Электролитическое рафинирование меди: состав, формулы и реакции

Электролитическое рафинирование меди: состав, формулы и реакции

Рафинирование меди – это процесс очистки металла посредством электролиза. Очистка электролизом представляет собой самый простой способ достижения чистоты 99,999 % в меди. Электролиз улучшает качество меди как электрического проводника. Электрооборудование часто содержит электролитическую медь.

Что это такое?

Рафинирование меди или электролиз использует анод, который содержит нечистую медь. Она возникает из-за концентрации руды. Катод состоит из чистого металла (титана или нержавеющей стали). Раствор электролита состоит из сульфата. Поэтому можно утверждать, что рафинирование меди и электролиз – это одно и то же. Электрический ток заставляет ионы меди из анодов поступать в раствор и осаждаться на катод. При этом примеси либо отходят, либо образуют осадок, либо остаются в растворе. Катод становится больше, чем чистая медь, а анод сжимается.

В электролитических ячейках используется внешний источник постоянного тока для реагирования на реакции, которые иначе не были бы спонтанными. Электролитические реакции используются для очистки пластинчатых металлов на многих типах субстратов.

Использование электролитического процесса для очистки металла (рафинирование меди, электролиз металла):

  1. Поскольку примеси могут значительно снизить проводимость медных проволок, необходимо очистить загрязненную медь. Одним из способов очистки является электролиз.
  2. Когда в качестве анода при электролизе водного препарата сульфата меди используется полоса из нечистой металлической меди, окисляется медь. Окисление ее протекает проще, чем окисление воды. Поэтому металлическая медь растворяется в растворе в виде ионов меди, оставляя за собой многие примеси (менее активные металлы).
  3. Ионы меди, образованные на аноде, мигрируют к катоду, где они легче восстанавливаются, чем вода и металлические «пластины» на катоде.

Необходимо пропускать достаточный ток между электродами, иначе в противном случае возникнет не спонтанная реакция. Тщательно регулируя электрический потенциал, металлические примеси, которые достаточно активны для окисления меди на аноде, вещества не уменьшаются на катоде, а металл избирательно осаждается.

Важно! Не все металлы восстанавливаются или окисляются легче, чем вода. Если это так, сначала произойдет электрохимическая реакция, требующая наименьшего потенциала. Например, если бы мы использовали электроды, как анод, так и катод, металлический потенциал был бы окислен на аноде, но тогда вода будет уменьшаться на катоде, а ионы алюминия останутся в растворе.

Чтобы создать электролиз, нужно использовать следующий способ рафинирования меди:

  1. Налейте раствор медного сульфата в стакан.
  2. Поместите два графитовых стержня в раствор сульфата меди.
  3. Присоедините один электрод к отрицательной клемме питания постоянного тока, а другой – к положительной клемме.
  4. Полностью заполните две маленькие пробирки раствором сульфата меди и поместите пробку на каждый электрод.
  5. Включите источник питания и проверьте, что происходит на каждом электроде.
  6. Испытайте любой газ, произведенный с пылающей шиной.
  7. Запишите свои наблюдения и результаты ваших тестов.

Результаты должны быть такими:

  • Появляются бурые или розовые твердые формы в растворе.
  • Есть пузыри.
  • Пузыри должны быть бесцветными.
  • Вещество газообразной формы.

Все результаты записываются, после чего газ гасится шиной. Также существует иной способ очистить металл от примесей и сторонней грязи – это огневое рафинирование меди. Как это происходит, расскажем позже, а сейчас представим другие варианты рафинирования металла.

Способы рафинирования меди – как еще могут происходить химические зачистки нужных металлов?

Рафинирование черновой меди

Поскольку электролиз – это воздействие сульфатов и тока, что же такое электролитический способ получения чистой продукции? Совершенно разные вещи, хотя похожи в звучании названий. Однако электрическое рафинирование меди заключается в использовании кислот. Можно сказать, что это окисление металла, но не совсем.

Чистая продукция важна для изготовления электрического провода, поскольку электропроводность меди снижается за счет примесей. Эти примеси включают такие ценные металлы, как:

  • серебро,
  • золото;
  • платина.

Когда они удаляются электролизом и восстанавливаются тем же путем, электроэнергии затрачивается столько, сколько бы хватило на расход электрического питания для снабжения десятков домов. Очищенный компонент позволяет сэкономить энергию, обеспечивая за меньшее время расхода энергии еще больше жилых домов.

При электролитическом рафинировании нечистый состав изготавливается из анода в электролитной ванне из сульфата меди – CuSO4 и серной кислоты H2SO4. Катод представляет собой лист очень чистой меди. По мере пропускания тока через раствор положительные ионы меди, Cu2+ притягиваются к катоду, где они берут на себя электроны и осаждаются, как нейтральные атомы, тем самым создавая на катоде все больше и больше чистого металла. Между тем, атомы в аноде отдают электроны и растворяются в растворе электролита в виде ионов. Но примеси в аноде не идут в раствор, потому что атомы серебра, золота и платины не так легко окисляются (превращаются в положительные ионы), как медь. Таким образом, серебро, золото и платина просто падают с анода на дно резервуара, где их можно очистить.

Способ рафинирования меди

Но есть и электролитическое рафинирование меди, когда используются резервуары:

  1. Электролитические очистные резервуары – это отдельный цех в промышленном производстве. Анодные пластины подвешены «ручками» в резервуаре для очистки электролитической меди. Чистые медные катодные листы, подвешенные на сплошных стержнях, вставляются в один и тот же резервуар, один лист между каждым анодом. Когда электрический ток пропускается от анодов через электролит к катодам, медь из анодов перемещается в раствор и высаживается на лист стартера. Примеси из анодов оседают на дно резервуара.
  2. Литьевая машина с медными анодами (плитами). Он будет плавно превращаться в анодные пластины в пресс-формы. После предварительной обработки происходит удаление олова, свинца, железа, алюминия. Далее начинает заряжаться медный материал в печь, за которым следует процесс плавки.
  3. Когда примеси удаляются, следует удаление шлака и фаза восстановления с помощью природного газа. Снижение направлено на удаление свободного кислорода. После восстановления процесс заканчивается литьем, когда конечный продукт отливают в виде медных анодов. Такая же машина может использоваться для литья этих анодов во время переработки компонентов или для переработки анодов для металлолома на электролизном медеплавильном заводе.
  4. Чистые катодные листы. Модифицирующие аноды, извлеченные из рафинирующей печи, превращаются в электролитическую медь с чистотой 99,99 % в процессе электролиза. Во время электролиза ионы меди оставляют нечистый медный анод и, поскольку они являются положительными, мигрируют в катод.

Время от времени чистый металл соскабливается с катода. Примеси из медного анода, такие как золото, серебро, платина и олово, собираются на дне раствора электролита, осаждаются как анодная слизь. Этот процесс и называется электролитическим получением и рафинированием меди.