Матеріали для Нової української школи 1 клас - планування, розробки уроків, дидактичні та методичні матеріали, підручники та зошити

Хімія - Золота колекція рефератів - 2018

ГІДРОЕЛЕКТРОМЕТАЛУРГІЯ

ВСТУП

Гідроелектрометалургія — це спосіб одержання металів шляхом електролізу водяних розчинів сполук цих металів, що включає спеціальні етапи підготовки електроліту. Оскільки електролізу піддаються тільки

очищені від шкідливих домішок водяні розчини електролітів, то схема підготовки електроліту включає такі етапи:

— підготовка руди або концентрату до розчинення металу, що міститься в них;

— розчинення, або вилуговування, руди;

— визначення шкідливих для електрод ізу домі шок і очищення від них розчину;

— моделювання складу електроліту для ефективнішого протікання електролізу.

Якщо всі перераховані етапи входять у схему одержання металу, то цей процес можна без коливань зарахувати до гідрометалургійних, на відміну від гідромегалургійних процесів, які для добування металів з руд або концентратів використовують високотемпературні операції. Гідрометалургія відрізняється тим, що добування металів відбувається методами розчинення.

КОРОТКА ХАРАКТЕРИСТИКА ГІДРОЕЛЕКТРОМЕТАЛУРГІЙНИХ ПРОЦЕСІВ

Підготовка руди або концентрату до розчинення металу, що міститься в них, обумовлена їхнім складом. Найчастіше використовується випал — метод переробки руди, у результаті якого нерозчинні сполуки металу переходять у розчинні. Залежно від того, які сполуки утворяться, розрізняють кілька видів випалу:

— окисний — піддаються сульфідні руди; при цьому метали переходять в оксиди (розчинні в кислотах), а сірка видаляється у вигляді SО2;

— сульфатезувальний — застосовується досить рідко; метою є одержання добре розчинного у воді сульфату металу;

— відбудовний — піддаються оксидні руди; при цьому відбувається відновлення до вільного металу;

— хлорувальний — застосовується з метою одержання розчинних хлоридів; у ході електролізу на катоді виділяється метал, а на аноді — вільний хлор.

Очищення розчину від шкідливих домішок протікає в такий спосіб. Спочатку домішки переводять у нерозчинну форму, а потім механічно видаляють утворений осад. Найчастіше домішки видаляють у вигляді важкорозчинних гідроксидів або сульфідів.

Іноді осадженням користуються як методом подвійного очищення: домішки переводять у важкорозчинні гідроксиди, здатні сорбувати на своїй поверхні домішки ряду елементів (As, Sb, Р), які складно відокремити яким-небудь іншим способом.

У ході електролізу склад електроліту змінюється. Це може відбуватися не завжди, однак коли цей процес протікає, хід електролізу серйозно порушується. Як правило, процеси, при яких змінюється склад електроліту, добре вивчені. Також вивчені способи коректування складу електроліту для максимально ефективного протікання процесу.

ОДЕРЖАННЯ МЕТАЛІВ МЕТОДОМ ЕЛЕКТРОРАФІНУВАННЯ

Електролітичним рафінуванням називають один зі способів одержання металів методом електролізу. Розглянемо найважливіші випадки використання електрорафінування.

Електрорафінування — найпоширеніший спосіб одержання міді. Електролітичним шляхом одержують дуже чисту (99,92-99,96 % Сu) мідь для потреб її основного споживача — електротехнічної промисловості.

Вихідною сировиною для одержання міді є сульфіди й окиснені руди. Для електролізу готують чорнову мідь, яка містить 98-99 % міді. Решту складають домішки, серед яких значна кількість — це золото й срібло. Підраховано, що вміст срібла в 1 т чорнової міді досягає 7 кг, а золота — до 0,3 кг. Їхній видобуток при рафінуванні практично повністю окупає вартість цього досить дорогого процесу.

Процес електрорафінування проводять у такий спосіб. Чорнову мідь відливають в аноди й завішують в електролізер. Катоди, що представляють собою тонкі мідні листи, поміщаються між анодами. Електролітом виступає сульфат купруму з додаванням сірчаної кислоти, що збільшує електропровідність розчину. Мідь і більш електронегативні домішки в процесі електрорафінуваиня переходять із анода в електроліт. При цьому чиста мідь осаджується на катоді.

Домішки з високим значенням електронегативності накопичуються в електроліті й забруднюють його, а домішки з низькою електронегативністю у вигляді шламу випадають на дно електролітичної ванни. Також виходять золото й срібло.

У міру використання електроліт накопичує надлишкову кількість міді й домішок електронегативних металів. У зв’язку з цим періодично виникає необхідність коректування складу електроліту, тому частину його відводять на регенерацію. Розглянемо детальніше причини цього явища.

Якщо в систему потрапляє кисень, то в прианодному просторі можливе протікання ряду побічних реакцій. Серед них найбільш імовірним є окиснювання сульфату купруму(І) до сульфату купруму(ІІ):

2Cu24+ 2H24 + О2 = 4CuSО4 + 2Н2О

або розчинення оксиду купруму(І), шо виділяється на аноді:

2Cu2О + 4H24+ О2 = 4CuSО4+4Н2О

Також можливе розчинення купруму в електроліті відповідно до рівняння

2Cu + 2H24 + О2 = 2CuSО4+ 2Н2О

Регенерації електроліту можна уникнути, якщо не допускати потрапляння в реакційну систему кисню й інших окиснювачів, здатних спровокувати протікання наведених реакцій. Оскільки в результаті процесів окиснювання електроліт стає біднішим за H2SO4, то високі результати дає періодичне збільшення концентрації H2SO4 в електроліті.

Щлами після рафінування міді містять срібло й золото. Також ці метали містяться у відходах, які утворюються при одержанні цинку й свинцю з поліметалевих руд. Чисте срібло й золото одержують із цих відходів методом електрорафінування.

Відходи, що містять срібло й золото, насамперед рафінують, одержуючи метал Доре, який складається, зі срібла (80-95 %) і золота (5-20 %). Потім метал Доре відливають в аноди завтовшки 5-10 мм. Ці аноди, а також катоди, що представляють собою листи іржостійкої сталі або алюмінію, використовуються для електролітичного одержання срібла й золота.

Срібло одержують, використовуючи як електроліт суміш нітрату срібла й азотної кислоти. Додавання останньої призводить до збільшення електропровідності суміші. У ході процесу електролізу срібло осаджується на катоді у вигляді голок. Його зчищають з катода шкребками, після чого срібло осідає на дно ванни.

Щоб осіле на дно срібло не забруднювалося анодним шламом (сумішшю золота, срібла й металів платинової групи), аноди поміщають у діафрагменні мішки для збирання анодного шламу. Зібраний у такий спосіб анодний шлам надходить у подальшу переробку.

Описаним методом одержують срібло, чистота якого складає 99,99 %.

Методом електрорафінування можна одержувати досить чисте золото. Вихідною золотовмісною сировиною є суміш золотого лома, рудного золота й чорнового золота, отриманого після переробки анодного шламу від рафінування срібла. Як електроліт використовують солянокислі розчини найбільш стійких і добре розчинних сполук золота — хлоридів. Оптимальний склад електроліту містить 50 % золота й 50 % соляної кислоти.

У процесі електролізу на аноді можливе утворення низькопровідних плівок хлориду срібла. Щоб уникнути цього, через розчин електроліту пропускають асиметричний струм. Для цього на постійний струм накладають змінний.

Електрорафінуванням одержують ряд металів такої високої чистоти, якої не можна домогтися ніяким іншим методом. Серед них найважливішими є процеси одержання олова, свинцю й нікелю. Розглянемо їх детальніше.

Олово, отримане електрорафінуванням, має чистоту 99,99 %. Цей метод дозволяє очистити його від вісмуту — домішки, видалити яку,найважче. З цією метою як електроліт використовуються сполуки кислотного характеру, наприклад, фенолсульфонові електроліти:

Раніше широко використовувалися креміннофтористоводневі електроліти, однак зараз від них відмовилися.

Справа в тому, що при розкладанні цих сполук виділяється вкрай токсичний фтористий водень. Використовувати електроліти лужної природи також недоцільно, оскільки вони не дають повного очищення від домішок.

Як і для олова, для свинцю домішкою, яка видаляється найважче, є вісмут. Звільнити від нього свинець вдається тільки методом електрорафінування. Як електроліт використовуються складні солі свинцю: борфториди, сульфаміни й ін. Такий вибір обумовлений тим, що електроліт повинен мати добру розчинність, а простіші сполуки свинцю розчиняються дуже важко.

Електрорафінування свинцю — дуже дорогий метод. Найбільших витрат вимагає не електроенергія, як може здатися на перший погляд, а електроліт. Перевага віддається безфторидним електролітам (фторидні токсичні) — вони стійкіші, не отруйні, але дуже дорого коштують.

Найчистіший свинець (99,95 %) одержують, використовуючи як електроліт 45 % сульфамінової кислоти HSO3NH2 і 55 % солі свинцю Pb(NH2SO3)2. Таке співвідношення компонентів дозволяє одержувати дуже чистий свинець за рахунок того, що в такому електроліті домішки не розчиняються.

Нікель, який надходить на електрорафінування, містить значну кількість міді, заліза, кобальту й сірки. Кількість домішок залежить переважно від того, з якої руди був отриманий чорновий нікель.

Якщо нікель одержували з сульфідних руд, то домішок у ньому міститиметься набагато більше, ніж у нікелі, отриманому з оксидних руд. Однак і той, і інший нікель потребує додаткового очищення електрорафінуванням.

Одержання нікелю вимагає суворого контролю за кислотністю електроліту. Якщо pH електроліту перевищить 5,5, то випадатиме гідроксид нікелю, а якщо pH стане нижче за 4,5, то нікель не випадатиме. Тому pH середовища підтримують в інтервалі 4,5-5,5 за допомогою буферних розчинів.

Протіканню електролізу сприяє підвищення концентрації солі нікелю в електроліті, збільшення температури процесу.

Серйозною перешкодою для протікання електролізу можуть стати домішки міді. Щоб уникнути цього, мідь видаляють цементацією з нікелевим порошком. Домішки заліза й кобальту набагато менше шкодять електролізу, та й позбуватися їх набагато простіше — залізо й кобальт переводять у важкорозчинні гідроксиди, а після осадження видаляють із електролітичної ванни. Очищення від цинку проводять за допомогою іонообмінних смол, які вибірково поглинають із електроліту іони цинку.

Слід зазначити, що шлам, отриманий у ході електрорафінування нікелю, містить до 2 % платинових металів. Його направляють на подальшу переробку з метою їхнього добування.

ОДЕРЖАННЯ МЕТАЛІВ МЕТОДОМ ЕЛЕКТРОЕКСТРАКЦІЇ

Електроeкстракцією одержують деякі метали. Серед них найважливішими є цинк, марганець, залізо, кобальт, мідь та ін. Розглянемо їхнє одержання докладніше.

Одним з найважливіших етапів одержання цинку є перетворення його сульфіду (сполуки, у вигляді якої цинк зустрічається в складі руди) у сульфат (сполуки, які утворює електроліт). Для цього цинковий концентрат насамперед обпалюють, переводячи сульфід цинку в оксид:

2ZnS +3О2=2ZnO +2SO2

Отриманий недогарок вилуговують сірчаною кислотою. У результаті цинку вигляді розчинного у воді сульфату переходить у розчин:

ZnО + H24 =ZnSО4 + Н2О

Разом із цинком у розчин переходить ряд домішок:

FeО + H24 = FeSО4 + H2О

NiО + H24 = NiSО4 + H2О

Al2O3+ H2SO4= Al2 (SO4) + 3H2O

CdO + H2SO4 = CdSO4 + H2O

CuO + H2SO4 = CuSO4 + H2O

Деякі з цих домішок осаджують у вигляді гідроксидів:

2FeSO4 + MnO2 + 2H2SO4 = Fe2(SO4)3 + MnSO4 + 2HO

Fe2 (SO4 )3+ 6NaOН = 2Fe (ОН)3↓ + 3Na3SO4

Al2 (SO4 )3 + 6NaO Н = 2Аl (ОН)3↓ + 3Na3SO4

Осади АІ(ОН)3 і Fe(OH)3 здатні адсорбувати сполуки стибію і арсену. Домішки інших металів не видаляють, оскільки вони не перешкоджають електролізу.

Електроліз ZnSO, протікає відповідно до рівняння

Найонтимальнішим співвідношенням компонентів електроліту є Zn:H2SO4 =1:2. Збільшення кількості сірчаної кислоти зміщає рівновагу у бік вихідних речовин і зменшує вихід продукту. Великим недоліком цього способу є підвищена корозія апаратури.

Електроекстракцією одержують залізо, яке не містить домішок вуглецю. Часто цим методом користуються для одержання готових виробів із заліза або для відновлення зношених частин залізних виробів.

Електроліз проводять при pH = 2-4, високих концентраціях іонів феруму в електроліті й високій температурі.

Одержання кобальту методом електроекстракції можливе тільки при використанні дуже чистих розчинів електролітів. Найчастіше розчин очищають від домішок методами екстракції, тобто витягання.

Якщо кобальтовий електроліт очищений і від електропозитивних домішок, то можливо одержати кобальт чистотою 99,99 %.

Електроекстракцію міді проводять із електроліту, що містить дуже чистий розчин CuSO4 і H2SO4. Процес проводять на свинцево-срібних анодах, катодами слугують мідні пластини. Цей метод досить дорогий, тому ним користуються рідко.









загрузка...

Віртуальна читальня освітніх матеріалів для студентів, вчителів, учнів та батьків.

Наш сайт не претендує на авторство розміщених матеріалів. Ми тільки конвертуємо у зручний формат матеріали з мережі Інтернет які знаходяться у відкритому доступі та надіслані нашими відвідувачами. Якщо ви являєтесь володарем авторського права на будь-який розміщений у нас матеріал і маєте намір видалити його зверніться для узгодження до адміністратора сайту.

Дозволяється копіювати матеріали з обов'язковим гіпертекстовим посилання на сайт, будьте вдячними ми затратили багато зусиль щоб привести інформацію у зручний вигляд.

© 2008-2019 Всі права на дизайн сайту належать С.Є.А.