Pemurnian tembaga secara elektrolitik: komposisi, formula, dan reaksi

2024 Pengarang: Howard Calhoun | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-02 13:57

Pemurnian tembaga adalah proses pemurnian logam melalui elektrolisis. Pembersihan elektrolisis adalah cara termudah untuk mencapai kemurnian 99,999% dalam tembaga. Elektrolisis meningkatkan kualitas tembaga sebagai konduktor listrik. Peralatan listrik seringkali mengandung tembaga elektrolit.

Apa ini?

Pemurnian atau elektrolisis tembaga menggunakan anoda yang mengandung tembaga tidak murni. Itu muncul dari konsentrasi bijih. Katoda terdiri dari logam murni (titanium atau stainless steel). Larutan elektrolit terdiri dari sulfat. Oleh karena itu, dapat dikatakan bahwa pemurnian tembaga dan elektrolisis adalah satu dan sama. Arus listrik menyebabkan ion tembaga dari anoda memasuki larutan dan mengendap di katoda. Dalam hal ini, kotoran baik meninggalkan, atau membentuk endapan, atau tetap dalam larutan. Katoda menjadi lebih besar dari tembaga murni dan anoda menyusut.

Sel elektrolit menggunakan sumber DC eksternal untuk merespons reaksi yang tidak spontan. Reaksi elektrolitdigunakan untuk membersihkan pelat logam pada berbagai jenis substrat.

Menggunakan proses elektrolisis untuk memurnikan logam (pemurnian tembaga, elektrolisis logam):

1. Karena kotoran dapat sangat mengurangi konduktivitas kabel tembaga, tembaga yang terkontaminasi perlu dibersihkan. Salah satu metode pembersihan adalah elektrolisis.
2. Ketika strip logam tembaga tidak murni digunakan sebagai anoda dalam elektrolisis larutan tembaga sulfat, tembaga teroksidasi. Oksidasinya berlangsung lebih mudah daripada oksidasi air. Oleh karena itu, logam tembaga larut dalam larutan dalam bentuk ion tembaga, meninggalkan banyak pengotor (logam kurang aktif).
3. Ion tembaga yang terbentuk di anoda bermigrasi ke katoda di mana mereka lebih mudah direduksi daripada "pelat" air dan logam di katoda.

Hal ini diperlukan untuk melewatkan arus yang cukup antara elektroda, jika tidak, reaksi non-spontan akan terjadi. Dengan mengatur potensial listrik secara hati-hati, pengotor logam yang cukup aktif untuk mengoksidasi tembaga di anoda, zat tidak berkurang di katoda, dan logam diendapkan secara selektif.

Penting! Tidak semua logam lebih mudah tereduksi atau teroksidasi daripada air. Jika demikian, reaksi elektrokimia yang membutuhkan potensial terendah akan terjadi terlebih dahulu. Misalnya, jika kita menggunakan elektroda, baik anoda maupun katoda, potensi logam akan teroksidasi di anoda, tetapi kemudian air akan berkurang di katoda dan ion aluminium akan tetap berada dalam larutan.

Untuk membuat elektrolisis, Anda perlu menggunakanmetode pemurnian tembaga berikut:

1. Tuangkan larutan tembaga sulfat ke dalam gelas.
2. Tempatkan dua batang grafit dalam larutan tembaga sulfat.
3. Sambungkan satu elektroda ke terminal daya DC negatif dan yang lainnya ke terminal positif.
4. Isi dua tabung kecil sepenuhnya dengan larutan tembaga sulfat dan letakkan sumbat pada setiap elektroda.
5. Nyalakan catu daya dan periksa apa yang terjadi di setiap elektroda.
6. Uji gas yang dihasilkan dengan ban yang menyala.
7. Catat pengamatan Anda dan hasil tes Anda.

Hasilnya akan terlihat seperti ini:

• Padatan coklat atau merah muda muncul dalam larutan.
• Ada gelembung.
• Gelembung seharusnya tidak berwarna.
• Suatu zat dalam bentuk gas.

