Elektrolitiese verfyning van koper: samestelling, formules en reaksies

2024 Outeur: Howard Calhoun | [email protected]. Laas verander: 2024-01-02 13:48

Koperraffinering is die proses van raffinering van metaal deur elektrolise. Elektrolise skoonmaak is die maklikste manier om 99,999% suiwerheid in koper te bereik. Elektrolise verbeter die kwaliteit van koper as 'n elektriese geleier. Elektriese toerusting bevat dikwels elektrolitiese koper.

Wat is dit?

Koperraffinering of elektrolise gebruik 'n anode wat onsuiwer koper bevat. Dit spruit uit die konsentrasie van erts. Die katode bestaan uit suiwer metaal (titanium of vlekvrye staal). Die elektrolietoplossing bestaan uit sulfaat. Daarom kan daar geargumenteer word dat koperraffinering en elektrolise een en dieselfde is. 'n Elektriese stroom veroorsaak dat koperione vanaf die anodes die oplossing binnedring en op die katode neerslaan. In hierdie geval verlaat onsuiwerhede óf, óf vorm 'n neerslag, óf bly in oplossing. Die katode word groter as suiwer koper en die anode krimp.

Elektrolitiese selle gebruik 'n eksterne GS-bron om te reageer op reaksies wat andersins nie spontaan sou wees nie. Elektrolitiese reaksiesgebruik om plaatmetale op baie soorte substrate skoon te maak.

Die gebruik van 'n elektrolitiese proses om metaal te suiwer (koperraffinering, metaalelektrolise):

1. Omdat onsuiwerhede die geleidingsvermoë van koperdrade aansienlik kan verminder, is dit nodig om die besoedelde koper skoon te maak. Een van die skoonmaakmetodes is elektrolise.
2. Wanneer 'n strook onsuiwer kopermetaal as 'n anode gebruik word in die elektrolise van 'n waterige bereiding van kopersulfaat, word die koper geoksideer. Die oksidasie daarvan verloop makliker as die oksidasie van water. Daarom los metaalkoper in oplossing in die vorm van koperione op, wat baie onsuiwerhede (minder aktiewe metale) agterlaat.
3. Koperione wat by die anode gevorm word, migreer na die katode waar hulle makliker gereduseer word as water en metaalplate by die katode.

Dit is nodig om voldoende stroom tussen die elektrodes deur te gee, anders sal 'n nie-spontane reaksie plaasvind. Deur die elektriese potensiaal versigtig aan te pas, metaal onsuiwerhede wat aktief genoeg is om koper by die anode te oksideer, word die stowwe nie by die katode verminder nie, en word die metaal selektief neergelê.

Belangrik! Nie alle metale word makliker gereduseer of geoksideer as water nie. Indien wel, sal die elektrochemiese reaksie wat die laagste potensiaal vereis eerste plaasvind. As ons byvoorbeeld elektrodes, beide anode en katode sou gebruik, sal die metaalpotensiaal by die anode geoksideer word, maar dan sal die water by die katode afneem en die aluminiumione sal in oplossing bly.

Om elektrolise te skep, moet jy gebruikdie volgende koperraffineringsmetode:

1. Gooi die kopersulfaatoplossing in 'n glas.
2. Plaas twee grafietstawe in die kopersulfaatoplossing.
3. Verbind een elektrode aan die negatiewe GS-kragterminaal en die ander aan die positiewe terminaal.
4. Vul twee klein buisies heeltemal met kopersulfaatoplossing en plaas 'n prop op elke elektrode.
5. Skakel die kragtoevoer aan en kyk wat by elke elektrode gebeur.
6. Toets enige gas wat met 'n vlammende band vervaardig word.
7. Teken jou waarnemings en die resultate van jou toetse aan.

Resultate moet so lyk:

• Bruin of pienk vaste stowwe verskyn in oplossing.
• Daar is borrels.
• Borrels moet kleurloos wees.
• 'n Stof in gasvorm.

