Как сделать медный купорос электролизом
Воспроизвести в лабораторных условиях процесс регенерации отработанного электролита электролитического рафинирования меди с получением медного купороса.
КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ
Электролитическое рафинирование меди является заключительной стадией переработки медных руд и концентратов на катодную медь.
В процессе электролиза электролит загрязняется примесями и обогащается медью. Накопление меди происходит главным образом за счет того, что анодный выход по току меди больше катодного выхода вследствие образования на аноде некоторого количества ионов Си + . Обогащению электролита медью способствует также химическое растворение в нем катодной и анодной меди и содержащихся в анодах ее оксидов.
Для предупреждения накопления примесей и удаления избытка меди электролит подвергают обновлению (регенерации). Для регенерации часть электролита выводят из ванн. Количество выводимого электролита рассчитывают по предельно допустимой концентрации ведущей примеси, накопление которой идет наиболее быстро. Обычно такой примесью является никель, реже мышьяк.
Вывод электролита на регенерацию практически осуществляется во время организации его обязательной непрерывной циркуляции в электролитных ваннах. Помимо частичного обновления электролита, циркуляция должна обеспечивать выравнивание его состава в межэлектродном пространстве. Это обеспечивает получение качественных катодных осадков и снижение расхода электроэнергии. Циркуляция должна обеспечивать смену всего электролита за 3 . 4 ч.
Регенерацию электролита с целью его обезмеживания можно проводить несколькими способами. В настоящее время распространено выделение меди электролизом с нерастворимыми (свинцовыми) анодами.
При электролитическом способе медь осаждается из раствора на катоде, а на свинцовых анодах выделяется кислород:
В результате этих двух реакций раствор обедняется медью и обогащается свободной серной кислотой. После частичного обеднения медью такой электролит можно возвратить в основной электролиз. Осаждение меди электролизом с нерастворимыми анодами характеризуется повышенным расходом электроэнергии на 1т меди (до 3000 . 3500 кВт * ч) вследствие высокого напряжения на ванне, которое составляет 2. 2,5 В и слагается из потенциалов образования меди и кислорода из ионов. Этот способ прост, но дорог.
На многих заводах регенерацию электролита совмещают с получением медного купороса. По этому способу отобранный раствор нейтрализуют в присутствии воздуха анодным скрапом или специально приготовленными гранулами меди. В результате протекания реакции
раствор обогащается медью и обедняется серной кислотой.
Затем полученный раствор упаривают и направляют в кристаллизаторы, где при охлаждении из него выделяются кристаллы медного купороса
(CuS04 * 5Н20). Для интенсификации процесс получения медного купороса проводят в вакуумных кристаллизаторах.
Кристаллизацию медного купороса проводят в три стадии. Раствор после третьей стадии процесса, содержащий 50. 60 г/л Си, подвергают электролитическому обезмеживанию в ваннах с нерастворимыми анодами. В результате электролиза получают рыхлый катодный осадок меди, загрязненный мышьяком и сурьмой, который отправляют на медеплавильные заводы, и раствор, содержащий ~ 1 г/л Си.
При электролитическом осаждении из растворов, содержащих менее 10. 12 г/л Си, может выделяться очень ядовитый газ - мышьяковистый водород (AsH3).
Обезмеженный раствор отправляют на получение никелевого купороса кристаллизацией выпариванием. Остаточный раствор после выделения никеля, содержащий серную кислоту, возвращают в электролизный цех для приготовления свежего электролита.
3. ОБОРУДОВАНИЕ, ТЕХНИЧЕСКИЕ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ СРЕДСТВА:
В лабораторных условиях регенерация электролита электролитического рафинирования меди проводится на установке с электрическим подогревом и регулируемой вертикальной мешалкой. Нагрузка на ванну измеряется амперметром и вольтметром.
Схема установки представлена на рис. 6.
Рис 6.Установка с вертикальной мешалкой.
1 – плитка нагревательная; 2 - корпус ванны; 3 - мешалка; 4 - электродвигатель.
ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ
Установка для получения медного купороса из отработанного электролита представлена на рисунке 6. На регулируемую нагревательную плитку 1 устанавливается ванна (колба) 2 в которую помещается выщелачиваемый материал и вода для выщелачивания. Раствор перемешивается с помощью мешалки 3. Мешалка приводится в движение двигателем 4 с регулятором частоты вращения.
ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ
1. Приготовить 0,2 литра исходного раствора сульфата меди с концентрацией 200 г/л CuSO4.
2. Поместить раствор сульфата меди в термостойкую колбу с делениями и объемом 500 мл.
3. Установить колбу на нагревательную плитку, установить резиновую пробку с термометром и отводящей трубкой.
