Dissoluzione della pirite in acido nitrico. Selezione dei coefficienti stechiometrici ovr

13.12.2018

L'unico solvente di pirite in condizioni normali (cioè a temperatura e pressione atmosferica normali) è l'acido nitrico, che decompone il FeSi per reazione

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

In determinate condizioni (riscaldamento, uso di agenti ossidanti aggiuntivi, ecc.), Il processo di scioglimento della pirite in acido nitrico può procedere con l'ossidazione parziale dello zolfo solfuro in solfati e acido solforico:

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

Allo stesso modo, altri solfuri vengono disciolti in acido nitrico, formando sali idrosolubili in queste condizioni: nitrati, solfati, ecc.

Pertanto, l'acido nitrico può essere considerato un solvente collettivo di minerali di solfuro e, quindi, può essere utilizzato per aprire completamente l'oro associato a questi minerali.

Per la sua bassa solubilità, l'ossido nitrico formato dalle reazioni di cui sopra passa principalmente nella fase gassosa e, in presenza di aria o ossigeno, si ossida a biossido di NO2. Quest'ultimo ha una solubilità significativamente maggiore in acqua e soluzioni acquose. Questo crea condizioni favorevoli per la rigenerazione dell'acido nitrico (3NO2(r) + H2O -> 2HNO3 + NO(r)). che possono essere restituiti al processo tecnologico per la lisciviazione dei solfuri.

Queste regolarità costituiscono la base del processo CCI, che può essere implementato nella forma delle seguenti opzioni:

1. Nitrox (NITROX) - un processo la cui caratteristica è la lisciviazione dei solfuri con acido nitrico in presenza di aria a pressione atmosferica e il riscaldamento della polpa a 80-90 ° C per 1-2 ore Questa opzione fornisce l'ossidazione completa del ferro , arsenico, zolfo solfuro e metalli non ferrosi (compreso l'argento) presenti nella materia prima. Il vantaggio del processo è la modalità non autoclave. Inoltre, il legame dell'NO gassoso con l'ossigeno atmosferico nella zona di reazione consente di evitare emissioni di gas dagli apparati dove avviene il processo FCC. Lo svantaggio di questa opzione dovrebbe essere considerato la formazione di una quantità significativa di zolfo elementare, che influisce negativamente sulla successiva estrazione dell'oro dai residui di KKB mediante cianurazione. Per eliminare l'influenza negativa dello zolfo, si consiglia di sottoporre i residui auriferi di KKB a trattamento con calce calda o cottura.

Il brevetto considera una variante in cui il processo di nitrato e ossidazione viene effettuato facendo gorgogliare aria attraverso la polpa, per cui le particelle di zolfo elementare e l'oro da esse catturato vengono fatte galleggiare e rimosse dalla superficie della polpa in la forma di schiuma. Il concentrato risultante, in cui passa fino all'80% dell'oro, viene lavorato in un forno rotante con soffiaggio di ossigeno. In alternativa, lo zolfo viene rimosso dal concentrato mediante fusione.

2. Arseno (ARSENO) - un processo che prevede l'uso di acido nitroso, non acido nitrico, HNO2, che, secondo gli sviluppatori di questa opzione, fornisce una cinetica di lisciviazione superiore rispetto all'HNO3 come solvente per i solfuri. La chimica del processo è determinata dagli equilibri delle reazioni

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

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

Mantenendo una pressione parziale di NO relativamente alta, l'equilibrio di quest'ultima reazione viene spostato a sinistra. Un'altra differenza tra questa variante e il processo nitrox è l'uso di ossigeno a una moderata sovrappressione (circa 5 kPa). La temperatura della polpa viene mantenuta a un livello di 80-90 °C.

La combinazione di queste condizioni di regime fornisce un tasso molto elevato di ossidazione del solfuro (tempo di lisciviazione 15 min), a seguito del quale i processi di precipitazione delle impurità dalle soluzioni non hanno il tempo di svilupparsi in misura notevole e tutto il ferro, zolfo solfato e l'arsenico rimangono in soluzione. Ciò, a sua volta, consente di raggiungere un elevato grado di concentrazione di oro nei residui di CCM a piccola resa, che è un fattore positivo significativo nella successiva lavorazione idrometallurgica di questi prodotti.