Semua hasil dicatat, setelah itu gas dipadamkan oleh ban. Ada juga cara lain untuk membersihkan logam dari kotoran dan kotoran pihak ketiga - ini adalah pemurnian tembaga dengan api. Bagaimana ini terjadi, kami akan memberi tahu nanti, tetapi sekarang kami akan menyajikan opsi lain untuk menyempurnakan logam.

Metode pemurnian tembaga - bagaimana lagi pengupasan kimia dari logam yang diinginkan dapat dilakukan?

Karena elektrolisis adalah tindakan sulfat dan arus, apa metode elektrolitik untuk mendapatkan produk murni? Hal yang sama sekali berbeda, meski mirip dalam nama yang terdengar. Namun, pemurnian listrik tembaga didasarkan pada penggunaan asam. Kita dapat mengatakan bahwa ini adalah oksidasi logam, tetapi tidak sepenuhnya.

Produksi bersih penting untuk membuat kabel listrik, karena konduktivitas listrik tembaga berkurang oleh kotoran. Kotoran ini termasuk logam mulia seperti:

• perak,
• emas;
• platinum.

Ketika mereka dihilangkan dengan elektrolisis dan dipulihkan dengan cara yang sama, listrik dihabiskan sebanyak yang cukup untuk memasok listrik ke lusinan rumah. Komponen yang dimurnikan menghemat energi, memberi daya lebih banyak rumah dalam waktu yang lebih singkat.

Dalam pemurnian elektrolitik, komposisi tidak murni dibuat dari anoda dalam rendaman elektrolitik tembaga sulfat - CuSO₄ dan asam sulfat H_{2 SO 4}. Katoda adalah lembaran tembaga yang sangat murni. Saat arus dilewatkan melalui larutan, ion tembaga positif, Cu₂₊ tertarik ke katoda, di mana mereka mengambil elektron dan disimpan seperti atom netral, sehingga menciptakan lebih banyak logam murni di katoda. Sementara itu, atom-atom di anoda menyumbangkan elektron dan larut dalam larutan elektrolit sebagai ion. Tetapi pengotor di anoda tidak masuk ke larutan karena atom perak, emas, dan platinum tidak teroksidasi (menjadi ion positif) semudah tembaga. Dengan demikian, perak, emas, dan platinum jatuh begitu saja dari anoda ke dasar tangki, di mana mereka dapat dibersihkan.

Tetapi ada juga pemurnian elektrolitik tembaga ketika tangki digunakan:

1. Tangki pengolahan elektrolit adalahbengkel terpisah dalam produksi industri. Pelat anoda ditangguhkan oleh "pegangan" di tangki untuk membersihkan tembaga elektrolitik. Lembaran katoda tembaga murni yang tergantung pada batang padat dimasukkan ke dalam tangki yang sama, satu lembar di antara masing-masing anoda. Ketika arus listrik dilewatkan dari anoda melalui elektrolit ke katoda, tembaga dari anoda bergerak ke dalam larutan dan disimpan pada lembar starter. Kotoran dari anoda mengendap di dasar tangki.
2. Mesin cetak injeksi dengan anoda tembaga (pelat). Ini akan dengan lancar berubah menjadi pelat anoda dalam cetakan. Setelah pra-perawatan, timah, timah, besi, dan aluminium dihilangkan. Selanjutnya, bahan tembaga mulai dimasukkan ke dalam tungku, dilanjutkan dengan proses peleburan.
3. Saat pengotor dihilangkan, fase penghilangan terak dan reduksi dengan gas alam mengikuti. Pengurangan ini bertujuan untuk menghilangkan oksigen bebas. Setelah pemulihan, proses diakhiri dengan pengecoran, di mana produk akhir dicetak sebagai anoda tembaga. Mesin yang sama dapat digunakan untuk mentransmisikan anoda ini selama daur ulang komponen atau untuk mendaur ulang anoda untuk besi tua dalam peleburan tembaga elektrolisis.
4. Bersihkan lembaran katoda. Anoda pengubah yang diekstraksi dari tungku pemurnian diubah menjadi tembaga elektrolitik dengan kemurnian 99,99% melalui proses elektrolisis. Selama elektrolisis, ion tembaga meninggalkan anoda tembaga tidak murni dan, karena positif, bermigrasi ke katoda.

