Цементация меди. Определение влияния крупности порошка, его избытка, температуры и других факторов цементационного процесса на его киретику

Министерство образования Российской Федерации

Санкт-Петербургский государственный горный институт

им. Г.В. Плеханова   (технический университет)

Кафедра металлургии цветных металлов

Металлургия тяжелых металлов

Отчет по лабораторной работе

«Цементация меди»

Проверил:

Смирнов Ю.М.

Выполнил:

Мельник К.И.

Старичков И.В.

Ларионов С.С.

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

2005

            Цель работы: определить влиянте крупности порошка, его избытка, температуры и других факторов цементационнго процесса на его киретику.

                Общие сведения:

       В вытекающем  из ванн при электрохимическом рафирировании никеля грязном электролите (анолите) содержаться такие примеси, как медь (0,5-0,8 г/дм³), железо (0,2-0,5 г/дм³) и кобальт (0,2-0,3 г/дм³). Электролит, подаваемый в катодные ячейки (католит), должен содержать необходимое количество этих примесей (1-3 мг/дм³ меди, 0,5-1,0 мг/дм³ железа и 10-20 мг/дм³ кобальта). Поэтому необходима очистка анолита от меди, железа и кобальта.

      Важнейшие требования, предъявляемые к способам очистки рикелевого электролита, следующие:

1)  необходимая степень удаления примесей с практически приемлемой скоростью;

2)  восполнение убыли никеля в электролите, обусловленной выделением на катодах большого количества никеля, чем растворяется его из чернового металла анодов (при растворении анодов вместе с никелем в раствор переходят и примесиБ тогда как н катоде выделяется чистый никель);

3)  возможность ликвидации загрязнения электролита посторонними вредными веществами;

4)  простота аппаратуры;

5)  недефицитность применяемых реагентов и экономичность операци.

        Применяемые в настоящее время в промышленных условиях методы очистки анолита от примесей в значительной мере удовлетворяют  перечисленным требованиям.

        Медь из раствора удаляют методом цементации, основанном на вытеснении из раствора более электроположительного метала менее электроположительным. В качестве цементирующего металла используют активный никелевый порошок:

                                  CuSO₄+Ni    NiSO₄+Cu     

        В общем виде процесс цементации может быть представлен следующим образом:

                                                                     (1)

где Me₁-примесь металла в электролите; Ме₂-более электроотрицательный  металл, чем примесь; z₁ и z₂ –коэффициенты, выравнивающие уравнение.

       С точки зрения термодинамики возможность процесса цементации определяется величиной изменения изобарного потенциала реакции  Если <0, реакция может самостоятельно протекать в правую сторону. Это произойдет, если вытесняющий металл Ме₂ обладает более отрицательным электрохимическим потенциалом, чем вытесненный Ме₁. Этот процесс будет идти до тех пор, пока не наступит равновесие.

        Следовательно, если цементация не сопровождается образованием сплава или химического соединения, то условие равновесия описывается уравнением

                                                                   (2)

  где  - стандартные потенциалы вытесняемого и вытесняющего металлов, В;  R- газовая постоянная, R=8,31 В*Кл/(К*моль); Т-температура, К; F- постоянная  Фарадея, 96500 Кл; -активности ионов вытесняемого и вытесняющего металлов в растворе, моль/л.

         Из уравнения (2) легко рассчитать равновесное отношение активностей ионов вытесняемого и вытесняющего металлов в растворе в равновесном состоянии

                                                                                     (3)

       Расчет по уравнению (3) показывает, что для температуры 25⁰ С (298 К)

                                  

т. е. Степень очистки никелевого электролита от меди должна быть очень высокой.

             Схема процесса цементации:

           Исходные данные:

 V_р-р=600 мл

 С_Сu = 0,6 г/л

 V_{Cu в р-ре}=0,36 л

          Основные расчетные формулы:

  Степень цементации

 ,    где

  С₀ и С –концентрация меди соответственно в исходном растворе и в момент отбора пробы, г/дм³.

  Константа скорости реакции

 

        Результаты наблюдений и расчетов процесса очистки никелевого электролита от

меди методом цементации:

       Пример расчета (для 90 мин):

 

График зависимости  от 

 

  График зависимости    от   :