Жезди электролиттик тазалоо: курамы, формулалары жана реакциялары

2024 Автор: Howard Calhoun | [email protected]. Акыркы өзгөртүү: 2024-01-02 13:58

Жезди тазалоо – электролиз аркылуу металлды тазалоо процесси. Электролиз менен тазалоо жездин 99,999% тазалыгына жетүүнүн эң оңой жолу. Электролиз электр өткөргүч катары жездин сапатын жакшыртат. Электр жабдуулары көбүнчө электролиттик жезди камтыйт.

Бул эмне?

Жезди тазалоодо же электролизде таза эмес жез камтыган анод колдонулат. Ал кендин концентрациясынан келип чыгат. Катод таза металлдан (титан же дат баспас болоттон) турат. Электролит эритмеси сульфаттан турат. Демек, жезди тазалоо жана электролиз бир эле нерсе деп айтууга болот. Электр тогу аноддордогу жез иондорунун эритмеге киришине жана катодго түшөт. Бул учурда аралашмалар же чыгып кетет, же чөкмө пайда кылат, же эритмеде калат. Катод таза жезден чоңураак болуп, анод кичирейет.

Электролиттик клеткалар стихиялуу болбой турган реакцияларга жооп берүү үчүн тышкы DC булагын колдонушат. Электролиттик реакцияларсубстраттардын көптөгөн түрлөрүндөгү пластиналык металлдарды тазалоо үчүн колдонулат.

Металлды тазалоо үчүн электролиттик процессти колдонуу (жезди тазалоо, металлды электролиз):

1. Тазалар жез зымдарынын өткөргүчтүгүн бир топ төмөндөтүшү мүмкүн болгондуктан, булганган жезди тазалоо керек. Тазалоо ыкмаларынын бири - электролиз.
2. Таза эмес жез металлынын тилкеси жез сульфатынын суулуу препаратын электролиздөөдө анод катары колдонулганда, жез кычкылданат. Анын кычкылдануусу суунун кычкылдануусуна караганда оңой жүрөт. Демек, металлдык жез эритмеде жез иондору түрүндөгү эрийт да, артында көптөгөн кирлерди (азыраак активдүү металлдар) калтырат.
3. Аноддо пайда болгон жез иондору катодго өтүшөт, мында катоддогу сууга жана металл "плиталарга" караганда жеңилирээк кыскартылат.

Электроддордун ортосуна жетиштүү ток өткөрүү керек, антпесе өзүнөн-өзү эмес реакция пайда болот. Электр потенциалын кылдаттык менен жөнгө салуу менен, аноддо жезди кычкылдантуу үчүн активдүү болгон металл аралашмалары, катоддо заттар редукцияланбайт жана металл тандалма жайгаштырылат.

Маанилүү! Бардык металлдар сууга караганда жеңилирээк кыскартылат же кычкылданбайт. Андай болсо, эң төмөнкү потенциалды талап кылган электрохимиялык реакция биринчи болот. Мисалы, эгер биз электроддорду, анодду да, катодду да колдонсок, аноддо металл потенциалы кычкылданат, бирок андан кийин катоддо суу азайып, алюминий иондору эритмеде калат.

Электролизди түзүү үчүн колдонуу керектөмөнкү жез тазалоо ыкмасы:

1. Жез сульфатынын эритмесин стаканга куюңуз.
2. Эки графит таякчасын жез сульфатынын эритмесине салыңыз.
3. Бир электродду терс DC кубат терминалына, экинчисин оң терминалга туташтырыңыз.
4. Эки кичинекей түтүктү толугу менен жез сульфат эритмеси менен толтуруңуз жана ар бир электродго тығынды орнотуңуз.
5. Электр менен жабдууну күйгүзүп, ар бир электроддо эмне болорун текшериңиз.
6. Алоолонгон дөңгөлөктөрдөн чыккан газдын баарын сынап көрүңүз.
7. Байкоолорду жана тесттериңиздин натыйжаларын жазыңыз.

Натыйжалар мындай болушу керек:

• Эритмеде күрөң же кызгылт түстөгү катуу заттар пайда болот.
• Көбүктөр бар.
• Көпүктөр түссүз болушу керек.
• Газ түрүндөгү зат.

Бардык жыйынтыктар жазылат, андан кийин газ шина менен өчүрүлөт. Металлды кирлерден жана үчүнчү жактын киринен тазалоонун дагы бир жолу бар - бул жезди от менен тазалоо. Бул кантип болот, биз кийинчерээк айтабыз, бирок азыр металлды тазалоонун башка варианттарын сунуштайбыз.

Жезди тазалоонун ыкмалары - каалаган металлдарды химиялык тазалоо дагы кандайча ишке ашат?

Электролиз сульфаттар менен токтун аракети болгондуктан, таза продуктуларды алуунун электролиттик ыкмасы кандай? Аты-жөнү окшош болгону менен такыр башка нерселер. Бирок, жезди электрдик тазалоо кислоталарды колдонууга негизделген. Бул металлдын кычкылданышы деп айта алабыз, бирок так эмес.

Таза өндүрүш электр зымдарын жасоо үчүн маанилүү, анткени жездин электр өткөргүчтүгү кирлерден азаят. Бул аралашмалар баалуу металлдарды камтыйт, мисалы:

• күмүш,
• алтын;
• платина.

Аларды электролиз менен алып таштаганда жана ошол эле жол менен калыбына келтиргенде, ондогон үйлөрдү электр энергиясы менен камсыз кылуу үчүн жетиштүү болгон электр энергиясы сарпталат. Тазаланган компонент энергияны үнөмдөйт жана аз убакыттын ичинде дагы көп үйлөрдү кубаттайт.

Электролиттик тазалоодо жез сульфатынын электролиттик ваннасындагы аноддон таза эмес курам жасалат - CuSO₄ жана күкүрт кислотасы H_{2 SO 4}. Катод - бул абдан таза жезден жасалган барак. Эритме аркылуу ток өткөндө, оң жез иондору, Cu₂₊ катодго тартылып, электрондорду кабыл алып, мындай деп депозитке салынат. нейтралдуу атомдор, ошону менен катоддо көбүрөөк таза металл пайда болот. Ошол эле учурда аноддогу атомдор электрондорду берип, электролит эритмесинде ион катары эрийт. Бирок аноддогу аралашмалар эритмеге кирбейт, анткени күмүш, алтын жана платина атомдору жез сыяктуу оңой кычкылданбайт (оң иондорго айланат). Ошентип, күмүш, алтын жана платина аноддон резервуардын түбүнө түшүп, аларды тазалоого болот.

Бирок резервуарлар колдонулганда жезди электролиттик тазалоо да бар:

1. Электролиттик тазалоо цистерналары болуп саналатөнөр жай өндүрүшүндө өзүнчө цех. Аноддук плиталар электролиттик жезди тазалоочу резервуардагы "туткалар" аркылуу илинген. Катуу шыбыктарга илинген таза жез катод барактары бир эле резервуарга, ар бир аноддун ортосуна бирден барак салынат. Электр тогу аноддордон электролит аркылуу катоддорго өткөндө аноддордон чыккан жез эритмеге өтүп, стартер баракка түшөт. Аноддордогу кирлер резервуардын түбүнө чогулат.
2. Жез аноддору (пластинкалары) менен инжектордук формалоочу машина. Ал калыптарга акырындык менен аноддук плиталарга айланат. Алдын ала тазалоодон кийин калай, коргошун, темир жана алюминий алынат. Андан кийин, жез материалы мешке жүктөлүп, андан кийин эритүү процесси башталат.
3. Кошумчалар тазалангандан кийин шлактарды тазалоо жана жаратылыш газы менен азайтуу фазасы башталат. кыскартуу эркин кычкылтекти алып салууга багытталган. Калыбына келтирилгенден кийин процесс куюу менен аяктайт, мында акыркы продукт жез аноддору катары куюлат. Ушул эле машинаны тетиктерди кайра иштетүүдө бул аноддорду куюу үчүн же электролиздик жез эритүүчү ишканада металл сыныктары үчүн аноддорду кайра иштетүү үчүн колдонсо болот.
4. Таза катод барактары. Тазалоо мешинен алынган модификациялоочу аноддор электролиз процесси аркылуу тазалыгы 99,99% болгон электролиттик жезге айланат. Электролиз учурунда жез иондору таза эмес жез анодунан чыгып, оң болгондуктан катодго өтөт.

