. Bu katot olduğu gibi satılabilir, ancak diğer elektrolizörler için çubuklar veya kaynak levhalar halinde de yapılabilir.

Maden şirketleri bakırı konsantre veya katot şeklinde satabilir. NasılYukarıda bahsedildiği gibi, konsantre çoğunlukla maden sahasından başka bir yerde rafine edilir. Konsantre imalatçıları, bakır izabe tesislerine ve rafinerilere %24 ila %40 bakır içeren konsantre toz satmaktadır. Satış koşulları her izabe tesisi için benzersizdir, ancak genel olarak izabe tesisi madenciye konsantredeki bakır içeriğinin maliyetinin yaklaşık %96'sını, eksi işleme ücretlerini ve arıtma maliyetlerini öder.

Smelters genellikle geçiş ücreti alır, ancak madenciler adına rafine metal de satabilirler. Böylece, bakır fiyatlarındaki dalgalanmalardan kaynaklanan tüm risk (ve ödül) bayilerin omuzlarına düşüyor.

Yangın arıtma - ne kadar tehlikeli?

En sıcak yangın arıtma tehlikeli olabilir, ancak işleme yöntemi şu anda çoğu endüstriyel tesis tarafından kullanılmaktadır. Ayrı olarak, blister bakırın rafine edilmesi teknolojisini açıklamaya değer.

Blister bakır zaten neredeyse saftır (%99'dan fazla bakır). Ancak bugünün piyasası için bu çok "temiz" değil. Metal, elektroliz kullanılarak daha da saflaştırılır. Endüstriyel üretimde, blister bakırın ateşle rafine edilmesi adı verilen bir yöntem kullanılmaktadır. Mürekkep bakır, elektrolizörde anot olarak kullanılmak üzere büyük levhalara dökülür. Elektrolitik son arıtma, endüstrinin ihtiyaç duyduğu yüksek kaliteli, yüksek saflıkta metali üretir.

Sektörde bu çok büyük ölçekte yapılır. En iyi kimyasal yöntem bile bakırdaki tüm safsızlıkları gideremez, ancak elektrolitik arıtma %99,99 saf bakır üretebilir.

1. Anot kabarcıkları, bakır sülfat ve sülfürik asit içeren bir elektrolite daldırılır.
2. Aralarında temiz katotlar var ve çözeltiden 200 A'dan fazla akım geçiyor.

Bu koşullar altında, bakır atomları saf olmayan anottan çözünerek bakır iyonları oluşturur. Saf bakır atomları gibi geri biriktirildikleri katotlara göç ederler.

• Anotta: Cu(s) → Cu₂ + (sulu) + 2e^-.
• Katotta: Cu₂ + (sulu) + 2e^{- → Cu(s).}

Anahtar kapandığında, anottaki bakır iyonları çözeltiden katoda doğru hareket etmeye başlar. Bakır atomları iyon haline gelmek için zaten iki elektrondan vazgeçmiştir ve elektronları teller içinde hareket etmekte serbesttir. Anahtarın kapatılması elektronları saat yönünde iter ve bazı bakır iyonlarının çözeltide çökmesine neden olur.

Plaka iyonları anottan katoda iter. Aynı zamanda tellerin etrafındaki serbest elektronları iter (bu elektronlar zaten tellerin üzerine dağılmıştır). Katottaki elektronlar, çözeltideki bakır iyonlarıyla yeniden birleşerek yeni bir bakır atomu tabakası oluşturur. Yavaş yavaş, anot yok edilir ve katot büyür. Anottaki çözünmeyen safsızlıklar çökelmek için dibe düşer. Bu değerli biyo ürün kaldırılıyor.

Altın, gümüş, platin ve kalay bu elektrolitte çözünmezler ve bu nedenle katot üzerinde birikmezler. Anotların altında biriken değerli bir "silt" oluştururlar.

Çözünür demir ve nikel safsızlıkları elektrolitte çözülür, katotlarda bakırın saflığını az altacak aşırı birikmeyi önlemek için sürekli olarak temizlenmesi gerekir. Son zamanlarda paslanmaz çelik katotların yerini bakır katotlar almıştır. Aynı kimyasal reaksiyonlar gerçekleşir. Periyodik olarak katotlar uzaklaştırılır ve saf bakır saflaştırılır. Bu koşullar altında bakırın elektrolitik üretimi ve rafine edilmesi, demir dışı metal işleme tesislerinde oldukça yaygındır.

