Teoretyczne podstawy rafinacji metali

Nasza ocena:

3
Pobrań: 483
Wyświetleń: 1176
Komentarze: 0
Notatek.pl

Pobierz ten dokument za darmo

Podgląd dokumentu
Teoretyczne podstawy rafinacji metali - strona 1 Teoretyczne podstawy rafinacji metali - strona 2 Teoretyczne podstawy rafinacji metali - strona 3

Fragment notatki:


  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)

Zaloguj się, aby dodać komentarz