Back to site
Since 2004, our University project has become the Internet's most widespread web hosting directory. Here we like to talk a lot about web development, networking and server security. It is, after all, our expertise. To make things better we've launched this science section with the free access to educational resources and important scientific material translated to different languages.

Енциклопедія електрохімії

(Http: / / electrochem.cwru.edu / encycl /)

Copied by permission from the "Electrochemistry Encyclopedia" (http://electrochem.cwru.edu/encycl/)

8/30/2011 The original material is subject to periodical changes and updates."

ВИТЯГИ МЕТАЛІВ із сульфідних руд

Рональд Вудс
Науки, Griffith University
Натан, Квінсленд 4111, Австралія

Електронна пошта: Р. Вудс @ griffith.edu.au
(Квітень, 2004, переглянуто: жовтень 2010 р.)

Багато важливих метали присутні в природі в поєднанні із сіркою, як сульфіди металів, сюди відносяться кадмій, кобальт, мідь, свинець, молібден, нікель, срібло і цинк. Крім того, золото і метали платинової групи, пов'язані з сульфідних руд металевого підстави. Витяги металів з їх руд була істотним чинником у створенні та розвитку нашої передовий рівень цивілізації.

Більшість сульфідів електропровідних, як правило, напівпровідникових, і це дозволяє електрохімічні реакції, відбувається на твердій / рішення інтерфейс Насправді, електрохімічні механізми відіграють ключову роль у кожному з процесів, пов'язаних з отриманням компонента металів з їх сульфідних руд, а саме:, пошуки руд (вивітрювання сульфідних рудних тіл), розподілу і концентрації цінних компонентів з руд (флотація), розчиняючи цінне вміст металу руд (добувна металургія), відновлення металів з розчину ( електроліз ), а також очищення металу ( електрорафінірованія ).

Вивітрювання сульфідних рудних тіл

Руда вибухових робіт.
Рис. 1. Вибухові сульфідної руди в Codelco Chuquicamata відкритим способом мідного рудника в Чилі.
Першим кроком у відновленні металів з їх мінералів є знаходження рудних тіл, в яких сульфіди металів присутні в достатній кількості, і в достатній концентрації, для гірничодобувної їх економічної вигоди. Один із шести основних груп геофізичні дослідження методи, які зазвичай використовуються в пошуках корисних копалин на основі зондування мінеральних провідності і струмів тече в результаті окислення сульфідних мінералів в природних вивітрювання під землею. Індукованої поляризації техніка розвідки включає в себе застосування серії імпульсів струму з двома електродами вставляється в землю і аналізу індукованих напруги на двох різних електродів, також вставляється в землю. Електромагнітні вимірювання використовують змінне магнітне поле, щоб викликати вимірних електричних струмів в землі і це залежить від провідності. Цей підхід може бути виконаний як з літака, і тоді можна екрані великі площі для подальшого наземного розслідування. У самостійній потенційний метод, потенціал між двома електродами вставляється в землю виміряні і проаналізовані для виявлення електрохімічного взаємодії між рудних тіл і підземних вод.

Електрохімічного взаємодії між рудних тіл і підземних вод відбувається за рахунок того ж типу механізм, як це відбувається в корозії металів. Тобто, процес включає в себе анодного окислення сульфіду, реакція, яка дає електронів на мінеральні; ці електрони звільняються знову одночасним катодного відновлення кисню. Так як сульфід рудного тіла є проведення, анодний і катодний процеси можуть відбуватися в різних місцях. Таким чином, рудних тіл, при впливі на процеси вивітрювання, розвиток зональної організації різних мінеральних асоціацій, які відображають різні ступені окислення. Кисень розчиняється у грунтові води з повітря і дифундує до поверхні сульфідів металів, де вона може бути зменшена. Це катодного реакції займає електронів, які звільняються від анодного окислення сульфідних мінералів в основний рудного тіла і дозволяє процесу для продовження. Таким чином, електрони будуть проходити через рудного тіла на поверхню і привести до руди на більш високих рівнях, мають більш позитивний потенціал, ніж на більшій глибині. Зміна складу рудного тіла буде найбільшим ближче до поверхні, так як поточний шлях буде коротшим. Таким чином, наприклад, зміна рудних тіл містять основні економічні мінеральних мідь, сульфідних мідно заліза (халькопірит), часто відбуваються у формі сульфіду вищерозміщених міді (мідний блиск) зони і кришки містять мінерали окисленої міді та самородної міді. Це самородної міді, яка була першоджерелом цього металу і добували ще в 6000 р. до н. Пізніше видобуток міді участь вилуговування оксидів міді подальшої цементації залізом. Cementacion в перекладі з іспанської опадів, що краще описує процес, і використання терміна цементації походить від процесу, вперше здійснений в промисловому масштабі на мідних рудниках в районі Ріо-Тінто в Іспанії в середині 18 століття.

