Raffinazione elettrolitica del rame: composizione, formule e reazioni

2024 Autore: Howard Calhoun | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-02 13:57

La raffinazione del rame è il processo di raffinazione del metallo attraverso l'elettrolisi. La pulizia mediante elettrolisi è il modo più semplice per ottenere una purezza del rame del 99,999%. L'elettrolisi migliora la qualità del rame come conduttore elettrico. Le apparecchiature elettriche spesso contengono rame elettrolitico.

Cos'è questo?

La raffinazione del rame o l'elettrolisi utilizza un anodo che contiene rame impuro. Nasce dalla concentrazione di minerale. Il catodo è costituito da metallo puro (titanio o acciaio inossidabile). La soluzione elettrolitica è costituita da solfato. Pertanto, si può sostenere che la raffinazione del rame e l'elettrolisi sono la stessa cosa. Una corrente elettrica fa sì che gli ioni di rame provenienti dagli anodi entrino nella soluzione e si depositino sul catodo. In questo caso, le impurità escono, formano un precipitato o rimangono in soluzione. Il catodo diventa più grande del rame puro e l'anodo si restringe.

Le celle elettrolitiche utilizzano una sorgente CC esterna per rispondere a reazioni che altrimenti non sarebbero spontanee. Reazioni elettroliticheutilizzato per pulire lamiere metalliche su molti tipi di substrati.

Utilizzare un processo elettrolitico per purificare il metallo (raffinazione del rame, elettrolisi del metallo):

1. Poiché le impurità possono ridurre notevolmente la conduttività dei fili di rame, è necessario pulire il rame contaminato. Uno dei metodi di pulizia è l'elettrolisi.
2. Quando una striscia di rame metallico impuro viene utilizzata come anodo nell'elettrolisi di una preparazione acquosa di solfato di rame, il rame viene ossidato. La sua ossidazione procede più facilmente dell'ossidazione dell'acqua. Pertanto, il rame metallico si dissolve in soluzione sotto forma di ioni rame, lasciando molte impurità (metalli meno attivi).
3. Gli ioni rame formati all'anodo migrano al catodo dove si riducono più facilmente delle "piastre" di acqua e metallo al catodo.

È necessario far passare una corrente sufficiente tra gli elettrodi, altrimenti si verificherà una reazione non spontanea. Regolando attentamente il potenziale elettrico, le impurità metalliche che sono sufficientemente attive da ossidare il rame all'anodo, le sostanze non vengono ridotte al catodo e il metallo viene depositato selettivamente.

Importante! Non tutti i metalli si riducono o si ossidano più facilmente dell'acqua. In tal caso, si verificherà per prima la reazione elettrochimica che richiede il potenziale più basso. Ad esempio, se dovessimo utilizzare elettrodi, sia anodo che catodico, il potenziale metallico verrebbe ossidato all'anodo, ma poi l'acqua diminuirebbe al catodo e gli ioni alluminio rimarrebbero in soluzione.

Per creare l'elettrolisi, devi usareil seguente metodo di raffinazione del rame:

1. Versare la soluzione di solfato di rame in un bicchiere.
2. Posizionare due barre di grafite nella soluzione di solfato di rame.
3. Collegare un elettrodo al terminale di alimentazione CC negativo e l' altro al terminale positivo.
4. Riempi completamente due tubicini con una soluzione di solfato di rame e posiziona un tappo su ciascun elettrodo.
5. Accendi l'alimentazione e controlla cosa succede ad ogni elettrodo.
6. Testa qualsiasi gas prodotto con uno pneumatico in fiamme.
7. Registra le tue osservazioni e i risultati dei tuoi test.

I risultati dovrebbero essere così:

• I solidi marroni o rosa appaiono nella soluzione.
• Ci sono bolle.
• Le bolle dovrebbero essere incolori.
• Una sostanza in forma gassosa.

Tutti i risultati vengono registrati, dopodiché il gas viene spento dal pneumatico. C'è anche un altro modo per pulire il metallo da impurità e sporco di terze parti: questa è la raffinazione a fuoco del rame. Come questo accada, lo diremo più avanti, ma ora presenteremo altre opzioni per la raffinazione del metallo.

Metodi di raffinazione del rame: in quale altro modo può avvenire lo stripping chimico dei metalli desiderati?

Poiché l'elettrolisi è l'azione dei solfati e della corrente, qual è il metodo elettrolitico per ottenere prodotti puri? Cose completamente diverse, anche se simili nel suono dei nomi. Tuttavia, la raffinazione elettrica del rame si basa sull'uso di acidi. Possiamo dire che questa è l'ossidazione del metallo, ma non del tutto.

