Penapisan elektrolitik kuprum: komposisi, formula dan tindak balas

2024 Pengarang: Howard Calhoun | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-02 14:00

Penapisan kuprum ialah proses penapisan logam melalui elektrolisis. Pembersihan elektrolisis adalah cara paling mudah untuk mencapai 99.999% ketulenan dalam tembaga. Elektrolisis meningkatkan kualiti kuprum sebagai konduktor elektrik. Peralatan elektrik selalunya mengandungi kuprum elektrolitik.

Apakah ini?

Penapisan kuprum atau elektrolisis menggunakan anod yang mengandungi kuprum tidak tulen. Ia timbul daripada kepekatan bijih. Katod terdiri daripada logam tulen (titanium atau keluli tahan karat). Larutan elektrolit terdiri daripada sulfat. Oleh itu, boleh dikatakan bahawa penapisan tembaga dan elektrolisis adalah satu dan sama. Arus elektrik menyebabkan ion kuprum dari anod memasuki larutan dan memendap pada katod. Dalam kes ini, kekotoran sama ada meninggalkan, atau membentuk mendakan, atau kekal dalam larutan. Katod menjadi lebih besar daripada kuprum tulen dan anod mengecut.

Sel elektrolitik menggunakan sumber DC luaran untuk bertindak balas kepada tindak balas yang tidak akan berlaku secara spontan. Tindak balas elektrolitikdigunakan untuk membersihkan logam plat pada banyak jenis substrat.

Menggunakan proses elektrolitik untuk menulenkan logam (penapisan tembaga, elektrolisis logam):

1. Oleh kerana kekotoran boleh mengurangkan kekonduksian wayar kuprum dengan ketara, kuprum yang tercemar perlu dibersihkan. Salah satu kaedah pembersihan ialah elektrolisis.
2. Apabila jalur logam kuprum tak tulen digunakan sebagai anod dalam elektrolisis penyediaan berair kuprum sulfat, kuprum teroksida. Pengoksidaannya lebih mudah daripada pengoksidaan air. Oleh itu, kuprum logam larut dalam larutan dalam bentuk ion kuprum, meninggalkan banyak bendasing (logam kurang aktif).
3. Ion kuprum yang terbentuk di anod berhijrah ke katod di mana ia lebih mudah dikurangkan daripada air dan "plat" logam di katod.

Adalah perlu untuk menghantar arus yang mencukupi antara elektrod, jika tidak tindak balas bukan spontan akan berlaku. Dengan melaraskan potensi elektrik dengan berhati-hati, kekotoran logam yang cukup aktif untuk mengoksidakan kuprum di anod, bahan tidak berkurangan di katod, dan logam dimendapkan secara terpilih.

Penting! Tidak semua logam dikurangkan atau dioksidakan dengan lebih mudah daripada air. Jika ya, tindak balas elektrokimia yang memerlukan potensi terendah akan berlaku terlebih dahulu. Sebagai contoh, jika kita menggunakan elektrod, kedua-dua anod dan katod, potensi logam akan teroksida di anod, tetapi kemudian air akan berkurangan di katod dan ion aluminium akan kekal dalam larutan.

Untuk mencipta elektrolisis, anda perlu menggunakankaedah penapisan tembaga berikut:

1. Tuangkan larutan kuprum sulfat ke dalam gelas.
2. Letakkan dua batang grafit dalam larutan kuprum sulfat.
3. Sambungkan satu elektrod ke terminal kuasa DC negatif dan satu lagi ke terminal positif.
4. Isi dua tiub kecil sepenuhnya dengan larutan kuprum sulfat dan letakkan penyumbat pada setiap elektrod.
5. Hidupkan bekalan kuasa dan periksa perkara yang berlaku pada setiap elektrod.
6. Uji mana-mana gas yang dihasilkan dengan tayar yang menyala.
7. Rekodkan pemerhatian anda dan keputusan ujian anda.

Keputusan seharusnya kelihatan seperti ini:

• Pepejal coklat atau merah jambu muncul dalam larutan.
• Terdapat buih.
• Gelembung seharusnya tidak berwarna.
• Bahan dalam bentuk gas.