Флотація поділу

Цінні мінерали в руді може бути відокремлені один від одного, і від марної мінералів жильного, в процесі флотації піна. Цей процес був розроблений в Австралії на початку 20-го століття для лікування первинних сульфідних срібло / свинцю / цинкової руди в Брокен-Хілл, Новий Південний Уельс. Деякі з лабораторних спостережень, на яких процес залежить були зроблені протягом дев'ятнадцятого століття в Англії, Німеччині та США, але це було в Брокен-Хілл, що перші постійні зусилля були зроблені, щоб експлуатувати їх, і що комерційні операції масштабу утвердився. Необхідність нового процесу для лікування відбиту руду Хілл виникла виснаження вторинних руді оксид, що накладення основних мінералізації сульфіду. Природні окислення з утворенням вторинної зони призвело до концентрації срібла і свинцю, а руди з цієї частини рудного тіла може бути виплавляють безпосередньо. Основні зони сульфіду, що становить основну частину ресурсів, був менш піддаються лікуванню в заводи тієї епохи, і метод, необхідних для відновлення металів значення, якщо потенція первинної руди повинно було бути реалізоване.

Пена у флотаційної камері.
Рис. 2. Піна, навантажених частинок сульфіду мінеральні, що стікає по греблі з флотаційної камері.
Багато підходів переслідували вирішити "сульфіду проблеми"в Брокен-Хілл перед селективної флотації була розроблена. Успішна технологія передбачає в першу чергу дроблення руди, як правило, до часток розміром близько 5 до 50 мікрон, звільнити окремих зерен різних цінних мінералів і марною компонентів порожньої породи. Потім частинки целюлози з водою, і поверхня мінералу інтерес вибірково зроблені гідрофобним шляхом додавання органічних видів, яка називається колектором. Термін позначає гідрофобну ", що мають мало або взагалі не спорідненістю до води" і означає, що поверхня води відкидає, так само як масляні або воскові один. Після цієї процедури, потік пухирців повітря проходить через пульпу; бульбашки надають і левітувати, гідрофобних частинок, які накопичуються в піну шар, який вийде з флотаційної камері, проходячи через греблю клітини. Піноутворювача, такі, як довго спирту алкильной ланцюга, додається створити стабільний шар піни в клітці. Колектора використовується на Брокен-Хілл в перші дні було евкаліпта масло, отримане з листя всюдисущий австралійського "гумку" дерево. Це призвело Президент гірничого інституту в Брокен-Хілл під час заявляти: "Таким чином природи, в безпосередній близькості від величезного тіла комплексних руд, надав кошти для концентрації таких руд».

Після успіху в Брокен-Хілл, гірничодобувні компанії по всьому світу швидко прийняті флотації. Аналогічна ситуація з цим в Брокен-Хілл існували в масивної мідної руди тіла в Бінгхем Каньйон в Юті, США, де видобуток була вичерпана накладення повноцінного окисленої руди до кінця кінці 19 століття. Введення флотації на початку 20 століття дозволили величезні основний низькосортної міді сульфідної мінералізації, що підлягають обробці в економічному плані.

Важливим кроком вперед в практиці флотації було зроблено в 1925 році за рахунок введення алкільних ксантогенатом (dithiocarbonates), як колекціонери, щоб замінити сполук, таких як масло евкаліпта спочатку використовувався в Брокен-Хілл. Ксантогенатом виявилася набагато більш вибірково, ніж сполуки, використовувані раніше, і різні сульфіди можуть бути послідовно розміщуються шляхом коригування целюлозно хімії. Ксантогенатом є найбільш ефективними для флотації сульфідів, але досить інертні для загальнопоширених корисних копалин порожньої породи. Флотації постійно розвивався у 20-му столітті і в 21 столітті для підвищення ефективності розподілу і розглядати все більш складні руди. Більш ефективний і селективний колектор сполук, ніж ксантогенатом були розроблені і використовуються на практиці, хоча ксантогенатом до цих пір застосовуються широко. Більшість з цих колекторів тіолових сполук і отримати їх ефективність від хімічного зв'язку між атомом металу в сульфідних і атом сірки в колекторі.