Dari waktu ke waktu logam murni dikikis dari katoda. pengotor anoda tembaga seperti emas,perak, platina dan timah berkumpul di dasar larutan elektrolit dan mengendap sebagai lendir anoda. Proses ini disebut produksi elektrolitik dan pemurnian tembaga.

Memperoleh fosil - jenis apa yang ada dan apakah semuanya diperlukan dalam praktik?

Cara membersihkan logam yang sedikit berbeda. Ada juga api dan pemurnian elektrolitik tembaga, ketika satu proses segera mengikuti yang lain. Tahap "pemisahan" yang penting menjadi konsentrasi atau konsentrasi. Setelah konsentrasi selesai, langkah selanjutnya dalam membuat produk jadi adalah pemurnian api tembaga.

Biasanya ini terjadi di dekat tambang, di pabrik pengolahan atau peleburan. Dengan pemurnian tembaga, bahan yang tidak diinginkan secara bertahap dihilangkan dan tembaga dipekatkan hingga kemurnian hingga 99,99% Grade A. Detail proses pemurnian bergantung pada jenis mineral yang terkait dengan logam tersebut. Bijih tembaga yang kaya sulfida diproses secara pirometalurgi.

Pemurnian & Pirometalurgi:

1. Dalam pyrometallurgy, konsentrat tembaga dikeringkan sebelum dipanaskan dalam tungku. Reaksi kimia yang terjadi selama proses pemanasan menyebabkan konsentrat terpisah menjadi dua lapisan bahan: lapisan matte dan lapisan terak. Lapisan matte di bawah mengandung tembaga, sedangkan lapisan terak di atas mengandung kotoran.
2. Terak dibuang dan lapisan matte dikembalikan dan dipindahkan ke bejana silindris yang disebut transduser. Berbagai bahan kimia ditambahkan ke konverter yang bereaksi dengan tembaga. Ini mengarah pada pembentukan tembaga yang dikonversi, yang disebut"lepuh". Setelah diendapkan, diekstraksi dan kemudian mengalami proses lain yang disebut pembersihan api.
3. Dalam scrubber api, udara dan gas alam dihembuskan untuk menghilangkan belerang dan oksigen yang tersisa, menyebabkan komposisi halus diproses menjadi katoda. Logam dilemparkan ke dalam anoda dan ditempatkan dalam elektroliser. Setelah pengisian, tembaga murni dikumpulkan di katoda dan dihilangkan sebagai produk murni 99%.

Pemurnian & Hidrometalurgi:

1. Dalam hidrometalurgi, konsentrat tembaga diproses melalui salah satu dari beberapa proses. Metode yang paling tidak umum adalah karburasi, di mana logam diendapkan ke besi tua dalam reaksi redoks.
2. Metode pemurnian yang lebih banyak digunakan adalah ekstraksi pelarut dan elektrolisis. Teknologi baru ini menyebar luas pada 1980-an, dan sekitar 20% tembaga dunia sekarang diproduksi dengan cara ini.
3. Ekstraksi pelarut dimulai dengan pelarut organik yang memisahkan logam dari pengotor dan bahan yang tidak diinginkan. Asam sulfat kemudian ditambahkan untuk memisahkan tembaga dari pelarut organik untuk membentuk larutan elektrolit.
4. Larutan ini kemudian mengalami proses elektrolisis yang hanya menempatkan tembaga dalam larutan di katoda. Katoda ini dapat dijual apa adanya, tetapi juga dapat dibuat menjadi batangan atau lembaran sumber untuk elektroliser lainnya.