Come nella versione precedente, il processo di ossidazione del solfuro è accompagnato dal rilascio di zolfo elementare e tutti i problemi associati alla sua neutralizzazione rimangono completamente.

Un diagramma schematico del processo di arseno è mostrato in fig. 6.1.

Una delle varietà di questa tecnologia è il processo di ossidazione simultanea dei solfuri con acido nitrico e lisciviazione dell'oro con soluzioni saline sviluppate da NMS Technolngy. Il processo combinato di ossidazione e lisciviazione viene effettuato in un reattore tubolare.

3. Redox (REDOX) - un processo che è una versione ad alta temperatura del processo arseno.

Se i primi due metodi KKB sopra descritti sono stati sviluppati come alternativa ai metodi in autoclave per l'ossidazione dei solfuri, allora il processo redox è una delle varianti del processo in autoclave, in cui i minerali di solfuro vengono lisciviati con la partecipazione di ossidi di azoto in un temperatura di 180 °C e oltre. In queste condizioni sarà possibile evitare le spiacevoli conseguenze legate alla formazione dello zolfo elementare. Per isolare l'arsenico (sotto forma di arseniato di ferro) e lo zolfo solfito (gesso) dalle soluzioni, si consiglia di introdurre il calcare nel reattore di lisciviazione.

Il processo KKB è stato testato all'estero su un gran numero di minerali d'oro e concentrati di minerali in Nord America e Australia. Cina. I risultati delle prove ei calcoli tecnici ed economici effettuati sulla base indicano una certa prospettiva del processo.

Le capacità tecnologiche di KKB possono essere illustrate dai risultati degli studi effettuati presso l'Istituto "Irgiredmet" su tre varietà di concentrati auriferi solfuri (Tabelle 6.1 e 6.2).

Esperimenti di laboratorio hanno mostrato la possibilità di ossidazione idrometallurgica dei solfuri con acido nitrico (al passaggio di ossigeno) in condizioni relativamente miti: temperatura 40-80 °C. HNO3 concentrazione 20-100 g/l: durata della lisciviazione 2-6 ore Il consumo di ossigeno è prossimo alla quantità stechiometrica necessaria per l'ossidazione dei solfuri: in questo caso l'ossigeno viene erogato in modo da garantire un vuoto di 50- 100 Pa nel reattore.

L'estrazione di oro e argento durante la cianurazione dei residui di KKB (dopo il pretrattamento con soluzioni di calce o calce-soda) è rispettivamente del 93,6-94,8 e dell'86,4-90,4% (Tabella 6.2). Allo stesso tempo, l'effetto dell'uso del trattamento alcalino ammontava al 2-6% dell'oro estratto in aggiunta e al 10-20% dell'argento.

Sulla base dei risultati di studi di laboratorio è stato determinato uno schema razionale per la lavorazione idrometallurgica dei concentrati (Fig. 6.2), che è stato testato su scala semiindustriale presso l'impianto pilota di Irgiredmet.

I concentrati sono stati lisciviati in un'unità a funzionamento continuo costituita da 4 reattori in titanio della capacità di 10 dm3 ciascuno. La produttività dell'installazione è di 10-15 kg/h. È stato lavorato un totale di 700 kg di concentrato. La polpa risultante è stata sottoposta ad addensamento e filtrazione. In circolazione, il 60-70% della soluzione è stato utilizzato per spappolare il materiale iniziale, il resto della soluzione, così come le soluzioni di lavaggio, è stato neutralizzato con sospensione di calce e scaricato nella discarica di decantazione. Il consumo totale di reagenti per 1 tonnellata di concentrato era, kg: 160 HNO3, 150 CaO; 60 Na2CO3, 500 m3 O2. Il trattamento con calce-soda è stato effettuato periodicamente ad una temperatura di 70-80 °C. W:T=2:1. durata 3 ore Il consumo di carbonato di sodio e ossido di calcio per questa operazione è stato rispettivamente di 60 e 30 kg per 1 tonnellata di concentrato.

La cianurazione delle torte di calce e soda è stata effettuata in 2 fasi (24 h ciascuna) ad una concentrazione di cianuro di sodio di 2 g/l. Il consumo di cianuro era di 4,6 kg per 1 tonnellata di concentrato.

L'estrazione di oro e argento nella soluzione di cianuro era del 92,0 e del 73,6%. il contenuto residuo nei panelli di cianurazione è rispettivamente di 5,1 e 11,3 g/g.

