(1 Проголосовало)

 

Электролитический метод рафинирования меди

Рафинирование меди – это технология её поэтапной очистки от примесей других металлов и металлоидов.

В природе самородная элементарная медь существует в форме пластин, древовидных сростков (дендритов) или глыб. Однако таких месторождений этого металла далеко недостаточно для покрытия мировой потребности в нём.

В то же время во многих материалах медь присутствует в химически связанном состоянии. Медные руды, такие как медный колчедан (халькопирит) или медный блеск (халькозин), перерабатываются в процессе обогащения в черновую медь со степенью чистоты не выше 97 %. Однако такой уровень недостаточен для многих областей применения меди. В частности, для электронной промышленности необходима высокочистая медь.

Технология рафинирования меди включает в себя 2 метода и одновременно этапа очистки.

1. Пирометаллургический метод рафинирования

При пирометаллургическом (огневом) методе рафинирования производится продувка воздухом расплава черновой меди с добавлением шлакообразующих добавок. При этом происходит окисление примесей определённых металлов, содержащихся в черновой меди. Оксиды цинка, свинца, мышьяка или сурьмы испаряются, а оксиды олова, железа, кобальта или никеля переходят в шлак. В результате этого получается медь огневого рафинирования со степенью чистоты 99 %.

2. Электролитический метод рафинирования

При электролитическом рафинировании используются медные пластины-аноды толщиной 3 см, которые погружаются в раствор сульфата меди (II), подкисленный разбавленной серной кислотой. При этом в качестве катода служат тонкие листы из чистой меди. Электролиз протекает в больших ваннах с множеством параллельно включенных пластин-анодов.

При подаче напряжения величиной от 0,2 до 0,4 вольт медь огневого рафинирования и все химически более активные металлы, содержащиеся в аноде, окисляются с образованием катионов (Cu2+, Zn2+), которые переходят в раствор.

В то же время менее активные металлы, такие как серебро, платина или золото, обладающие более положительным по сравнению с медью нормальным потенциалом, не окисляются и не растворяются. Они осаждаются на дне электролизёра в виде анодного шлама, который представляет собой ценное сырьё для получения драгоценных металлов и металлоидов, таких как селен и теллур. При этом на катоде выделяется чистая медь со степенью чистоты около 99,95 %, в то время как ионы более активных металлов остаются в растворе.

Уравнения химических реакций

Окисление на аноде:  Cu (неочищенная) → Cu2+ + 2 e

Восстановление на катоде:  Cu2+ + 2 e → Cu (чистая)

Общая реакция:  Cu (неочищенная) → Cu (чистая)

Одновременно с этим на аноде происходит разложение воды (реакция a). Выделяющийся при этом кислород окисляет медь уже на электроде до оксида меди (II) (реакция b):

a) 2 H2O → 4 H+ + O2 + 4 e

b) 2 Cu + O2 → 2 CuO

Добавленная серная кислота преобразует нерастворимый оксид меди (II) в растворимый сульфат меди (II). Только в результате этого ионы приобретают способность перехода в раствор.

Для получения 1 тонны чистой меди требуется 250 кВтч электроэнергии. Для полного растворения пластин из меди огневого рафинирования может потребоваться несколько месяцев.

Медь является ценным сырьём, поддающимся регенерации путём вторичной переработки. Благодаря этому, 80 процентов меди, добытой за всю историю металлургии, до сих пор находится в обращении.

Электролитическое рафинирование также подходит для очистки других металлов, таких как цинк, олово или хром. Для этой цели рафинируемые металлы погружаются в подвешенном состоянии в раствор соответствующего сульфата.