Perusahaan pertambangan dapat menjual tembaga dalam bentuk konsentrat atau katoda. BagaimanaSeperti disebutkan di atas, konsentrat paling sering dimurnikan di tempat lain selain di lokasi tambang. Produsen konsentrat menjual bubuk konsentrat yang mengandung 24 hingga 40% tembaga ke pabrik peleburan dan penyulingan tembaga. Ketentuan penjualan unik untuk setiap smelter, tetapi secara umum smelter membayar penambang sekitar 96% dari biaya kandungan tembaga dalam konsentrat, dikurangi biaya pemrosesan dan biaya pemurnian.

Smelter umumnya mengenakan biaya tol, tetapi mereka juga dapat menjual logam olahan atas nama para penambang. Dengan demikian, seluruh risiko (dan imbalan) dari fluktuasi harga tembaga berada di pundak pengecer.

Pemurnian api - seberapa berbahayanya?

Pemurnian api terpanas bisa berbahaya, tetapi metode pemrosesan saat ini digunakan oleh sebagian besar pabrik industri. Secara terpisah, perlu dijelaskan tentang teknologi pemurnian tembaga melepuh.

Blister tembaga sudah hampir murni (lebih dari 99% tembaga). Tapi untuk pasar saat ini, ini tidak terlalu "bersih". Logam ini selanjutnya dimurnikan menggunakan elektrolisis. Dalam produksi industri, metode yang disebut pemurnian api dari tembaga melepuh digunakan. Tembaga tinta dilemparkan ke dalam lembaran besar untuk digunakan sebagai anoda di elektroliser. Pasca pemurnian elektrolitik menghasilkan logam kemurnian tinggi berkualitas tinggi yang dibutuhkan oleh industri.

Dalam industri, ini dilakukan dalam skala besar. Bahkan metode kimia terbaik tidak dapat menghilangkan semua kotoran dari tembaga, tetapi pemurnian elektrolitik dapat menghasilkan 99,99% tembaga murni.

1. Lepuhan anoda direndam dalam elektrolit yang mengandung tembaga sulfat dan asam sulfat.
2. Ada katoda bersih di antara mereka, dan arus lebih dari 200 A melewati larutan.

Dalam kondisi ini, atom tembaga larut dari anoda tidak murni untuk membentuk ion tembaga. Mereka bermigrasi ke katoda, di mana mereka disimpan kembali seperti atom tembaga murni.

• Pada anoda: Cu(s) → Cu₂ + (aq) + 2e^-.
• Pada katoda: Cu₂ + (aq) + 2e^{- → Cu(s).}

Saat sakelar ditutup, ion tembaga di anoda akan mulai bergerak melalui larutan menuju katoda. Atom tembaga telah melepaskan dua elektron untuk menjadi ion, dan elektronnya bebas bergerak dalam kabel. Menutup sakelar mendorong elektron searah jarum jam dan menyebabkan beberapa ion tembaga mengendap dalam larutan.

Pelat menolak ion dari anoda ke katoda. Pada saat yang sama, ia mendorong elektron bebas di sekitar kabel (elektron ini sudah didistribusikan melalui kabel). Elektron di katoda bergabung kembali dengan ion tembaga dari larutan, membentuk lapisan baru atom tembaga. Secara bertahap, anoda hancur, dan katoda tumbuh. Kotoran yang tidak larut dalam anoda jatuh ke dasar untuk mengendap. Produk bio yang berharga ini sedang dihapus.

Emas, perak, platinum, dan timah tidak larut dalam elektrolit ini dan karenanya tidak mengendap di katoda. Mereka membentuk "lumpur" berharga yang terakumulasi di bawah anoda.

Kotoran besi dan nikel terlarut dilarutkan dalam elektrolit, yang harus selalu dibersihkan untuk mencegah pengendapan berlebihan pada katoda, yang akan mengurangi kemurnian tembaga. Baru-baru ini, katoda baja tahan karat telah digantikan oleh katoda tembaga. Reaksi kimia yang sama terjadi. Secara berkala, katoda dihilangkan dan tembaga murni dimurnikan. Produksi elektrolitik dan pemurnian tembaga dalam kondisi ini cukup umum di pabrik pengolahan logam non-ferrous.