Una produzione pulita è importante per la produzione di cavi elettrici, poiché la conduttività elettrica del rame è ridotta dalle impurità. Queste impurità includono metalli preziosi come:

• argento,
• oro;
• platino.

Quando vengono rimossi mediante elettrolisi e ripristinati allo stesso modo, l'elettricità viene spesa quanto sarebbe sufficiente per fornire elettricità a dozzine di case. Il componente purificato consente di risparmiare energia, alimentando ancora più case in meno tempo.

Nella raffinazione elettrolitica, una composizione impura è costituita da un anodo in un bagno elettrolitico di solfato di rame - CuSO₄ e acido solforico H_{2 SO 4}. Il catodo è un foglio di rame purissimo. Quando la corrente viene fatta passare attraverso la soluzione, gli ioni rame positivi, Cu₂₊ vengono attratti al catodo, dove prendono elettroni e si depositano come atomi neutri, creando così metallo sempre più puro al catodo. Nel frattempo, gli atomi nell'anodo donano elettroni e si dissolvono nella soluzione elettrolitica come ioni. Ma le impurità nell'anodo non vanno in soluzione perché gli atomi di argento, oro e platino non si ossidano (diventano ioni positivi) così facilmente come fa il rame. Così, argento, oro e platino cadono semplicemente dall'anodo sul fondo del serbatoio, dove possono essere puliti.

Ma c'è anche la raffinazione elettrolitica del rame quando si usano i serbatoi:

1. I serbatoi di trattamento elettrolitico sonoofficina separata nella produzione industriale. Le piastre anodiche sono sospese da "maniglie" nel serbatoio per la pulizia del rame elettrolitico. Fogli catodici di rame puro sospesi su aste solide sono inseriti nella stessa vasca, un foglio tra ogni anodo. Quando una corrente elettrica viene fatta passare dagli anodi attraverso l'elettrolita ai catodi, il rame dagli anodi si sposta in soluzione e si deposita sul foglio di partenza. Le impurità degli anodi si depositano sul fondo del serbatoio.
2. Macchina per lo stampaggio ad iniezione con anodi di rame (piastre). Si trasformerà senza problemi in piastre anodi negli stampi. Dopo il pretrattamento, vengono rimossi stagno, piombo, ferro e alluminio. Successivamente, il materiale di rame inizia a essere caricato nel forno, seguito dal processo di fusione.
3. Quando le impurità vengono rimosse, segue la fase di rimozione e riduzione delle scorie con gas naturale. La riduzione ha lo scopo di rimuovere l'ossigeno libero. Dopo il recupero, il processo termina con la colata, dove il prodotto finale viene colato sotto forma di anodi di rame. La stessa macchina può essere utilizzata per colare questi anodi durante il riciclaggio dei componenti o per riciclare anodi per rottami metallici in una fonderia di rame per elettrolisi.
4. Fogli catodici puliti. Gli anodi modificatori estratti dal forno di raffinazione vengono convertiti in rame elettrolitico con una purezza del 99,99% attraverso il processo di elettrolisi. Durante l'elettrolisi, gli ioni rame lasciano un anodo di rame impuro e, poiché sono positivi, migrano verso il catodo.

Di tanto in tanto il metallo puro viene raschiato via dal catodo. impurità dell'anodo di rame come oro,argento, platino e stagno si raccolgono sul fondo della soluzione elettrolitica e precipitano sotto forma di melma anodica. Questo processo è chiamato produzione elettrolitica e raffinazione del rame.

Ottenere un fossile: quali tipi esistono e sono tutti necessari nella pratica?

Un modo leggermente diverso di pulire il metallo. C'è anche il fuoco e la raffinazione elettrolitica del rame, quando un processo segue immediatamente un altro. Un importante stadio di "separazione" diventa concentrazione o concentrazione. Una volta completata la concentrazione, il passaggio successivo nella creazione del prodotto finito è la raffinazione a fuoco del rame.

Di solito questo accade vicino a una miniera, in un impianto di lavorazione o in una fonderia. Con la raffinazione del rame, il materiale indesiderato viene gradualmente rimosso e il rame viene concentrato fino a una purezza fino al 99,99% di grado A. I dettagli del processo di raffinazione dipendono dal tipo di minerali a cui è associato il metallo. Il minerale di rame ricco di solfuro viene lavorato pirometallurgico.