Мезгил-мезгили менен катоддон таза металл кырылып турат. алтын сыяктуу жез аноддук аралашмалар,күмүш, платина жана калай электролит эритменинин түбүнө чогулуп, аноддук былжырча түрүндө чөктүрүлөт. Бул процесс жезди электролиттик өндүрүү жана тазалоо деп аталат.

Фоссилди алуу - кандай түрлөрү бар жана алардын баары иш жүзүндө керекпи?

Металлды тазалоонун бир аз башкача ыкмасы. Жезди от менен электролиттик тазалоо да бар, анда бир процесс дароо экинчи процесске өтөт. Маанилүү "бөлүүчү" этап концентрация же концентрация болуп калат. Концентрациялоо аяктагандан кийин, даяр продуктуну түзүүнүн кийинки кадамы - жезди отто тазалоо.

Адатта бул шахтанын жанында, кайра иштетүүчү заводдо же эритүүчү заводдо болот. Жезди тазалоодо керексиз материал акырындык менен алынып салынат жана жез 99,99% А классына чейин тазалыкка чейин топтолот. Тазалоо процессинин деталдары металл менен байланышкан минералдардын түрүнө жараша болот. Сульфидге бай жез рудасы пирометаллургиялык жол менен иштетилет.

Тазалоо жана пирометаллургия:

1. Пирометаллургияда жез концентраты меште ысытуунун алдында кургатылат. Жылытуу процессинде пайда болгон химиялык реакциялар концентраттын материалдын эки катмарына бөлүнүшүнө алып келет: матовая катмар жана шлак катмары. Төмөндөгү жалтырабаган катмарда жез, ал эми үстүндөгү шлак катмарында кирлер бар.
2. Шлак ташталат жана жалтырабаган катмар калыбына келтирилип, өзгөрткүч деп аталган цилиндрдик идишке жылдырылат. Конвертерге жез менен реакцияга кирген ар кандай химиялык заттар кошулат. Бул конверттелген жездин пайда болушуна алып келет, деп аталат"блистер". Чөккөндөн кийин, ал чыгарылып, андан кийин от менен тазалоо деп аталган башка процесске дуушар болот.
3. От скрубберинде аба жана жаратылыш газы калган күкүрт менен кычкылтекти алып салуу үчүн үйлөтүлүп, тазаланган курам катодго иштетилет. Металл аноддорго куюлуп, электролизерге салынат. Заряддоодон кийин, таза жез катодго чогултулуп, 99% таза продукт катары чыгарылат.

Кайра иштетүү жана гидрометаллургия:

1. Гидрометаллургияда жез концентраты бир нече процесстердин бири аркылуу иштетилет. Эң аз таралган ыкма – карбюризация, мында металл редокс реакциясында металл сыныктарына төгүлөт.
2. Көбүрөөк колдонулган тазалоо ыкмасы эриткичти экстракциялоо жана электролиз. Бул жаңы технология 1980-жылдары кеңири жайылган жана азыр дүйнөдөгү жездин болжол менен 20% ушундай жол менен өндүрүлөт.
3. Эриткичти экстракциялоо металлды кирлерден жана керексиз материалдардан ажыратуучу органикалык эриткичтен башталат. Андан соң жезди органикалык эриткичтен бөлүп, электролиттик эритмени түзүү үчүн күкүрт кислотасы кошулат.
4. Бул эритме электролиз процессине дуушар болот, ал жөн гана катодго эритмедеги жезди салат. Бул катодду ошол бойдон сатууга болот, бирок башка электролизерлер үчүн таякчаларга же булак барактарына да жасалышы мүмкүн.

Тоо-кен компаниялары жезди концентрат же катод түрүндө сата алышат. КантипЖогоруда айтылгандай, концентрат көбүнчө шахтада эмес, башка жерде тазаланат. Концентрат өндүрүүчүлөр курамында 24-40% жез бар концентрат порошок жез эритүүчү жана кайра иштетүүчү заводдорго сатышат. Сатуу шарттары ар бир эритүүчү үчүн уникалдуу, бирок жалпысынан эритүүчү кенчиге концентраттагы жездин камтылышынын наркынын болжол менен 96% төлөйт, минус кайра иштетүү акысын жана кайра иштетүүгө кеткен чыгымдарды эсептейт.

