Катодное и анодное уравнение меди

Составление электронных уравнений анодного и катодного процессов происходящих при коррозии

Решение задач на коррозию металлов

Задание 287.
Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов с кислородной и водородной деполяризацией при коррозии пары магний — никель. Какие продукты коррозии образуются в первом и во втором случаях?
Решение:
Магний имеет более электроотрицательный стандартный электродный потенциал (-2,36 В), чем никель (-0,24 В), поэтому он является анодом, никель – катодом.

Анодный процесс – окисление металла: Mе 0 — 2 = Mе n+

и катодный процесс – восстановление ионов водорода (водородная деполяризация) или молекул кислорода (кислородная деполяризация). Поэтому при коррозии пары Mg — Ni с водородной деполяризацией происходит следующие процессы:

Анодный процесс: Mg 0 — 2 = Mg 2+
Катодный процесс: в кислой среде: 2Н + + 2 = Н₂↑

Продуктом коррозии будет газообразный водород соединение магния с кислотным остатком (соль).

При коррозии пары Mg — Ni в атмосферных условиях на катоде происходит кислородная деполяризация, а на аноде – окисление магния:

Анодный процесс: Mg 0 — 2 = Mg 2+
Катодный процесс: в нейтральной среде: 1/2O₂ + H₂O + 2 = 2OH —
в нейтральной или в щелочной среде: 1/2O 2 + H 2 O + 2 = 2OH —

Так как ионы Mg 2+ с гидроксид-ионами ОН — образуют нерастворимый гидроксид, то продуктом коррозии будет Mg(OH)₂.

Задание 288.
В раствор хлороводородной (соляной) кислоты поместили цинковую пластинку и цинковую пластинку, частично покрытую медью. В каком случае процесс коррозии цинка происходит интенсивнее? Ответ мотивируйте, составив электронные уравнения соответствующих процессов.
Решение:
а) При помещении цинковой пластинки в раствор хлороводородной (соляной) кислоты происходит реакция замещения:

Через некоторое время цинковая пластинка в растворе разбавленной соляной кислоте пассивируется оксидной плёнкой, образующейся при взаимодействии цинка с кислородом растворённым в воде по схеме: Zn + 1/2 O₂ = ZnO, поэтому коррозия цинка вскоре замедлится.

б) При помещении цинковой пластинки, частично покрытой медью, в раствор соляной кислоты образуется гальваническая пара Zn — Cu, в которой цинк будет анодом, а медь – катодом. Происходит это так, потому что цинк имеет более электроотрицательный электродный потенциал (-0,763 В), чем медь (+0-,34 В).

Анодный процесс: Zn 0 — 2 = Zn 2+ ;
Катодный процесс: в кислой среде: 2Н + + 2 = Н₂↑

Ионы цинка Zn 2+ с ионами хлора Cl — будут давать соль ZnCl₂ – сильный электролит, а водород будет интенсивно выделяться в виде пузырьков газа. Этот процесс будет бурно протекать до тех пор пока не закончится приход ионов водорода Н + соляной кислоты или пока полностью не растворится цинковая пластинка. Ионно-молекулярное уравнение коррозии:

Zn 0 + 2H + = Zn 2+ + H₂О↑

Молекулярная форма уравнения:

Задание 289.
Почему химически чистое железо более стойко против коррозии, чем техническое железо? Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов происходящих при коррозии технического железа во влажном воздухе и в кислой среде.
Решение:
Химически чистое железо более стойко к коррозии, потому что с кислородом образует на поверхности оксидную плёнку, которая препятствует дальнейшему разрушению металла. Техническое железо содержит примеси различных металлов и неметаллов, которые образуют различные гальванические пары железо — примесь. Железо, имея отрицательный стандартный электродный потенциал (-0,44 В) со многими примесями, потенциал которых значительно положительнее, является анодом, а примеси – катодом:

Анодный процесс: Fe 0 -2 = Fe 2+
Катодный процесс: в кислой среде: 2Н + + 2 = Н₂ ↑
в нейтральной или в щелочной среде: 1/2O₂ + H₂O + 2 = 2OH —

Так как ионы Fe 2+ с гидроксильной группой образуют нерастворимый гидроксид, то продуктом атмосферной коррозии железа будет Fe(OH)₂. При контакте с кислородом воздуха Fe(OH)₂ быстро окисляется до метагидроксида железа FeO(OH), приобретая характерный для него бурый цвет:

Медь покрыта оловом. Напишите уравнения анодного и катодного процессов коррозии при нарушении покрытия в среде соляной кислоты.