Raffinazione e pirometallurgia:

1. Nella pirometallurgia, il concentrato di rame viene essiccato prima di essere riscaldato in una fornace. Le reazioni chimiche che si verificano durante il processo di riscaldamento fanno sì che il concentrato si separi in due strati di materiale: uno strato opaco e uno strato di scorie. Lo strato opaco in basso contiene rame, mentre lo strato di scorie in alto contiene impurità.
2. Le scorie vengono eliminate e lo strato opaco viene ripristinato e spostato in un recipiente cilindrico chiamato trasduttore. Al convertitore vengono aggiunte varie sostanze chimiche che reagiscono con il rame. Questo porta alla formazione di rame convertito, chiamato"vescica". Una volta precipitato, viene estratto e quindi sottoposto a un altro processo chiamato pulizia a fuoco.
3. In uno scrubber antincendio, aria e gas naturale vengono soffiati attraverso per rimuovere lo zolfo e l'ossigeno rimanenti, facendo sì che la composizione raffinata venga trasformata nel catodo. Il metallo viene colato in anodi e posto in un elettrolizzatore. Dopo la carica, il rame puro viene raccolto al catodo e rimosso come prodotto puro al 99%.

Raffinazione e idrometallurgia:

1. Nell'idrometallurgia, il concentrato di rame viene lavorato attraverso uno dei numerosi processi. Il metodo meno comune è la cementazione, in cui il metallo viene depositato su rottami metallici in una reazione redox.
2. Il metodo di purificazione più utilizzato è l'estrazione con solvente e l'elettrolisi. Questa nuova tecnologia si è diffusa negli anni '80 e circa il 20% del rame mondiale viene ora prodotto in questo modo.
3. L'estrazione con solvente inizia con un solvente organico che separa il metallo dalle impurità e dai materiali indesiderati. Viene quindi aggiunto acido solforico per separare il rame dal solvente organico per formare una soluzione elettrolitica.
4. Questa soluzione viene quindi sottoposta a un processo di elettrolisi che mette semplicemente il rame in soluzione sul catodo. Questo catodo può essere venduto così com'è, ma può anche essere trasformato in barre o fogli sorgente per altri elettrolizzatori.

Le aziende minerarie possono vendere rame in forma concentrata o catodica. ComeCome accennato in precedenza, il concentrato viene spesso raffinato altrove che nel sito minerario. I produttori di concentrati vendono polvere concentrata contenente dal 24 al 40% di rame a fonderie e raffinerie di rame. Le condizioni di vendita sono uniche per ciascuna fonderia, ma in generale la fonderia paga al minatore circa il 96% del costo del contenuto di rame nel concentrato, meno le spese di lavorazione e di raffinazione.

Le fonderie generalmente addebitano pedaggi, ma possono anche vendere metallo raffinato per conto dei minatori. Pertanto, l'intero rischio (e rendimento) derivante dalle fluttuazioni dei prezzi del rame ricade sulle spalle dei rivenditori.

Raffinamento antincendio: quanto è pericoloso?

La raffinazione del fuoco più calda può essere pericolosa, ma il metodo di lavorazione è attualmente utilizzato dalla maggior parte degli impianti industriali. Separatamente, vale la pena descrivere la tecnologia di raffinazione del rame blister.

Il rame blister è già quasi puro (più del 99% di rame). Ma per il mercato di oggi, questo non è molto "pulito". Il metallo viene ulteriormente purificato mediante elettrolisi. Nella produzione industriale viene utilizzato un metodo chiamato raffinazione a fuoco del rame blister. L'inchiostro di rame viene colato in grandi lastre da utilizzare come anodi nell'elettrolizzatore. La post-raffinazione elettrolitica produce il metallo di alta qualità e purezza richiesto dall'industria.

Nell'industria, questo viene fatto su vasta scala. Anche il miglior metodo chimico non è in grado di rimuovere tutte le impurità dal rame, ma la raffinazione elettrolitica può produrre rame puro al 99,99%.

1. Le bolle anodiche sono immerse in un elettrolita contenente solfato di rame e acido solforico.
2. Ci sono catodi puliti tra di loro e una corrente di oltre 200 A passa attraverso la soluzione.

In queste condizioni, gli atomi di rame si dissolvono dall'anodo impuro per formare ioni di rame. Migrano verso i catodi, dove vengono depositati come atomi di rame puro.