Semua keputusan direkodkan, selepas itu gas dipadamkan oleh tayar. Terdapat juga cara lain untuk membersihkan logam daripada kekotoran dan kotoran pihak ketiga - ini adalah penapisan api tembaga. Bagaimana ini berlaku, kami akan memberitahu kemudian, tetapi kini kami akan membentangkan pilihan lain untuk menapis logam.

Kaedah penapisan kuprum - bagaimana lagi pelucutan kimia logam yang diingini boleh berlaku?

Memandangkan elektrolisis ialah tindakan sulfat dan arus, apakah kaedah elektrolitik untuk mendapatkan produk tulen? Perkara yang sama sekali berbeza, walaupun serupa dalam nama yang berbunyi. Walau bagaimanapun, penapisan elektrik kuprum adalah berdasarkan penggunaan asid. Kita boleh mengatakan bahawa ini adalah pengoksidaan logam, tetapi tidak cukup.

Penghasilan yang bersih adalah penting untuk membuat wayar elektrik, kerana kekonduksian elektrik kuprum dikurangkan oleh kekotoran. Kekotoran ini termasuk logam berharga seperti:

• perak,
• emas;
• platinum.

Apabila ia dikeluarkan melalui elektrolisis dan dipulihkan dengan cara yang sama, tenaga elektrik dibelanjakan sebanyak yang mencukupi untuk membekalkan elektrik kepada berpuluh-puluh rumah. Komponen yang telah disucikan menjimatkan tenaga, memberi kuasa kepada lebih banyak rumah dalam masa yang singkat.

Dalam penapisan elektrolitik, komposisi tidak tulen dibuat daripada anod dalam mandian elektrolitik kuprum sulfat - CuSO₄ dan asid sulfurik H_{2 SO 4}. Katod ialah kepingan kuprum yang sangat tulen. Apabila arus dialirkan melalui larutan, ion kuprum positif, Cu₂₊ tertarik kepada katod, di mana ia mengambil elektron dan dimendapkan seperti atom neutral, dengan itu mencipta lebih banyak logam tulen di katod. Sementara itu, atom dalam anod menderma elektron dan larut dalam larutan elektrolit sebagai ion. Tetapi kekotoran dalam anod tidak masuk ke dalam larutan kerana atom perak, emas, dan platinum tidak teroksida (menjadi ion positif) semudah kuprum. Oleh itu, perak, emas dan platinum hanya jatuh dari anod ke bahagian bawah tangki, di mana ia boleh dibersihkan.

Tetapi terdapat juga penapisan elektrolitik kuprum apabila tangki digunakan:

1. Tanki rawatan elektrolitik adalahbengkel berasingan dalam pengeluaran perindustrian. Plat anod digantung oleh "pemegang" dalam tangki untuk membersihkan kuprum elektrolitik. Lembaran katod kuprum tulen yang digantung pada rod pepejal dimasukkan ke dalam tangki yang sama, satu helaian di antara setiap anod. Apabila arus elektrik dihantar dari anod melalui elektrolit ke katod, kuprum dari anod bergerak ke dalam larutan dan diendapkan pada helaian pemula. Kekotoran daripada anod mendap ke bahagian bawah tangki.
2. Mesin pengacuan suntikan dengan anod kuprum (plat). Ia dengan lancar akan bertukar menjadi plat anod dalam acuan. Selepas pra-rawatan, timah, plumbum, besi dan aluminium dikeluarkan. Seterusnya, bahan kuprum mula dicas ke dalam relau, diikuti dengan proses peleburan.
3. Apabila kekotoran dialihkan, penyingkiran sanga dan fasa pengurangan dengan gas asli mengikuti. Pengurangan ini bertujuan untuk mengeluarkan oksigen bebas. Selepas pemulihan, proses berakhir dengan tuangan, di mana produk akhir dibuang sebagai anod tembaga. Mesin yang sama boleh digunakan untuk menuang anod ini semasa kitar semula komponen atau mengitar semula anod untuk besi buruk dalam peleburan tembaga elektrolisis.
4. Bersihkan helaian katod. Anod pengubahsuai yang diekstrak daripada relau penapisan ditukar kepada kuprum elektrolitik dengan ketulenan 99.99% melalui proses elektrolisis. Semasa elektrolisis, ion kuprum meninggalkan anod kuprum yang tidak tulen dan, kerana ia positif, berhijrah ke katod.