Флотації осередок містить робоче колесо для змішування пульпи і ввести повітряні бульбашки. Розмір осередку прогресувала протягом багатьох років від кількох кубічних метрів до 300 м3 сьогодні. Рослини складаються з декількох банків клітин та процесу на кожному етапі зазвичай включає в себе три етапи. У першу групу клітин, званий грубий контур, більшість з мінеральної бути плавали відновлюється, і це концентрат потім мілини в чисті схеми, щоб зробити більш чистий продукт. Раковина фракції зі стадії чорнової відправляється на сміттяра замикання і подальшого частина поплавця повернувся разом з раковиною фракції з прибиральників, щоб roughers, щоб уникнути втрати цінних мінералів.

Флотація заводу.
Рис. 3. Wemco 160 см 3 клітин в флотації завод в Escondida, Чилі, найбільший мідний рудник у світі. Робоче колесо двигуна видно на верхній частині; піна шар знаходиться всередині клітини. (Надано Minera Escondida.)
Флотація є одним з ключових технологічних установок у відновленні більшості країн світу мідь, свинець, молібден, нікель, елементи платинової групи, срібла і цинку, а також у лікуванні деяких золотих і олов'яних руд. І те, що аспект електрохімічної флотації? Взаємодія органічних колектор з поверхнею мінеральних сульфідів відбувається при корозії типу механізм, в якому анодного окислення реакції надає органічних колектора до поверхні мінералу і електрони передаються мінеральних цією реакцією, повертаються до вирішення фази відновлення кисню. Звідси випливає, такого ж типу як це робить механізм окислення руд говорилося вище.

Мало того, що процес флотації дозволяє цінних сульфідних мінералів, концентрується від марної мінералів жильного, які складають руди матриці, але і дозволяє різним сульфідних мінералів бути відокремлені один від одного. Наприклад, Broken Hill руда містить сульфід свинцю (галеніт) і сульфіду цинку (сфалерит). На першій стадії флотації, галеніту виявляється гідрофобні ("вода відмови") з органічними колектора, таких як ксантогената, в той час сфалерита утримується з плаваючою додаванням сульфату цинку, яке здає на зберігання гідрофільних ("вологолюбна"), змочування шар на її поверхні. Хімікати, використовувані, щоб перешкодити флотації мінеральних, таких, як сульфат цинку в цьому випадку, як відомо, в промисловості як депресантів. На другій стадії флотації, мідний купорос додається і це з'єднання є активатором. Він вступає в реакцію з поверхнею сфалерита включити атоми міді та цинку витісняти атоми. Тепер поверхні мінералу може взаємодіяти з колектором молекул в процесі електрохімічної говорилося вище, щоб зробити його гідрофобних і бути включені в піну шар, залишивши позаду в раковину фракція оксиди, карбонати, силікати і ін Срібний сульфідних мінералів в руді слідувати привести потік сульфідних і сульфід кадмію наступним цинку. Срібло та кадмій відокремлені від свинцю і цинку, відповідно, в подальших процесах видобутку металу. Розбите хв Хілл містять 6% свинцю і 10% цинку і флотаційних концентратів руд на два потоки, свинцевого концентрату, що містить 70% свинцю і цинкового концентрату, що містить 50% цинку. Ці концентрати був відправляється в свинцево-цинкових заводів, відповідно.

Іншим прикладом є обробка руд, що містять сульфіди міді (мідний блиск) і міді сульфід заліза (халькопірит), разом з дисульфідом молібдену (молібденіт). Звичайна практика полягає плавати як мідь і молібден корисних копалин у першому етапі, в результаті чого сульфідів заліза та інших корисних копалин жильного позаду. Потім концентрат вирушає на другий схеми флотації та гідросульфіду натрію додається пригнічують халькопірит, видаливши колектора від його поверхні і молібденіту плавав один, який використовує той факт, що цей мінерал є природним гідрофобними. Мідні руди звичайно містять від 0,5% до 2% міді і флотації збільшує цей вище 30%. Флотаційного концентрату містить достатню кількість міді, щоб він був придатний для плавки для відновлення металу. Срібло, золото і метали платинової групи присутні в мідних руд міді слідувати в обох схеми флотації і завод, і відновлюються у фіналі, електрорафінірованія стадії. Електрорафінірованія обговорюється в заключному розділі.

Флотація також використовується для поділу міді та нікелю сульфідів і відокремити їх від сульфідів заліза і жильні мінерали. Кобальт сульфіди з'являються в нікелевий концентрат кобальту і згодом відновлений.

Флотація пройшла шлях від лікування простого руди на все більш складні, які були виявлені сьогодні. Більш селективні колектори використовуються і целюлозно хімії доводять до досягнення оптимального розподілу і відновлення. Приміром, трьох металів в міді / свинцю / цинкових руд може бути плавав на три концентрати, кожен з яких містить один з металів.

Процес флотації іноді також використовується в лікуванні відходів електрохімічних.