Медь покрыта оловом. Напишите уравнения анодного и катодного процессов коррозии при нарушении покрытия в среде соляной кислоты.

Олово более активный металл, поэтому он будет анодом, а медь катодом при нарушении защитного слоя. Схема гальванического элемента будет иметь вид:

На аноде: Sn – 2 ê = Sn 2+ – окисление

На катоде: 2 Н + + 2ê = Н₂ – восстановление

Электролитическое получение рафинирование меди

Что такое электролитическое получение рафинирование меди

Богатые кусковые сульфидные или окисленные руды, как правило, плавят в шахтных печах. В случае сульфидных руд плавку ведут на получение штейна — смеси сульфидов меди и железа; при плавке окисленных руд получают непосредственно черновую медь.

Бедные сульфидные руды подвергают флотационному обогащению. Полученный при этом богатый концентрат в сыром виде или после предварительного обжига плавят на штейн в отражательных или электрических печах; в некоторых случаях концентраты перерабатывают в шахтных печах после предварительного спекания или брикетирования. Во всех видах плавки штейн концентрируем в себе подавляющую часть всей меди исходной руды или концентрата; породообразующие компоненты исходной загрузки образуют при плавке отвальный шлак.

Медный штейн поступает на переработку в конверторы. Конвертор представляет собой металлургическую печь, в которой рас плавленный штейн продувается воздухом. При этом железо и сера штейна окисляются и удаляются в виде шлака и газов. К концу процесса в конверторе остается только металлическая медь, которую называют черновой конверторной медью; она содержит 98,0— 99,5% меди.

Конверторную медь перед электролитическим рафинированием подвергают огневому рафинированию для удаления большей части примесей, так как высокие показатели последующего электролитического рафинирования достигаются только при переработке более чистого металла, чем конверторная медь.

При огневом рафинировании через расплавленный металл продувают воздух, примеси при этом окисляются, и нерастворимые в жидкой меди их окислы всплывают на поверхность расплава, образуя кашеобразный рафинировочный шлак, который сгребают с поверхности. Из металла наиболее полно удаляются примеси железа, свинца, цинка, серы. Примеси никеля, сурьмы, теллура удаляются значительно труднее. Золото и серебро практически целиком остаются в рафинированном металле.

Содержание меди в металле после огневого рафинирования повышается до 99,1—99,7%.

Анодный и катодный процессы рафинирования меди

При анодном растворении возможно образование одно- и двухвалентных катионов меди:

Возможна также реакция:

Стандартные потенциалы этих реакций соответственно равны +0,34 в, +0,51 в и +0,17 в.

Рис. 1. Поляризационные кривые процесса электролитического рафинирования меди.

На медном электроде, находящемся в растворе, содержащем ионы меди, протекают одновременно все три реакции, причем в состоянии равновесия (в отсутствие тока) скорости анодных реакций и равны скоростям соответствующих обратных катодных реакций. Потенциал электрода в этом случае является общим равновесным потенциалом для каждого из этих процессов; его величина определяется равновесными активностями (концентрациями) ионов одно- и двухвалентной меди.

Равновесные концентрации ионов Сu 2+ и Сu + в растворе обеспечиваются протеканием реакции диспропорционирования

условная (выраженная через концентрации) константа равновесия которой дается отношением:

Величина условной константы равновесия при 25° С около 1 • 10 6 , отсюда концентрация ионов одновалентной меди в растворе, содержащем 1 г-ион/л Сu 2+ (1 н. раствор CuSO4), составляет

[Сu + ] = √[Cu 2+ ]/(1 • 10 6 ) =10 -3 г-ион/л

т. е. [Cu + ] примерно в тысячу раз меньше концентрации ионов Cu 2+ .

Вследствие этого равновесный потенциал реакции (2) в 1 н. растворе CuSO₄ сдвинут в отрицательную сторону от стандартного потенциала ( + 0,51 в), а равновесный потенциал реакции (3) сдвинут в положительную сторону от стандартного значения. ( + 0,17 в). Общий равновесный потенциал всех трех реакций в этом растворе оказывается примерно равным стандартному потенциалу реакции.