Alle resultate word aangeteken, waarna die gas deur die band geblus word. Daar is ook 'n ander manier om die metaal van onsuiwerhede en derdeparty-vuil skoon te maak - dit is die brandverfyning van koper. Hoe dit gebeur, sal ons later vertel, maar nou sal ons ander opsies aanbied om die metaal te verfyn.

Metodes om koper te raffineer - hoe anders kan chemiese stroping van die verlangde metale plaasvind?

Aangesien elektrolise die werking van sulfate en stroom is, wat is die elektrolitiese metode om suiwer produkte te verkry? Heeltemal verskillende dinge, hoewel soortgelyk in klinkende name. Die elektriese verfyning van koper is egter gebaseer op die gebruik van sure. Ons kan sê dat dit die oksidasie van die metaal is, maar nie heeltemal nie.

Skoon produksie is belangrik vir die maak van elektriese draad, aangesien die elektriese geleidingsvermoë van koper deur onsuiwerhede verminder word. Hierdie onsuiwerhede sluit edelmetale in soos:

• silwer,
• goud;
• platinum.

Wanneer hulle deur elektrolise verwyder en op dieselfde manier herstel word, word elektrisiteit soveel bestee as wat genoeg sou wees om elektrisiteit aan dosyne huise te voorsien. Die gesuiwerde komponent bespaar energie, wat selfs meer huise in minder tyd van krag voorsien.

In elektrolitiese raffinering word 'n onsuiwer samestelling gemaak van 'n anode in 'n elektrolitiese bad van kopersulfaat - CuSO₄ en swaelsuur H_{2 SO 4}. Die katode is 'n vel baie suiwer koper. Soos stroom deur die oplossing gevoer word, word positiewe koperione, Cu₂₊ na die katode aangetrek, waar hulle elektrone opneem en neergesit word soos neutrale atome, waardeur meer en meer suiwer metaal by die katode geskep word. Intussen skenk die atome in die anode elektrone en los in die elektrolietoplossing op as ione. Maar die onsuiwerhede in die anode gaan nie in oplossing nie omdat die silwer-, goud- en platinumatome nie so maklik oksideer (word positiewe ione) soos koper nie. Silwer, goud en platinum val dus eenvoudig van die anode na die bodem van die tenk, waar dit skoongemaak kan word.

Maar daar is ook elektrolitiese raffinering van koper wanneer tenks gebruik word:

1. Elektrolitiese behandeling tenks isaparte werkswinkel in industriële produksie. Die anodeplate word deur "handvatsels" in die tenk opgehang om elektrolitiese koper skoon te maak. Suiwer koper katode velle wat op soliede stawe opgehang word, word in dieselfde tenk geplaas, een vel tussen elke anode. Wanneer 'n elektriese stroom vanaf die anodes deur die elektroliet na die katodes gevoer word, beweeg die koper van die anodes na oplossing en word op die aansitterplaat neergelê. Onsuiwerhede van die anodes sak na die bodem van die tenk.
2. Spuitgietmasjien met koperanodes (plate). Dit sal glad verander in anodeplate in vorms. Na voorbehandeling word tin, lood, yster en aluminium verwyder. Vervolgens begin die kopermateriaal in die oond gelaai word, gevolg deur die smeltproses.
3. Wanneer onsuiwerhede verwyder word, volg slakverwydering en reduksiefase met aardgas. Die vermindering is daarop gemik om vrye suurstof te verwyder. Na herstel eindig die proses met giet, waar die finale produk as koperanodes gegiet word. Dieselfde masjien kan gebruik word om hierdie anodes te giet tydens komponentherwinning of om anodes vir skrootmetaal in 'n elektrolise-kopersmelter te herwin.
4. Maak katode-velle skoon. Die modifiserende anodes wat uit die raffineringsoond onttrek word, word deur die elektroliseproses in elektrolitiese koper met 'n suiwerheid van 99,99% omgeskakel. Tydens elektrolise verlaat koperione 'n onsuiwer koperanode en, aangesien hulle positief is, migreer dit na die katode.