Dari semasa ke semasa logam tulen dikikis dari katod. kekotoran anod kuprum seperti emas,perak, platinum dan timah berkumpul di bahagian bawah larutan elektrolit dan mendakan sebagai lendir anod. Proses ini dipanggil pengeluaran elektrolitik dan penapisan kuprum.

Mendapatkan fosil - apakah jenis yang wujud dan adakah kesemuanya perlu dalam amalan?

Cara pembersihan logam yang sedikit berbeza. Terdapat juga penapisan api dan elektrolitik tembaga, apabila satu proses segera mengikuti yang lain. Peringkat "pemisahan" yang penting menjadi tumpuan atau tumpuan. Setelah kepekatan selesai, langkah seterusnya dalam mencipta produk siap ialah penapisan api tembaga.

Biasanya ini berlaku berhampiran lombong, di kilang pemprosesan atau peleburan. Dengan penapisan tembaga, bahan yang tidak diingini dikeluarkan secara beransur-ansur dan kuprum tertumpu kepada ketulenan sehingga 99.99% Gred A. Butiran proses penapisan bergantung pada jenis mineral yang dikaitkan dengan logam itu. Bijih tembaga yang kaya dengan sulfida diproses secara pyrometallurgikal.

Penapisan & Pyrometallurgy:

1. Dalam pyrometallurgy, pekat kuprum dikeringkan sebelum dipanaskan dalam relau. Tindak balas kimia yang berlaku semasa proses pemanasan menyebabkan pekat terpisah kepada dua lapisan bahan: lapisan matte dan lapisan sanga. Lapisan matte di bahagian bawah mengandungi kuprum, manakala lapisan sanga di atas mengandungi kekotoran.
2. Sanga dibuang dan lapisan matte dipulihkan dan dipindahkan ke dalam bekas silinder yang dipanggil transduser. Pelbagai bahan kimia ditambah kepada penukar yang bertindak balas dengan kuprum. Ini membawa kepada pembentukan tembaga ditukar, dipanggil"lepuh". Setelah dimendakan, ia diekstrak dan kemudian tertakluk kepada proses lain yang dipanggil pembersihan kebakaran.
3. Dalam penyental api, udara dan gas asli dihembus untuk mengeluarkan baki sulfur dan oksigen, menyebabkan komposisi yang ditapis diproses ke dalam katod. Logam dibuang ke dalam anod dan diletakkan di dalam elektrolisis. Selepas mengecas, kuprum tulen dikumpulkan di katod dan dikeluarkan sebagai produk tulen 99%.

Penapisan & Hidrometalurgi:

1. Dalam hidrometalurgi, pekat kuprum diproses melalui salah satu daripada beberapa proses. Kaedah yang paling kurang biasa ialah pengkarburan, di mana logam dimendapkan pada besi buruk dalam tindak balas redoks.
2. Kaedah penulenan yang lebih meluas digunakan ialah pengekstrakan pelarut dan elektrolisis. Teknologi baharu ini telah tersebar luas pada tahun 1980-an, dan kira-kira 20% daripada tembaga dunia kini dihasilkan dengan cara ini.
3. Pengekstrakan pelarut bermula dengan pelarut organik yang memisahkan logam daripada kekotoran dan bahan yang tidak diingini. Asid sulfurik kemudiannya ditambah untuk memisahkan kuprum daripada pelarut organik untuk membentuk larutan elektrolitik.
4. Pelarut ini kemudiannya tertakluk kepada proses elektrolisis yang hanya meletakkan kuprum dalam larutan pada katod. Katod ini boleh dijual seperti sedia ada, tetapi juga boleh dijadikan rod atau kepingan sumber untuk elektrolisis lain.