Практически, с учетом коэффициентов активности ионов равновесный потенциал медного электрода в 1 н. растворе CuSO₄ при 25° С составляет несколько меньшую величину — он равен 0,32 в.

Изменение температуры существенно влияет на равновесие реакции и, следовательно, на равновесный потенциал медного электрода. С повышением температуры константа равновесия уменьшается, возрастает равновесная концентрация Сu + , и равновесный потенциал сдвигается в положительную сторону; при 55° С он равен +0,34 в, равновесная концентрация Сu + при этом составляет около 4 • 10 -3 г-ион/л.

На рис. 1 даны поляризационные кривые катодных и анодных реакции, соответствующих уравнениям (1), (2) и (3). Кривые 1, 2, 5, 1‘, 2‘, 3‘ отвечают концентрациям (активностям) ионов, равным единице. Поскольку в действительности в растворе равновесного состава концентрация Сu + много меньше единицы, катодная поляризационная кривая 2 реакции Cu + + e → Cu будет сдвинута вниз (кривая 2«), а анодная поляризационная кривая 3′ реакции Cu + — е —Сu 2+ будет сдвинута вверх (кривая 3«). Ток обмена реакций при равновесном потенциале + 0,34 в будет выражаться отрезками АВ и АС. Отрезки АВ и АС соответственно равны отрезкам АВ’ и AC’.

При анодной поляризации медного электрода до потенциала, например φ_а, баланс катодных и анодных реакций будет нарушен. Анодные реакции будут протекать с большей скоростью, чем при равновесии, а катодные — с меньшей. В результате анодной реакции Сu — е →Сu + (кривая 2‘) будут образовываться ионы Сu + , а в результате другой анодной реакции Сu + —е→Сu 2+ (кривая 3″)—исчезать. Совершенно аналогичное положение имеет место с катодными реакциями, определяемыми кривыми 3 и 2″.

Сумма скоростей реакции образования ионов Сu + (кривые 2′ и 3) при анодной поляризации будет больше, чем сумма скоростей реакций, приводящих к исчезновению Сu + (кривые 2« и 3″). В результате у анода концентрация ионов Сu + становится выше равновесной. Это приведет к протеканию реакции (4) слева направо с образованием у анода медного порошка. С увеличением плотности тока избыточная концентрация у анода Сu + будет увеличиваться и, следовательно, будет расти доля порошковой меди в шламе.

При катодной поляризации наблюдаются обратные явления. Катодные реакции будут протекать с большей скоростью, чем при равновесном потенциале, а анодные — с меньшей. Поэтому на катоде будет идти процесс разряда Сu + до металла. Сумма скоростей анодных и катодных реакций образования Сu + оказывается меньше, чем сумма скоростей реакций, приводящих к исчезновению Сu + . Поэтому у катода концентрация Сu + оказывается меньше, чем отвечает равновесию по реакции. Снижению концентраций Сu + у катода способствует еще то обстоятельство, что ионы Сu + , образовавшиеся на аноде и попавшие в толщу раствора, окисляются растворенным в нем кислородом воздуха по реакции:

Пониженная против равновесной концентрация Сu + у катода приводит к протеканию реакции справа налево до достижения равновесной концентрации Сu + , т. е. к некоторому растворению уже образовавшейся на катоде меди, или к протеканию реакции справа налево до достижения той же равновесной концентрации Сu + , т. е. к неполному восстановлению.

Поскольку главным электродным процессом при рафинировании является образование или восстановление ионов Сu 2+ , то выход по току рассчитывают по двухвалентной меди. При этом растворение части меди на аноде в виде ионов Сu + приводит к анодному выходу по току больше 100%. Повышению растворения меди на аноде и кажущемуся росту выхода по току способствует также реакция растворения металлической меди в кислоте в присутствии растворенного кислорода:

Сu + 2Н + + 0,5 O₂ → Сu 2+ + Н₂O

Реакции повышающие анодный выход по току, снижают катодный выход по току, так как приводят к растворению катодного осадка или неполному восстановлению Сu 2+ . Поэтому в процессе электролиза происходит обогащение электролита ионами меди и обеднение ионами водорода.