• All'anodo: Cu(s) → Cu₂ + (aq) + 2e^-.
• Al catodo: Cu₂ + (aq) + 2e^{- → Cu(s).}

Quando l'interruttore si chiude, gli ioni rame sull'anodo cominceranno a muoversi attraverso la soluzione verso il catodo. Gli atomi di rame hanno già rinunciato a due elettroni per diventare ioni e i loro elettroni sono liberi di muoversi nei fili. La chiusura dell'interruttore spinge gli elettroni in senso orario e alcuni ioni di rame si depositano in soluzione.

La piastra respinge gli ioni dall'anodo al catodo. Allo stesso tempo, spinge gli elettroni liberi attorno ai fili (questi elettroni sono già distribuiti sui fili). Gli elettroni nel catodo si ricombinano con gli ioni rame della soluzione, formando un nuovo strato di atomi di rame. A poco a poco, l'anodo viene distrutto e il catodo cresce. Le impurità insolubili nell'anodo cadono sul fondo per precipitare. Questo prezioso prodotto biologico è stato rimosso.

Oro, argento, platino e stagno sono insolubili in questo elettrolita e quindi non si depositano sul catodo. Formano un prezioso "limo" che si accumula sotto gli anodi.

Le impurità solubili di ferro e nichel vengono disciolte nell'elettrolita, che deve essere costantemente pulito per evitare un'eccessiva deposizione sui catodi, che ridurrà la purezza del rame. Recentemente, i catodi in acciaio inossidabile sono stati sostituiti da catodi in rame. Avvengono le stesse reazioni chimiche. Periodicamente, i catodi vengono rimossi e il rame puro viene purificato. La produzione elettrolitica e la raffinazione del rame in queste condizioni è abbastanza comune negli impianti di lavorazione dei metalli non ferrosi.

Versione elettrochimica della purificazione dei metalli

La pulizia antincendio può essere definita chimica, perché in questo processo si verifica una reazione chimica con altre sostanze e impurità. Quanto sopra era un esempio di reazione ossidativa. Tutti i tipi e metodi di estrazione del rame puro sono simili, così come la raffinazione elettrochimica del rame, dove vengono utilizzate tattiche identiche, ma in una sequenza diversa.

L'elemento chimico ausiliario diventa il sottoprodotto stesso:

• Soda caustica
• Cloro.
• Idrogeno.

Questo è il modo più economico per ottenere costose materie prime senza spendere soldi per un sistema di mining di componenti alternativo. Inoltre, vengono estratti metalli preziosi, che sono nobili nella composizione e preziosi nell'invenzione industriale di elettrodomestici.

Forno in rame – Industria della cottura dei metalli

Il forno di raffinazione del rame cotto è appositamente progettato e in grado di trasformare rottami di rame in metallo liquido con impurità controllate. È progettato per la lavorazione pirometallurgica di rottamitecnologia economica ed ecologica. La principale tecnologia proposta per la produzione di rame fuso è adatta per la produzione di rame stick, strip, billette o altri prodotti in rame utilizzando rottami come materia prima (Cu> 92%).

La capacità degli impianti di incenerimento e pulizia è stata calcolata per un ciclo di pulizia (dalla carica al recupero) di 16-24 ore, a seconda del tipo di rottame. I forni di raffinazione del rame hanno un design e funzioni speciali:

1. Il corpo del forno è costituito da segmenti in acciaio e strutture a sezione rigida.
2. Il forno è rivestito internamente con materiale refrattario.
3. E' dotato di una stazione idraulica funzionante in modalità forno rib altabile con due velocità: velocità lenta durante l'inclinazione per la colata e alta velocità durante il movimento, che non richiede molta precisione.
4. Le operazioni vengono eseguite per mezzo di due cilindri idraulici installati nella parte inferiore del forno. Uno speciale dispositivo riporta il forno in posizione orizzontale durante le interruzioni di corrente.
5. Lo sportello di caricamento del materiale si trova sul lato del forno. È chiuso da una porta azionata da un cilindro idraulico.
6. Il forno è dotato di lance raffreddate per operazioni di ossidazione e riduzione del rame.

C'è anche un bruciatore universale che consuma sia combustibili liquidi che gassosi.

Raffinazione ossidativa nell'industria

L'operazione di ossidazione del rame viene eseguita dopo il completamento della fusione della materia prima. Il processo viene effettuato iniettando aria compressa nella massa fusa attraverso tubi. La scoria risultante viene rimossa manualmente dalla superficie del fuso utilizzando un rastrello speciale e scaricata in un contenitore. Le scorie contengono rame, impurità, piombo, stagno, ecc. Il processo di riduzione deve essere eseguito per rimuovere l'ossigeno dalla massa fusa e ridurre gli ossidi di rame. L'operazione viene eseguita iniettando gas naturale nella massa fusa.