Un esempio dell'uso industriale della tecnologia KKB è lo stabilimento di Sinola (Canada), che elabora minerali di quarzo con solfuri di ferro contenenti oro dispersi nel quarzo. La produttività della fabbrica è di 6000 tonnellate di minerale al giorno. Il contenuto di oro nell'originale 2,5 g/t. Schiacciato a una finezza del 60% della classe meno 0,08 mm, il minerale viene sottoposto ad ossidazione con acido nitrico a una temperatura di 85 ° C per 2 ore.Il grado di ossidazione dei solfuri raggiunge il 95%. La polpa ossidata dopo neutralizzazione con calce viene avviata alla cianurazione secondo il metodo "CIP". L'estrazione dell'oro è del 92%. L'ossido di azoto rilasciato durante l'ossidazione dei solfuri entra nel ciclo di rigenerazione dell'acido nitrico.

Una variante della lisciviazione di acido nitrico ad alta temperatura (processo redox) con successiva cianurazione dei residui è stata testata all'estero in relazione a discariche di arsenico stantie dalla lavorazione di minerali auriferi presso il giacimento di Snow Lake (Manitoba, USA). Dal 1949 al 1958 di tali discariche sono state accumulate circa 300mila tonnellate contenenti 11,9 g/t di oro. 25,1% ferro, 23,0% arsenico, 14,6% zolfo. I principali componenti minerali sono l'arsenopirite (47,1%) e la pirrotite (11,8%). L'oro è in forma refrattaria ed è associato all'arsenopirite. Per aprirlo è stato sviluppato un processo di ossidazione in autoclave secondo il seguente regime: temperatura 190-210 °C; pressione 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.

Gli articoli descrivono i risultati delle prove industriali del processo redox su concentrati oro-arsenico isolati dai rotoli del giacimento di Bakyrchik (Kazakistan). Le prove sono state effettuate su un impianto pilota con una capacità di 15 kg/h per 3 mesi, ad una temperatura di lisciviazione di 200 °C. L'estrazione dell'oro dai prodotti dell'ossidazione dell'acido nitrico è stata effettuata per cianurazione secondo il metodo CIP. Quando si valutano i risultati del test, una breve durata dell'ossidazione (circa 10 min) e la formazione di una modificazione chimicamente stabile dell'arsenico, arseniato di ferro, sono considerati aspetti positivi del processo redox. È stato inoltre osservato che il carbone attivo adsorbente presente nei concentrati iniziali ha un effetto negativo sul processo di cianurazione, riducendo notevolmente il recupero dell'oro. A questo proposito, si raccomanda una modalità migliorata di concentrazione di flottazione del minerale, che consente di rimuovere la massa principale di carbonio dagli sterili. Allo stesso scopo, si propone di sottoporre il concentrato oro-arsenico ottenuto ad ulteriore raffinazione gravitazionale su tabelle di concentrazione e il concentrato già ripurificato da inviare al trattamento con acido nitrico. Grazie a ciò si è ottenuto un elevato recupero dell'oro nel ciclo idrometallurgico (96%). Tuttavia, l'aumento delle perdite di metallo nel processo di arricchimento del minerale per flottazione per gravità (compresi quelli con farinacei contenenti carbonio) non ci consentono di raccomandare inequivocabilmente questa tecnologia per l'implementazione industriale.

Il fatto della formazione (durante il processo redox su minerali e concentrati di pirite-arsenopirite) di modificazioni dell'arsenico chimicamente forti e quindi meno tossiche è confermato da molti studi. Su questa base, è stato sviluppato un metodo per convertire il triossido di arsenico altamente tossico in scorodite FeAsO4*2H2O. Polpa contenente 0,25 M As2O3, 0,5 M Fe(NO3)]2 e 2,5 M HNO3. lavorato in autoclave ad una temperatura di 130-160°C. Il valore minimo di temperatura corrisponde al momento di formazione dell'NO volatile. Alla temperatura massima (160 °C) la tensione di vapore nell'autoclave raggiunge i 1200 kPa. La durata totale del processo è di 4 ore La verifica della solubilità del precipitato risultante in HNO3 (a pH=4) ha mostrato che dopo 4 ore di trattamento la concentrazione di As nella soluzione era di 1,6 mg/L.