Электродное окисление или восстановление меди характеризуется высоким током обмена и поэтому электрохимическая поляризация при рафинировании меди невелика. Более заметную роль при электролизе играет концентрационная поляризация, однако, и она при применяющихся плотностях тока и циркуляции раствора не имеет большого значения, и как анод, так и катод работают при потенциалах, ненамного отличающихся от равновесных. В производственных условиях потенциал катода не бывает ниже +0,2 в, а потенциал анода — выше 0,5 в (по водородной шкале). В этих условиях побочные электродные процессы, связанные с выделением водорода на катоде и кислорода на аноде, невозможны.

Все примеси, присутствующие в анодном металле, по их поведению могут быть подразделены на три группы:

1) металлы, более электроотрицательные, чем медь, и растворимые в сульфатном растворе;

2) металлы, более электроположительные чем медь, и металлы, нерастворимые в сульфатном растворе;

3) металлы, близко стоящие к меди в ряду напряжений, частично растворимые в сульфатном растворе.

К первой группе примесей относятся железо, цинк, никель, кобальт. Эти металлы растворяются на аноде и вследствие раствори мости их сульфаты остаются в электролите (никель частично выпадает в шлам в виде твердого раствора медь — никель). Потенциалы выделения этих примесей намного отрицательнее потенциала выделения меди, поэтому их осаждения на катоде не происходит.

Вследствие этого электролит постепенно обогащается ионами железа, цинка, никеля и кобальта.

Большое накопление металлов первой группы в электролите может существенно расстроить ход электролиза. Значительные количества сульфатов железа, никеля, кобальта и цинка в растворе снижают растворимость сульфата меди, вследствие чего электролит может оказаться пересыщенным по основному металлу, и сульфат меди станет выпадать в осадок. Вначале это произойдет у анода, где концентрация растворяющихся металлов выше, чем в толще раствора. Кристаллизация солей в при анодном пространстве ведет к частичной солевой пассивации анода, что. создает неравномерность в его растворении и обусловливает возрастание поляризации.

Участие катионов электроотрицательных металлов в переносе тока снижает и без того более низкую по сравнению со средней концентрацию меди в при катодном пространстве, что приводит к росту концентрационной поляризации у катода.

Накопление металлов первой группы в растворе заставляет сни жать кислотность электролита во избежание выпадения солей этих металлов в осадок; снижение кислотности ведет к увеличению сопротивления раствора.

Ко второй группе примесей относятся благородные металлы (золото, серебро), а также селен, теллур, сера, кислород, свинец и олово. Все эти примеси выпадают в шлам, однако причины перехода их в шлам различны.

Золото не растворяется на аноде и осыпается в шлам. Серебро в незначительной степени растворяется в электролите, а в основном переходит в шлам. Для осаждения растворившегося серебра в электролите должны находиться в небольшом количестве ионы хлора (до 0,05 г/л).

Селен, теллур, сера и кислород находятся в анодах в виде соединений с медью Сu₂Sе, Cu ₂Te, Cu₂S и Cu₂O. Селенид, теллурид и сульфид меди нерастворимы в разбавленном сульфатном растворе и непосредственно с анода выпадают в шлам. Закись меди Cu ₂O частично растворяется в присутствии кислорода воздуха в серной кислоте:

Этот процесс приводит к обеднению раствора серной кислотой и обогащению его медью.

Частично закись меди растворяется с образованием медного купороса и меди:

Эта реакция, помимо обеднения электролита серной кислотой и обогащения его медью, вызывает увеличение перехода меди в шлам за счет выпадения из раствора порошка металлической меди.

Свинец и олово полностью анодно растворяются, но в электролите образуют труднорастворимые соединения — сульфат свинца и мета-оловянную кислоту H₂SnO₃ — и выпадают в осадок.

Таким образом, в основном все примеси второй группы переходят в шлам. Тем не менее, некоторое количество этих примесей осаждается на катоде. Объясняется это тем, Что часть зерен шлама образуется в высокодисперсной форме, очень медленно осаждается на дно ванны и при подходе к катоду механически увлекается в осадок кристаллизующейся медью. Перемешивание электролита способствует такому соосаждению, так как замедляет процесс отстаивания шлама.