Pemurnian logam versi elektrokimia

Pembersihan api bisa disebut kimia, karena dalam proses ini terjadi reaksi kimia dengan zat dan kotoran lain. Di atas adalah contoh reaksi oksidatif. Semua jenis dan metode ekstraksi tembaga murni serupa, seperti pemurnian elektrokimia tembaga, di mana taktik yang sama digunakan, tetapi dalam urutan yang berbeda.

Elemen pembantu kimia menjadi produk sampingan itu sendiri:

• soda api
• Klorin.
• Hidrogen.

Ini adalah cara termurah untuk mendapatkan bahan baku yang mahal tanpa mengeluarkan uang untuk sistem penambangan komponen alternatif. Selain itu, logam berharga ditambang, yang komposisinya mulia dan berharga dalam penemuan industri peralatan listrik.

Tungku Tembaga – Industri Memasak Logam

Tungku Pemurnian Tembaga Tembaga dirancang khusus dan mampu memproses tembaga bekas menjadi logam cair dengan pengotor terkontrol. Ini dirancang untuk pemrosesan skrap pirometalurgiteknologi yang ekonomis dan ramah lingkungan. Teknologi utama yang diusulkan untuk produksi tembaga cair cocok untuk produksi batangan tembaga, strip, billet atau produk tembaga lainnya yang menggunakan bahan baku skrap (Cu> 92%).

Kapasitas sistem pembakaran dan pembersihan dihitung untuk siklus pembersihan (dari pengisian hingga pemulihan) selama 16-24 jam, tergantung pada jenis sisa. Tungku pemurnian tembaga memiliki desain dan fungsi khusus:

1. Badan tungku terbuat dari segmen baja dan struktur tipe penampang kaku.
2. Tungku dilapisi dengan bahan tahan api dari dalam.
3. Dilengkapi dengan stasiun hidrolik yang beroperasi dalam mode tungku miring dengan dua kecepatan: kecepatan mulur saat memiringkan untuk pengecoran dan kecepatan tinggi selama gerakan, yang tidak memerlukan banyak presisi.
4. Operasi dilakukan dengan menggunakan dua silinder hidrolik yang dipasang di bagian bawah tungku. Perangkat khusus mengembalikan oven ke posisi horizontal selama pemadaman listrik.
5. Penutup pemuatan material terletak di sisi oven. Itu ditutup oleh pintu yang digerakkan oleh silinder hidrolik.
6. Tungku dilengkapi dengan tombak yang didinginkan untuk operasi oksidasi dan reduksi tembaga.

Ada juga satu pembakar universal yang mengkonsumsi bahan bakar cair dan gas.

Pemurnian oksidatif dalam industri

Operasi oksidasi tembaga dilakukan setelah peleburan bahan baku selesai. Prosesnya dilakukan dengan menyuntikkan udara terkompresi ke dalam lelehan melalui tuyeres. Terak yang dihasilkan secara manual dikeluarkan dari permukaan lelehan menggunakan penggaruk khusus dan dibuang ke dalam wadah. Terak mengandung tembaga, pengotor, timbal, timah, dll. Proses reduksi harus dilakukan untuk menghilangkan oksigen dari lelehan dan mereduksi oksida tembaga. Operasi dilakukan dengan menginjeksikan gas alam ke dalam lelehan.

Dari tungku, gas buang dimasukkan ke dalam sistem pembersihan gas, melewati pengumpul debu, yang menangkap debu kasar. Kolektor dilengkapi dengan pipa ventilasi jika terjadi pelepasan gas darurat ke atmosfer. Tungku pembersih api beroperasi terus menerus. Siklus kerja proses teknologi meliputi:

• memuat bahan baku;
• oksidasi, slagging, reduksi;
• memuat logam halus.

Seluruh proses selanjutnya disebut pemurnian oksidatif tembaga. Tidak dapat dipisahkan dari proses pemurnian secara keseluruhan, karena merupakan bagian dari keseluruhan metode untuk menghasilkan logam murni. Setelah parameter yang diperlukan dihilangkan, leburan tembaga digunakan untuk proses teknologi selanjutnya.