Эритүүчү ишканалар жалпысынан жол акысын алышат, бирок алар шахтерлордун атынан тазаланган металлды да сата алышат. Ошентип, жездин баасынын өзгөрүүсүнөн келип чыккан бардык тобокелчилик (жана сыйлык) сатуучулардын мойнуна жүктөлөт.

Өрттү тазалоо - бул канчалык кооптуу?

Эң ысык от менен тазалоо кооптуу болушу мүмкүн, бирок иштетүү ыкмасы учурда көпчүлүк өнөр жай ишканаларында колдонулат. Өзүнчө, жезди тазалоонун технологиясын сүрөттөп берүү керек.

Blister жез дээрлик таза (жез 99% ашык). Бирок бүгүнкү базар үчүн бул анча деле “таза” эмес. Металл андан ары электролиздин жардамы менен тазаланат. Өнөр жай өндүрүшүндө блистерди жезди от менен тазалоо деп аталган ыкма колдонулат. Сыя жез электролизерде анод катары колдонуу үчүн чоң плиталарга куюлат. Электролиттик кайра иштетүү өнөр жай талап кылган жогорку сапаттагы, таза металлды өндүрөт.

Өнөр жайда бул массалык түрдө жүргүзүлөт. Эң мыкты химиялык ыкма да жезден бардык кирлерди жок кыла албайт, бирок электролиттик тазалоо 99,99% таза жезди чыгара алат.

1. Анод ыйлаакчалары жез сульфаты жана күкүрт кислотасы бар электролитке батырылган.
2. Алардын ортосунда таза катоддор бар жана эритме аркылуу 200 Адан ашык ток өтөт.

Бул шарттарда жез атомдору таза эмес аноддон эрип, жез иондорун пайда кылат. Алар катоддорго көчүп, ал жерде таза жез атомдору сыяктуу кайра сакталат.

• Аноддо: Cu(лар) → Cu₂ + (aq) + 2e^-.
• Катоддо: Cu₂ + (ак) + 2e^{- → Cu(лар).}

Ажыраткыч жабылганда, аноддогу жез иондору эритме аркылуу катодду көздөй жыла баштайт. Жез атомдору ионго айлануу үчүн эки электрондон баш тартышкан жана алардын электрондору зымдарда эркин кыймылдашат. Которгучту жабуу электрондорду сааттын жебеси боюнча түртүп, жез ионунун бир бөлүгүн эритмеге жайгаштырууга алып келет.

Плита аноддон катодго иондорду түртөт. Ошол эле учурда ал зымдарды тегерете эркин электрондорду түртөт (бул электрондор зымдардын үстүнө тараган). Катоддогу электрондор эритмедеги жез иондору менен кайра биригип, жез атомдорунун жаңы катмарын түзөт. Бара-бара анод бузулуп, катод өсөт. Аноддогу эрибеген аралашмалар ылдыйга түшүп, чөктүрүшөт. Бул баалуу био продукт алынып салынууда.

Алтын, күмүш, платина жана калай бул электролитте ээрибейт, ошондуктан катодго түшпөйт. Алар аноддордун астына чогулган баалуу "балт" түзүшөт.

Темир менен никельдин эрүүчү аралашмалары электролитте эрийт, аларды катоддорго ашыкча чөкпөө үчүн дайыма тазалап туруу керек, бул жездин тазалыгын төмөндөтөт. Жакында дат баспас болоттон жасалган катоддор жез катоддоруна алмаштырылды. Ошол эле химиялык реакциялар ишке ашат. Мезгил-мезгили менен катоддор алынып, таза жез тазаланып турат. Мындай шарттарда жезди электролиттик өндүрүү жана тазалоо түстүү металлдарды кайра иштетүүчү ишканаларда кеңири таралган.

