Pirit oldódása salétromsavban. Sztöchiometrikus együtthatók kiválasztása ovr

13.12.2018

Az egyetlen pirit oldószer normál körülmények között (azaz normál hőmérsékleten és légköri nyomáson) a salétromsav, amely a reakció során lebontja a FeSi-t

FeS2 + 4HNO3 = Fe(NO3)3 + 2S + NO(r) + 2H2O.

Bizonyos körülmények között (hevítés, további oxidálószerek használata stb.) A pirit salétromsavban való oldásának folyamata a szulfid kén részleges oxidációjával szulfátokká és kénsavvá történhet:

2FeS2 + 10HNO3 = Fe2(SO4)3 + H2SO4 + 10NO + 4H2O.

Hasonlóképpen más szulfidokat is feloldanak salétromsavban, és ilyen körülmények között vízoldható sókat képeznek: nitrátok, szulfátok stb.

Így a salétromsav a szulfid ásványok kollektív oldószerének tekinthető, és ezért felhasználható az ezekhez az ásványokhoz kapcsolódó arany teljes felnyitására.

A fenti reakciók során keletkező nitrogén-oxid alacsony oldhatósága miatt főként gázfázisba kerül, és levegő vagy oxigén jelenlétében NO2-dioxiddá oxidálódik. Ez utóbbi lényegesen jobban oldódik vízben és vizes oldatokban. Ez kedvező feltételeket teremt a salétromsav (3NO2(r) + H2O -> 2HNO3 + NO(r)) regenerációjához. amely visszavezethető a szulfidok kilúgozásának technológiai folyamatába.

Ezek a törvényszerűségek képezik a CCI folyamat alapját, amely az alábbi lehetőségek formájában valósítható meg:

1. Nitrox (NITROX) - olyan folyamat, amelynek jellemzője a szulfidok salétromsavval történő kilúgozása légköri nyomású levegő jelenlétében, és a pépet 1-2 órán keresztül 80-90 ° C-ra melegítik. Ez az opció biztosítja a vas teljes oxidációját , arzén, szulfid kén és a nyersanyagban jelen lévő színesfémek (beleértve az ezüstöt is). Az eljárás előnye a nem autokláv üzemmód. Ezenkívül a gáznemű NO légköri oxigén általi megkötése a reakciózónában lehetővé teszi, hogy elkerüljük a gázkibocsátást azokból a berendezésekből, ahol az FCC-folyamat zajlik. Ennek a lehetőségnek a hátránya a jelentős mennyiségű elemi kén képződése, amely kedvezőtlenül befolyásolja az arany későbbi kivonását a KKB maradványaiból cianidozással. A kén negatív hatásának kiküszöbölése érdekében a KKB aranytartalmú maradványait ajánlott mészmeleg hőkezelésnek vagy égetésnek vetni alá.

A szabadalom egy olyan változatot vizsgál, amelyben a nitrát és az oxidáció folyamatát úgy hajtják végre, hogy levegőt buborékoltatnak át a pépen, melynek eredményeként az elemi kén részecskéit és az általuk felfogott aranyat lebegtetik és eltávolítják a pép felületéről. a hab formája. A kapott koncentrátumot, amelybe az arany 80%-a áthalad, forgókemencében oxigénfúvással dolgozzák fel. Alternatív megoldásként a ként a koncentrátumból olvasztással távolítják el.

2. Arseno (ARSENO) - salétromsav helyett salétromsavat, HNO2-t használó eljárás, amely az opció kidolgozói szerint magasabb kioldódási kinetikát biztosít, mint a HNO3 szulfidok oldószereként. A folyamat kémiáját a reakciók egyensúlya határozza meg

2NO2(r) + H2O<=>HNO2 + HNO3,

3HNO2<=>HNO3 + 2NO(r) + H2O.

A viszonylag magas NO parciális nyomás fenntartásával az utóbbi reakció egyensúlya balra tolódik el. Egy másik különbség e változat és a nitrox-eljárás között az oxigén használata mérsékelt túlnyomáson (körülbelül 5 kPa). A pép hőmérsékletét 80-90 °C-on tartják.

Ezeknek a rezsimviszonyoknak a kombinációja nagyon nagy sebességű szulfidoxidációt biztosít (kioldódási idő 15 perc), aminek következtében az oldatokból a szennyeződések kicsapódási folyamatainak nincs ideje észrevehető mértékben kifejlődni, és az összes vas, szulfát kén. és az arzén oldatban marad. Ez pedig lehetővé teszi a kis hozamú CCM-maradványok magas fokú aranykoncentrációjának elérését, ami jelentős pozitív tényező e termékek későbbi hidrometallurgiai feldolgozásában.

Az előző verzióhoz hasonlóan a szulfidoxidáció folyamatát elemi kén felszabadulása kíséri, és a semlegesítésével kapcsolatos összes probléma teljes mértékben megmarad.

ábrán látható az arseno eljárás sematikus diagramja. 6.1.

Ennek a technológiának az egyik változata az NMS Technolngy által kifejlesztett szulfidok salétromsavval történő egyidejű oxidációja és az arany sóoldatokkal történő kilúgozása. A kombinált oxidációs-lúgozási folyamatot csőreaktorban hajtják végre.

3. Redox (REDOX) - egy folyamat, amely az arseno eljárás magas hőmérsékletű változata.

Ha a fent ismertetett első két KKB-módszert az autokláv eljárások alternatívájaként fejlesztették ki szulfidok oxidációjára, akkor a redox eljárás az autokláv eljárás egyik változata, amelyben a szulfid ásványokat nitrogén-oxidok részvételével kilúgozzák. 180 °C és magasabb hőmérséklet. Ilyen körülmények között elkerülhetők az elemi kén képződésével kapcsolatos kellemetlen következmények. Az arzén (vas-arzenát formájában) és a szulfit-kén (gipsz) oldatokból történő izolálásához ajánlott mészkövet bevezetni a kilúgozó reaktorba.

A KKB-eljárást külföldön számos aranyércen és érckoncentrátumon tesztelték Észak-Amerikában és Ausztráliában. Kína. A vizsgálati eredmények és az ezek alapján végzett műszaki-gazdasági számítások a folyamat bizonyos kilátásait jelzik.

A KKB technológiai képességeit az Irgiredmet Intézetben három fajta szulfid-aranytartalmú koncentrátumon végzett vizsgálatok eredményei mutatják be (6.1. és 6.2. táblázat).

Laboratóriumi kísérletek kimutatták a szulfidok salétromsavval történő hidrometallurgiai oxidációjának lehetőségét (oxigén áthaladásával) viszonylag enyhe körülmények között: 40-80 °C hőmérsékleten. HNO3 koncentráció 20-100 g/l: kioldódási idő 2-6 óra Az oxigénfogyasztás megközelíti a szulfidok oxidációjához szükséges sztöchiometrikus mennyiséget: ebben az esetben az oxigént úgy szállítják, hogy az 50-es vákuumot biztosítson. 100 Pa a reaktorban.

Az arany és ezüst kinyerése a KKB-maradványok ciánozása során (mész- vagy mész-szóda oldattal végzett előkezelés után) 93,6-94,8, illetve 86,4-90,4% (6.2. táblázat). Ugyanakkor a lúgos kezelés hatása a kiegészítőleg kivont arany 2-6%-át és az ezüst 10-20%-át tette ki.

A laboratóriumi vizsgálatok eredményei alapján meghatározták a koncentrátumok hidrometallurgiai feldolgozásának racionális sémáját (6.2. ábra), amelyet félipari méretekben teszteltek az irgiredmeti kísérleti üzemben.