Добувна металургія

Сульфідів металів флотаційних концентратів можна трактувати декількома способами. До них відноситься використання пирометаллургии або плавки за високої температури, в процесі якої сірки в металі сульфіду окислених з повітрям або киснем в діоксид сірки, а також розплавленого металу проводиться. Діоксиду сірки повинно бути захоплені для якості повітря, причини і перетворюється на сірчану кислоту. Лікування сульфідної флотації мінеральних концентратів також може проводитися з використанням гідрометалургії, в яких процес сульфідів металів розчиняється (вилужені) в водному розчині. Деякі процеси включають в себе як плавки і вилуговування кроків. Так воно є, наприклад, в цинковій обробки сульфіду. Цинкового концентрату спочатку смажені випустити діоксиду сірки та оксиду цинку формі, а потім останнього з'єднання розчиняють в сірчаної кислоти і метал витягується електролізом. Відновлення цинк шляхом електролізу представлена в розділі електролізу.

Екстракції розчинником.
Рис. 4. Ілюстрація SX / EW спосіб добування міді кучного вилуговування. (Надано Ситек промисловості, постачальників хімічних речовин в гірничодобувній промисловості).
Екологічні обмеження на викиди сірки газ при виплавці операцій, а також обмежений ринок для сірчаної кислоти, привело до пошуку гідрометалургійного маршрути з сульфідних мінералів до металів. У 1950 році Шеррітт-Гордон аміаку тиск процесу вилуговування нікелю була введена. У цьому процесі флотації нікелевих сульфідних концентратів відреагував під тиском киснем разом з аміаком, який допомагає полегшити розчинення, утворюючи розчинні нікель-аміачної комплексу іонів. Як і флотації, розчинення корозії типу процесу, в якому анодного окислення сульфідних перекладу електронів в останніх мінеральних і ці електрони повертаються на рішення шляхом катодного відновлення кисню. Нікель витягають з розчину в Шеррітт-Гордон процес або шляхом електролізу або скорочення з газоподібним воднем. Останній процес теж є електрохімічна один, і потребує додаванні дрібних частинок нікелю в якості насіння. Водень анодно окислюється до іонів водню на нікелі насіння і дає електрони металу. Ці електрони не будуть використані в катодного відновлення іонів нікелю в формі металевого нікелю, яке здає на насінні частинок. Нікелю частинки видаляються, коли вони досягають потрібного розміру.

Успіх нікелю гідрометалургійний процес призвів до досліджень на аналогічні методи для відновлення інших металів. Шеррітт-Гордон тиск вилуговування процедури для лікування цинкових сульфідних концентратів була введена в 1981 році; сульфіду цинку окислюється киснем в сульфатних розчинів у формі сульфату цинку і сірки. Цинк витягують електроліз, як і в спекотне вилуговування процес вже описаний.

Вилуговування міді з руди була зосереджена в основному на типи окисленої руди. Більшість руд оксиду міді не піддаються сучасних методів флотації і не настільки багаті, для прямої плавки. Отже, перемога міді з цих руд повинно включати гідрометалургійних методів. Більшість окислених мінералів міді легко розчиняються в сірчаній кислоті, так що вилуговування порівняно просто. Концентрований, чистий розчин сульфату міді підходить для електролізу проводиться з вихідного розчину вилуговування шляхом вибіркового перекладу міді іонів в органічній фази процесу, відомого як екстракції розчинником і повернення їх знову, щоб водній фазі. Комплексоутворюючих агентів, розчинених в органічному розчиннику, такому як низько тиск парів гасу і цей етап тісно дисперговані у водний розчин вилуговування в змішувач / поселенців (див. малюнок 4). Мідь вибірково комплекси з реагентом і переводиться в органічну фазу. Мідь заміщає водень в складних і іони водню, отже, передається у водну фазу. Дві фази дозволило виділити в розділ поселенців, а потім водним розчином кислоти, називається рафінат, повертають в рудний вилуговування. Завантажених органічну фазу направлений другий змішувач / поселенців, де він вступає в реакцію з сильними водний розчин сірчаної кислоти. Тут, мідь обмінюється на іони водню і передаються в другій водної фази, з якої метал ефективно витягнуті з допомогою електролізу. Загальний процес розчинення, екстракції розчинником і електрохімічного відомий як SX / EW. Мідь електролізу обговорюється в розділі електролізу.