Металды тазалоонун электрохимиялык версиясы

Өрт менен тазалоону химиялык деп атоого болот, анткени бул процессте башка заттар жана аралашмалар менен химиялык реакция пайда болот. Жогорудагы кычкылдануу реакциясынын мисалы болгон. Таза жезди алуунун бардык түрлөрү жана ыкмалары окшош, жезди электрохимиялык тазалоо сыяктуу, мында окшош тактикалар колдонулат, бирок башка ырааттуулукта.

Химиялык көмөкчү элемент кошумча продукт болуп калат:

• Каустикалык сода
• Хлор.
• Суутек.

Бул альтернативдүү компоненттүү тоо-кен казып алуу системасына акча коротпостон кымбат баалуу чийки заттарды алуунун эң арзан жолу. Мындан тышкары, баалуу металлдар казылып алынат, алар составы боюнча асыл жана электр приборлорун өнөр жайлык ойлоп табууда баалуу.

Жез меши – металл бышыруу өнөр жайы

Жезди кайра иштетүү меши атайын иштелип чыккан жана жез сыныктарын башкарылган аралашмалар менен суюк металлга иштетүүгө жөндөмдүү. Ал сыныктарды пирометаллургиялык иштетүүгө арналганэкономикалык жана экологиялык жактан таза технология. Эритилген жезди өндүрүү үчүн сунушталган негизги технология сыныктарды чийки зат катары пайдалануу менен жез таякчасын, тилкесин, дайындамасын же башка жез буюмдарын өндүрүү үчүн ылайыктуу (Cu> 92%).

Өрттөө жана тазалоо системаларынын кубаттуулугу сыныктардын түрүнө жараша 16-24 сааттык тазалоо цикли үчүн (заряддоодон калыбына келтирүүгө чейин) эсептелген. Жезди тазалоо мештери өзгөчө дизайнга жана функцияларга ээ:

1. Мештин корпусу болот сегменттерден жана катуу секция тибиндеги конструкциялардан жасалган.
2. Меш ичинен отко чыдамдуу материал менен капталган.
3. Ал эки ылдамдыктагы эңкейтүүчү меш режиминде иштеген гидравликалык станция менен жабдылган: куюу үчүн ийилгенде сойлоо ылдамдыгы жана кыймыл учурундагы жогорку ылдамдык, бул көп тактыкты талап кылбайт.
4. Операциялар мештин түбүнө орнотулган эки гидроцилиндрдин жардамы менен жүргүзүлөт. Электр жарыгы өчүп жатканда атайын түзүлүш мешти горизонталдуу абалга кайтарат.
5. Материалды жүктөөчү люк мештин капталында жайгашкан. Ал гидравликалык цилиндр башкарган эшик менен жабылат.
6. Меш жезди кычкылдандыруу жана калыбына келтирүү операциялары үчүн муздатылган найзалар менен жабдылган.

Ошондой эле суюк жана газ түрүндөгү күйүүчү майларды жалмап турган бир универсалдуу оттук бар.

Өнөр жайда кычкылдан тазалоо

Жезди кычкылдандыруу операциясы сырьену эритүү аяктагандан кийин жүргүзүлөт. Процесс эритмеге кысылган абаны фурма аркылуу куюу аркылуу ишке ашырылат. Алынган шлак атайын тырмоо аркылуу эритме бетинен кол менен алынып, идишке төгүлөт. Шлактын курамында жез, аралашмалар, коргошун, калай ж. Операция эритмеге жаратылыш газын куюу аркылуу ишке ашырылат.

Мештен чыккан газдар газ тазалоочу системага келип, кесек чаңды кармап турган чаң жыйгычтан өтөт. Коллектор атмосферага авариялык газ чыккан учурда желдетүүчү түтүк менен жабдылган. Өрт тазалоочу меш үзгүлтүксүз иштейт. Технологиялык процесстин иш цикли төмөнкүлөрдү камтыйт:

• чийки затты жүктөө;
• кычкылдануу, шлактоо, азайтуу;
• тазаланган металл жүктөлүүдө.

Кийинки процесс жездин кычкылдануу процесси деп аталат. Аны жалпы тазалоо процессинен бөлүп кароого болбойт, анткени ал таза металлды өндүрүүнүн бүткүл ыкмасына кирет. Керектүү параметрлер жок кылынгандан кийин, жез эритмеси кийинки технологиялык процесске колдонулат.