Van tyd tot tyd word suiwer metaal van die katode afgeskraap. koperanode onsuiwerhede soos goud,silwer, platinum en tin versamel aan die onderkant van die elektrolietoplossing en presipiteer as anodeslym. Hierdie proses word die elektrolitiese produksie en raffinering van koper genoem.

Verkryging van 'n fossiel - watter soorte bestaan en is hulle almal nodig in die praktyk?

'n Effens ander manier om metaal skoon te maak. Daar is ook vuur en elektrolitiese raffinering van koper, wanneer een proses onmiddellik op 'n ander volg. 'n Belangrike "skeidende" stadium word konsentrasie of konsentrasie. Sodra konsentrasie voltooi is, is die volgende stap in die skep van die voltooide produk kopervuurraffinering.

Gewoonlik gebeur dit naby 'n myn, by 'n verwerkingsaanleg of 'n smelter. Met koperraffinering word ongewenste materiaal geleidelik verwyder en word die koper gekonsentreer tot 'n suiwerheid van tot 99,99% Graad A. Die besonderhede van die verfyningsproses hang af van die tipe minerale waarmee die metaal geassosieer word. Sulfiedryke kopererts word pirometallurgies verwerk.

raffinering en pyrometallurgie:

1. In pirometallurgie word koperkonsentraat gedroog voordat dit in 'n oond verhit word. Die chemiese reaksies wat tydens die verhittingsproses plaasvind, veroorsaak dat die konsentraat in twee lae materiaal skei: 'n matlaag en 'n slaklaag. Die matlaag aan die onderkant bevat koper, terwyl die slaklaag bo-op onsuiwerhede bevat.
2. Die slak word weggegooi en die mat laag word herstel en in 'n silindriese houer verskuif wat 'n transducer genoem word. Verskeie chemikalieë word by die omsetter gevoeg wat met die koper reageer. Dit lei tot die vorming van omgeskakelde koper, genoem"blasie". Sodra dit neergeslaan is, word dit onttrek en dan onderwerp aan 'n ander proses genaamd vuurskoonmaak.
3. In 'n brandskrop word lug en aardgas deurgeblaas om die oorblywende swael en suurstof te verwyder, wat veroorsaak dat die verfynde samestelling in die katode verwerk word. Die metaal word in anodes gegiet en in 'n elektroliseerder geplaas. Na laai word suiwer koper by die katode versamel en as 99% suiwer produk verwyder.

raffinering en hidrometallurgie:

1. In hidrometallurgie word koperkonsentraat deur een van verskeie prosesse verwerk. Die minste algemene metode is karburasie, waar metaal in 'n redoksreaksie op skrootmetaal neergesit word.
2. Die meer algemeen gebruikte suiweringsmetode is oplosmiddelekstraksie en elektrolise. Hierdie nuwe tegnologie het in die 1980's wydverspreid geraak, en ongeveer 20% van die wêreld se koper word nou op hierdie manier vervaardig.
3. Oplosmiddelekstraksie begin met 'n organiese oplosmiddel wat die metaal van onsuiwerhede en ongewenste materiale skei. Swaelsuur word dan bygevoeg om die koper van die organiese oplosmiddel te skei om 'n elektrolitiese oplossing te vorm.
4. Hierdie oplossing word dan aan 'n elektroliseproses onderwerp wat eenvoudig die koper in oplossing op die katode plaas. Hierdie katode kan verkoop word soos dit is, maar kan ook in stawe of bronvelle vir ander elektroliseerders gemaak word.