Metal saflaştırmanın elektrokimyasal versiyonu

Yangın temizliği kimyasal olarak adlandırılabilir, çünkü bu süreçte diğer maddeler ve safsızlıklarla kimyasal bir reaksiyon meydana gelir. Yukarıdaki, bir oksidatif reaksiyonun bir örneğiydi. Saf bakırı çıkarmanın tüm türleri ve yöntemleri, aynı taktiklerin ancak farklı bir sırayla kullanıldığı bakırın elektrokimyasal rafine edilmesinde olduğu gibi benzerdir.

Kimyasal yardımcı element yan ürünün kendisi olur:

• Kostik soda
• Klor.
• Hidrojen.

Bu, alternatif bir bileşen madenciliği sistemine para harcamadan pahalı hammaddeler elde etmenin en ucuz yoludur. Ek olarak, bileşimde asil olan ve elektrikli cihazların endüstriyel icadı için değerli olan değerli metaller çıkarılır.

Bakır Ocağı – Metal Pişirme Endüstrisi

Ateşli Bakır Arıtma Fırını özel olarak tasarlanmıştır ve hurda bakırı kontrollü safsızlıklarla sıvı metale dönüştürebilir. Hurdaların pirometalurjik işlenmesi için tasarlanmıştır.ekonomik ve çevre dostu teknoloji. Erimiş bakır üretimi için önerilen ana teknoloji, hammadde olarak hurda kullanan bakır çubuk, şerit, kütük veya diğer bakır ürünlerinin üretimi için uygundur (Cu> %92).

Yakma ve temizleme sistemlerinin kapasitesi, hurda türüne bağlı olarak 16-24 saatlik bir temizleme döngüsü (şarjdan geri kazanıma kadar) için hesaplanmıştır. Bakır arıtma fırınları özel tasarım ve işlevlere sahiptir:

1. Fırın gövdesi çelik segmentlerden ve rijit kesit tipi yapılardan yapılmıştır.
2. Fırın içi refrakter malzeme ile kaplanmıştır.
3. Döner fırın modunda çalışan iki hıza sahip bir hidrolik istasyon ile donatılmıştır: döküm için yatırırken sürünme hızı ve hareket sırasında çok fazla hassasiyet gerektirmeyen yüksek hız.
4. İşlemler, fırının altına monte edilmiş iki hidrolik silindir vasıtasıyla gerçekleştirilir. Özel bir cihaz, elektrik kesintileri sırasında fırını yatay konuma getirir.
5. Malzeme yükleme kapağı fırının yan tarafındadır. Hidrolik silindir tarafından sürülen bir kapı ile kapatılır.
6. Fırın, bakır oksidasyonu ve indirgeme işlemleri için soğutulmuş borularla donatılmıştır.

Ayrıca hem sıvı hem de gaz yakıtları tüketen bir evrensel brülör vardır.

Endüstride oksidatif arıtma

Bakır oksidasyonu işlemi, hammaddenin eritilmesinin tamamlanmasından sonra gerçekleştirilir. İşlem, tüyerler vasıtasıyla eriyik içerisine basınçlı hava enjekte edilerek gerçekleştirilir. Ortaya çıkan cüruf, özel bir tırmık kullanılarak eriyiğin yüzeyinden elle çıkarılır ve bir kaba boş altılır. Cüruf bakır, safsızlıklar, kurşun, kalay vb. içerir. Eriyikteki oksijeni uzaklaştırmak ve bakır oksitlerini az altmak için indirgeme işlemi gerçekleştirilmelidir. İşlem, eriyiğin içine doğal gaz enjekte edilerek gerçekleştirilir.

Fırından çıkan egzoz gazları, gaz temizleme sistemine beslenir, kaba tozu yakalayan toz toplayıcıdan geçer. Kollektör, atmosfere acil gaz salınımı durumunda bir havalandırma borusu ile donatılmıştır. Yangın temizleme fırını sürekli çalışmaktadır. Teknolojik sürecin çalışma döngüsü şunları içerir:

• hammadde yükleme;
• oksidasyon, cüruf, redüksiyon;
• rafine metal yükleme.

Bütün müteakip işleme bakır oksidatif arıtma denir. Saf metal üretmek için tüm yöntemin bir parçası olduğu için genel arıtma işleminden ayrılamaz. Gerekli parametreler elendikten sonra, bir sonraki teknolojik işlem için bakır eriyiği kullanılır.

Demir dışı metallerin iyodür ile rafine edilmesi

Bakır(II) iyonları, iyodür iyonlarını moleküler iyodine oksitler ve bu işlemde kendileri bakır(I) iyodüre indirgenir. Orijinal karışık kahverengi karışım, iyot çözeltisi içinde kirli beyaz bir bakır(I) iyodür çökeltisine ayrıldı. Çözeltideki bakır (II) iyonlarının konsantrasyonunu belirlemek için bu reaksiyonu kullanın. Şişeye öngörülen hacimde çözelti eklerseniz,bakır (II) iyonları içeren ve ardından fazla miktarda potasyum iyodür çözeltisi ekleyin, yukarıda açıklanan reaksiyonu elde edeceksiniz.

2Cu₂⁺ + 4I^- → 2CuI (s) + I 2 _{(su çözeltisi)}

Sodyum tiyosülfat çözeltisi ile titrasyonla açığa çıkan iyot miktarını bulabilirsiniz.

2S₂O₂^-3 (çözüm) + I ₂ (çözelti) → S₄O₂^-6 (su çözeltisi) + 2I^{- (sulu çözelti)}

Sodyum tiyosülfat çözeltisi büretten aktığında, iyotun rengi kaybolur. Neredeyse tamamı bittiğinde nişastayı ekleyin. Bakır iyodür arıtma reaksiyonunun tamamı, görülmesi çok daha kolay olan koyu mavi bir nişasta-iyot kompleksi üretmek için iyot ile tersine çevrilebilir.

Mavi renk kaybolana kadar son birkaç damla sodyum tiyosülfat solüsyonunu ekleyin. Oranları iki denklem üzerinden takip ederseniz, başlamanız gereken her 2 mol bakır(II) iyonu için 2 mol sodyum tiyosülfat çözeltisine ihtiyacınız olduğunu göreceksiniz. Sodyum tiyosülfat çözeltisinin konsantrasyonunu biliyorsanız, bakır (II) iyonlarının konsantrasyonunu hesaplamak kolaydır. Bu girişimin sonucu, çözeltide basit bir bakır (I) bileşiği elde etmektir.

Fosfor tedavisi

Fosforlu bakır arıtma, dayanıklı bir genel amaçlı reçine olan fosforla deokside edilmiş sert bakırdır. Kalıntı fosforun düşük seviyede tutulduğu bakır fosfor tarafından deokside edilir (0,005-0.013%) iyi elektriksel iletkenlik elde etmek için. İyi termal iletkenliğe ve mükemmel kaynak ve lehimleme özelliklerine sahiptir. Bakırın bu şekilde rafine edilmesinden sonra katı bakır reçinesinde kalan oksit, en yaygın kullanılan deoksidan olan fosfor ile uzaklaştırılır.

Tablo, bakırın tavlanmış (yumuşak) durumundan sert durumuna kadar farklı performans gösterir.

Çekme mukavemeti	220-385 N/mm2
Yırtılma Gücü	60-325 N/mm2
Uzunluk	55-4 %
Sertlik (HV)	45-155
Elektrik iletkenliği	90-98 %
Termal iletkenlik	350-365 W/cm

Sürücü Çerçeveleri, kabloları yarı iletken yüzeyindeki elektrik terminallerine ve elektrikli cihazlar ve baskılı devre kartları üzerindeki büyük ölçekli devrelere bağlar. Malzeme, proses gereksinimlerini karşılayacak ve kurulum ve işletimde güvenilir olacak şekilde seçilmiştir.

Elektrolizden sonra bakırın bileşimi

Ateşin rafine edilmesinden sonra bakırın bileşimi metalin %99,2'sini içerir. Anotlarda çok daha azı kalır. Safsızlıklar tamamen giderildiğinde, bileşimde 130 g/l katot bazı kalır. Sulu vitriol çözeltisi zayıflar ve bakır katotların asidik bileşeni 140-180 g/l'ye ulaşır. Blister bakır %99,5 metal içerir, demir %0,10, çinko %0,05'e kadar ve altın ve gümüş sadece 1-200 g/t'dir.