4. Подключить отводящую трубку к вакуумной системе и, проверив работу вакуумной системы, включить нагревательную плитку. Отрегулировать нагрев плитки так, чтобы температура раствора не превышала 80 о С.
5. Выпарку произвести до остатка 0,1 л раствора.
6. Откючить нагревательную плитку, разобрать вакуумную систему, перевести колбу на охлаждение водой.
7. По окончании осаждения кристаллов медного купороса осадок отфильтровать через обесзоленный бумажный фильтр. Отфильтрованный твердый осадок высушить в сушильной печи при температуре 90 0 С в течении 0,5 часа, охладить и взвесить. Результат записать в таблицу 9.
Таблица 9. Результаты экспериментов по получению медного купороса при регенерации электролита рафинирования меди.
| Температура, о С | Время, ч | Объем раствора, мл | Вес медного купороса, г |
| до | после |
ПРИМЕР РАСЧЕТА
Предположим, что электролитическое рафинирование меди производится в лабораторных условиях в ванне емкостью 0,5 л и электролитом с концентрацией 50 г/л Cu. Размеры катода 100 х 150 мм, плотность тока 200 А/м 2 . Продолжительность электролиза 45 минут.
В медном купоросе (CuSO4*5H2O) содержание меди 25,45 %. Для приготовления электролита необходимо в 0,5 л воды растворить 0,5 л * 50 г/л : 0,2545 = 98,22 г медного купороса.
Полученный медный купорос весит 40 г. Выход составит 40,0 г / 98,22 г * 100 % = 40,72 %.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Цель процесса регенерации отработанного электролита.
2. Химизм процесса регенерации отработанного электролита.
3. Примеси, лимитирующие состав электролита.
4. Причины многостадийности процесса регенерации электролита.
5. Способ очистки электролита от мышьяка.
6. Способ очистки электролита от никеля.
7. Температурный режим упаривания и кристаллизации медного купороса.
8. Оценка процесса получения медного купороса.
8. ЗАДАНИЕ:Рассчитать количество медного купороса для образования электролита. Провести в лабораторных условиях двухстадийный процесс регенерации электролита с получением медного купороса. Определить выход медного купороса. Обработать результаты.
Помогите пожалуйста решить уравнение реакций по Химии (8 класс) Задание 1. Напишите уравнения реакций оснований с кислотами LiOH + H3PO4 -> Ba(OH)2 + H … NO3 -> Fe(OH)2 + HCl -> Задание 2. Какие основания реагируют с кислотными оксидами? Напишите уравнения возможных реакций. а) NaOH + SO3 -> б) Cu(OH)2 + SiO2-> в) Fe(OH)3 + CO2 -> г) Ca(OH)2 + CO2 -> д) KOH + SiO2 -> е) NaOH + P2O5 ->
Вычислить объем этилена, полученного из глюкозы массой 800 г, содержащей 10% примесей, если выход = 70%С условием протекания реакции
В кювету из органического стекла налит водный раствор медного купороса. В кювету опускают два угольных электрода - анод и катод. Цепь замыкают, начиная пропускать ток через электролит. Начинается процесс электролиза. В водном растворе медного купороса имеются ионы противоположных знаков - ионы меди и ионы кислотного остатка. Ионы кислотного остатка, заряженные отрицательно, движутся к аноду, а положительно заряженные ионы меди движутся по направлению к катоду. На катоде происходит выделение чистой меди, так как, подойдя к катоду, ионы меди забирают электроны с катода и осаждаются на нём в виде нейтральных атомов меди. Если изменить полярность электродов, то медь начнёт осаждаться на другом электроде, а первый электрод, наоборот, очистится от меди.
Мы продемонстрируем вам явление электролиза на следующей установке. В кювету из органического стекла налит водный раствор медного купороса. В эту кювету мы опускаем два угольных электрода. Правый электрод подсоединен к положительному полюсу источника тока - выпрямителя. Это анод. Левый электрод подсоединен к отрицательному полюсу источнику тока - это катод.
Включим выпрямитель, замкнем цепь и начнем пропускать ток через электролит.
Начался электролиз. В растворе медного купороса в воде имеются ионы противоположных знаков - это ионы меди и ионы кислотного остатка. Отрицательно заряженные ионы кислотного остатка движутся по направлению к аноду, а положительные ионы меди движутся по направлению к катоду, и на катоде происходит выделение меди. Подойдя к катоду, атомы меди забирают электроны с катода и осаждаются на катоде в виде нейтральных атомов меди.
Выключим выпрямитель, разомкнем цепь и посмотрим на электроды. Анод по-прежнему черный (уголь), а на катоде мы видим слой меди, осадилась электролитическая медь.
