Refinament electrolític del coure: composició, fórmules i reaccions

2024 Autora: Howard Calhoun | [email protected]. Última modificació: 2024-01-02 13:51

El refinament del coure és el procés d'afinació del metall mitjançant electròlisi. La neteja per electròlisi és la manera més senzilla d'aconseguir el 99,999% de puresa del coure. L'electròlisi millora la qualitat del coure com a conductor elèctric. Els equips elèctrics solen contenir coure electrolític.

Què és això?

El refinament o electròlisi del coure utilitza un ànode que conté coure impur. Sorgeix de la concentració de mineral. El càtode està format per metall pur (titani o acer inoxidable). La solució d'electròlit consta de sulfat. Per tant, es pot argumentar que el refinament del coure i l'electròlisi són la mateixa cosa. Un corrent elèctric fa que els ions de coure dels ànodes entrin a la solució i es dipositin al càtode. En aquest cas, les impureses surten, formen un precipitat, o romanen en solució. El càtode es fa més gran que el coure pur i l'ànode es redueix.

Les cèl·lules electrolítiques utilitzen una font externa de corrent continu per respondre a reaccions que d' altra manera no serien espontànies. Reaccions electrolítiquess'utilitza per netejar plaques metàl·liques en molts tipus de substrats.

Ús d'un procés electrolític per purificar metalls (refinació del coure, electròlisi de metalls):

1. Com que les impureses poden reduir considerablement la conductivitat dels cables de coure, cal netejar el coure contaminat. Un dels mètodes de neteja és l'electròlisi.
2. Quan s'utilitza una tira de metall de coure impur com a ànode en l'electròlisi d'una preparació aquosa de sulfat de coure, el coure s'oxida. La seva oxidació es produeix més fàcilment que l'oxidació de l'aigua. Per tant, el coure metàl·lic es dissol en solució en forma d'ions de coure, deixant moltes impureses (metalls menys actius).
3. Els ions de coure formats a l'ànode migren cap al càtode on es redueixen més fàcilment que l'aigua i les "plaques" metàl·liques al càtode.

És necessari passar suficient corrent entre els elèctrodes, en cas contrari es produirà una reacció no espontània. En ajustar acuradament el potencial elèctric, les impureses metàl·liques que són prou actives per oxidar el coure a l'ànode, les substàncies no es redueixen al càtode i el metall es diposita selectivament..

Important! No tots els metalls es redueixen o s'oxiden amb més facilitat que l'aigua. Si és així, primer es produirà la reacció electroquímica que requereixi el potencial més baix. Per exemple, si utilitzem elèctrodes, tant ànode com càtode, el potencial metàl·lic s'oxidaria a l'ànode, però aleshores l'aigua disminuiria al càtode i els ions d'alumini romandrien en solució.

Per crear electròlisi, cal utilitzarel següent mètode de refinació del coure:

1. Aboqueu la solució de sulfat de coure en un got.
2. Coloqueu dues barres de grafit a la solució de sulfat de coure.
3. Connecteu un elèctrode al terminal negatiu d'alimentació de CC i l' altre al terminal positiu.
4. Ompliu completament dos tubs petits amb una solució de sulfat de coure i col·loqueu un tap a cada elèctrode.
5. Engegueu la font d'alimentació i comproveu què passa a cada elèctrode.
6. Prova qualsevol gas produït amb un pneumàtic en flames.
7. Registreu les vostres observacions i els resultats de les proves.

Els resultats haurien de ser així:

• Apareixen sòlids marrons o rosats a la solució.
• Hi ha bombolles.
• Les bombolles han de ser incolores.
• Una substància en forma gasosa.

S'enregistren tots els resultats, després del qual el gas s'extingeix pel pneumàtic. També hi ha una altra manera de netejar el metall d'impureses i brutícia de tercers: aquest és el refinament del coure al foc. Com passa això, ho explicarem més endavant, però ara presentarem altres opcions per refinar el metall.

Mètodes de refinació del coure: com es pot fer, si no, l'eliminació química dels metalls desitjats?

Com que l'electròlisi és l'acció dels sulfats i del corrent, quin és el mètode electrolític per obtenir productes purs? Coses completament diferents, encara que semblants en els noms que sonen. Tanmateix, el refinament elèctric del coure es basa en l'ús d'àcids. Podem dir que aquesta és l'oxidació del metall, però no del tot.