К третьей группе примесей относятся мышьяк, сурьма и висмут. Стандартные потенциалы мышьяка, сурьмы и висмута равны соответственно + 0,25, +0,21 и +0,22 в, т. е. более отрицательны, чем потенциал меди. Поэтому на аноде происходит полное растворение этих примесей с образованием соответствующих сульфатов. Однако в электролите эти сульфаты неустойчивы и в значительной степени подвергаются гидролизу. Сурьма и висмут при гидролизе дают гидроокиси:

Мышьяк, гидролизуясь, образует в электролите мышьяковистую кислоту:

Продукты гидролиза третьей группы примесей образуют в электролите плавающие студенистые осадки (так называемый «блуждающий» или «плавучий» шлам), адсорбирующиеся на катоде. Помимо этого, попадание примесей третьей группы в катодный осадок происходит также за счет прямого разряда их на катоде при неполном гидролизе сульфатов. Последнее, однако, играет меньшую роль, чем адсорбция «плавучего» шлама, поэтому следует принимать меры к предотвращению гидролиза, в частности, иметь высокую кислотность электролита.

Всего в катодную медь переходит до 10% примесей третьей группы от количества их в анодах.

Распределение примесей при электролитическом рафинирова нии меди приведено в табл. 2.

Электролит для рафинирования меди

В качестве основного компонента раствора используется медный купорос CuSО₄ • 5H₂О — наиболее распространенная и дешевая соль двухвалентной меди.

Чистый раствор CuSО4 обладает очень низкой электропроводностью [удельная электропроводность раствора, содержащего 30 г/л меди (около 120 г/л CuSО₄ • 5Н₂О) , составляет при 18° С около 0,03 ом -1 • см -1 ], поэтому медный сульфатный электролит должен содержать компонент, повышающий его проводимость. Как известно, наибольшей электропроводностью обладают растворы кислот, причем использование в качестве проводящей добавки кислоты вполне допустимо. Высокоположительный потенциал выделения меди и отсутствие заметной поляризации, исключающие со-выделение на катоде водорода, делают возможным применение в качестве электролита сильно кислых растворов сульфата меди. Используется в электролизе наиболее дешевая и имеющая одноименный анион с медным купоросом серная кислота.

Возможные содержания обоих этих главных компонентов в растворе определяются рядом факторов. Увеличение содержания меди снижает катодную поляризацию и способствует получению более чистых катодных осадков. Однако при этом возрастает сопротивление электролита и увеличивается удельный расход энергии. При повышении концентрации меди усиливается также опасность местной солевой пассивации анода. Повышение концентрации серной кислоты значительно снижает удельное сопротивление электролита, но весьма заметно уменьшает растворимость в нем сульфата меди, поэтому, максимально снижая затраты энергии (уменьшая сопротивление электролита); мы увеличиваем опасность выделения на катоде примесей.

Помимо содержания основных компонентов электролита — сульфата меди и серной кислоты, — на удельное сопротивление раствора оказывают заметное влияние также содержащиеся в нем примеси, особенно те, которые накапливаются в электролите до значительных концентраций (электроотрицательные металлы). Эквивалентная электропроводность растворов сульфатов таких наиболее быстро накапливающихся в электролите металлов-примесей, как никель и железо, примерно равна эквивалентной электропроводности раствора сульфата меди той же концентрации. Поэтому для определения удельного сопротивления электролита, содержащего указанные примеси, к действительному содержанию меди в растворе прибавляют такие количества ее, которые эквивалентны содержанию никеля и железа, и по этому общему условному содержанию меди (так называемому медному эквиваленту) по таблицам определяют удельное сопротивление электролита.

С целью получения более качественных катодных осадков на всех медеэлектролитных заводах применяется введение в электролит различного рода поверхностно-активных коллоидных добавок (столярный клей, желатина, сульфитный щелок, тиомочевина и др.).

Важное значение имеет температура электролита. Повышение температуры снижает сопротивление раствора, но, с другой сторо ны, на поддержание высокой температуры в ванне не хватает тепла, выделяемого током, и нужны большие затраты пара. Практикой установлено, что выгоднее обеспечивать высокую температуру электролита. Однако сильное повышение температуры увеличивает испарение воды, ухудшает условия работы в цехе и усиливает химическое растворение меди, поэтому температуру держат не выше 60° С.