Syarikat perlombongan boleh menjual tembaga dalam bentuk pekat atau katod. BagaimanaSeperti yang dinyatakan di atas, pekat paling kerap ditapis di tempat lain daripada di tapak lombong. Pengeluar pekat menjual serbuk pekat yang mengandungi 24 hingga 40% kuprum kepada peleburan dan kilang penapisan tembaga. Syarat jualan adalah unik untuk setiap peleburan, tetapi secara amnya pelebur membayar pelombong kira-kira 96% daripada kos kandungan tembaga dalam pekat, tolak yuran pemprosesan dan kos penapisan.

Smelter biasanya mengenakan bayaran tol, tetapi mereka juga boleh menjual logam bertapis bagi pihak pelombong. Oleh itu, keseluruhan risiko (dan ganjaran) daripada turun naik harga tembaga terletak di bahu penjual semula.

Penapisan api - betapa bahayanya?

Penapisan api yang paling panas boleh berbahaya, tetapi kaedah pemprosesan kini digunakan oleh kebanyakan loji industri. Secara berasingan, adalah wajar menerangkan teknologi menapis kuprum lepuh.

Tembaga lepuh sudah hampir tulen (lebih daripada 99% kuprum). Tetapi untuk pasaran hari ini, ini tidak begitu "bersih". Logam itu disucikan lagi menggunakan elektrolisis. Dalam pengeluaran perindustrian, kaedah yang dipanggil penapisan api kuprum lepuh digunakan. Kuprum dakwat dibuang ke dalam papak besar untuk digunakan sebagai anod dalam elektrolisis. Penapisan pasca penapisan elektrolitik menghasilkan logam berkualiti tinggi dan ketulenan tinggi yang diperlukan oleh industri.

Dalam industri, ini dilakukan secara besar-besaran. Malah kaedah kimia yang terbaik tidak dapat mengeluarkan semua kekotoran daripada kuprum, tetapi penapisan elektrolitik boleh menghasilkan 99.99% kuprum tulen.

1. Lepuh anod direndam dalam elektrolit yang mengandungi kuprum sulfat dan asid sulfurik.
2. Terdapat katod bersih di antara mereka, dan arus lebih daripada 200 A melalui larutan.

Di bawah keadaan ini, atom kuprum larut daripada anod tidak tulen untuk membentuk ion kuprum. Mereka berhijrah ke katod, di mana ia disimpan kembali seperti atom kuprum tulen.

• Di anod: Cu(s) → Cu₂ + (aq) + 2e^-.
• Di katod: Cu₂ + (aq) + 2e^{- → Cu(s).}

Apabila suis ditutup, ion kuprum di anod akan mula bergerak melalui larutan ke arah katod. Atom kuprum telah melepaskan dua elektron untuk menjadi ion, dan elektronnya bebas bergerak dalam wayar. Menutup suis menolak elektron mengikut arah jam dan menyebabkan beberapa ion kuprum mendap dalam larutan.

Plat menolak ion dari anod ke katod. Pada masa yang sama, ia menolak elektron bebas di sekeliling wayar (elektron ini sudah diedarkan ke atas wayar). Elektron dalam katod bergabung semula dengan ion kuprum daripada larutan, membentuk lapisan baru atom kuprum. Secara beransur-ansur, anod dimusnahkan, dan katod tumbuh. Kekotoran tidak larut dalam anod jatuh ke bahagian bawah untuk mendakan. Produk bio berharga ini sedang dialih keluar.

Emas, perak, platinum dan timah tidak larut dalam elektrolit ini dan oleh itu tidak memendap pada katod. Ia membentuk "kelodak" berharga yang terkumpul di bawah anod.

Kekotoran larut besi dan nikel dilarutkan dalam elektrolit, yang mesti sentiasa dibersihkan untuk mengelakkan pemendapan berlebihan pada katod, yang akan mengurangkan ketulenan kuprum. Baru-baru ini, katod keluli tahan karat telah digantikan oleh katod kuprum. Tindak balas kimia yang sama berlaku. Secara berkala, katod dikeluarkan dan kuprum tulen disucikan. Pengeluaran elektrolitik dan penapisan kuprum dalam keadaan ini agak biasa di loji pemprosesan logam bukan ferus.