Dalla fornace, i gas di scarico vengono immessi nel sistema di pulizia dei gas, passano attraverso il collettore di polvere, che cattura la polvere grossolana. Il collettore è dotato di un tubo di sfiato in caso di rilascio di gas di emergenza nell'atmosfera. Il forno di pulizia antincendio funziona continuamente. Il ciclo di lavoro del processo tecnologico comprende:

• caricamento materie prime;
• ossidazione, scorificazione, riduzione;
• caricamento di metallo raffinato.

L'intero processo successivo è chiamato raffinazione ossidativa del rame. Non può essere separato dall'intero processo di raffinazione, poiché fa parte dell'intero metodo per produrre metallo puro. Dopo che i parametri richiesti sono stati eliminati, il rame fuso viene utilizzato per il successivo processo tecnologico.

Raffinazione dello ioduro di metalli non ferrosi

Gli ioni rame(II) ossidano gli ioni ioduro a iodio molecolare, e in questo processo essi stessi vengono ridotti a ioduro di rame(I). La miscela marrone mista originale si è separata in un precipitato biancastro di ioduro di rame (I) nella soluzione di iodio. Utilizzare questa reazione per determinare la concentrazione di ioni rame (II) in soluzione. Se si aggiunge il volume prescritto di soluzione nel pallone,contenente ioni rame (II), quindi aggiungere un eccesso di soluzione di ioduro di potassio, otterrete la reazione sopra descritta.

2Cu₂⁺ + 4I^- → 2CuI (s) + I 2 _{(soluzione acquosa)}

Puoi trovare la quantità di iodio rilasciata dalla titolazione con una soluzione di tiosolfato di sodio.

2S₂O₂^-3 (soluzione) + I ₂ (soluzione) → S₄O₂^-6 (soluzione acquosa) + 2I^{- (soluzione acquosa)}

Quando la soluzione di tiosolfato di sodio viene fatta scorrere dalla buretta, il colore dello iodio scompare. Quando è quasi tutto finito, aggiungi l'amido. L'intera reazione di raffinazione dello ioduro di rame sarà reversibile con lo iodio per produrre un complesso amido-iodio di colore blu intenso che è molto più facile da vedere.

Aggiungere le ultime gocce di soluzione di tiosolfato di sodio fino a quando il colore blu non scompare. Se tracci le proporzioni attraverso le due equazioni, scoprirai che per ogni 2 moli di ioni rame (II) con cui avresti dovuto iniziare, hai bisogno di 2 moli di soluzione di tiosolfato di sodio. Se si conosce la concentrazione della soluzione di tiosolfato di sodio, è facile calcolare la concentrazione di ioni rame (II). Il risultato di questo tentativo è di ottenere un semplice composto di rame (I) in soluzione.

Trattamento al fosforo

La raffinazione del rame fosforoso è un rame duro disossidato al fosforo, che è una resina durevole per uso generale. Viene disossidato dal rame fosforo, in cui il fosforo residuo viene mantenuto a un livello basso (0,005-0,013%) per ottenere una buona conduttività elettrica. Ha una buona conduttività termica ed eccellenti proprietà di saldatura e brasatura. L'ossido dopo la raffinazione del rame in questo modo, rimanendo nella resina di rame solida, viene rimosso con il fosforo, che è il disossidante più comunemente usato.

La tabella mostra prestazioni diverse dallo stato ricotto (morbido) a quello duro del rame.

Resistenza alla trazione	220-385 N/mm2
Resistenza allo strappo	60-325 N/mm2
Lunghezza	55-4 %
Durezza (HV)	45-155
Conducibilità elettrica	90-98 %
Conducibilità termica	350-365 W/cm

I Drive Frame collegano il cablaggio ai terminali elettrici sulla superficie del semiconduttore e ai circuiti su larga scala su dispositivi elettrici e circuiti stampati. Il materiale è selezionato per soddisfare i requisiti di processo ed essere affidabile nell'installazione e nel funzionamento.

Composizione del rame dopo l'elettrolisi

La composizione del rame dopo la raffinazione a fuoco include il 99,2% del metallo. Molto meno rimane negli anodi. Quando le impurità sono completamente rimosse, nella composizione rimangono 130 g/l di basi catodiche. La soluzione acquosa di vetriolo si indebolisce e la componente acida dei catodi di rame raggiunge i 140-180 g/l. Il rame in blister contiene il 99,5% del metallo, il ferro lo 0,10%, lo zinco fino allo 0,05% e l'oro e l'argento sono solo 1-200 g / t.