Обеднение раствора медью в при катодном пространстве и обогащение в при анодном вызывают местное изменение плотности электролита, способствующее его расслаиванию. Расслаивание, в свою очередь, ведет к неравномерности протекания электродных процессов по высоте электродов. Для устранения этих явлений электролит следует перемешивать. Так как одновременно необходимо поддерживать оптимальную температуру электролита, что осуществляют не индивидуальным подогревом в каждой ванне, а централизованным, то электролитическое рафинирование меди повсеместно ведется с проточной циркуляцией электролита, обеспечивающей полную смену электролита в ванне за 2—5 ч. Подачу электролита в ванну осуществляют со скоростью 7—25 л/мин.

Подача циркулирующего электролита в ванну может быть нижняя или верхняя. В первом случае подогретый электролит по специальному карману подается в нижнюю часть ванны (ко дну), откуда поднимается вверх и сливается. Во втором, — подогретый раствор поступает на поверхность ванны, а отбирается через отверстие, расположенное на высоте — 1 50 мм от днища. С целью уменьшения испарения воды поверхность электролита иногда покрывают слоем масла; при этом затрудняется также попадание кислорода в электролит и окисление им меди. Применение масляной защиты имеет, однако, тот существенный недостаток, что ухудшает качество катодного осадка в месте соприкосновения масла с катодом. Другой способ уменьшения испарения—покрытие ванн листами пластиката. Не влияя на качество осадка, этот метод также приводит к заметному снижению испарения.

Как было сказано выше, в ходе электролитического рафинирования циркулирующий электролит постепенно обогащается медью и примесями первой группы (железо, никель, цинк и др.) и обедняется серной кислотой.

Для поддержания постоянного режима электролиза электролит приходится регенерировать, т. е. перерабатывать с целью сохранения его первоначального состава. Регенерация электролита осуществляется двумя путями: 1) электролизом части электролита в регенерационных ваннах с нерастворимыми анодами и 2) отбором части электролита на переработку в отделение регенерации. При электролизе в регенерационной ванне на аноде вместо растворения металла происходит выделение кислорода, а на катоде — обычный процесс осаждения меди из раствора. Таким образом, в целом процесс в регенерационной ванне выражается следующей реакцией:

Такой электролиз приводит к обеднению электролита медью и обогащению серной кислотой.

Проведение регенерации в ваннах с нерастворимыми анодами, помимо поддержания на заданном уровне концентрации меди и серной кислоты, может приводить к частичной очистке раствора от некоторых примесей, в первую очередь, от мышьяка и сурьмы.

Объясняется это тем, что при сильном обеднении раствора медью и связанным с этим резком подъеме катодной поляризаций потенциал катода настолько смещается в электроотрицательную сторону, что на нем происходит осаждение более электроотрицательных, чем медь, примесей (главным образом мышьяка и сурьмы). Поэтому катодный осадок, полученный в регенерационной ванне, содержит повышенное количество примесей, а раствор очищается.

Проведение электролиза в ваннах с нерастворимыми анодами не может обеспечить удаления из электролита всех перешедших из анода примесей. Для их удаления часть электролита отбирают в отделение регенерации на переработку. Обычно эту часть электролита сначала несколько раз пропускают через башню, заполненную обрезками или гранулами металлической меди. Одновременно через башню продувают смесь воздуха с паром. В башне протекает реакция

в результате чего кислый раствор почти полностью нейтрализуется. Затем раствор упаривают, и из него выкристаллизовывается медный купорос.

Маточный раствор, содержащий различные примеси в повышенной концентрации, поступает на электролиз с нерастворимыми анодами для выделения оставшейся меди. Получаемые при этом медные катоды всегда сильно загрязнены примесями и идут в передел на огневое рафинирование.

После электролиза маточный раствор содержит в основном лишь сульфат никеля, который и выделяется из него выпаркой и кристаллизацией. Маточный раствор, из которого выделен сульфат никеля, представляет собой концентрированную серную кислоту (

600 г/л), загрязненную примесями (железо, цинк, сурьма, остатки мышьяка, никеля и др.). Этот раствор выпаривают. Поскольку сульфаты металлов нерастворимы в концентрированной серной кислоте, по мере выпаривания (которое ведут до содержания кислоты

1200 г /л) примеси выделяются в осадок. Полученную серную кислоту можно использовать для добавления в электролит.