Mynmaatskappye kan koper in konsentraat- of katodevorm verkoop. HoeSoos hierbo genoem, word die konsentraat meestal elders as by die mynperseel verfyn. Konsentraatvervaardigers verkoop konsentraatpoeier wat 24 tot 40% koper bevat aan kopersmelters en raffinaderye. Die verkoopsvoorwaardes is uniek aan elke smelter, maar oor die algemeen betaal die smelter die mynwerker ongeveer 96% van die koste van die koperinhoud in die konsentraat, minus verwerkingsfooie en raffineringskoste.

Smelters hef gewoonlik tolgeld, maar hulle kan ook verfynde metaal namens die mynwerkers verkoop. Dus val die hele risiko (en beloning) van fluktuasies in koperpryse op die skouers van herverkopers.

Vuurverfyning - hoe gevaarlik is dit?

Die warmste vuurraffinering kan gevaarlik wees, maar die verwerkingsmetode word tans deur die meeste industriële aanlegte gebruik. Afsonderlik is dit die moeite werd om die tegnologie van die raffinering van blisterkoper te beskryf.

Blisterkoper is reeds amper suiwer (meer as 99% koper). Maar vir vandag se mark is dit nie baie “skoon” nie. Die metaal word verder gesuiwer met behulp van elektrolise. In industriële produksie word 'n metode genaamd brandverfyning van blisterkoper gebruik. Die inkkoper word in groot blaaie gegiet om as anodes in die elektroliseerder gebruik te word. Elektrolitiese naverfyning produseer die hoëgeh alte, hoësuiwer metaal wat deur die industrie vereis word.

In die industrie word dit op groot skaal gedoen. Selfs die beste chemiese metode kan nie alle onsuiwerhede uit koper verwyder nie, maar elektrolitiese raffinering kan 99,99% suiwer koper produseer.

1. Anodeblase word in 'n elektroliet gedompel wat kopersulfaat en swaelsuur bevat.
2. Daar is skoon katodes tussen hulle, en 'n stroom van meer as 200 A gaan deur die oplossing.

Onder hierdie toestande los koperatome van die onsuiwer anode op om koperione te vorm. Hulle migreer na die katodes, waar hulle teruggedeponeer word soos suiwer koperatome.

• By die anode: Cu(s) → Cu₂ + (aq) + 2e^-.
• By die katode: Cu₂ + (aq) + 2e^{- → Cu(s).}

Wanneer die skakelaar toemaak, sal die koperione by die anode deur die oplossing na die katode begin beweeg. Koperatome het reeds twee elektrone prysgegee om ione te word, en hul elektrone is vry om in drade rond te beweeg. Deur die skakelaar toe te maak, druk die elektrone kloksgewys en veroorsaak dat sommige koperione in oplossing neersak.

Die plaat stoot ione van die anode na die katode af. Terselfdertyd stoot dit vrye elektrone om die drade (hierdie elektrone is reeds oor die drade versprei). Die elektrone in die katode herkombineer met die koperione uit die oplossing en vorm 'n nuwe laag koperatome. Geleidelik word die anode vernietig, en die katode groei. Onoplosbare onsuiwerhede in die anode val na onder om neer te slaan. Hierdie waardevolle bioproduk word verwyder.

Goud, silwer, platinum en tin is onoplosbaar in hierdie elektroliet en sit dus nie op die katode neer nie. Hulle vorm 'n waardevolle "slik" wat onder die anodes ophoop.

Oplosbare onsuiwerhede van yster en nikkel word in die elektroliet opgelos, wat voortdurend skoongemaak moet word om oormatige afsetting op die katodes te voorkom, wat die suiwerheid van koper sal verminder. Onlangs is vlekvrye staal katodes vervang deur koper katodes. Dieselfde chemiese reaksies vind plaas. Periodiek word die katodes verwyder en suiwer koper word gesuiwer. Elektrolitiese produksie en raffinering van koper onder hierdie toestande is redelik algemeen in nie-ysterhoudende metaalverwerkingsaanlegte.

Elektrochemiese weergawe van metaalsuiwering

Vuurskoonmaak kan chemies genoem word, want in hierdie proses vind 'n chemiese reaksie met ander stowwe en onsuiwerhede plaas. Bogenoemde was 'n voorbeeld van 'n oksidatiewe reaksie. Alle tipes en metodes om suiwer koper te onttrek is soortgelyk, so ook die elektrochemiese raffinering van koper, waar identiese taktiek gebruik word, maar in 'n ander volgorde.

Die chemiese hulpelement word self die neweproduk:

• Caustic soda
• Chloor.
• Waterstof.

Dit is die goedkoopste manier om duur grondstowwe te kry sonder om geld aan 'n alternatiewe komponent-mynstelsel te spandeer. Boonop word waardevolle metale ontgin, wat edel in samestelling en waardevol is in die industriële uitvinding van elektriese toestelle.

Kooperoond – Metaalkookbedryf

Die afgevuurde koperraffineringsoond is spesiaal ontwerp en in staat om afvalkoper te verwerk tot vloeibare metaal met beheerde onsuiwerhede. Dit is ontwerp vir pirometallurgiese verwerking van afvalekonomiese en omgewingsvriendelike tegnologie. Die hooftegnologie wat vir die vervaardiging van gesmelte koper voorgestel word, is geskik vir die vervaardiging van koperstok, strook, knuppel of ander koperprodukte wat skroot as grondstof gebruik (Cu> 92%).

Die kapasiteit van verbrandings- en skoonmaakstelsels is bereken vir 'n skoonmaaksiklus (van laai tot herwinning) van 16-24 uur, afhangend van die tipe afval. Koperraffineringsoonde het spesiale ontwerp en funksies:

1. Die oondbak is gemaak van staalsegmente en stewige seksie-tipe strukture.
2. Die oond is van binne met vuurvaste materiaal uitgevoer.
3. Dit is toegerus met 'n hidrouliese stasie wat in die kanteloond-modus werk met twee snelhede: kruipspoed wanneer kantel vir giet en hoë spoed tydens beweging, wat nie veel presisie vereis nie.
4. Bedrywighede word uitgevoer deur middel van twee hidrouliese silinders wat aan die onderkant van die oond geïnstalleer is. 'n Spesiale toestel bring die oond terug na 'n horisontale posisie tydens kragonderbrekings.
5. Die materiaallaailuik is aan die kant van die oond geleë. Dit word toegemaak deur 'n deur wat deur 'n hidrouliese silinder aangedryf word.
6. Die oond is toegerus met afgekoelde lanse vir koperoksidasie- en reduksiebewerkings.

Daar is ook een universele brander wat beide vloeibare en gasvormige brandstof verbruik.

Oksidatiewe raffinering in die industrie

Bewerking van koperoksidasie word uitgevoer na die voltooiing van die smelt van die grondstof. Die proses word uitgevoer deur saamgeperste lug deur tuyeres in die smelt te spuit. Die resulterende slak word met die hand van die oppervlak van die smelt verwyder met 'n spesiale hark en in 'n houer gestort. Die slak bevat koper, onsuiwerhede, lood, tin, ens. Die reduksieproses moet uitgevoer word om suurstof uit die smelt te verwyder en koperoksiede te verminder. Die operasie word uitgevoer deur aardgas in die smelt te spuit.

Uit die oond word uitlaatgasse in die gasskoonmaakstelsel ingevoer, deur die stofverwyderaar, wat growwe stof opvang. Die versamelaar is toegerus met 'n uitlaatpyp in geval van noodgasvrystelling in die atmosfeer. Die vuurskoonmaakoond werk voortdurend. Die werksiklus van die tegnologiese proses sluit in:

• laai van grondstowwe;
• oksidasie, slakvorming, reduksie;
• laai verfynde metaal.

