ingineria proceselor de obţinere a metalelor neferoase lucrarea 5

8/13/2019 Ingineria proceselor de obinere a metalelor neferoase Lucrarea 5

1/7

INGINERIA PROCESELOR DE OBTINERE A METALELOR NEFEROASELucrarea de laborator nr. 5

RAFINAREA ELECTROLITICA A CUPRULUI

1. Noiuni generaleCuprul obinut prin procedee pirometalurgice din materii prime miniere au din de!euri metalice"

dup# operaia de ra$inare termic# %prera$inare&" conine 'nc# o erie de impurit#i cum unt( A" )b" *i")e" Te" )" O" Fe" Ni" Co" Pb" )n" Ag" Au" etc. Pre+ena acetor elemente" c,iar la concentraii $oarte mici"a$ectea+# 'ntr-un mod ubtanial principalele propriet#i ale cuprului ( conductibilit#ile electric# !itermic#" platicitatea" etc. in acet coniderent cuprul ra$inat termic e upune 'n continuare unui proce

de puri$icare a/anat# prin ra$inare electrolitic#.

2. Teoria proe!ului "e ra#inare ele$roli$i%

Ra$inarea electrolititic# are la ba+# un proce de electroli+# cu ano+i olubili din cupru ra$inat termic"cato+i din tabl# de cupru electrolitic !i electrolit dintr-o oluie acid# de ul$at de cupru. Ra$inarea cont#din di+ol/area electroc,imic# a cuprului coninut 'n ano+ii impuri !i depunerea cuprului la catod.0ecanimul ra$in#rii electrolitice include urm#toarele etape(

a. di+ol/area electroc,imic# a cuprului la ano+i cu $ormarea ionilor Cu12care trec 'n electrolitcon$orm reaciei(

Cu%ano+i&3 Cu122 1e V

CuCu45"6-

6

7 1

=+

%8&

'n care 67 1

+CuCu

ete potenialul normal de electrod la trecerea atomilor de cupru

'n ioni bi/aleni.b. tranportul ionilor de cupru de la upra$eele anodice la cele catodice prin di$u+ie !i tran$er

de ma# con/ecti/9c. conducia electronilor eliberai la ano+i" prin circuitul e:terior" de la ano+i la cato+i9d. reducerea ionilor de cupru la upra$eele catodice" prin intermediul electronilor tranportai

prin circuitul e:terior" con$orm reacie(

Cu122 1e3 Cu%cato+i& VCuCu

45"667

1 +=+ %1&

'n care6

7 1+CuCu

ete potenialul normal de electrod la reducerea ionilor de

cupru cu $ormarea de atomi.

e. $ormarea depo+itului catodic prin critali+area atomilor de cupru pe upra$eele catodice.Reacia electroc,imic# global# /a $i dat# uma reaciilor elementare %8& !i %1&(

Cuano+i 3 Cucato+i 66

7

6

7

611 =+=++ CuCuCuCu

%4&

Con$orm relaiilor %8-4&" proceele de di+ol/are anodic# !i reducere catodic# unt re/eribileiar potenialul electric normal al celulei anod-electrolit-catod ete nul ceea ce denot# c# teoretic

proceul de electroli+# poate decurge $#r# conum e:terior de energie. In practic#" 'n#" apar o eriede $enomene ecundare cum unt( c#derile de teniune 'n electrilit" 'n conductorii e:teriori" 'n barelede curent" 'n leg#turile anodice !i catodice" uprateniunile de polari+are electroc,imic# !i deconcentraie" etc. care in,ib# proceul de lectroli+# dac# nu e aplic# o teniune e:terioar# care #compene+e c#derile de teniune !i uprateniunile. In celulele indutriale" teniunea necear# 'ntreano+i !i cato+i ete de 6"1-6"15 ;.

A/


2/7

pCuCuCuCuCu C

F

RT ++= +

++ 111

ln1

6

77 %&

'n care( CuCu 71+ potenialul de electrod al cuprului %de reducere&

6

71

CuCu +

potenialul de electrod tandard al cuprului9

F- contanta lui Farada=9 R- contanta general# a ga+elor9 T > temperatura abolut#9

+1CuC concentraa ionilor Cu12 'n electrolit" 'n ionigram7litru9

p - teniunea de polari+are au uprateniunea.

La anod tendina cea mai mare de di+ol/are electroc,imic# o au elementele cele maielectronegati/e. in aceat# cau+#" elementele mai electronegati/e dec


3/7

&. Para'e$rii proe!ului "e ra#inare ele$roli$i%Principalii parametrii ce caracteri+ea+# din punct de /edere te,nic !i economic proceul de

ra$inare unt( denitatea de curent" producti/itatea" conumul de energie" teniunea pe cu/a"randamentul de curent !i parametrii electrolitului %compo+iie" temperatur#" debit de recirculaie"adaourile de ubtane organice&.

a. ensitatea de curent, randamentul de curent i producti!itatea

Con$orm legilor electroli+ei ale lui Farada=" cantitatea teoretica de ubtan# depu# la catod'ntr-un timp dat e poate determina cu relaia(

StStzF

"#$tmt 66641B"6=== %5&

'n care( mt> maa teoretic# de cupru depu# la catod" 'n g9 I -intenitatea curentului electric" 'n A9 t > timpul" 'n ec.9

> ec,i/alentul electroc,imic al cuprului % &766641B"6BD5661

5"D4C%& =

=

A-maa atomic# a cuprului9

+- /alena cuprului9 F- contanta lui Farada=.

