To tylko jedna z 45 stron tej notatki. Zaloguj się aby zobaczyć ten dokument.
Zobacz
całą notatkę
1 1. Teoretyczne podstawy rafinacji metali. Metale otrzymywane w procesach metalurgicznych są zawsze zanieczyszczone domieszkami pochodzącymi z rud, topników, paliwa czy też z elektrolitów. Równocześnie metalom i stopom zawsze stawia się pewne wymagania co do ich właściwości, które z kolei są ściśle uzależnione od rodzaju i ilości zanieczyszczeń. Czyste metale znajdują coraz szersze zastosowanie w przemyśle i w nauce ze względu na ich specjalne właściwości fizyczne i chemiczne, których nie można uzyskać w obecności zanieczyszczeń. Znany jest ujemny wpływ zanieczyszczeń na odporność metali na korozję, przewodnictwo elektryczne, właściwości mechaniczne, itp. Szczególnie przemysł elektroniczny i technika jądrowa (ale nie tylko) zainteresowane są otrzymywaniem metali o wysokiej czystości, rzędu 99,999 – 99,9999 %. Wobec tych wyzwań daje się zauważyć stałe doskonalenie metod rafinowania metali, oczyszczając je zarówno z domieszek innych metali, jak i z wtrąceń niemetalicznych oraz gazów. Procesy rafinacji mają również na celu odzysk cennych domieszek. Wyróżnia się dwie zasadnicze grupy procesów rafinowania metali: procesy elektrochemiczne i pirometalurgiczne . Procesy elektrochemiczne przeprowadzane są w roztworach wodnych lub w roztworach soli stopionych i charakteryzują się tym, że anoda jest rozpuszczalna. Opierają się o procesy przechodzenia oczyszczanego metalu z zanieczyszczonej anody na katodę przy wykorzystaniu prądu elektrycznego. Zanieczyszczenia metalu anodowego pozostają na anodzie, przechodzą do elektrolitu bądź do szlamu. W procesach rafinacji ogniowej usuwanie domieszek sprowadza się do rozdziału pierwiastków lub ich związków między nie mieszające się fazy, przy czym utworzone układy mogą składać się np. z dwóch faz ciekłych (metal – żużel) lub też z różnych faz metalicznych, w których mogą występować fazy stałe, ciekłe i gazowe. W procesach rafinacji wykorzystuje się różnice we właściwościach fizycznych i chemicznych pomiędzy metalem podstawowym a jego domieszkami. Z tych względów można wyróżnić fizyczne i chemiczne metody rafinowania metali, choć częściej są to procesy kombinowane. Fizyczne metody rafinacji metali Do tej grupy metod zalicza się sposoby wykorzystujące
(…)
… o większym powinowactwie do tlenu niż ołów. Należą do nich: cynk, cyna, arsen i
antymon. Odpowiednie informacje dotyczące entalpii swobodnej tworzenia się tlenków metali (powinowactwo metali do tlenu)
zamieszczono na rys. 19.
23
PDF stworzony przez wersję demonstracyjną pdfFactory www.pdffactory.pl/
Rys. 19. Powinowactwo metali do tlenu.
0
PbO
-100
SnO2
o
∆G [kJ/mol O2]
-200
Sb2O3
-300
As2O3
-400
As2O3(g…
… wartości dla reakcji sumarycznych.
Uzyskane w takim przypadku wyniki zestawiono na rys. 24 (obliczenia wykonano dla dwóch stopni utlenienia antymonu oraz
założono, że arsen występuje na +5 stopniu utlenienia a cyna na +4).
32
PDF stworzony przez wersję demonstracyjną pdfFactory www.pdffactory.pl/
Rys. 24. Entalpia swobodna reakcji świeżenia domieszek solami
(opis w tekście).
0
Sb(III)
-500
Sb(V)
Sn
o
G…
… a w dalszej kolejności cyna i dopiero po niej antymon i
arsen; należy także uwzględniać w tym procesie bardzo dużą lotność tlenków arsenu (As2O3 i As4O6); przykładowe
informacje literaturowe pokazano na rys. 25.
3) rafinacja tlenem powoduje duże straty ołowiu do fazy zgarów tlenkowych z uwagi na zbliżone wartości entalpii
swobodnych utleniania ołowiu i metali domieszek oraz wysoką , bliską jedności aktywność ołowiu;
4) rafinacja solami powoduje, że jako pierwszy usuwany jest arsen a w dalszej kolejności cyna i antymon;
33
PDF stworzony przez wersję demonstracyjną pdfFactory www.pdffactory.pl/
5) wartości entalpii swobodnych dla reakcji usuwania antymonu, cynku i ołowiu są do siebie bardzo zbliżone i na tym etapie
procesu powstawać będą straty ołowiu do fazy zgarów.
Rys. 25. Kolejność i szybkość usuwania…
…. Mogą to być związki metali-domieszek z
7
PDF stworzony przez wersję demonstracyjną pdfFactory www.pdffactory.pl/
niemetalami (siarką lub tlenem) oraz mechaniczne wtrącenia materiałów ceramicznych, nie spalone cząstki koksu lub węgla i
inne.
Formy występowania danego zanieczyszczenia w ołowiu charakteryzują dość dobrze odpowiednie układy podwójne. Należy
jednakże mieć na uwadze fakt, że w rzeczywistości mamy…
… topnienia ołowiu (340 - 350 oC). Siarkę podaje się bezpośrednio w
postaci granulowanej lub pośrednio w postaci związanej jako galena z wysoką zawartością pirytu lub piryt z dużą zawartością
FeS2. Ogranicza to w znacznym stopniu straty siarki w procesie poprzez sublimację. Głównymi reakcjami zachodzącymi w
procesie są:
Pb + S = PbS
PbS + Cu = CuS + Pb
∆Go350 = -93.58 kJ
∆Go350 = +38.30 kJ
20
PDF stworzony…
... zobacz całą notatkę
Komentarze użytkowników (0)