Versi elektrokimia penulenan logam

Pembersihan api boleh dipanggil kimia, kerana dalam proses ini tindak balas kimia berlaku dengan bahan dan kekotoran lain. Di atas adalah contoh tindak balas oksidatif. Semua jenis dan kaedah mengekstrak kuprum tulen adalah serupa, begitu juga dengan penapisan elektrokimia kuprum, di mana taktik yang sama digunakan, tetapi dalam urutan yang berbeza.

Unsur tambahan kimia menjadi hasil sampingan itu sendiri:

• Soda kaustik
• Klorin.
• Hidrogen.

Ini adalah cara paling murah untuk mendapatkan bahan mentah yang mahal tanpa membelanjakan wang untuk sistem perlombongan komponen alternatif. Di samping itu, logam berharga dilombong, yang mempunyai komposisi yang mulia dan berharga dalam ciptaan industri peralatan elektrik.

Relau Tembaga – Industri Memasak Logam

Relau Penapisan Tembaga Berapi direka khas dan mampu memproses kuprum sekerap menjadi logam cecair dengan kekotoran terkawal. Ia direka untuk pemprosesan pyrometallurgical sekerapteknologi ekonomi dan mesra alam. Teknologi utama yang dicadangkan untuk pengeluaran kuprum cair adalah sesuai untuk pengeluaran batang kuprum, jalur, bilet atau produk tembaga lain menggunakan sekerap sebagai bahan mentah (Cu> 92%).

Kapasiti sistem pembakaran dan pembersihan dikira untuk kitaran pembersihan (dari pengecasan hingga pemulihan) selama 16-24 jam, bergantung pada jenis sekerap. Relau penapisan tembaga mempunyai reka bentuk dan fungsi khas:

1. Badan relau diperbuat daripada bahagian keluli dan struktur jenis bahagian tegar.
2. Relau dialas dengan bahan refraktori dari dalam.
3. Ia dilengkapi dengan stesen hidraulik yang beroperasi dalam mod relau senget dengan dua kelajuan: kelajuan rayapan apabila mencondongkan untuk tuang dan kelajuan tinggi semasa pergerakan, yang tidak memerlukan ketepatan yang tinggi.
4. Operasi dijalankan dengan menggunakan dua silinder hidraulik yang dipasang di bahagian bawah relau. Peranti khas mengembalikan ketuhar ke kedudukan mendatar semasa bekalan elektrik terputus.
5. Penetas pemuatan bahan terletak di sisi ketuhar. Ia ditutup oleh pintu yang digerakkan oleh silinder hidraulik.
6. Relau dilengkapi dengan tombak yang disejukkan untuk operasi pengoksidaan dan pengurangan kuprum.

Terdapat juga satu penunu universal yang menggunakan kedua-dua bahan api cecair dan gas.

Penapisan oksidatif dalam industri

Operasi pengoksidaan kuprum dijalankan selepas selesai peleburan bahan mentah. Proses ini dijalankan dengan menyuntik udara termampat ke dalam leburan melalui tuyeres. Sanga yang terhasil dikeluarkan secara manual dari permukaan cair menggunakan rake khas dan dibuang ke dalam bekas. Sanga mengandungi kuprum, kekotoran, plumbum, timah, dll. Proses pengurangan mesti dijalankan untuk mengeluarkan oksigen daripada cair dan mengurangkan oksida kuprum. Operasi dilakukan dengan menyuntik gas asli ke dalam bahan cair.

Dari relau, gas ekzos dimasukkan ke dalam sistem pembersihan gas, melalui pengumpul habuk, yang menangkap habuk kasar. Pengumpul dilengkapi dengan paip bolong sekiranya berlaku pelepasan gas kecemasan ke atmosfera. Relau pembersihan api beroperasi secara berterusan. Kitaran kerja proses teknologi termasuk:

• memuatkan bahan mentah;
• pengoksidaan, slagging, pengurangan;
• memuatkan logam ditapis.

Seluruh proses seterusnya dipanggil penapisan oksidatif tembaga. Ia tidak boleh dipisahkan daripada proses penapisan keseluruhan, kerana ia adalah sebahagian daripada keseluruhan kaedah untuk menghasilkan logam tulen. Selepas parameter yang diperlukan dihapuskan, cair kuprum digunakan untuk proses teknologi seterusnya.