A koncentrátumokat 4 db, egyenként 10 dm3 kapacitású titánreaktorból álló folyamatos üzemű egységben kilúgoztattuk. A beépítés termelékenysége 10-15 kg/h. Összesen 700 kg koncentrátumot dolgoztak fel. A kapott pépet sűrítjük és szűrjük. Forgalomban az oldat 60-70%-át a kiindulási anyag pépesítésére használták, a maradék oldatot, valamint a mosóoldatokat mészszuszpenzióval semlegesítették és a zagytelepbe öntötték. Az összes reagens felhasználás 1 tonna koncentrátumra, kg: 160 HNO3, 150 CaO; 60 Na2CO3, 500 m3 O2. A mész-szóda kezelést időszakosan, 70-80 °C hőmérsékleten végeztük. W:T=2:1. időtartam 3 óra A nátrium-karbonát és kalcium-oxid fogyasztása ehhez a művelethez 60, illetve 30 kg volt 1 tonna koncentrátumonként.

A mész-szóda pogácsák cianidálását 2 lépésben (egyenként 24 óra) végeztük 2 g/l nátrium-cianid koncentráció mellett. A cianid felhasználás 4,6 kg volt 1 tonna koncentrátumra.

Az arany és ezüst extrakciója a cianidos oldatban 92,0 és 73,6%. a cianidos pogácsák maradéktartalma 5,1, illetve 11,3 g/g.

A KKB technológia ipari felhasználására példa a sinolai üzem (Kanada), ahol a kvarcérceket kvarcban diszpergált aranytartalmú vas-szulfidokkal dolgozzák fel. A gyár termelékenysége napi 6000 tonna érc. Az eredeti aranytartalom 2,5 g/t. Az osztály 60%-os finomságára mínusz 0,08 mm-re zúzott ércet salétromsavval oxidálják 85 ° C-on 2 órán át. A szulfidok oxidációs foka eléri a 95% -ot. Az oxidált pépet mésszel történő semlegesítés után a "CIP" módszer szerint cianidozásra küldik. Az arany kitermelése 92%. A szulfidok oxidációja során felszabaduló nitrogén-oxid belép a salétromsav regenerációs ciklusába.

A magas hőmérsékletű salétromsavas kilúgozás (redox-eljárás) egy változatát a maradékok utólagos cianidálásával kapcsolatban külföldön tesztelték a Snow Lake-i lelőhelyen (Manitoba, USA) az aranytartalmú ércek feldolgozásából származó arzénlerakódásokkal kapcsolatban. 1949-től 1958-ig mintegy 300 ezer tonna ilyen, 11,9 g/t aranyat tartalmazó szemétlerakót halmoztak fel. 25,1% vas, 23,0% arzén, 14,6% kén. A fő ásványi összetevők az arzenopirit (47,1%) és a pirrotit (11,8%). Az arany tűzálló formában van, és az arzenopirithez kapcsolódik. Felnyitásához egy autokláv oxidációs folyamatot fejlesztettek ki a következő rendszerrel: hőmérséklet 190-210 °C; nyomás 1,6-2,3 MPa: pH<1; eh=650-700 мВ; плотность пульпы 10-20 %; концентрация HNO3 60-230 г/л. При цианировании продуктов автоклавной обработки достигнуто извлечение золота на уровне 97-98 °/о, что на 75 % выше, чем при прямом цианировании. Осаждение золота из растворов рекомендуется производить сорбцией на активированный уголь. Общее извлечение золота по рекомендуемой технологии составляет 91,5 %. Технология апробирована в полупромышленных масштабах. При производительности завода 350 т отвалов в сутки капиталовложения оценены в 6,5 млн.долл., а эксплуатационные затраты - 3990 долл. на 1 кг золота.

A közlemények a bakircsiki lelőhely (Kazahsztán) tekercseiről izolált arany-arzén koncentrátumokon végzett redox-eljárás ipari vizsgálatainak eredményeit ismertetik. A vizsgálatokat egy 15 kg/h kapacitású kísérleti üzemen végeztük 3 hónapon keresztül, 200 °C kilúgozási hőmérsékleten. A salétromsav oxidáció termékeiből az arany kinyerését CIP módszer szerint cianidozással végeztük. A vizsgálati eredmények értékelésekor a redox folyamat pozitív aspektusaként megemlítjük az oxidáció rövid időtartamát (kb. 10 perc) és az arzén kémiailag stabil módosulatának, a vas-arzenátnak a kialakulását. Azt is megjegyezték, hogy a kezdeti koncentrátumokban jelenlévő szorpciós aktív szén negatív hatással van a cianidálási folyamatra, jelentősen csökkentve az arany visszanyerését. Ebben a tekintetben az érc flotációs koncentrálásának továbbfejlesztett módja javasolt, amely lehetővé teszi a szén fő tömegének a zagyba történő eltávolítását. Ugyanezen célból a kapott arany-arzén koncentrátumot további gravitációs finomításnak javasolják töményítési táblázatokon, és a már újratisztított koncentrátumot salétromsavas kezelésre küldik. Ennek köszönhetően a hidrometallurgiai ciklusban magas (96%) arany visszanyerést értek el. A gravitációs flotációs ércdúsítás során tapasztalható megnövekedett fémveszteségek azonban (beleértve a széntartalmú felezőanyagokat is) nem teszik lehetővé, hogy ezt a technológiát egyértelműen ipari megvalósításra ajánljuk.

Az arzén kémiailag erős, ezért kevésbé toxikus módosulásának kialakulását (pirit-arzenopirit érceken és koncentrátumokon végbemenő redoxfolyamat során) számos tanulmány igazolja. Ennek alapján módszert dolgoztak ki a rendkívül mérgező arzén-trioxid skorodittá FeAsO4*2H2O átalakítására. 0,25 M As2O3, 0,5 M Fe(NO3)]2 és 2,5 M HNO3 tartalmú cellulóz. autoklávban feldolgozva 130-160 °C hőmérsékleten. A minimális hőmérsékleti érték megfelel az illékony NO képződésének pillanatának. A maximális hőmérsékleten (160 °C) a gőznyomás az autoklávban eléri az 1200 kPa-t. A folyamat teljes időtartama 4 óra A keletkezett csapadék HNO3-ban való oldhatóságának ellenőrzése (pH=4 mellett) azt mutatta, hogy 4 órás kezelés után az oldatban az As koncentrációja 1,6 mg/l volt.

A dolgozat Ag-As-ban gazdag flotációs és gravitációs koncentrátumok (ezüsttartalom 0,8-31,5 kg/t) salétromsavas kezelési módszerét ismerteti, amelyben bizmut, nikkel, kobalt, réz és cink társított hasznos komponensként van jelen. A koncentrátumok keverékét HNO3-oldattal (a koncentrátum savfogyasztása 124 tömegszázalék) javasolt 125 °C hőmérsékleten, 1 MPa oxigénnyomáson kilúgozni; W:T=6:1, D 30 percig. Ebben az esetben a jelenlévő fémek 95-99%-a, beleértve az arzént és a vasat is, átjut az oldatba. A kapott oldatokból egymás után kicsapjuk: ezüstöt klorid formájában (NaCl bejuttatásával); bizmut-oxi-klorid-hidroxid; vas-arzén üledék (az oldat semlegesítése ammóniával: pH=0,4-0,8-ig, illetve 0,8-1,8-ig) és nikkel-, kobalt-, sekély- és csavaros szulfidok keveréke (az oldat kezelése ammónium-szulfáttal pH=5-nél) -7). A nagy tisztaságú fémezüstport AgCl szódával történő kalcinálásával állítottuk elő 600 °C-on. Egyéb szilárd termékek feldolgozását standard módszerekkel javasoljuk, tiszta fémek előállításával is. Az iszap leválasztása után kapott salétromsav oldat műtrágyaként történő felhasználása javasolt. Az üledékek kémiai-kohászati feldolgozása során az ezüst és más fémek extrakciós foka eléri a 99%-ot.

Emlékeztetni kell arra, hogy az oxidációt (redukciót) az elektronok atomok vagy ionok általi adományozásának (és elfogadásának) tekintve nem mindig tükrözi a valós helyzetet, mivel sok esetben nem teljes elektronátadásról van szó, hanem csak az elektronok eltolódásáról. az elektronfelhő egyik atomról a másikra.