Змішані оксид міді і сульфідних руд виносяться наступні же стадії процесу як на малюнку 4. Крім того, деякі сульфідних руд, які є занадто худий для лікування методом флотації також вилужених у відвалах або звалища. Відновлення металів з сульфідів, таким чином використовується бактеріями або природним чином присутні чи інокулювати в матеріал. Мікроорганізмів допомоги окислення нерозчинних сульфідів металів у розчинні сульфати металів. Комерційне застосування бактерій для прискорення сульфіду вилуговування під контролем є відносно новим поняттям. Бактерії не, звичайно, чекати людині використовувати їх діяльності. Наявність міді в шахтних дренажних повідомив на початку часів Римської імперії було, без сумніву, результатом бактеріального вилуговування. Лікування шахтних вод для відновлення розчиненої міді був застосований ще в 1670 в Ріо-Тінто в Іспанії і в 19 столітті в США.

У майбутнє

Швидкість вилуговування сульфідів в сірчану кислоту засоби масової інформації значно менше, ніж у оксидів, але втручання бактерій прискорює процес. Бактеріальне вилуговування в даний час розробляється працювати набагато ефективніше, ніж відбувається природним шляхом. Ефективне бактерій в сульфідних вилуговування включають ТИо'асШіз еггоохШапз, ТИо'асШіз ШоохШапз і Leptospirillum еггоохШапз. Змішані культури цих бактерій розчинення сульфідів металів більш ефективно, ніж чисті культури (тобто культур, що містять тільки один вид бактерій).

Бактерій не змінюють електрохімії процесу вилуговування, а швидше каталізатором індивідуальних реакцій. Наприклад, кисень проходить через осередок мікроорганізм і зводиться в осередку матриці. Електронів випущений в цьому катодного процесу передаються через осередок цитохромів і через клітинну стінку, щоб окисляти двічі заряджених заліза катіонів у розчині в три рази заряджені катіони заліза. Потрійний стягується заліза потім хімічно атаки сульфідів металів і перетворює їх в розчинених іонів металу. Іони водню споживається відновлення кисню підтримувати високий рН у міжклітинний простір, щоб бактерії функціонувати в той час як проживають в сильній кислотою середовищі (рН 1-3). Переносу електрона реакцій за участю заліза і кисню забезпечує бактерію з енергією, необхідної для життя. Дією бактерій підтримувати потрійний стягується заліза концентрації в розчині на більш високому рівні, ніж в існуючих в стерильних умовах і, отже, швидкість вилуговування сульфідів посилюється. Вищезазначені бактерії окислюють сірку до сульфатів і це також може прискорити вилуговування через видалення інгібують поверхневих шарів. Таким чином, нерозчинні сульфіди металів окислюються до розчинні сульфати металів.

Біохімічні вилуговування тепер добре відомих комерційних спосіб обробки золотовмісних руд, в яких золото укладено в сульфідних мінералів. Біохімічні окислення сульфідних мінералів релізи золота і дозволяє йому бути витравлюють хімічних речовин, що використовуються в звичайних вилуговування золота.

Біохімічні процеси, що розробляються для лікування міді, нікелю і кобальту сульфідних руд і як очікується, стануть основним методом для відновлення цих металів в майбутньому. Мета полягає в кінцевому рахунку замінити плавки процесів, які генерують діоксиду сірки.

Кінцева вперед у відновленні металів із сульфідних руд є ліквідація гірничих етапу і вилуговування рудного тіла, де вона в землі. Для цього буде потрібно насосних підземних вилуговування розчином і накачування відреагував розчин, що містить розчинений цінних видів металу. Такі на місці вилуговування вже практикується в комерційних цілях у урану і міді. Найкращі результати були отримані при відновленні металів з руди залишкового в шахтах, в яких високоякісної руди добувається з гірських виробок з забезпечити доступ рішення руди. Основна проблема з новим рудних тіл у порушення руди підземним, щоб зробити його доступним для вирішення вилуговування, не маючи фізичного доступу до неї.

Електроліз

Метали можуть бути відновлені з розчину електролізом, процес, який відомий у видобувній промисловості, як металургія електролізу. Коли два електроди поміщаються в розчин, що містить метал іонів і електричний струм проходить між ними, метал може бути зберігання на негативному електроді. У відновлення більшості металів, кисень виділяється з води на позитивному електроді. Електроліту і щільності струму, як правило, вибрали, що дає щільний, компактний електролітичне, і добавки, включені в електроліт для подальшого поліпшення якості продукції (практиці також використовуються в гальванічних ).

Великомасштабні електролізу міді був розроблений в період з 1912 по 1915 рік в одному з найбільших в світі мідних рудників, що у Chuquicamata в Чилі. Електроліз стала ексклюзивним вибором для добування міді наступні вилуговування оксиду або сульфідних руд та екстракції розчинником. SX / EW вироблено понад 3,3 млн. тонн міді в 2009 році, що становить 21% від загального обсягу виробництва міді світі.

У типовій електролізу або електрорафінірованія операції, електролітичних осередків прямокутної танків і кожна містить 20-50 негативних електродів і така ж кількість спрацьовувань. Додатковий позитивний електрод потрібно в кожній клітині, щоб забезпечити покриття відбувається з обох сторін кожного негативним. Електроди призначені для відпочинку на шинах, які постачають електроенергією; ці знаходяться за межами верхньої частини кожного танка, по одному для негативів, а інший для спрацьовувань. Таким чином, пари електродів в кожному баку працюють в паралельному. У tankhouse, є кілька систему практичних секцій з банками групи елементів, з'єднаних в серію і паралельно для отримання оптимального використання електроенергії походить від випрямлячів, зберігаючи при цьому напруга на землю в будь-якій точці на рівні, який не становити небезпеку для персоналу.

В міді електролізом, позитивний, кисню розвивається, електроди, як правило, зроблені з свинцевих сплавів кальцію аналогічні тим, які використовуються для сіток у свинцево-кислотних акумуляторів. Традиційні негативних електродів для електролізу міді були тонкі мідні листи стартер зроблені покриттям міді на титан або електродів з нержавіючої сталі. Мідь потім видаляються з субстрату і вставляється в електролізер і міді, обложених з розчину зазвичай містять концентрації від 25 до 60 грам / літр ( г / л ), мідь у вигляді сульфату міді і від 50 до 180 г / сірчаної л кислоти, відбулася в 50 до 60oC (122-140oF). Невеликі кількості гидроколлоид такі як гуарова камідь, включені в електроліт, оскільки це сприяє формуванню щільних електролітичне. Як правило, поточні еквівалентній щільності струму від 300 / м 2 передається між кожною парою позитивних і негативних електродів, що дає напруга клітинки з ~ 2,0 V і енергії споживання становить ~ 2,0 кВт * год / кг.

У електролізері, наприклад, в електроліз або рафінування, негативний електрод катодом і позитивним електродом є анодом. Отже electrowon або electrorefined, мідь відома як катодного міді.

Завдяки сучасним досягненням в міді електролізом включають в себе використання багаторазових електродів з нержавіючої сталі для заміни мідних аркушів стартер. Ця технологія була створена в процесі Іса, а потім в процесі Кідд Крик. На додаток до зниження потреби в робочій силі, це дозволяє щільність струму повинна бути збільшена на 10%. Після електролізу, міді видаляються з нержавіючої сталі у спеціальних автоматах.

У типовій промислової установки електролізу міді, там будуть тисячі пар електродів в експлуатацію разом. У сучасних системах, вставка негативного електрода заготовок, видалення завантажених електродів і передачі зачистки повністю автоматизовані.

Цинк електроліз.
Рис. 5. Цинк електролізу цинку на Teck Cominco заводу в Trail, Британська Колумбія, Канада. У верхній частині клітини приведені виявлення безлічі електродів. Над клітини, навантажені електроди бути зібраним. (© Teck Cominco Метали ТОВ Відтворюється з дозволу.)
Як вже зазначалося вище, цинку електролізом з розчину сульфату цинку є звичайним заключний етап у відновленні цинку з сульфідних флотаційних концентратів. Електролізу був введений в другому десятилітті ХХ сторіччя, щоб замінити дистиляції. Як і мідь, цинк осідає на негативний електрод, а кисень виділяється, отриманий з води, на позитивному електроді. Електроліту зазвичай містить від 55 до 70 г / л цинку, сульфат цинку і 150 до 200 г / л сірчаної кислоти і проходить в 35 до 38oC (95-100oF). Маленький, контрольовані кількості клею і сурми додають в електроліт, щоб допомогти сформувати гладку депозиту. Щільності струму від 400 до 800 / м 2 працює, й це дає напругу клітинки з ~ 3,5 V і електричну енергію споживання ~ 3,3 кВт * год / кг. Сумарна реакція перетворює водний сульфат цинку металевого цинку і сірчаної кислоти. Кислоти, потім повертається в стадії вилуговування, де оксид цинку не розчиниться. Позитивні електроди в цинковій електролізу зроблені з свинцевих сплавів срібла; виділення кисню сприяє на цих сплавів та свинцю розчинення, який буде забруднювати цинку продукту, можна уникнути. Понад 80% в 2009 році світ виробництво цинку в 11 млн. тонн було вироблено електроліз.

Цинк, в принципі, важче, ніж мідь electrowin тому цинку лежить значно вище водню в ряду напруг, у той час як мідь знаходиться нижче. Отже, виділення водню з кислих розчину сульфату цинку енергетично вигідно по цинку осадження. Так вийшло, що виділення водню на поверхні цинку є дуже повільним процесом (це відбувається при високому перенапруженні ) і, отже, цинку може бути електроосадження з кислих розчинів. Але домішки металу іонів в розчині може пластини, як добре, якщо вони нижчі цинку в серії електрохімічної. До них відносяться сурма, миш'як, кобальт, мідь, германій, і нікелю. Мало того, що ці елементи забруднюють цинку продукт, якщо вони присутні в значних кількостях, але й вони можуть сприяти катодного виділення водню на негативному електродах і, отже, зменшуються по струму з електролізу для нанесення цинку. Це означає, що рішення має бути очищено до електролізу. Очищення рішення досягається додаванням цинкового пилу. Цинк буде витісняти елементи нижче його у серію електрохімічних і видалення домішок, ефект електролізу ефективності. Ці цементації або металевим переміщення, реакції також відбуватися шляхом електрохімічного процесу. Анодного розчинення цинку віддає електрони в цинкових частинок і вони використовуються в пов'язаних катодного реакції, які осадження (і видалення) елементів-домішок з розчину.

Кадмій металу проводиться в очищенні цинку електролізу електроліту розчиняють в розчині сірчаної кислоти і electrowon в процес, аналогічний тому, що для цинку.

Близько 60% світового виробництва нікелю 2009 в розмірі 1,4 млн. тонн була отримана з сульфідних руд, але постійно зростає частка надходить з інших руд (наприклад, латерити, в яких нікель присутній у окси-гідроксиду або силікатною матриці). Дійсно, більше 70% світових запасів нікелю латеритні. Латерити, як правило, вилужені розпустити нікелю. Витяги нікелю з розчину після вилуговування будь-якого типу нікелевих руд, може бути досягнуто шляхом водневого відновлення, про що говорилося вище, або шляхом електролізу. Outokumpu використовує останні технології в Фінляндії. Нікель осідає з розчинів сульфату нікелю (~ 60 грам / літр нікелю), що містять сульфат натрію і борної кислоти для поліпшення депозиту. Остання добавка регулює рН до ~ 3,5.Метал осідає на 65oC (149oF) на нікель стартер листів і кисню виділяється на привести позитивні електроди. Нікель також electrowon у формі, придатній для використання в якості розчинних позитивні електроди в нікелевих гальванічних.

Близько 70% кобальту світу 2009 виробництва 62000 тонн був також вилучені з допомогою електролізу в процес, аналогічний тому, що для нікелю.

Електрорафінірованія

Мідь електрорафінірованія.
Рис. 6. Міді Xstrata електрорафінірованія tankhouse на мідні заводи в Таунсвілл, Квінсленд, Австралія, яка розробила і використовує технологію ISA ПРОЦЕСУ. На знімку вгорі клітини і безліч електродів. Негативи найбільш помітних; між кожним можна побачити виступи на кінцях спрацьовувань. Кран маніпулювання електродів автоматизований. (З люб'язного дозволу міді Xstrata.)
Електрорафінірованія є електролітичний процес, який включає анодно розчиненні металу в позитивному електроді в осередку і одночасно повторної здачі того самого металу на негативному електроді. Перші патенти на метал електрорафінірованія були для міді і були надані в 1865 році. Перше успішне Завод був побудований в Пембрі, Уельсі в 1869 році і за цим пішло в 1876 році завод Norddeutsche в Гамбурзі, Німеччина, яка все ще працює сьогодні і є найбільшим мідним заводом у Європі. Перший комерційну експлуатацію в США був побудований в Ньюарку, штат Нью-Джерсі в 1883 році. Завод Ньюарк проводиться 2-3 тонн електролітичної міді на день протягом першого року. Це контрастує з електрорафінірованія потенціалу на Chuquicamata в Чилі в 2009 році більше 2300 тонн на добу.

Електрорафінірованія є заключним етапом у процесі плавки для добування міді з сульфідних руд, і цей процес доводиться майже 80% світового виробництва міді на 16 млн. тонн в 2009 році. Металургійний виробляє чорнову мідь, що містить близько 99% міді і це electrorefined для катодного мідь, що має чистоту близько 99,99% міді. Позитивні електроди для електрорафінірованія осередку відлиті з блістерної виробництва плавки сульфіду міді флотаційних концентратів, і важать від 300 до 380 кг ; негативних електродів такі ж, як у міді електролізом обговорювалися в попередньому розділі. Електроліт містить 40 г / міді л у вигляді сульфату міді і від 150 до 200 г / л сірчаної кислоти та переробки елементи працюють при температурі ~ 60 ° C (~ 140oF). Невелика кількість клею, тіосечовини і хлориду додають в електроліт; ці сполуки адсорбуються на поверхні міді і допомогти сформувати щільний електролітичне. Щільність струму ~ 200 / м 2 передається між негативними і позитивними електродами і усе веде до осередку напруга близько 0,28 V. Електричної енергії в споживанні міді електрорафінірованія осередок ~ 0,25 кВтг / кг.