По другой схеме в отделении регенерации сначала проводят электролиз последовательно в нескольких ваннах с нерастворимыми анодами до практически полного удаления меди (катодная медь в последних ваннах получается сильно загрязненной примесями). Раствор после последней ванны содержит в качестве главной примеси никель. Раствор упаривают, и кристаллизуют сульфат никеля. Маточный раствор после кристаллизации представляет собой серную кислоту, загрязненную примесями, которую очищают так же, как и по первой схеме. Этот способ регенерации применяется в тех случаях, когда нет спроса на медный купорос.

Переработка шлама

При растворении анодов образуется около 0,5—1,5% шлама.

Существует несколько способов переработки шламов. Обычно первой операцией является очистка шлама от меди, которую осуществляют либо сульфатизирующим обжигом (нагреванием шлама до 500—600° С в смеси, с серной кислотой) и последующим выщелачиванием в воде, либо растворением меди в серной кислоте в присутствии кислорода воздуха. В результате такой обработки содержание меди в шламе должно снизиться до 0,5—4,5%. Затем шлам поступает в отражательную печь, где сначала обжигается, а потом плавится в присутствии кварцевого песка, соды и окислителя — селитры. Все металлы, за исключением серебра и золота, ошлаковываются, а в печи остается расплав, содержащий до 80—95% Ag и до 15— 20% Au, который отливается в слитки (металл Дорэ) и отправляется на аффинажные заводы.

Бедные шламы перерабатывают со свинцом. Сначала шлам сплавляют со свинцом, причем металлические компоненты шлама, включая золото и серебро, растворяются в свинце, а остальные образуют шлак. Затем свинцовый сплав продувают воздухом и окисляют свинец до РbО (глет), в который переходят также окисляющиеся при продувке примеси неблагородных металлов. Глет образует на ванне шлак (для шлакообразования в плавку дают флюсы — кремнезем, буру и т. д.), который периодически удаляют с поверхности расплава до тех пор, пока в печи не останется металл Дорэ.

Электролитическое рафинирование меди из хлоридных растворов

Изучение процесса электролиза меди из солянокислых растворов для целей рафинирования черновой меди было проведено П. П. Федотьевым и Н. П. Федотьевым. Оно показало, что из растворов, содержащих 40—50 г/л CuCl и 240 г/л NaCl, удается, при плотностях тока около 100 а/м 2 , получать качественные катодные осадки меди. Аноды при этом растворяются равномерно.

В хлоридном электролите медь дает комплексный ион СuСl 2- ₃, в котором медь одновалентна. Выход по току, считая на одновалентную медь, достигает 90%. Напряжение на ванне около 0,25 в. Таким образом, удельный расход электроэнергии в этом случае примерно в 2 раза ниже, чем при электролизе сульфатных растворов.

При электролизе хлоридных растворов серебро, содержащееся в аноде, переходит в раствор. Поэтому этот способ не нашел распространения при электролитическом рафинировании первичных анодов (содержащих благородные металлы), но может найти применение при электролизе анодов, полученных из «вторичного сырья», не содержащего благородных металлов.

Непрерывный процесс электрорафинирования меди заключается в наращивании катодного осадка на бесконечной катодной ленте-основе, продвигающейся через ванну, или на вращающемся барабане-катоде, с которого непрерывно снимается катодная медь в виде ленты или порошка. Одним из наиболее распространенных вариантов непрерывного электролизера является щелевая ванна, представляющая собой вытянутый в длину сосуд, вдоль боковых стен которого завешиваются аноды, а между ними движется лента основа, вводимая в ванну через одну торцевую стенку и выводимая через другую. В местах ввода и вывода катода имеются специальные уплотнения. За время прохождения ленты через электролизер на ней наращивается катодный осадок.

Благодаря движению катода и принудительной, с большой скоростью, подаче электролита вдоль электродов удается устранить концентрационные ограничения, и электролиз ведется при больших плотностях тока 1000 а/м 2 и более.

Электролизеры такой и подобных конструкций испытываются сейчас в полупромышленном масштабе.

Статья на тему Электролитическое получение рафинирование меди

Похожие страницы:

Понравилась статья поделись ей

Leave a Comment

Для отправки комментария вам необходимо авторизоваться.