Pemurnian iodida dari logam non-ferrous

Ion tembaga(II) mengoksidasi ion iodida menjadi iodin molekuler, dan dalam proses ini ion tersebut sendiri direduksi menjadi tembaga(I) iodida. Campuran campuran coklat asli dipisahkan menjadi endapan putih dari tembaga(I) iodida dalam larutan iodin. Gunakan reaksi ini untuk menentukan konsentrasi ion tembaga (II) dalam larutan. Jika Anda menambahkan volume larutan yang ditentukan ke dalam labu,mengandung ion tembaga (II), dan kemudian menambahkan larutan kalium iodida berlebih, Anda akan mendapatkan reaksi yang dijelaskan di atas.

2Cu₂⁺ + 4I^- → 2CuI (s) + I 2 _{(larutan air)}

Anda dapat menemukan jumlah yodium yang dilepaskan dengan titrasi dengan larutan natrium tiosulfat.

2S₂O₂^-3 (solusi) + I ₂ (solusi) → S₄O₂^-6 (larutan air) + 2I^{- (larutan air)}

Ketika larutan natrium tiosulfat dikeluarkan dari buret, warna iodin menghilang. Jika sudah hampir habis, tambahkan tepung kanji. Seluruh reaksi pemurnian tembaga iodida akan reversibel dengan yodium untuk menghasilkan kompleks pati-iodin biru tua yang lebih mudah dilihat.

Tambahkan beberapa tetes terakhir larutan natrium tiosulfat sampai warna biru hilang. Jika Anda menelusuri proporsi melalui dua persamaan, Anda akan menemukan bahwa untuk setiap 2 mol ion tembaga(II) yang seharusnya Anda mulai, Anda memerlukan 2 mol larutan natrium tiosulfat. Jika Anda mengetahui konsentrasi larutan natrium tiosulfat, mudah untuk menghitung konsentrasi ion tembaga (II). Hasil dari percobaan ini adalah untuk mendapatkan senyawa sederhana tembaga (I) dalam larutan.

Pengobatan fosfor

Pemurnian tembaga fosfor adalah tembaga keras terdeoksidasi fosfor, yang merupakan resin tujuan umum yang tahan lama. Ini dideoksidasi oleh fosfor tembaga, di mana sisa fosfor dipertahankan pada tingkat rendah (0,005-0,013%) untuk mencapai konduktivitas listrik yang baik. Ini memiliki konduktivitas termal yang baik dan sifat pengelasan dan penyolderan yang sangat baik. Oksida setelah pemurnian tembaga dengan cara ini, yang tersisa dalam resin tembaga padat, dihilangkan dengan fosfor, yang merupakan deoksidan yang paling umum digunakan.

Tabel menunjukkan performa yang berbeda dari tembaga anil (lunak) hingga keras.

Kekuatan tarik	220-385 N/mm2
Kekuatan Sobek	60-325 N/mm2
Panjang	55-4 %
Kekerasan (HV)	45-155
Konduktivitas listrik	90-98 %
Konduktivitas termal	350-365 W/cm

Rangka Drive menghubungkan kabel ke terminal listrik pada permukaan semikonduktor dan sirkuit skala besar pada perangkat listrik dan papan sirkuit cetak. Bahan dipilih untuk memenuhi persyaratan proses dan dapat diandalkan dalam pemasangan dan pengoperasian.

Komposisi tembaga setelah elektrolisis

Komposisi tembaga setelah pemurnian api mencakup 99,2% logam. Jauh lebih sedikit yang tersisa di anoda. Ketika pengotor dihilangkan seluruhnya, 130 g/l basa katoda tetap ada dalam komposisi. Larutan encer vitriol menjadi lemah, dan komponen asam katoda tembaga mencapai 140-180 g/l. Tembaga melepuh mengandung 99,5% logam, besi 0,10%, seng hingga 0,05%, dan emas dan perak hanya 1-200 g / t.