A redoxreakciók egyenleteinek összeállításához azonban nem mindegy, hogy ebben az esetben milyen kötés képződik - ionos vagy kovalens. Ezért az egyszerűség kedvéért elektronok hozzáadásáról vagy adományozásáról fogunk beszélni, függetlenül a kötés típusától.

Sztöchiometrikus együtthatók meghatározása a redoxreakciók egyenleteiben. A redoxreakció egyenletének felállításakor meg kell határozni a redukálószert, az oxidálószert, valamint az adott és fogadott elektronok számát. Az együtthatókat általában bármelyik módszerrel választják ki elektronikus mérleg , bármelyik módszert elektron-ion egyensúly (ez utóbbit néha módszernek is nevezik félreakciók ).

Példaként a redoxreakciók egyenleteinek összeállítására tekintsük a pirit tömény salétromsavval történő oxidációját.

Először is definiáljuk a reakció termékeit. A HNO 3 erős oxidálószer, ezért a kén a maximális oxidációs állapotig S 6+, a vas pedig Fe 3+-ig, míg a HNO 3 NO-vá vagy NO 2-vé redukálható. A NEM-et választjuk:

Hogy a H 2 O hol fog elhelyezkedni (bal vagy jobb oldalon), még nem tudjuk.

1. Először jelentkezzen elektron-ion egyensúly módszere (félreakciók). Ez a módszer az elektronok egyik atomból vagy ionból a másikba való átmenetét veszi figyelembe, figyelembe véve a reakciót játszó közeg jellegét (savas, lúgos vagy semleges).

Az oxidációs és redukciós folyamatok egyenleteinek összeállításakor a hidrogén- és oxigénatomok számának kiegyenlítése érdekében vízmolekulákat és hidrogénionokat vezetnek be (közegtől függően) (ha a környezet savas), vagy vízmolekulák és hidroxidionok (ha a közeg lúgos). Ennek megfelelően a kapott termékekben az elektron-ion egyenlet jobb oldalán hidrogénionok és vízmolekulák (savas közeg) vagy hidroxidionok és vízmolekulák (lúgos közeg) lesznek.

azaz az elektron-ion egyenletek felírásakor az oldatban ténylegesen jelenlévő ionok összetételéből kell kiindulni. Ezenkívül, mint a rövidített ionegyenletek elkészítésekor, az anyagok rosszul disszociálnak, rosszul oldódnak vagy gáz formájában szabadulnak fel. molekuláris formában kell írni.

Tekintsük esetünkre az oxidációs félreakciót. A FeS 2 molekula Fe 3+ ionná alakul (a Fe (NO 3) 3 teljesen ionokká disszociál, a hidrolízist figyelmen kívül hagyjuk) és két SO 4 2 - ionná (a H 2 SO 4 disszociációja):

Az oxigén kiegyenlítéséhez adjunk hozzá 8 H 2 O molekulát a bal oldalhoz, és 16 H + iont a jobb oldalhoz (savas környezet):

A bal oldali töltés 0, a jobb oldalon +15, tehát a FeS 2-nek 15 elektront kell feladnia:

Tekintsük most a nitrát-ion redukciós félreakcióját:

Az NO 3-ból 2 O atomot kell elvenni. Ehhez a bal oldalra 4 H 1+ iont (savas közeg) adjunk, jobb oldalra pedig 2 H 2 O molekulát:

A töltés kiegyenlítéséhez adjunk hozzá 3 elektront a bal oldalhoz (töltés + 3):

Végül nálunk van:

Mindkét részt 16H + és 8H 2 O-val redukálva megkapjuk a redox reakció redukált ionos egyenletét:

Ha az egyenlet mindkét oldalához hozzáadjuk a megfelelő mennyiségű NO 3 - és H + iont, megkapjuk a molekuláris reakcióegyenletet:

Vegye figyelembe, hogy soha nem kellett meghatároznia az elemek oxidációs állapotát az adományozott és fogadott elektronok számának meghatározásához. Ezenkívül figyelembe vettük a környezet hatását, és automatikusan megállapítottuk, hogy a H 2 O az egyenlet jobb oldalán található. Nem kétséges, hogy ez a módszer sokkal jobban összeegyeztethető a kémiai érzékkel, mint a standard elektronegyensúlyi módszer, bár ez utóbbi valamivel könnyebben érthető.

2. Ezt a reakciót a módszerrel kiegyenlítjük elektronikus mérleg . A helyreállítási folyamat leírása:

Nehezebb az oxidációs sémát felállítani, mivel két elem oxidálódik egyszerre - Fe és S. A vashoz 2+, a kénhez 1- oxidációs fokozatot rendelhet, és figyelembe veheti, hogy Fe-nként két S atom van. atom:

Azonban megtehetjük az oxidációs állapotok meghatározása nélkül is, és felírhatunk egy sémához hasonló sémát

A jobb oldal töltése +15, a bal oldala 0, tehát a FeS 2-nek 15 elektront kell feladnia. Írja le a teljes egyenleget:

öt HNO 3 molekulát használnak a FeS 2 oxidálására, és további három HNO 3 molekulára van szükség a Fe(NO 3) 3 képzéséhez:

A hidrogén és az oxigén kiegyenlítéséhez adjon hozzá két H 2 O molekulát a jobb oldalhoz:

Az elektron-ion-egyensúly módszer sokoldalúbb, mint az elektronegyensúly módszer, és tagadhatatlan előnnyel rendelkezik az együtthatók kiválasztásában számos redox-reakcióban, különösen szerves vegyületek részvételével, amelyekben még az oxidációs állapot meghatározására szolgáló eljárás is nagyon magas. bonyolult.

Vegyük például az etilén oxidációjának folyamatát, amely akkor megy végbe, amikor azt vizes kálium-permanganát oldaton vezetik át. Ennek eredményeként az etilén etilénglikol HO-CH 2 -CH 2 -OH-vá oxidálódik, a permanganát pedig mangán (IV)-oxiddá redukálódik, ráadásul, amint a végső mérleg egyenletéből nyilvánvaló lesz, kálium-hidroxid is képződik a jobb:

A hasonló tagok szükséges redukcióinak elvégzése után felírjuk az egyenletet a végső molekulaformába

Redox reakciók standard potenciáljai. A valós körülmények között bekövetkező redoxreakciók lehetősége számos okból adódik: a hőmérséklet, az oxidálószer és a redukálószer jellege, a közeg savassága, a reakcióban részt vevő anyagok koncentrációja stb. Mindezeket a tényezőket nehéz figyelembe venni, de emlékezve arra, hogy bármely redoxreakció az elektronoknak a redukálószerből az oxidálószerbe történő átvitelével megy végbe, meg lehet határozni egy kritériumot egy ilyen reakció lehetőségére.

A redox folyamatok mennyiségi jellemzői az az oxidáló és redukáló szerek normál redox potenciálja (vagy standard potenciálok elektródák).

Az ilyen potenciálok fizikai-kémiai jelentésének megértéséhez szükséges az úgynevezett elektrokémiai folyamatok elemzése.

Azokat a kémiai reakciókat, amelyek a reaktánsokat alkotó elemek oxidációs fokának megváltozásával jönnek létre, redox reakcióknak nevezzük.

Az oxidáció egy atomból, molekulából vagy ionból származó elektronok adományozásának folyamata. Ha egy atom feladja elektronjait, akkor pozitív töltést kap, például:

Ha például egy negatív töltésű ion (töltés -1) 1 elektront ad fel, akkor semleges atommá válik:

Ha egy pozitív töltésű ion vagy atom elektronokat ad fel, akkor pozitív töltésének értéke az adott elektronok számának megfelelően növekszik:

A redukció az a folyamat, amikor egy atomhoz, molekulához vagy ionhoz elektronokat adnak.

Amikor egy atom elektronokat vesz fel, negatív töltésű ionná válik:

Ha egy pozitív töltésű ion elektronokat fogad, akkor a töltése csökken, például:

vagy mehet egy semleges atomhoz:

Az oxidálószer olyan atom, molekula vagy ion, amely elektronokat fogad el. A redukálószer olyan atom, molekula vagy ion, amely elektronokat ad át.

A reakció során az oxidálószer redukálódik, a redukálószer pedig oxidálódik.

Redoxreakciók egyenleteinek felállítása és együtthatók kiválasztása. A redoxreakció egyenletének felállításakor meg kell határozni a redukálószert, az oxidálószert, valamint az adott és fogadott elektronok számát.

Az együtthatókat általában az elektronegyensúly módszerrel vagy az elektron-ion egyensúlyi módszerrel választják ki (ez utóbbit néha félreakciós módszernek nevezik).

Példaként a redoxreakciók egyenleteinek összeállítására tekintsük a pirit koncentrált salétromsavval történő oxidációját:

Először is definiáljuk a reakció termékeit. erős oxidálószer, így a kén a maximális oxidációs állapotig, a vas pedig -ig oxidálódik, miközben redukálható ill. Mi fogunk választani.

Hogy hol lesz (bal vagy jobb oldalon), még nem tudjuk.

1. Először alkalmazzuk az elektron-ion egyensúly módszerét. Ez a módszer az elektronok egyik atomból vagy ionból a másikba való átmenetét veszi figyelembe, figyelembe véve a reakciót játszó közeg jellegét (savas, lúgos vagy semleges). - Az oxidációs és redukciós folyamatok egyenleteinek összeállításakor a hidrogén- és oxigénatomok számának kiegyenlítésére (közegtől függően) vagy vízmolekulákat és hidrogénionokat (ha a közeg savas), vagy vízmolekulákat és hidroxidionokat vezetünk be. (ha a közeg lúgos). Ennek megfelelően a kapott termékekben az elektron-ion egyenlet jobb oldalán hidrogénionok és vízmolekulák (savas közeg) vagy hidroxidionok és vízmolekulák (lúgos közeg) lesznek.

Az elektron-ion egyenletek felírásakor tehát az oldatban ténylegesen jelenlévő ionok összetételéből kell kiindulni. Ezenkívül, mint a rövidített ionegyenletek elkészítésekor, az enyhén disszociáló, rosszul oldódó vagy gáz formájában felszabaduló anyagokat molekuláris formában kell felírni.

Tekintsük esetünkre az oxidációs félreakciót.

A molekula ionná alakul, teljesen ionokká disszociál, a hidrolízist figyelmen kívül hagyjuk) és két ion (disszociáció):

Az oxigén kiegyenlítéséhez adjunk hozzá 8 molekulát a bal oldalhoz és 16 iont a jobb oldalhoz (savas környezet!):

A bal oldali töltés 0, ezért a jobb oldali töltésnek 15 elektront kell feladnia:

Tekintsük most a nitrát-ion redukciós félreakcióját:

Az O atomból le kell vonni, ehhez adjunk hozzá 4 iont (savas közeg) a bal oldalhoz, és 2 molekulát a jobb oldalhoz

A bal oldali töltés (töltés) kiegyenlítéséhez adjunk hozzá 3 elektront:

Végül nálunk van:

Mindkét részt redukálva megkapjuk a redox reakció redukált ionegyenletét:

Ha az egyenlet mindkét oldalához hozzáadjuk a megfelelő számú iont, megkapjuk a molekuláris reakcióegyenletet:

Megjegyezzük, hogy az adományozott és kapott elektronok számának meghatározásához soha nem kellett meghatároznunk az elemek oxidációs állapotát. Ezenkívül figyelembe vettük a környezet hatását, és automatikusan meghatároztuk, hogy mi van az egyenlet jobb oldalán. Annyi bizonyos, hogy ez a módszer sokkal jobban összeegyeztethető a kémiai érzékkel, mint a hagyományos elektronegyensúlyi módszer, bár ez utóbbi valamivel könnyebben érthető.

2. Egyenlítse ki ezt a reakciót az elektronikus mérleg módszerével. A helyreállítási folyamat egyszerűen leírható:

Nehezebb az oxidációs sémát összeállítani, mivel 2 elem oxidálódik egyszerre - Fe és S. A kén oxidációs állapotát a vasnak tulajdoníthatja, és figyelembe veheti, hogy 1 Fe atomonként két S atom van:

Eltekinthetünk azonban az oxidációs állapotok meghatározásától, és felírhatunk egy, a (7.1) sémához hasonló sémát:

A jobb oldal töltése +15, a bal oldala 0, tehát 15 elektront kell feladnia. Írja le a teljes egyenleget:

5 molekula megy oxidációba, és további 3 molekula szükséges a kialakulásához

A hidrogén és az oxigén kiegyenlítéséhez adjon hozzá 2 molekulát a jobb oldalhoz:

Vegyük például az etilén oxidációjának folyamatát, amely akkor megy végbe, amikor azt vizes kálium-permanganát oldaton vezetik át. Ennek eredményeként az etilén etilénglikollá oxidálódik, a permanganát pedig mangán (IV)-oxiddá redukálódik, ráadásul, amint a végső mérleg egyenletéből nyilvánvaló, a jobb oldalon kálium-hidroxid is képződik:

A hasonló tagok szükséges redukcióinak elvégzése után felírjuk az egyenletet a végső molekulaformába

Redox reakciók mennyiségi jellemzői. Számos szabványos elektródapotenciál. A valós körülmények között bekövetkező redoxreakciók lehetősége számos okból adódik: a hőmérséklet, az oxidálószer és a redukálószer jellege, a közeg savassága, a reakcióban részt vevő anyagok koncentrációja stb.

Nehéz lehet mindezeket a tényezőket figyelembe venni, de emlékezve arra, hogy bármely redoxreakció az elektronoknak a redukálószerből az oxidálószerbe történő átvitelével megy végbe, meg lehet határozni egy kritériumot egy ilyen reakció lehetőségére.

A redox folyamatok mennyiségi jellemzői az oxidálószerek és redukálószerek normál redoxpotenciáljai (vagy standard elektródpotenciálok).

Az ilyen potenciálok fizikai-kémiai jelentésének megértéséhez szükséges az úgynevezett elektrokémiai folyamatok elemzése.

Elektrokémiai folyamatoknak nevezzük azokat a kémiai folyamatokat, amelyeket az elektromos áram megjelenése kísér, vagy az okoz.

Az elektrokémiai folyamatok természetének megértéséhez több, meglehetősen egyszerű helyzetet kell figyelembe venni. Képzeljünk el egy fémlemezt vízbe merítve. Poláris vízmolekulák hatására a fémionok leválanak a lemez felületéről és hidratálódnak, átmennek a folyékony fázisba. Ebben az esetben az utóbbi pozitív töltésűvé válik, és a fémlemezen elektronfelesleg jelenik meg. Minél tovább halad a folyamat, annál nagyobb lesz mind a lemez, mind a folyadékfázis töltése.

Az oldatkationok és a felesleges fémelektronok elektrosztatikus vonzása miatt a fázishatáron úgynevezett elektromos kettős réteg jelenik meg, amely gátolja a fémionok további átmenetét a folyékony fázisba. Végül eljön az a pillanat, amikor az oldat és a fémlemez között létrejön az egyensúly, amelyet a következő egyenlettel lehet kifejezni:

vagy az oldatban lévő ionok hidratációját figyelembe véve:

Ennek az egyensúlynak az állapota a fém természetétől, az oldatban lévő ionjainak koncentrációjától, a hőmérséklettől és a nyomástól függ.

Ha egy fémet nem vízbe, hanem e fém sójának oldatába merítünk, az egyensúly a Le Chatelier-elvnek megfelelően balra tolódik el, és minél nagyobb a fémionok koncentrációja az oldatban, annál nagyobb. Az aktív fémek, amelyek ionjai jól oldódnak, ebben az esetben negatív töltésűek lesznek, bár kisebb mértékben, mint a tiszta vízben.

Az egyensúly (7.2) eltolható jobbra, ha az elektronokat így vagy úgy eltávolítjuk a fémből. Ez feloldja a fémlemezt. Ellenkezőleg, ha az elektronokat kívülről viszik egy fémlemezre, akkor az ionok kicsapódnak a rajta lévő oldatból.

Mint már említettük, amikor egy fémet oldatba merítünk, kettős elektromos réteg képződik a fázishatáron. A fém és a környező folyadékfázis között fellépő potenciálkülönbséget elektródpotenciálnak nevezzük. Ez a potenciál a fém szilárd fázisú redox-képességére jellemző.

Megjegyzendő, hogy egy izolált fématomban (a monoatomos gőz állapota, amely magas hőmérsékleten és nagyfokú ritkulási fokon fordul elő) a redox tulajdonságokat egy másik érték, az úgynevezett ionizációs potenciál jellemzi. Az ionizációs potenciál az az energia, amely egy elektron leválasztásához szükséges egy izolált atomról.

Az elektródpotenciál abszolút értéke közvetlenül nem mérhető. Ugyanakkor nem nehéz megmérni a két fémoldat párból álló rendszerben fellépő elektródpotenciál különbséget. Az ilyen párokat félelemeknek nevezzük. Megállapodtunk abban, hogy meghatározzuk a fémek elektródpotenciálját az úgynevezett standard hidrogénelektródhoz képest, amelynek potenciálját tetszőlegesen nullának vesszük. A szabványos hidrogénelektród egy speciálisan elkészített platinalemezből áll, amelyet hidrogénion-koncentrációjú savas oldatba merítenek, és Pa nyomás alatt, olyan hőmérsékleten hidrogéngáz árammal mosnak.

Egy szabványos hidrogénelektródon a potenciál megjelenése a következőképpen képzelhető el. A platina által adszorbeált gáznemű hidrogén atomi állapotba kerül:

A lemez felületén képződő atomos hidrogén, az oldatban lévő hidrogénionok és a platina (elektronok!) között dinamikus egyensúlyi állapot valósul meg:

A teljes folyamatot a következő egyenlet fejezi ki:

A platina nem vesz részt a redox folyamatban, csak az atomos hidrogén hordozója.

Ha egy 1 mol / l-es fémion-koncentrációjú sóoldatba mártott fémlemezt egy szabványos hidrogénelektródához csatlakoztatunk, akkor galvánelemet kapunk. Ennek az elemnek az elektromotoros ereje (EMF), amelyet a fém standard elektródapotenciálján mérnek, és azt jellemzik, általában jelölik.

A 7.1 táblázat néhány fém standard elektródpotenciáljának értékeit mutatja. A hidrogénre redukálószerként működő elektródák standard potenciálja „-”, a „+” jel pedig az oxidálószerként működő elektródák standard potenciálját jelöli.

A fémek standard elektródpotenciáljaik növekvő sorrendjében a fémfeszültségek úgynevezett elektrokémiai sorozatát alkotják:

Számos feszültség jellemzi a fémek kémiai tulajdonságait:

1. Minél negatívabb a fém elektródpotenciálja, annál nagyobb a redukáló képessége.

2. Mindegyik fém képes kiszorítani (visszaállítani) a sóoldatokból azokat a fémeket, amelyek utána a fémfeszültségek elektrokémiai sorozatában vannak.

3. Minden olyan fém, amelynek negatív standard elektródpotenciálja van, pl. a fémek elektrokémiai feszültségsorában a hidrogéntől balra találhatók, képesek kiszorítani a savas oldatokból.

Megjegyzendő, hogy a bemutatott sorozat a fémek és sóik viselkedését csak vizes oldatokban és szobahőmérsékleten jellemzi. Ezenkívül szem előtt kell tartani, hogy a táblázatban feltüntetett standard elektródpotenciálok figyelembe veszik az egyik vagy másik ion és az oldószermolekulák kölcsönhatásának jellemzőit. Ez megsértheti a fémek elrendezésének néhány elvárt mintáját a fémfeszültségek elektrokémiai sorozatában. Például a fémek elektrokémiai feszültségsora a lítiummal kezdődik, míg a kémiailag aktívabb rubídium és kálium a lítiumtól jobbra helyezkedik el. Ez annak köszönhető, hogy a lítium-ion hidratálási folyamata más alkálifém-ionokhoz képest kivételesen nagy energiájú.

Ugyanakkor a 7.1. táblázat bemutatja a normál hidrogénelektródához képest egyensúlyban lévő (7.3) típusú nemfémes rendszereknél mért standard redoxpotenciálokat.

A táblázat a következő általános formájú redukciós félreakciókat mutatja:

A fémek értékének meghatározásához hasonlóan a nemfémek értékeit 25 ° C hőmérsékleten mérik, és az egyensúlyban részt vevő összes atom- és molekulafaj 1 mol/l koncentrációja mellett.

7.1. táblázat. Szabványos redoxpotenciálok 25 °C-on (298 K)

(lásd szkennelés)

A standard redoxpotenciál algebrai értéke a megfelelő oxidált forma oxidatív aktivitását jellemzi. Ezért a standard redoxpotenciálok értékeinek összehasonlítása lehetővé teszi számunkra, hogy megválaszoljuk a kérdést: ez vagy az a redox reakció történik?

10. Redox reakciók

Redox reakciók oldatokban.

Azokat a kémiai reakciókat, amelyek a reaktánsokat alkotó elemek oxidációs fokának megváltozásával jönnek létre, redox reakcióknak nevezzük.

Oxidáció

- egy atomból, molekulából vagy ionból származó elektronok adományozásának folyamata. Ha egy atom feladja elektronjait, akkor pozitív töltést kap: l - , 1 elektront ad fel, majd semleges atommá válik:

Ha egy pozitív töltésű ion vagy atom elektronokat ad fel, akkor pozitív töltésének értéke az adott elektronok számának megfelelően növekszik:

A redukció az a folyamat, amikor egy atomhoz, molekulához vagy ionhoz elektronokat adnak.

Ha egy atom elektronokat nyer, akkor negatív töltésű ionná alakul:

Ha egy pozitív töltésű ion elektronokat fogad, akkor töltése csökken:

vagy mehet egy semleges atomhoz:

oxidálószer
elektronok elfogadása. helyreállító atom, molekula vagy ion, elektronok adományozása.

Oxidálószer

a reakció során redukálódik, a redukálószer oxidálódik.

Sztöchiometrikus együtthatók meghatározása a redoxreakciók egyenleteiben. A redoxreakció egyenletének felállításakor meg kell határozni a redukálószert, az oxidálószert, valamint az adott és fogadott elektronok számát. Az együtthatókat általában bármelyik módszerrel választják ki elektronikus mérleg

, bármelyik módszert elektron-ion egyensúly (ez utóbbit néha módszernek is nevezik félreakciók ).

Példaként a redoxreakciók egyenleteinek összeállítására tekintsük a pirit tömény salétromsavval történő oxidációját.

Először is definiáljuk a reakció termékeit.

HNO3 erős oxidálószer, így a kén a maximális oxidációs állapotáig oxidálódik S 6+ és vas - Fe 3+, míg HNO 3 ig felépülhet N0 vagy NO 2. N O-t választunk:

Hol lesz elhelyezve

H2O (bal vagy jobb oldalon), még nem tudjuk.

1. Először jelentkezzen elektron-ion egyensúly módszer

(félreakciók). Ez a módszer az elektronok egyik atomból vagy ionból a másikba való átmenetét veszi figyelembe, figyelembe véve a reakciót játszó közeg jellegét (savas, lúgos vagy semleges).

Tekintsük esetünkre az oxidációs félreakciót. Molekula

FeS 2 Fe-ionná alakul 3+ (F e (N O 3) 3 teljesen ionokká disszociál, a hidrolízist elhanyagolják) és két ion SO 4 2 - (H 2 SO 4 disszociációja):

Az oxigén kiegyenlítése érdekében adjon hozzá 8 H-molekulát a bal oldalhoz

2 Ja, és jobbra - 16 H ionok+ (savas közeg):

A bal oldali töltés 0, a jobb oldali +15, tehát

FeS 2 15 elektront kell adományoznia:

Tekintsük most a nitrát-ion redukciós félreakcióját:

El kell venni tőle

N O 3 2 O atom. Ehhez adjunk hozzá 4 H-iont a bal oldalhoz 1+ (savas környezet), jobbra pedig 2 H molekulák 2 O:

A töltés kiegyenlítése a bal oldalra (töltés

+3) Adjunk hozzá 3 elektront:

Végül nálunk van:

Mindkét rész csökkentése 16N-al

+ és 8Н 2 Ó, megkapjuk a redox reakció redukált ionos egyenletét:

A megfelelő számú ion hozzáadásával az egyenlet mindkét oldalához

NEM 3 - és H+ megtaláljuk a molekuláris reakcióegyenletet:

2 O az egyenlet jobb oldalán található. Nem kétséges, hogy ez a módszer sokkal jobban összeegyeztethető a kémiai érzékkel, mint a standard elektronegyensúlyi módszer, bár ez utóbbi valamivel könnyebben érthető.

2. Ezt a reakciót a módszerrel kiegyenlítjük elektronikus mérleg . A helyreállítási folyamat leírása:

Nehezebb az oxidációs sémát összeállítani, mivel egyszerre két elem oxidálódik -

Fe és S. A vasnak 2+, a kénnek 1- oxidációs állapotot lehet tulajdonítani, és figyelembe lehet venni, hogy Fe atomonként két S atom van:

Azonban megtehetjük az oxidációs állapotok meghatározása nélkül is, és felírhatunk egy sémához hasonló sémát

A jobb oldal töltése +15, a bal oldala 0, tehát

FeS 2 15 elektront kell adományoznia. Írja le a teljes egyenleget:

öt HNO molekula

3 oxidálódni fog FeS2, és még három molekula HNO3 oktatáshoz szükséges Fe (N O 3) 3:

A hidrogén és az oxigén kiegyenlítéséhez adjon hozzá két H-molekulát a jobb oldalhoz

2 O:

Az elektron-ion egyensúlyi módszer sokoldalúbb, mint az elektronegyensúly módszer, és tagadhatatlan előnye van az együtthatók kiválasztásában

ban ben sok redoxreakció, különösen szerves vegyületek részvételével, amelyekben még az oxidációs állapot meghatározásának eljárása is nagyon bonyolult.

CH 2 - CH 2 -OH, és a permanganát mangán(IV)-oxiddá redukálódik, ráadásul, amint az a végső mérleg egyenletéből kiderül, a jobb oldalon kálium-hidroxid is képződik:

A hasonló tagok szükséges redukcióinak elvégzése után felírjuk az egyenletet a végső molekulaformába

Redox reakciók standard potenciáljai.
A valós körülmények között bekövetkező redoxreakciók lehetősége számos okból adódik: a hőmérséklet, az oxidálószer és a redukálószer jellege, a közeg savassága, a reakcióban részt vevő anyagok koncentrációja stb. Mindezeket a tényezőket nehéz figyelembe venni, de emlékezve arra, hogy bármely redoxreakció az elektronoknak a redukálószerből az oxidálószerbe történő átvitelével megy végbe, meg lehet határozni egy kritériumot egy ilyen reakció lehetőségére.

A redox folyamatok mennyiségi jellemzői az az oxidáló és redukáló szerek normál redox potenciálja (vagy standard potenciálok elektródák).

Az ilyen potenciálok fizikai-kémiai jelentésének megértéséhez szükséges az úgynevezett elektrokémiai folyamatok elemzése.

Elektrokémiai folyamatoknak nevezzük azokat a kémiai folyamatokat, amelyeket az elektromos áram megjelenése kísér, vagy az okoz.

, lemezek és folyadékfázis egyaránt.

vagy az oldatban lévő ionok hidratációját figyelembe véve:

Az egyensúlyi állapot függ a fém természetétől, az oldatban lévő ionjainak koncentrációjától, a hőmérséklettől és

nyomás.

Az egyensúly jobbra tolható el, ha az elektronokat így vagy úgy eltávolítjuk a fémből. Ez feloldja a fémlemezt. Ellenkezőleg, ha az elektronokat kívülről viszik egy fémlemezre, akkor ionok rakódnak le rajta

tól től megoldás.

Ha egy fémet oldatba merítünk, a fázishatáron kettős elektromos réteg képződik. A fém és a környező folyadékfázis között fellépő potenciálkülönbséget elektródpotenciálnak nevezzük. Ez a potenciál a fém szilárd fázisú redox-képességére jellemző.

Egy izolált fématomban (a monoatomos gőz állapota, amely magas hőmérsékleten és nagy ritkulási fokon fordul elő) a redox tulajdonságokat egy eltérő mennyiség, az ionizációs potenciál jellemzi. Az ionizációs potenciál az az energia, amely egy elektron leválasztásához szükséges egy izolált atomról.

Az elektródpotenciál abszolút értéke közvetlenül nem mérhető. Ugyanakkor nem nehéz megmérni a két fémoldat párból álló rendszerben fellépő elektródpotenciál különbséget. Az ilyen párokat hívják félelemek . Megállapodtunk abban, hogy meghatározzuk a fémek elektródpotenciálját az úgynevezett standard hidrogénelektródhoz képest, amelynek potenciálját tetszőlegesen nullának vesszük. A szabványos hidrogénelektród egy speciálisan elkészített platinalemezből áll, amelyet 1 mol/l hidrogénion-koncentrációjú savas oldatba merítenek, és hidrogéngázsugárral mosnak 10 °C nyomáson.

5 Pa, 25 °C-on. Számos szabványos elektródapotenciál.
Ha egy 1 mol / l-es fémion-koncentrációjú sóoldatba mártott fémlemezt egy szabványos hidrogénelektródához csatlakoztatunk, akkor galvánelemet kapunk. Ennek az elemnek az elektromotoros ereje (EMF), 25 ° C-on mérve, jellemzi egy fém szabványos elektródapotenciálja,általában E°-nak nevezik.

A hidrogénhez képest redukálószerként működő elektródák standard potenciálja „-”, a „+” jel pedig az oxidálószerként működő elektródák standard potenciálja.

A fémek szabványos elektródpotenciáljuk szerint növekvő sorrendbe rendezve alkotják az ún fémek elektrokémiai feszültségsorai :Li, Rb, K, wa Sr, Ca, Na, Mg, Al, Mn, Zn, Cr, Fe, Cd, Co, Ni, Sn, Pb, H, Sb, Bi, Cu, Hg, Ag, Pd, Pt, Au.

Számos feszültség jellemzi a fémek kémiai tulajdonságait:

1. Minél negatívabb a fém elektródpotenciálja, annál nagyobb a redukáló képessége.

2. Mindegyik fém képes kiszorítani (visszaállítani) a sóoldatokból azokat a fémeket, amelyek utána a fémfeszültségek elektrokémiai sorozatában vannak.

3. Minden olyan fém, amelynek negatív standard elektródpotenciálja van, vagyis amely a fémfeszültségek elektrokémiai sorozatában a hidrogéntől balra van, képes kiszorítani azt a savas oldatokból.

A fémek E°-értékének meghatározásához hasonlóan a nemfémek E°-értékét is 25 °C-os hőmérsékleten mérjük, és az egyensúlyban részt vevő összes atomi és molekularészecske koncentrációja 1 mol. /l.

A standard redoxpotenciál algebrai értéke a megfelelő oxidált forma oxidatív aktivitását jellemzi. Ezért A standard redoxpotenciálok értékeinek összehasonlítása lehetővé teszi a kérdés megválaszolását: ez vagy az a redox reakció történik?

Egy adott redoxreakció bekövetkezésének lehetőségének felmérésére kvantitatív kritérium az az oxidációs és redukciós félreakciók standard redoxpotenciáljai közötti különbség pozitív értéke.

Oldatok elektrolízise.

Az elektrolitoldatokban lévő elektródákon fellépő vagy elektromos áram áthaladásakor olvadó redoxreakciók kombinációját elektrolízisnek nevezzük.

Az áramforrás katódján az elektronok kationokká történő átvitele az oldatból vagy olvadékból megy végbe, ezért a katód a "reduktor". Az anódon az elektronokat anionok adják át, ezért az anód az "oxidálószer".

Az elektrolízis során az anódon és a katódon is versengő folyamatok léphetnek fel.

Ha az elektrolízist inert (nem fogyó) anóddal (például grafittal vagy platinával) végzik, általában két oxidatív és két redukciós folyamat verseng egymással:

az anódnál - anionok és hidroxidionok oxidációja,

a katódon - kationok és hidrogénionok redukciója.

Ha az elektrolízist aktív (fogyasztható) anóddal végzik, a folyamat bonyolultabbá válik, és az elektródákon a versengő reakciók a következők:

az anódnál - anionok és hidroxidionok oxidációja, a fém anódos feloldása - az anód anyaga;

a katódon - a sókation és a hidrogénionok redukciója, az anód feloldásával kapott fémkationok redukciója.

Az anódnál és a katódnál a legvalószínűbb folyamat kiválasztásakor abból kell kiindulni, hogy a legkevesebb energiafelhasználást igénylő reakció megy végbe. Ezenkívül a sóoldatok inert elektródával történő elektrolízise során az anódon és a katódon a legvalószínűbb folyamat kiválasztásához a következő szabályokat kell alkalmazni:

Az anódon a következő termékek képződhetnek: a) F anionokat tartalmazó oldatok elektrolízise során - , SO 4 2- , N Körülbelül 3 - , RO 4 3 - , valamint lúgos oldatok, oxigén szabadul fel; b) C anionok oxidációja során l - , V r -, én-klór, bróm, jód szabadul fel;c) a szerves savak anionjainak oxidációja során a folyamat megy végbe:

2. Az Al-tól balra feszültségsorozatban elhelyezkedő ionokat tartalmazó sóoldatok elektrolízisénél

3+ , hidrogén szabadul fel a katódon; ha az ion a hidrogéntől jobbra lévő feszültségsorban helyezkedik el, akkor a katódon fém szabadul fel.

3. közötti feszültségsorozatban elhelyezkedő ionokat tartalmazó sóoldatok elektrolízise során

Al+ és H+ , a katódon egymással versengő kationredukciós és hidrogénfejlődési folyamatok fordulhatnak elő.

Tekintsük példaként a réz-klorid vizes oldatának inert elektródákon történő elektrolízisét. Az oldatban rúionok vannak jelen.

2+ és 2Cl - , amelyek elektromos áram hatására a megfelelő elektródákra irányulnak:

A katódon fémes réz, az anódon klórgáz szabadul fel.

Ha az oldatelektrolízis vizsgált példájában

CuCl 2 vegyünk egy rézlemezt anódnak, majd a katódon és az anódon réz szabadul fel, ahol oxidációs folyamatok mennek végbe, ahelyett, hogy C-ionokat kisütnénk l - a klór felszabadulása pedig az anód (réz) oxidációját viszi végbe. Ebben az esetben maga az anód feloldódása következik be, Cu-ionok formájában pedig azmegoldásba kerül. Elektrolízis CuCl 2 oldható anóddal a következőképpen írható fel:

A sóoldatok oldható anóddal történő elektrolízise az anód anyagának oxidációjáig (oldódásáig) redukálódik, és a fémnek az anódról a katódra történő átvitele kíséri. Ezt a tulajdonságot széles körben használják fémek szennyeződéstől való finomításánál (tisztításánál).

Olvadékok elektrolízise. A vízzel könnyen kölcsönhatásba lépő nagy aktivitású fémek (nátrium, alumínium, magnézium, kalcium stb.) előállításához olvadt sók vagy oxidok elektrolízisét alkalmazzák:

Ha egy aktív fémsó és egy oxigéntartalmú sav vizes oldatán elektromos áramot vezetünk át, akkor sem a fémkationok, sem a savmaradék ionjai nem ürülnek ki. A katódon hidrogén szabadul fel

és tovább anód - oxigén, és az elektrolízis a víz elektrolitikus bomlására redukálódik.

Az elektrolitoldatok elektrolízise energetikailag jövedelmezőbb, mint az olvadékoké, mivel az elektrolitok - sók és lúgok - nagyon magas hőmérsékleten megolvadnak.

Faraday elektrolízis törvénye.

Az elektromos áram hatására képződő anyag mennyiségének időtől, áramerősségtől és az elektrolit jellegétől való függősége egy általánosított módszer alapján állapítható meg. Faraday törvénye :

ahol t - az elektrolízis során képződött anyag tömege (g); E - egy anyag egyenértékű tömege (g / mol); M az anyag moláris tömege (g/mol); P- az adott vagy vett elektronok száma;

I - áramerősség (A); t- folyamat időtartama(Val vel); F - Faraday állandó,egy ekvivalens tömegű anyag kibocsátásához szükséges villamos energia mennyiségét jellemzi(F= 96 500 C/mol = 26,8 Ah/mol).

A webhely anyagainak felhasználása aktív hivatkozás feltüntetésével lehetséges

A „Buryatzoloto” OJSC Kholbinsky-bányájában található két dús gravitációs aranytartalmú koncentrátum („aranyfej”) mintán tanulmányokat végeztek egy új hidrometallurgiai technológia kifejlesztésére, amely az eredeti „aranyfej” salétromsavas kilúgozását és ezt követő olvasztását alkalmazza. a kapott tortából.

Az elvégzett tanulmányok eredményeként azt javasolták, hogy az OJSC Buryatzoloto végezzen munkát az „aranyfej” salétromsavas kilúgozással történő feldolgozásának technológiájának tesztelésére és megvalósítására. Ennek a technológiának a bevezetése kiküszöböli a sertéseknél a pörkölés és olvasztás munkaigényes műveleteit, megszünteti a mérgező gázok felszabadulását, csökkenti a nemesfémek veszteségét (2-3%-kal), és csökkenti az "aranyfej" feldolgozási költségeit. felére.

Az aranytartalmú ércek aranyvisszanyerő üzemekben (GIF) a gravitációs dúsítási ciklusban történő feldolgozása során gazdag aranytartalmú koncentrátumot kapnak, az úgynevezett "aranyfejet" (a továbbiakban: GG), amelybe feljutnak. az arany és az ezüst 50%-a kinyerhető. A feldolgozandó érc összetételétől függően ez a gravitációs koncentrátum a következő ásványi anyagokat tartalmazza: szulfidok (pirit, arzenopirit, galenit, szfalerit stb.), technogén hulladék (fémvas, ólom, réz) és vas-oxidok, szilícium, alumínium - akár 50% . Az arany tömeghányada CG-ben általában 1-10%. Ez a koncentrátum nagyon ellenáll a cianidozásnak, mivel az arany viszonylag durva, és szoros kapcsolatban áll szulfidokkal és kvarccal. A nemesfémek kitermelése során fellépő veszteségek csökkentése érdekében a nagy és tűzálló aranyat tartalmazó termékeket az őrlési szakaszban és az aranytartalmú érc gravitációs dúsításának első szakaszában elkezdik izolálni, majd a gravitációs finomítást követően feldolgozzák őket. külön technológiai ciklusban.

Jelenleg a CG feldolgozására olyan technológiát alkalmaznak, amelynek fő művelete a koncentrátum oxidatív pörkölése 500-700 °C hőmérsékleten. Ezután a keletkező kalcint ólomötvözetté (werkbley) olvasztják, és szintén kupellezzák. magas hőmérséklet (850-900 ° C). Néha egy salakot (kis mennyiségű színesfémtel) közvetlenül megolvasztanak arany-ezüst ötvözetté. Általánosságban elmondható, hogy a pörkölési műveletet alkalmazó technológiát nagy munkaintenzitás, mérgező kén-, arzén- és ólomgázok felszabadulása, jelentős mennyiségű aranytartalmú köztes termék (por, salak, elhasznált cseppek) előállítása jellemzi. amely az arany visszaszerzéséhez szükséges. Mindez a nemesfémek észrevehető technológiai és mechanikai veszteségéhez vezet.

A dús gravitációs tűzálló aranytartalmú koncentrátumok feldolgozásához ígéretes a savas technológia, amely szerint a kiindulási koncentrátumot (CG) salétromsav oldattal kezelik, a szilárd csapadékot (pogácsát) megolvasztják. Ez a technológia lehetővé teszi az időigényes égetési műveletek kiküszöbölését, megakadályozza a mérgező gázok felszabadulását és csökkenti a nemesfémek veszteségét.

A savas technológia szerint vizsgálatokat végeztek az OJSC Buryatzoloto Kholbinsky bányájának "aranyfejének" két mintáján.

A CG-minták jellegzetessége a bennük lévő szulfidok túlsúlya és a technogén hulladék jelenléte, amely vas-réz - túlnyomórészt réztartalommal. Az 1. számú mintában a szulfidok tömeghányada több mint 60%, beleértve a 35% galénát. A 2. számú mintában a pirit dominál - több mint 80%, a galéna - 6,0%. Az 1. számú mintában az arany és az ezüst tömegaránya 14,52%, illetve 3,76%; a 2. számú mintában - 4,34% és 1,36%.

Az ilyen, meglehetősen összetett ásványi összetételű és technogén hulladék jelenlétével rendelkező gravitációs koncentrátumot fokozott ellenállás jellemzi, ezért a vállalat meglévő CG-feldolgozási technológiája három munkaigényes műveletet tartalmaz: pörkölés 700-900 ° C-on (6 órán keresztül) ), érc-termikus kemencében olvasztva verkblay-hez és kupelláláshoz. A nemesfémek közvetlen extrakciója az ötvözetbe nem haladja meg a 96%-ot. A keletkező bedolgozó anyagokat (szilárd gáztisztító szer, salak, a kemencéből származó törött tégla és a cseppekből törött tégla) visszajuttatják az alapanyag feldolgozására szolgáló technológiába (általában ciánosítás előtti őrlésre). Ezekből az ipari termékekből a nemesfémek kinyerésének mértéke nincs meghatározva.

A CG salétromsavas kilúgozással történő feldolgozásának technológiai sémája az ábrán látható.

A salétromsav erős oxidálószer, és szulfidokkal kölcsönhatásba lépve vízoldható vegyületeket képez. Kivételt képez a galéna, amely lebomlik, és oldhatatlan ólom-szulfátot képez. A főleg vasból és rézből álló technogén hulladék teljesen feloldódik. A CG salétromsavas kilúgozása (NAC) után a legtöbb szennyeződést tartalmazó oldatot és szilárd terméket kapunk, amelyben a nemesfémek, az oldhatatlan oxidok (főleg a szilícium- és a vas-oxidok) és az ólom-szulfát (ólom oxidált formában) koncentrálódnak. A kapott szilárd terméket (pogácsát) elválasztjuk az oldattól, szárítjuk és megolvasztjuk, így arany-ezüst ötvözetet kapunk.

A kilúgozás következtében bizonyos mennyiségű ezüst (10%) oldatba kerülhet. Kivonásához a pogácsa szétválasztása után konyhasót adunk az oldatba, és az oldatból oldhatatlan klorid formájában ezüst szabadul fel, amelyet az aranytartalmú pogácsával együtt és külön-külön is megolvaszthatunk, így technikai képződményt kapunk. ezüst 98-99% fémtömeghányaddal.

Az "aranyfejű" minták salétromsavas kilúgozásával és a kapott sütemények olvasztásával végzett kísérletek eredményei a következőket mutatták.

1. Lehetőség a Kholbinszkoje bányában a munkaigényes és magas hőmérsékletű pörkölés, olvasztás és kúpolás megszüntetésére, ezáltal megakadályozva a sertésekből a pörkölésből és olvasztásból származó mérgező gázok kibocsátását.

2. Az olvadt termék (pogácsa) tömegének jelentős (az 1. számú mintánál kétszeresére, a 2. számú mintánál ötszörösére) csökkenése miatt a nemesfémek tömbbe történő extrakciójának növelése, csökkenés, ill. , a salak mennyiségében és a középtermékek kizárása: cseppek és téglák „törése”. A nemesfémek kitermelésének várható növekedése 2-3%.

3. Az „aranyfej” AQW folyamatában az ezüst 8%-ig kilúgozódik. Az ezüst oldatba történő extrakciójának csökkentése érdekében AQW feltételeket dolgoztak ki és javasoltak. Ugyanakkor az ezüst extrakciója oldatba csaknem 30-szorosára csökkent.

4. Az 1. számú „aranyfejű” AKV mintából a szárított pogácsákat ismert töltettel (szóda, bórax, kvarc) kiolvasztva 90%-os arany-ezüst össztömeghányadú ötvözetet kaptunk. A 2. számú minta AKB "aranyfejéből" származó pogácsákat kísérleti töltettel olvasztották meg, és 95-99% arany és ezüst össztömegű ötvözeteket kaptunk.

5. Jelentős mennyiségű galéna a CG-ben az AKB után az ólom észrevehető átalakulásához vezet kereskedelmi arany-ezüst ötvözetté, ami rontja a késztermék minőségét. A vizsgálat során meghatározták a feltételeket és kiválasztják a töltetet 25%-ig ólmot tartalmazó pogácsa olvasztásához, 95-99%-os arany-ezüst össztömeghányadú arany-ezüst ötvözet előállításához.

6. A CG salétromsavas kilúgozási vizsgálatai (2. sz. minta) kimutatták, hogy a pirit meglehetősen teljes lebomlását (több mint 97%-ban) 500-550 g/l koncentrációjú salétromsav oldattal való kioldással érik el ( lásd a táblázatot). Ennek oka az a tény, hogy a pirit (több mint 90%) viszonylag nagy osztályba tartozik (mínusz 0,5 + 0,25 mm), és bomlásához súlyosabb körülmények szükségesek.

A Kholbinsky bánya szerint 1 kg SG (1. számú minta) feldolgozásának fajlagos költsége a pörkölési technológiához 93,6 rubel. A technológia fajlagos költsége ugyanazon minta salétromsavas kilúgozásával 44,9 rubel, azaz. felére csökken a CG feldolgozás költsége a kifejlesztett hidrometallurgiai technológia szerint.

A JSC Buryatzoloto kholbinszki bányájában található két dús gravitációs szulfidos aranytartalmú koncentrátum ("aranyfej") mintán tanulmányokat végeztek egy új hidrometallurgiai technológia kifejlesztésére az eredeti őrölt gáz salétromsavas kilúgozásával, majd a keletkező gáz olvasztásával. torta.

Meghatározzák a szulfidokat (legfeljebb 80%) és a technogén hulladékot (legfeljebb 16%) tartalmazó tűzálló gravitációs koncentrátum (CG) kilúgozásának feltételeit. Meghatároztuk az AQW-körülményeket minimális ezüstoldódás mellett. Az AKW után a pogácsákat (szilárd termékek) az eredeti CG-nél magasabb (2-5-szörös) nemesfémtartalommal kaptuk. Az olvadási körülményeket 96-99% arany és ezüst össztömeghányadú ötvözetek előállítására dolgozták ki.

Elkészült a CG feldolgozására javasolt hidrometallurgiai technológia megvalósíthatósági tanulmánya. A CG pörköléssel történő feldolgozásának meglévő technológiájához képest a kifejlesztett hidrometallurgiai technológiával a CG feldolgozás költségei a felére csökkennek.

A 2. számú minta AKV CG során a pirit bomlási foka

Tömeges koncentráció HNO 3, g/l	Az AKV lebonyolításának feltételei*			Fokozat bomlás szulfid, %
	időtartam, óra		hőmérséklet, °C

Azt is ajánljuk

Betöltés...

itthon > Internetes marketing

Pirit oldódása salétromsavban. Sztöchiometrikus együtthatók kiválasztása ovr

10. Redox reakciók

Azt is ajánljuk