Електрорафінірованія є успішною, тому що металічні домішки, які є більш шляхетним, ніж мідь, тобто нижче в серії електрохімічні, не вводьте електроліту, коли мідь розчиняється на позитивному електроді. Ці домішки включають дорогоцінні метали - срібло, золото і метали платинової групи - які відновлюються шляхом опрацювання осаду, який падає на дно клітки. Так як домішки, які роблять ввести електроліту менше шляхетним, ніж мідь, тобто вище міді в серії електрохімічних, не депозит на негативному електроді. Деякі метали, наприклад, нікелю, накопичуються в електроліті і добуваються в окремий етап.

Електрорафінірованія міді великої операції. Наприклад, середні НПЗ міді виробництва 500 тонн металу в день потреби 0,2 км2 (кілометр = тисячі метрів ) від загальної площі електрода. Це відповідає приблизно 50 тисяч позитивних і негативних електродів 50000 припинена приблизно 1500 танків займають загальною площею близько 6000 м2.

Ведучий електрорафінірованія.
Рис. 7. Ведучий електрорафінірованія на завод Teck Cominco в Trail, Британська Колумбія, Канада. (© Teck Cominco Метали ТОВ Відтворюється з дозволу.)
Свинець також очищають електрорафінірованія використанням процесу Беттс піонером Комінко на своєму заводі в Trail, Британська Колумбія, Канада в 1902 році. Свинець від заводу плавиться і кидають у плитах, які діють як позитивні електроди. Рафінованого свинцю буде кинута в тонкі листи стартер для негативного електрода, на якому свинець зберігання. Електроліту використовується ~ 90 г / л hydrofluorosilicic кислоти, що містить ~ 70 г / л призводить в якості ведучого hydrofluorosilicate і працює на 30 до 40 ° C (86-104oF). Клей і лігнін сульфонати включені в електроліті, щоб допомогти сформувати гладку депозиту. Щільності струму від 160 до 200 А / м 2 використовується, і це дає напругу осередку 0,35 до 0,65 В. споживання енергії складає ~ 0,13 кВт * год / кг. Переробка свинцю здійснюється також у сульфамідних ЗМІ. У 2009 році світове виробництво свинцю 4,0 млн. тонн з видобутої руди і ще 4,8 млн тонн з вторинних (вторсировини) джерел. Близько 12% виробленого в світі свинцю electrorefined.

Нікель також може бути очищений електрорафінірованія; цей процес конкурує з карбонільних процес, який експлуатує волатильності карбонила нікелю.

Срібний переробку, яка здійснюється після поділу цього металу в міді і свинцю плавки, особливо цікаво. Хоча мета в інших металів електрорафінірованія процесів для виробництва масивних, щільних продуктів, з сріблом, добре, деревоподібні дендрити формуються свідомо. Це досягається за рахунок покриття металу на підкладку, наприклад, з нержавіючої сталі або вуглецю з електроліту, який не комплексі з сріблом, обшивки зі спокою електроліту без включення домішок, що сприяють гладкою депозитів, і працює на високій щільності струму. Срібло дендрити формуються на негативний електроди можуть бути легко зібрані, так як вони не надають сильно поверхні електрода. Електроліту зазвичай містить 150 г / л срібла як нітрат срібла та азотної кислоти, щоб рН 1-1,5. Клітка працює на ~ 35oC (~ 95oF) і щільність струму ~ 400 В / м 2. Позитивні електроди лита срібна основі шламів утворена в електрорафінірованія з міді або свинцю. Electrorefined метал містить від 99,9% і 99,99% срібла. Анодних шламів від переробки срібла подальшій обробці для відновлення металів золота і платинової групи.

Статті за темою

Виробництво алюмінію
Розподілу щільності струму в електрохімічних комірок
Гальванопокриття
Метал порошків електролізом

Для інших промислових електролітичних процесів см.:

Розсіл електролізу
Промислові органічних

Бібліографія

Списки електрохімії книг, глав огляду, і обсяги виробництва, також доступні в науці і технології електрохімії інформаційних ресурсів (ESTIR). (Http: / / electrochem.cwru.edu / estir /)

Published (Last edited): 23-08-2011 , source: http://electrochem.cwru.edu/encycl/art-m02-metals.htm