S

$ =

denitatea de curent" 'n A7m

19

) > aria upra$eelor catodice acti/e" 'n m1.Randamentul de curent %& ete de$init prin raportul dintre maa real# de ubtan# depu# la cotod

%mr& !i maa teoretic# %mt& ce ar trebui # e depun# 'n acela!i timp(

866t

r

m

m=

%D&Randamentul de curent 'n proceele indutriale ete de B5 4G. Principalele cau+e care conduc la

c#derea randamentului de curent unt curtcircuitele dintre ano+i !i cato+iProducti/itatea proceului de electroli+# e determin# din relaia(

&S&$dt

&$td

dt

dm

P r

====

&%

%H&

'n care( P ete producti/itatea 'n g7.Con$orm relaiei %H&" producti/itatea unui proce de electroli+# ete cu at


4/7

pe celul# trebuie # compene+e c#derile de teniune !i teniunile de polari+are !i /aria+#" 'n proceeleindutriale" 'ntre 6"1-6"15 ;.

Conumul peci$ic de energie e poate determina cu relaia(

66641B"6

'

&

'

&$t

'$t

m

'$t(

r

==== " 'n 7g

%J&

'n care( ( ete conumul peci$ic de energie" 'n 7g au K7Kg9

U > teniunea pe celul#" 'n ;9 & M 6"66641B g7C.E:primat 'n &)h*tconumul de energie de/ine (

''( 46B"J55

4D66

8666

66641B"6== " 'n ,7t %B&

Con$orm relaiei %J&" conumul peci$ic de energie ete direct proporional cu teniunea pecelul# !i in/er proporional cu randamentul de curent. In proceele indutriale" conumul peci$ic de

energie ete de 146-466 K,7t.

c. Parametrii electrolitului

Parametrii principali ai electrolitului unt( compo+iia c,imic#" temperatura" debitul de recirculaie !iadaourile de ubtane organice.

Compozi+ia electrolitului( Electrolitul cont# dintr-o oluie acid# de ul$at de cupru %8H5-115 g7l1)O" 6-56 g7l Cu& impuri$icat# cu di$erite elemente% )b" A" *i" Ni" Co" Cl" etc.&. Concentraia marea cuprului conduce la obinerea unor depuneri uni$orme !i compacte ceea ce ete a/antao deoarece

pre/ine antren#rile mecanice de electrolit au n#moluri anodice. Cre!terea e:cei/# 'n# aconcentraiei cuprului $a/ori+ea+# apariia $enomenelor de pai/are !i m#re!te re+iti/itatea !i implicit

c#derile de teniune 'n electrolit.Temperatura electrolitului( Cre!terea temperaturii m#re!te conductibilitatea electric# a electrolitului"

reduce tendina de $ormare a depunerilor dendritice" m#re!te /ite+a de di$u+ie a ionilor de cupru 'nelectrolit" #re!te /aloarea denit#ii critce !i mic!orea+# e$ectul $enomenelor de polari+are deconcentraie au electroc,imic#. Temperatura nu poate $i m#rit# pete D5 6C deoarece e inteni$ic#$enomenele de /apori+are !i degaarea de aerooli. In acete condiii" temperatura electrolitului 'n

practica indutrial# /aria+# 'ntre 55-D5 6C !i e obine prin 'nc#l+irea electrolitului 'n ba+inele decolectare !i ditribuie prin intermediul unor c,imb#toare de c#ldur# cu abur.

ebitul de recircula+ieElectrolitul 'n celule e a$l# 'ntr-o continu# circulaie at$el 'nc


5/7

Etapele principale 'n derularea e:perimentului unt(a. 'nc#l+irea electrolitului pe o plit# electric# la temperatura de D5 6C9

b. alimentarea electrolitului 'n cu/a de electroli+#9c. preg#tirea ano+ilor !i cato+ilor9

d. c


6/7

86 A 5

1 4 1 4 1 -

8 D

Fig.1. Schema instalaiei de laborator pentru rafinarea electrolitic a cuprului (1- cuva de electroliz cu perei dubli , 2- anozi cupru, -catozi cupru, !- ampermetru, "-voltmetru, #-reostat, $-surs de curent continuu, %- popm peristaltic pentru recircularea electrolitului, &- termostat pentru furnizarea apei calde pentru meninerea constant a temperaturii, 1'-

termometru ircuitul apei de )nclzire, circuitul de electrolit recirculat

2 H-

B

J

D


7/7

H

ingineria proceselor de obţinere a metalelor neferoase lucrarea 5

Documents