Түстүү металлдарды йод менен тазалоо

Жез(II) иондору йодид иондорун молекулярдык йодго чейин кычкылдандырат жана бул процессте алар өздөрү жез(I) иодидине чейин калыбына келет. Түпкү аралаш күрөң аралашма йод эритмесиндеги жез (I) йодидинин ак түстөгү чөкмөсүнө бөлүнгөн. Бул реакцияны эритмедеги жез (II) иондорунун концентрациясын аныктоо үчүн колдонуңуз. Эгерде колбага эритменин белгиленген көлөмүн кошсоңуз,жез (II) иондорун камтыган, андан кийин калий йодидинин ашыкча эритмесин кошсоңуз, жогоруда сүрөттөлгөн реакцияны аласыз.

2Cu₂⁺ + 4I^- → 2CuI (лар) + I 2 _{(суу эритмеси)}

Натрий тиосульфат эритмеси менен титрлөөдө бөлүнүп чыккан йоддун көлөмүн таба аласыз.

2S₂O₂^-3 (чечим) + I ₂ (чечим) → S₄O₂^-6 (суу эритмеси)) + 2I^{- (суу эритмеси)}

Натрий тиосульфат эритмеси бюреткадан чыкканда йоддун түсү жоголот. Анын дээрлик баары жок болгондо, крахмалды кошуңуз. Бүтүндөй жез йодитин тазалоо реакциясы йод менен кайра кайтарылат, аны көрүү бир топ жеңил болгон терең көк түстөгү крахмал-йод комплекси пайда болот.

Натрий тиосульфат эритмесинен акыркы бир нече тамчыны көк түс кеткенче кошуңуз. Эгерде сиз пропорцияларды эки теңдеме аркылуу байкасаңыз, сиз баштоо керек болгон ар бир 2 моль жез (II) ионуна 2 моль натрий тиосульфат эритмеси керек экенин табасыз. Натрий тиосульфат эритмесинин концентрациясын билсеңиз, жез (II) иондорунун концентрациясын эсептөө оңой. Бул аракеттин натыйжасы эритмеде жездин (I) жөнөкөй кошулмасын алуу болуп саналат.

Фосфор менен дарылоо

Phosphorous жез тазалоо – бул фосфор менен кычкылданган катуу жез, ал узакка созулган жалпы багыттагы чайыр. Ал жез фосфору менен кычкылсызданат, анда калган фосфор төмөнкү деңгээлде сакталат (0,005-0,013%) жакшы электр өткөрүмдүүлүккө жетишүү. Ал жакшы жылуулук өткөрүмдүүлүккө жана мыкты ширетүүчү жана ширетүүчү касиеттерге ээ. Ушундай жол менен жезди тазалоодон кийин катуу жез чайырында калган оксид эң көп колдонулган деоксидант болгон фосфор менен чыгарылат.

Таблица жездин күйдүрүлгөн (жумшак) абалынан катуу абалына чейинки ар кандай көрсөткүчтөрдү көрсөтөт.

Созууга күч	220-385 N/mm2
Жыртуунун күчү	60-325 N/mm2
Узундук	55-4 %
Катуулугу (HV)	45-155
Электр өткөрүмдүүлүк	90-98 %
Жылуулук өткөргүчтүк	350-365 Вт/см

Drive алкактары зымдарды жарым өткөргүч бетиндеги электр терминалдарына жана электр түзүлүштөрүндөгү жана басма схемалардагы чоң масштабдуу схемаларга туташтырат. Материал процесстин талаптарына жооп берип, орнотууда жана иштетүүдө ишенимдүү болушу үчүн тандалган.

Электролизден кийинки жездин курамы

Отто тазалоодон кийин жездин курамына металлдын 99,2% кирет. Анын бир кыйла азы аноддордо калат. Кошумчалар толук тазаланганда курамында 130 г/л катоддук негиздер калат. Витриолдун суудагы эритмеси алсыз болуп, жездин катоддорунун кислоталык компоненти 140-180 г/лге жетет. Блистерде жезде 99,5% металл, темирде 0,10%, цинк 0,05%ке чейин, алтын менен күмүштө 1-200 г/т гана болот.