Погрузим снова электроды в раствор и поменяем полярность электродов. Для этого переключим цепь следующим образом: левый электрод я сейчас подсоединяю к плюсу, а правый электрод - к минусу источника тока.
И вновь начнем пропускать ток через электролит. Теперь ионы меди движутся к правому электроду, он сейчас является катодом, и осаждаются на правом электроде. Ионы кислотного остатка движутся сейчас к левому электроду, и, подойдя к левому электроду (этот электрод сейчас является анодом), отрицательно заряженные ионы кислотного остатка вступают во взаимодействие с той медью, которая раньше осадилась на этом электроде. Они вступают во взаимодействие с атомами меди и образуют молекулы медного купороса CuSO4. И эти молекулы медного купороса переходят в раствор, а левый электрод при этом, анод, очищается от той меди, которая раньше осадилась на этом электроде.
Таким образом, сейчас при прохождении тока через этот электролит, с одной стороны, идет осаждение меди на правом электроде, а с другой стороны, левый электрод при этом должен постепенно очищаться.
Некоторое время еще подождем, чтобы степень очистки левого электрода была достаточно высокой, и посмотрим на электроды.
Я выключаю цепь. Вот посмотрите на правый электрод, теперь на нем осадилась медь, а левый электрод очистился от меди, он теперь черный.
Столкнулся с проблемой электролиза. Нужно контакты медью покрыть.
Способ на первый взгляд прост - в воде разводим медный купорос, добавляем немного электролита аккумулятора, к медному электроду подключаем +, а к контакту, который нужно покрыть медью - (минус). И через пару минут получаем рыжие наросты меди на контакте.
НО! Не всё так хорошо, как хотелось бы! После выше описанной процедуры мы замечаем, что эта "нарощенная" медь достаточно просто сковыривается любым предметом (я воспользовался пальцем:)).
Вот тут и начинаются вопросы:
1) Как сделать так, чтобы медь не сковыривалась так просто, а "вращивалась" в контакт? Может что-то нужно добавить в раствор электролита?
2) Каким вольтажом лучше пользоваться? Что тут играет роль - больше вольт или ампер?
3) Может быть, медь не на все металлы наращивается? С какими она не работает?
Ребята, надеюсь на помощь. Спасибо.
Добавленно 13:28 - 11 Янв., 2004.
Электролиз - НАРАЩИВАЕМ МЕДЬ
Электролиз - НАРАЩИВАЕМ МЕДЬ
Вобще то, чем ты занялся, называеться гальваностегией.
Задай поиск по гальваностегии и много полезного найдеш. (Можешь попробовать поискать гальванопластику, почти то же самое).
А качество покрытия зависит от многого, плотность раствора, плотность тока через деталь, качественноя подготовка детали к покрытию, температура.
:online:
Электролиз - НАРАЩИВАЕМ МЕДЬ
Mazdun[q]температура. [/q] А при какой температуре лучше этим страдать?:)
Добавленно 8:13 - 12 Янв., 2004.
Кстати, как бы сделать так, чтобы мягкий (В8) карандаш рисовал на стекле? Чем бы его так натереть.. Может, клеем пройтись легонько, а рисовать графитом и наращивать уже поверх клея?
А то царапанье стекла особых результатов не дало :idontnow:
Электролиз - НАРАЩИВАЕМ МЕДЬ
Вот как вариант, наращиваешь медь на концах оборваной нити, а потом отсутствующий кусок допаиваешь медной проволочкой, к покрытым медью концам должно хорошо паяться. А клеем и графитом тоже можно попробовать.
:online:
Электролиз - НАРАЩИВАЕМ МЕДЬ
Mazdun[q]А клеем и графитом тоже можно попробовать. [/q] Протестировал сегодня вечером на баночке стеклянной. Использовал ё@$%й суперклей за 2 грн. Циянопан.. или как там его.. В общем, для твёрдых поверхностей.. Да, по нему графит рисует.. Только вот нечаянно клей мне на руку вылился.. полтора часа ходил с вдвумя склеенными пальцами.. Пробовал уже всё.. и растворители, и очистку для карба.. И кипяток с солью.. Только после ювелирной работы с лезвием пальцы удалось разлепить Верней, разрезать.. Сколько дней он будет слазить с пальцев - не знаю.. Но в машине ну его в баню использовать - приклеюсь ещё к багажнику
Ищу другие клеи..
Добавленно 16:23 - 12 Янв., 2004.
Ктстаи, а что касается посеребрения - как посеребрить? Замедить-замедили, а терь бы засеребрить да зазолотить.. Какой тогда состав вместо купороса использовать?
Электролиз - НАРАЩИВАЕМ МЕДЬ
Читайте также: