Получение медного купороса электролизом

1.2 Получение медного купороса электролизом

При проведении электролиза с растворимым медным анодом в растворе любой соли щелочного металла получающаяся на аноде медная соль, реагируя с образующейся на катоде щелочью, дает гидроокись меди с одновременной регенерацией электролита.

Можно получать электролизом и непосредственно раствор медного купороса, осуществляя процесс в ванне, в которой анод, находящийся на дне ванны, состоит из спрессованных или сплавленных обрезков меди. Через полый катод, помещенный сверху, подается серная кислота. Движением раствора от катода к аноду не допускается нежелательное в данном случае осаждение меди на катоде.

При проведении электролиза с растворимым медным анодом в растворе сульфата натрия в ванне с диафрагмой можно одновременно получать медный купорос и едкий натр. Особый интерес это может представить при применении ртутного катода с получением из образовавшейся амальгамы натрия концентрированной щелочи. Анодная жидкость, кроме медного купороса, будет содержать сульфат натрия, однако медный купорос и сульфат натрия могут быть легко отделены друг от друга (как известно, трудность разделения серной кислоты и сульфата натрия является одним из сложных вопросов в проблеме электролиза сульфата натрия). Таким образом, этот способ позволяет получать щелочь и медный купорос без затраты кислоты.

1.3 Получение медного купороса при окислении меди хлорной медью

Этот метод основан на образовании хлористой меди из хлорной и металлической меди:

Cu + CuCl₂ = 2 CuCl (11)

(Хлористую медь получают также хлорированием цементной меди в растворе поваренной соли). Хлористую медь окисляют воздухом с образованием оксихлорида меди:

6 CuCl +1,5 O₂ + 3 H₂O = 3 [Cu(OH)₂ ∙ CuCl₂] (12)

Оксихлорид растворяют в серной кислоте, в результате чего образуется раствор сульфата меди и регенерируется хлорная медь:

3 [Cu(OH)₂ ∙ CuCl₂] + 3 H₂SO₄ = 3 CuSO₄ + 3 CuCl₂ + 6 H₂O (13)

Получение оксихлорида меди осуществляют в бетонном баке, куда загружают медь и заливают раствор хлорной меди. После этого продувают массу воздухом, пока вся металлическая медь не перейдет в нерастворимый оксихлорид. После отстаивания и декантации пульпу растворяют при нагревании в серной кислоте. Приточный раствор возвращают в процесс.

1.4 Производство медного купороса из окиси меди

До распространения способа получения медного купороса из медного лома в натравочных башнях медный лом предварительно окисляли в печах в окись меди, которую затем перерабатывали в медный купорос.

В настоящее время медный лом перерабатывают в медный купорос только методом «натравки», а производство медного купороса растворением окиси меди в серной кислоте базируется на окиси меди, получаемой из полупродуктов и отходов медеплавильных заводов.

1.4.1 Получение окиси меди из белого матта

Белый матт образуется при извлечении меди из сульфидных руд в результате дальнейшей переработки штейна, состоящего из сульфидов меди и железа и получающегося после первой плавки сырья с отделением пустой породы. При добавке к штейну кварца и продувке воздухом сульфид железа окисляется и переходит в силикат. После удаления шлака остается полусернистая медь, имеющая в изломе серебристый белый цвет, поэтому ее называют белым металлом или белым маттом.

Белый матт получается в виде плит толщиной 6 – 8 см. Он содержит, кроме Cu₂S, до 10 % металлической меди и 0,5 – 3 % железа; общее содержание меди 75 – 78 %. Он служит для получения черновой, а затем рафинированной меди.

Для переработки на медный купорос белый матт измельчают и подвергают обжигу в печах, с целью окисления сульфида в окись меди. Для обжига используют печи разных конструкций. Разрез одной из них показан на рис. 1. Печь имеет четыре пода, из которых два неподвижны, а два, находящиеся между ними, вращаются вокруг предполагаемой вертикальной оси, совпадающей с осью печи. Все металлические части печи вынесены наружу. Подвижные поды 2 опираются на ролики и опоясаны зубчатыми кольцами, с помощью которых приводятся во вращение. Поды выложены в форме пологих сводов из кислотоупорного кирпича. В каждый свод при кладке печи вставляются гребки 3, расположенные таким образом, что при вращении подвижных подов материал перемещается по сводам от периферии к центру или в обратном направлении и пересыпается со свода на свод.

Разогрев печи производится топочным или генераторным газом, поступающим под нижний свод печи. Наиболее распространены печи с диаметром 4,5 м. Производительность печи составляет 6 – 7 т обожженного матта в сутки при продолжительности пребывания материала в печи 10 – 12 ч. Обжиг белого матта ведут с добавкой 1,75 – 2 % угля, обеспечивающего снижение температуры воспламенения сульфида меди, что ускоряет его окисление. Для предотвращения спекания в шихту добавляют до 15 % измельченного «нагара». (Нагар – комочки спекшегося, плохо обожженного белого матта, отделяемые при просеивании обожженного матта). Температурный режим в печи устанавливается за счет тепла, выделяющегося при горении белого матта и угля. Обычно температуру поддерживают в следующих пределах: 670 – 700⁰С на первом поде (сверху), 740 – 760⁰С на втором, 650 – 675⁰С на третьем и 450 – 475⁰С на четвертом.

При обжиге белый матт превращается в окись меди по реакции:

Cu₂S + 2 O₂ = 2 СuO + SO₂ (14)

Небольшая доля сернистого газа, в связи с присутствием в белом матте железа, каталитически окисляется до SO₃, который сульфатизирует окись меди. Поэтому в продукте обжига белого матта, помимо основного компонента – окиси меди, а также остатков сульфида, содержится некоторое количество CuSO₄. С учетом этого общая реакция окисления белого матта может быть записана так:

2 Cu₂S + 4,5 O₂ = 2 СuO + SO₂ + СuO ∙ CuSO₄ (15)

При недостатке кислорода или при плохом перемешивании может образоваться некоторое количество закиси меди:

2 Cu₂S + 3 O₂ = 2 Cu₂O + SO₂ (16)

Закись меди растворяется в серной кислоте хуже, чем окись, поэтому наличие ее в обожженном матте (огарке) нежелательно. Обожженный продукт содержит 87 – 90 % СuO и 8 – 10 % Cu₂S или 70 – 72 % Cu и 2 – 2,5 % S. В нем несколько меньше меди, чем в исходном белом матте, что объясняется загрязнением продукта нагаром и золой угля. Основная масса серы уходит из обжиговой печи в виде сернистого газа, содержащего 1,5 – 2 % SO₂, 0,5 – 1 % CO₂, 15 – 17 % О₂, имеющего температуру 250 – 300⁰С.

Растворение окиси меди в серной кислоте

Продукт обжига белого матта, огарок – окись меди – просеивают для отделения спекшихся комочков – «нагара» и продают в варочный чан для растворения в серной кислоте рис. 2. Отсеянный «нагар» после измельчения возвращают в печь, добавляя его к идущему на обжиг белому матту. Варочный чан изготавливают из андезитовых плит с внутренней свинцовой футеровкой. Используют также чаны из нержавеющей стали, выложенные кислотоупорным кирпичом и футерованные внутри листовым свинцом толщиной 5 мм.

Вначале в чан загружают маточный раствор, содержащий 28 % сульфата меди, а затем серную кислоту до получения раствора с концентрацией 15 – 20 % H₂SO₄. Массу подогревают до кипения острым паром, подаваемым через опущенные в раствор свинцовые трубы. В кипящий раствор загружают огарок небольшими порциями в течение 30 – 40 минут при перемешивании массы острым паром. Растворение ведут до образования раствора, содержащего 43 % CuSO₄ и 3-4 % H₂SO₄.

Окись меди легко растворяется в серной кислоте. Содержащиеся в огарке металлическая медь и неокислившийся белый матт (Cu₂S) практически не растворяются в серной кислоте и образуют нерастворимый шлам. В шлам частично переходит и плохо растворяющаяся в серной кислоте закись меди. По окончании варки отстоявшийся раствор направляют на кристаллизацию. В зависимости от качества обжига белого матта очистку реакционного чана от шлама производят или после каждой варки, или после 3 – 4 варок. В сухом веществе шлама содержится ~ 50 % меди, а также некоторые количества золота и серебра, зависящие от содержания их в исходной руде. Этот шлам возвращают для переработки на медеплавильные заводы.

Похожие работы

Усовершенствование системы водоподготовки производства этил-бензол-стирола

Скачать

120192

12

14

... 14,2 16,0 11 Сульфаты, мг/дм3 56 49 61 48 60 57 12 Микробиологический тест, кол./мл - - - - - - 13 Скорость коррозии, мм/год 0,10 0,16 0,17 0,09 0,12 0,15 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ   3.1. Усовершенствование метода водоподготовки производства этилбензол-стирола реагентами фирмы «Nalco» Вода является основным охлаждающим агентом, используемым во всех отраслях ...

Научные основы школьного курса химии. методика изучения растворов

Скачать

99671

6

0

... ходом процесса. Через 3 минуты внесите в одну из пробирок раствор хлорида натрия. Что вы наблюдаете? Проведите анализ опытов а) и б).   Глава 2. Методика изучения растворов. Теория растворов – одна из ведущих теорий курса химии. Причины важности темы кроется не только в том, что она имеет большое практическое значение, но и прежде всего ...

Комплексный анализ деятельности ОАО "Родники-Текстиль"

Скачать

111716

22

14

... 145 761 138 892 162 142 169 012 дек.05 169 012 147 915 166 203 187 300 2. МАРКЕТИНГОВАЯ, ПРЕДПРИНИМАТЕЛЬСКАЯ И КОММЕРЧЕСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ОАО «РОДНИКИ - ТЕКСТИЛЬ»   2.1 Анализ конкурентов Конкуренция - состязательность хозяйствующих субъектов, когда их самостоятельные действия эффективно ограничивают возможность каждого из них односторонне воздействовать на общие условия обращения ...

Экспертиза рыб и рыбных продуктов. Химический анализ

Скачать

79510

2

0

... из темного стекла, закрывают корковой пробкой с хлоркальциевой трубкой и хранят в темном месте, так как на свету в нем образуются перекиси, вызывающие взрывы. ЭКСПЕРТИЗА РЫБЫ И РЫБНЫХ ПРОДУКТОВ Рыбу и рыбную продукцию принимают по количеству и качеству партиями. Партией считается определенное количество продукции одного наименования, способа обработки и сорта, одного предприятия-изготовителя, ...