Penapisan iodida bagi logam bukan ferus

Ion kuprum(II) mengoksidakan ion iodida kepada iodin molekul, dan dalam proses ini ia sendiri direduksi menjadi kuprum(I) iodida. Campuran perang campuran asal diasingkan menjadi mendakan putih pudar kuprum(I) iodida dalam larutan iodin. Gunakan tindak balas ini untuk menentukan kepekatan ion kuprum (II) dalam larutan. Jika anda menambah isipadu larutan yang ditetapkan ke dalam kelalang,mengandungi ion kuprum (II), dan kemudian tambah lebihan larutan kalium iodida, anda akan mendapat tindak balas yang diterangkan di atas.

2Cu₂⁺ + 4I^- → 2CuI (s) + I 2 _{(larutan air)}

Anda boleh mencari jumlah iodin yang dikeluarkan melalui pentitratan dengan larutan natrium tiosulfat.

2S₂O₂^-3 (penyelesaian) + I ₂ (penyelesaian) → S₄O₂^-6 (larutan air) + 2I^{- (larutan berair)}

Apabila larutan natrium tiosulfat disalurkan dari buret, warna iodin hilang. Apabila hampir habis, masukkan kanji. Keseluruhan tindak balas penapisan iodida kuprum akan diterbalikkan dengan iodin untuk menghasilkan kompleks kanji-iodin biru tua yang lebih mudah dilihat.

Tambahkan beberapa titis terakhir larutan natrium tiosulfat sehingga warna biru hilang. Jika anda mengesan perkadaran melalui dua persamaan, anda akan mendapati bahawa bagi setiap 2 mol ion kuprum(II) yang sepatutnya anda mulakan, anda memerlukan 2 mol larutan natrium tiosulfat. Jika anda mengetahui kepekatan larutan natrium tiosulfat, adalah mudah untuk mengira kepekatan ion kuprum (II). Hasil percubaan ini adalah untuk mendapatkan sebatian ringkas kuprum (I) dalam larutan.

Rawatan fosforus

Penapisan kuprum fosforus ialah kuprum keras ternyahoksida fosforus, yang merupakan resin tujuan am yang tahan lama. Ia dinyahoksidakan oleh fosforus kuprum, di mana sisa fosforus dikekalkan pada tahap yang rendah (0,005-0.013%) untuk mencapai kekonduksian elektrik yang baik. Ia mempunyai kekonduksian terma yang baik dan sifat kimpalan dan pematerian yang sangat baik. Oksida selepas penapisan kuprum dengan cara ini, kekal dalam resin kuprum pepejal, dikeluarkan dengan fosforus, yang merupakan deoksidan yang paling biasa digunakan.

Jadual menunjukkan prestasi berbeza daripada kuprum yang disepuhlindap (lembut) kepada keadaan keras.

Kekuatan tegangan	220-385 N/mm2
Kekuatan Koyak	60-325 N/mm2
Panjang	55-4 %
Kekerasan (HV)	45-155
Kekonduksian elektrik	90-98 %
Kekonduksian terma	350-365 W/sm

Bingkai Pemacu menyambungkan pendawaian ke terminal elektrik pada permukaan semikonduktor dan litar berskala besar pada peranti elektrik dan papan litar bercetak. Bahan dipilih untuk memenuhi keperluan proses dan boleh dipercayai dalam pemasangan dan operasi.

Komposisi kuprum selepas elektrolisis

Komposisi kuprum selepas penapisan api termasuk 99.2% logam. Lebih sedikit daripadanya kekal dalam anod. Apabila kekotoran dikeluarkan sepenuhnya, 130 g/l asas katod kekal dalam komposisi. Larutan berair vitriol menjadi lemah, dan komponen berasid katod kuprum mencapai 140-180 g/l. Tembaga lepuh mengandungi 99.5% logam, besi mempunyai 0.10%, zink sehingga 0.05%, dan emas dan perak hanya 1-200 g / t.