La producció neta és important per fabricar cables elèctrics, ja que la conductivitat elèctrica del coure es redueix per les impureses. Aquestes impureses inclouen metalls preciosos com ara:

• plata,
• or;
• platí.

Quan s'eliminen per electròlisi i es restauren de la mateixa manera, l'electricitat es gasta tant com seria suficient per subministrar electricitat a desenes de llars. El component purificat estalvia energia i alimenta encara més llars en menys temps.

En el refinament electrolític, es fa una composició impura a partir d'un ànode en un bany electrolític de sulfat de coure - CuSO₄ i àcid sulfúric H_{2 SO 4}. El càtode és una làmina de coure molt pur. Quan el corrent passa per la solució, els ions de coure positius, Cu₂₊ són atrets pel càtode, on prenen electrons i es dipositen com àtoms neutres, creant així més i més metall pur al càtode. Mentrestant, els àtoms de l'ànode donen electrons i es dissolen a la solució d'electròlits com a ions. Però les impureses de l'ànode no entren en solució perquè els àtoms de plata, or i platí no s'oxiden (es converteixen en ions positius) tan fàcilment com ho fa el coure. Així, la plata, l'or i el platí simplement cauen de l'ànode al fons del dipòsit, on es poden netejar.

Però també hi ha refinament electrolític del coure quan s'utilitzen tancs:

1. Els dipòsits de tractament electrolític sóntaller independent en producció industrial. Les plaques d'ànode estan suspeses per " nanses " al dipòsit per netejar el coure electrolític. Les làmines de càtode de coure pur suspeses sobre varetes sòlides s'insereixen al mateix dipòsit, una làmina entre cada ànode. Quan un corrent elèctric passa des dels ànodes a través de l'electròlit fins als càtodes, el coure dels ànodes es mou en solució i es diposita a la làmina inicial. Les impureses dels ànodes s'instal·len al fons del dipòsit.
2. Màquina d'emmotllament per injecció amb ànodes (plaques) de coure. Es convertirà sense problemes en plaques d'ànode en motlles. Després del pretractament, s'eliminen estany, plom, ferro i alumini. A continuació, el material de coure comença a carregar-se al forn, seguit del procés de fosa.
3. Quan s'eliminen les impureses, segueix la fase d'eliminació d'escòries i reducció amb gas natural. La reducció està dirigida a eliminar l'oxigen lliure. Després de la recuperació, el procés acaba amb la fosa, on el producte final es col·loca com ànodes de coure. La mateixa màquina es pot utilitzar per colar aquests ànodes durant el reciclatge de components o per reciclar ànodes per a ferralla en una fosa de coure per electròlisi.
4. Neteja els fulls de càtode. Els ànodes modificadors extrets del forn de refinació es converteixen en coure electrolític amb una puresa del 99,99% mitjançant el procés d'electròlisi. Durant l'electròlisi, els ions de coure deixen un ànode de coure impur i, com que són positius, migren al càtode.

De tant en tant es treu metall pur del càtode. impureses de l'ànode de coure com l'or,La plata, el platí i l'estany s'acumulen a la part inferior de la solució d'electròlits i precipiten com a llim ànode. Aquest procés s'anomena producció i refinació electrolítica del coure.

Obtenció d'un fòssil: quins tipus existeixen i tots són necessaris a la pràctica?

Una manera lleugerament diferent de netejar el metall. També hi ha el foc i el refinament electrolític del coure, quan un procés segueix immediatament un altre. Una etapa important de "separació" es converteix en concentració o concentració. Un cop completada la concentració, el següent pas per crear el producte acabat és el refinament del coure al foc.

Acostuma a passar a prop d'una mina, en una planta de processament o en una fosa. Amb el refinament del coure, el material no desitjat s'elimina gradualment i el coure es concentra fins a una puresa de fins a un 99,99% de grau A. Els detalls del procés de refinament depenen del tipus de minerals amb què s'associa el metall. El mineral de coure ric en sulfurs és processat per pirometal·lúrgia.

Refinació i pirometal·lúrgia:

1. A la pirometal·lúrgia, el concentrat de coure s'asseca abans d'escalfar-lo en un forn. Les reaccions químiques que es produeixen durant el procés d'escalfament fan que el concentrat es separi en dues capes de material: una capa mat i una capa d'escòria. La capa mat de la part inferior conté coure, mentre que la capa d'escòria de la part superior conté impureses.
2. L'escòria es descarta i la capa mat es restaura i es trasllada a un recipient cilíndric anomenat transductor. S'afegeixen diversos productes químics al convertidor que reaccionen amb el coure. Això condueix a la formació de coure convertit, anomenat"ampolla". Un cop precipitat, s'extreu i després se sotmet a un altre procés anomenat neteja al foc.
3. En un depurador de foc, es bufen aire i gas natural per eliminar el sofre i l'oxigen restants, fent que la composició refinada es processi al càtode. El metall es col·loca en ànodes i es col·loca en un electrolitzador. Després de la càrrega, el coure pur es recull al càtode i s'elimina com a producte pur al 99%.

Refinació i hidrometal·lúrgia:

1. En hidrometal·lúrgia, el concentrat de coure es processa mitjançant un dels diversos processos. El mètode menys comú és la cementació, on el metall es diposita sobre la ferralla en una reacció redox.
2. El mètode de purificació més utilitzat és l'extracció amb dissolvents i l'electròlisi. Aquesta nova tecnologia es va estendre a la dècada de 1980 i aproximadament el 20% del coure mundial es produeix d'aquesta manera.
3. L'extracció amb dissolvents comença amb un dissolvent orgànic que separa el metall de les impureses i els materials no desitjats. Després s'afegeix àcid sulfúric per separar el coure del dissolvent orgànic per formar una solució electrolítica.
4. Aquesta solució es sotmet després a un procés d'electròlisi que simplement posa el coure en solució al càtode. Aquest càtode es pot vendre tal qual, però també es pot convertir en barres o làmines font per a altres electròlitzadors.

Les empreses mineres poden vendre coure en forma de concentrat o càtode. ComCom s'ha esmentat anteriorment, el concentrat es refina més sovint en altres llocs que no siguin al lloc de la mina. Els fabricants de concentrats venen pols de concentrat que conté entre un 24 i un 40% de coure a les foses i refineries de coure. Les condicions de venda són úniques per a cada fosa, però en general la fosa paga al miner aproximadament el 96% del cost del contingut de coure del concentrat, menys les tarifes de processament i els costos de refinació.

Les foses generalment cobren peatges, però també poden vendre metall refinat en nom dels miners. Així, tot el risc (i la recompensa) de les fluctuacions dels preus del coure recau sobre les espatlles dels distribuïdors.

Refinament del foc: què tan perillós és?

El refinament al foc més calent pot ser perillós, però el mètode de processament l'utilitzen actualment la majoria de les plantes industrials. Per separat, val la pena descriure la tecnologia de refinar el coure blister.

El coure blister ja és gairebé pur (més del 99% de coure). Però per al mercat actual, això no és molt "net". El metall es purifica encara més mitjançant electròlisi. En la producció industrial, s'utilitza un mètode anomenat refinament al foc del coure blister. La tinta de coure es col·loca en grans lloses per utilitzar-les com a ànodes a l'electrolitzador. La postrefinació electrolítica produeix el metall d' alta qualitat i puresa que requereix la indústria.

A la indústria, això es fa a gran escala. Fins i tot el millor mètode químic no pot eliminar totes les impureses del coure, però el refinament electrolític pot produir coure pur al 99,99%.

1. Les butllofes d'ànode estan immerses en un electròlit que conté sulfat de coure i àcid sulfúric.
2. Hi ha càtodes nets entre ells i per la solució passa un corrent de més de 200 A.

En aquestes condicions, els àtoms de coure es dissolen de l'ànode impur per formar ions de coure. Migren als càtodes, on es dipositen de nou com àtoms de coure pur.

• A l'ànode: Cu(s) → Cu₂ + (aq) + 2e^-.
• Al càtode: Cu₂ + (aq) + 2e^{- → Cu(s).}

Quan l'interruptor es tanca, els ions de coure de l'ànode començaran a moure's per la solució cap al càtode. Els àtoms de coure ja han cedit dos electrons per convertir-se en ions, i els seus electrons són lliures de moure's pels cables. Tancar l'interruptor empeny els electrons en el sentit de les agulles del rellotge i fa que alguns ions de coure s'assentin en la solució.

La placa repel·leix els ions des de l'ànode fins al càtode. Al mateix temps, empeny electrons lliures al voltant dels cables (aquests electrons ja estan distribuïts pels cables). Els electrons del càtode es recombinen amb els ions de coure de la solució, formant una nova capa d'àtoms de coure. A poc a poc, l'ànode es destrueix i el càtode creix. Les impureses insolubles de l'ànode cauen al fons per precipitar-se. Aquest valuós producte bio s'està eliminant.

L'or, la plata, el platí i l'estany són insolubles en aquest electròlit i, per tant, no es dipositen al càtode. Formen un valuós "llim" que s'acumula sota els ànodes.

Les impureses solubles de ferro i níquel es dissolen a l'electròlit, que s'ha de netejar constantment per evitar una deposició excessiva sobre els càtodes, que reduirà la puresa del coure. Recentment, els càtodes d'acer inoxidable s'han substituït per càtodes de coure. Es produeixen les mateixes reaccions químiques. Periòdicament, s'eliminen els càtodes i es purifica el coure pur. La producció i refinació electrolítica de coure en aquestes condicions és força habitual a les plantes de processament de metalls no fèrrics.

Versió electroquímica de la purificació de metalls

La neteja amb foc es pot anomenar química, perquè en aquest procés es produeix una reacció química amb altres substàncies i impureses. L'anterior era un exemple de reacció oxidativa. Tots els tipus i mètodes d'extracció de coure pur són similars, igual que el refinament electroquímic del coure, on s'utilitzen tàctiques idèntiques, però en una seqüència diferent.

L'element auxiliar químic es converteix en el propi subproducte:

• Sosa càustica
• Clor.
• Hidrogen.

Aquesta és la manera més barata d'aconseguir matèries primeres cares sense gastar diners en un sistema de mineria de components alternatius. A més, s'extreuen metalls valuosos, que són de composició noble i valuosos en la invenció industrial dels aparells elèctrics.

Forn de coure - Indústria de cuina de metall

El forn de refinació de coure cogut està especialment dissenyat i capaç de processar ferralla de coure en metall líquid amb impureses controlades. Està dissenyat per al processament pirometal·lúrgic de ferrallatecnologia econòmica i respectuosa amb el medi ambient. La tecnologia principal proposada per a la producció de coure fos és adequada per a la producció de pals, tires, billets o altres productes de coure amb ferralla com a matèria primera (Cu> 92%).

La capacitat dels sistemes d'incineració i neteja es va calcular per a un cicle de neteja (des de la càrrega fins a la recuperació) de 16-24 hores, segons el tipus de ferralla. Els forns de refinació de coure tenen un disseny i funcions especials:

1. El cos del forn està fet de segments d'acer i estructures rígides de tipus secció.
2. El forn està revestit amb material refractari des de l'interior.
3. Va equipat amb una estació hidràulica que funciona en mode de forn basculant amb dues velocitats: velocitat de fluència en inclinació per a la colada i alta velocitat durant el moviment, que no requereix molta precisió.
4. Les operacions es realitzen mitjançant dos cilindres hidràulics instal·lats a la part inferior del forn. Un dispositiu especial torna el forn a una posició horitzontal durant els talls de llum.
5. L'escotilla de càrrega de material es troba al costat del forn. Es tanca per una porta accionada per un cilindre hidràulic.
6. El forn està equipat amb llances refrigerades per a operacions d'oxidació i reducció del coure.

També hi ha un cremador universal que consumeix combustibles tant líquids com gasosos.

Refinació oxidativa a la indústria

L'operació d'oxidació del coure es porta a terme després de la finalització de la fosa de la matèria primera. El procés es realitza injectant aire comprimit a la fosa a través de tuyeres. L'escòria resultant s'elimina manualment de la superfície de la fosa amb un rasclet especial i s'aboca en un contenidor. L'escòria conté coure, impureses, plom, estany, etc. El procés de reducció s'ha de dur a terme per eliminar l'oxigen de la fosa i reduir els òxids de coure. L'operació es realitza injectant gas natural a la fosa.

Des del forn, els gasos d'escapament s'alimenten al sistema de neteja de gasos, passen pel col·lector de pols, que captura la pols gruixuda. El col·lector està equipat amb un tub de ventilació en cas d'emergència d'alliberament de gas a l'atmosfera. El forn de neteja d'incendis funciona contínuament. El cicle de treball del procés tecnològic inclou:

• carregant matèries primeres;
• oxidació, escoria, reducció;
• carregant metall refinat.

Tot el procés posterior s'anomena refinament oxidatiu del coure. No es pot separar del procés global de refinació, ja que forma part de tot el mètode per produir metall pur. Després d'eliminar els paràmetres necessaris, el coure fos s'utilitza per al següent procés tecnològic.

Refinació de iodur de metalls no ferrosos

Els ions de coure (II) oxiden els ions iodur a iode molecular, i en aquest procés ells mateixos es redueixen a iodur de coure (I). La barreja marró mixta original es va separar en un precipitat de iodur de coure (I) de color blanc brut a la solució de iode. Utilitzeu aquesta reacció per determinar la concentració d'ions de coure (II) en solució. Si afegiu el volum de solució prescrit al matràs,que contingui ions de coure (II), i després afegiu un excés de solució de iodur de potassi, obtindreu la reacció descrita anteriorment.

2Cu₂⁺ + 4I^- → 2CuI (s) + I 2 _{(solució d'aigua)}

Podeu trobar la quantitat de iode alliberada per valoració amb una solució de tiosulfat de sodi.

2S₂O₂^-3 (solució) + I ₂ (solució) → S₄O₂^-6 (solució d'aigua) + 2I^{- (solució aquosa)}

Quan la solució de tiosulfat de sodi s'executa des de la bureta, el color del iode desapareix. Quan estigui gairebé tot, afegiu-hi midó. Tota la reacció de refinació del iodur de coure serà reversible amb iode per produir un complex de midó-iode de color blau profund que és molt més fàcil de veure.

Afegiu les últimes gotes de solució de tiosulfat de sodi fins que desaparegui el color blau. Si traceu les proporcions a través de les dues equacions, trobareu que per cada 2 mols d'ions de coure (II) amb els quals hauríeu d'haver començat, necessiteu 2 mols de solució de tiosulfat de sodi. Si coneixeu la concentració de la solució de tiosulfat de sodi, és fàcil calcular la concentració d'ions de coure (II). El resultat d'aquest intent és obtenir un compost simple de coure (I) en solució.

Tractament amb fòsfor

El refinament de coure fòsfor és un coure dur desoxidat amb fòsfor, que és una resina d'ús general duradora. Es desoxida pel fòsfor de coure, en el qual el fòsfor residual es manté en un nivell baix (0,005-0,013%) per aconseguir una bona conductivitat elèctrica. Té una bona conductivitat tèrmica i excel·lents propietats de soldadura i soldadura. L'òxid després del refinat del coure d'aquesta manera, que queda a la resina sòlida de coure, s'elimina amb fòsfor, que és el desoxidant més utilitzat.

La taula mostra un rendiment diferent de l'estat de coure recuit (tou) a dur.

Resistència a la tracció	220-385 N/mm2
Força de llàgrima	60-325 N/mm2
Longitud	55-4 %
Duresa (HV)	45-155
Conductivitat elèctrica	90-98 %
Conductivitat tèrmica	350-365 W/cm

Els marcs d'accionament connecten el cablejat als terminals elèctrics de la superfície dels semiconductors i circuits a gran escala en dispositius elèctrics i plaques de circuits impresos. El material es selecciona per complir els requisits del procés i ser fiable en la instal·lació i el funcionament.

Composició del coure després de l'electròlisi

La composició del coure després del refinament al foc inclou el 99,2% del metall. En queda molt menys als ànodes. Quan les impureses s'eliminen completament, queden 130 g/l de bases càtodes a la composició. La solució aquosa de vitriol es torna feble i el component àcid dels càtodes de coure arriba a 140-180 g/l. El coure blister conté el 99,5% del metall, el ferro el 0,10%, el zinc fins al 0,05% i l'or i la plata només tenen entre 1 i 200 g/t.