Die hele daaropvolgende proses word koperoksidatiewe raffinering genoem. Dit kan nie van die algehele raffineringsproses geskei word nie, aangesien dit deel is van die hele metode vir die vervaardiging van suiwer metaal. Nadat die vereiste parameters uitgeskakel is, word die kopersmelt vir die volgende tegnologiese proses gebruik.

Jodiedraffinering van nie-ysterhoudende metale

Koper(II)-ione oksideer jodiedione tot molekulêre jodium, en in hierdie proses word hulle self tot koper(I)jodied gereduseer. Die oorspronklike gemengde bruin mengsel het in 'n naaswit neerslag van koper(I)jodied in die jodiumoplossing geskei. Gebruik hierdie reaksie om die konsentrasie van koper(II)ione in oplossing te bepaal. As jy die voorgeskrewe volume oplossing by die fles voeg,wat koper(II)-ione bevat, en voeg dan 'n oormaat kaliumjodiedoplossing by, sal jy die reaksie hierbo beskryf kry.

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

Jy kan die hoeveelheid jodium wat vrygestel word deur titrasie met natriumtiosulfaatoplossing vind.

2S₂O₂^-3 (oplossing) + I ₂ (oplossing) → S₄O₂^-6 (wateroplossing) + 2I^{- (waterige oplossing)}

Wanneer die natriumtiosulfaatoplossing uit die buret gehardloop word, verdwyn die kleur van die jodium. Wanneer dit amper alles weg is, voeg stysel by. Die hele koperjodied-raffineringsreaksie sal omkeerbaar wees met jodium om 'n diepblou stysel-jodiumkompleks te produseer wat baie makliker is om te sien.

Voeg die laaste paar druppels natriumtiosulfaatoplossing by totdat die blou kleur verdwyn. As jy die verhoudings deur die twee vergelykings naspeur, sal jy vind dat vir elke 2 mol koper(II)-ione waarmee jy moes begin het, jy 2 mol natriumtiosulfaatoplossing benodig. As jy die konsentrasie van natriumtiosulfaatoplossing ken, is dit maklik om die konsentrasie van koper(II)-ione te bereken. Die resultaat van hierdie poging is om 'n eenvoudige verbinding van koper (I) in oplossing te verkry.

Fosforbehandeling

Fosforkoperraffinering is 'n fosforgedeoksideerde harde koper, wat 'n duursame algemene hars is. Dit word gedeoksideer deur koperfosfor, waarin oorblywende fosfor op 'n lae vlak gehandhaaf word (0,005-0,013%) om goeie elektriese geleidingsvermoë te bereik. Dit het goeie termiese geleidingsvermoë en uitstekende sweis- en soldeer-eienskappe. Die oksied na koperraffinering op hierdie manier, wat in die soliede koperhars oorbly, word verwyder met fosfor, wat die mees algemeen gebruikte deoksidant is.

Die tabel toon verskillende werkverrigting van uitgegloeide (sag) tot harde toestand van koper.

Treksterkte	220-385 N/mm2
Skeursterkte	60-325 N/mm2
Length	55-4 %
Hardheid (HV)	45-155
Elektriese geleiding	90-98 %
Termiese geleiding	350-365 W/cm

Drive Frames verbind bedrading aan elektriese terminale op die halfgeleieroppervlak en grootskaalse stroombane op elektriese toestelle en gedrukte stroombaanborde. Die materiaal is gekies om aan prosesvereistes te voldoen en betroubaar te wees in installasie en werking.

samestelling van koper na elektrolise

Die samestelling van koper na brandverfyning sluit 99,2% van die metaal in. Baie minder daarvan bly in die anodes oor. Wanneer onsuiwerhede heeltemal verwyder is, bly 130 g/l katodebasisse in die samestelling oor. Die waterige oplossing van vitriol word swak, en die suur komponent van koperkatodes bereik 140-180 g/l. Blaarkoper bevat 99,5% van die metaal, yster het 0,10%, sink tot 0,05%, en goud en silwer is slegs 1-200 g/t.