L'articolo descrive un metodo per il trattamento con acido nitrico di concentrati di flottazione e gravità ricchi di Ag-As (contenuto di argento da 0,8 a 31,5 kg/t), in cui sono presenti bismuto, nichel, cobalto, rame e zinco come componenti utili associati. Si consiglia di lisciviare una miscela di concentrati con una soluzione di HNO3 (consumo di acido 124% in peso del concentrato) ad una temperatura di 125 °C, una pressione di ossigeno di 1 MPa; W:T=6:1, D per 30 min. In questo caso passa nella soluzione il 95-99% dei metalli presenti, inclusi arsenico e ferro. Dalle soluzioni ottenute si precipitano successivamente: argento sotto forma di cloruro (per introduzione di NaCl); bismuto ossicloruro-idrossido; sedimento ferro-arsenico (neutralizzazione della soluzione con ammoniaca, rispettivamente: fino a pH=0,4-0,8 e 0,8-1,8) e una miscela di nichel, cobalto, solfuri superficiali e a vite (trattamento della soluzione con solfato di ammonio a pH=5 -7). La polvere di argento metallico di elevata purezza è stata ottenuta calcinando AgCl con soda a 600°C. Si consiglia di effettuare la lavorazione di altri prodotti solidi con metodi standard, anche con la produzione di metalli puri. Si propone di utilizzare come fertilizzante la soluzione di acido nitrico ottenuta dopo la separazione dei fanghi. Il grado di estrazione di argento e altri metalli nella lavorazione chimico-metallurgica dei sedimenti raggiunge il 99%.

Va ricordato che considerare l'ossidazione (riduzione) come un processo di donazione (e accettazione) di elettroni da parte di atomi o ioni non riflette sempre la vera situazione, poiché in molti casi non c'è un trasferimento completo di elettroni, ma solo uno spostamento di la nuvola di elettroni da un atomo all'altro.

Tuttavia, per compilare le equazioni delle reazioni redox, non importa che tipo di legame si forma in questo caso: ionico o covalente. Pertanto, per semplicità, parleremo di addizione o donazione di elettroni, indipendentemente dal tipo di legame.

Determinazione dei coefficienti stechiometrici nelle equazioni delle reazioni redox. Quando si elabora un'equazione per una reazione redox, è necessario determinare l'agente riducente, l'agente ossidante e il numero di elettroni dati e ricevuti. Di norma, i coefficienti vengono selezionati utilizzando uno dei due metodi saldo elettronico , entrambi i metodi equilibrio elettrone-ioni (a volte quest'ultimo è chiamato metodo mezze reazioni ).

Come esempio di compilazione di equazioni di reazioni redox, considera il processo di ossidazione della pirite con acido nitrico concentrato.

Innanzitutto definiamo i prodotti della reazione. HNO 3 è un forte agente ossidante, quindi lo zolfo sarà ossidato al massimo stato di ossidazione S 6+ e il ferro a Fe 3+, mentre HNO 3 può essere ridotto a NO o NO 2. Sceglieremo NO:

Dove si troverà H 2 O (sul lato sinistro o destro), non lo sappiamo ancora.

1. Applicare prima metodo dell'equilibrio elettrone-ione (semireazioni). Questo metodo considera la transizione degli elettroni da un atomo o ione a un altro, tenendo conto della natura del mezzo (acido, alcalino o neutro) in cui avviene la reazione.

Quando si compilano equazioni per i processi di ossidazione e riduzione, per equalizzare il numero di atomi di idrogeno e ossigeno, vengono introdotte molecole d'acqua e ioni idrogeno (a seconda del mezzo) (se l'ambiente è acido), o molecole d'acqua e ioni idrossido (se il mezzo è alcalino). Di conseguenza, nei prodotti ottenuti, sul lato destro dell'equazione elettro-ionica, ci saranno ioni idrogeno e molecole d'acqua (mezzo acido) o ioni idrossido e molecole d'acqua (mezzo alcalino).

cioè. quando si scrivono equazioni elettro-ioniche si deve partire dalla composizione degli ioni effettivamente presenti nella soluzione. Inoltre, come nella preparazione di equazioni ioniche abbreviate, le sostanze sono scarsamente dissocianti, scarsamente solubili o rilasciate sotto forma di gas dovrebbe essere scritto in forma molecolare.

Consideriamo per il nostro caso la semireazione di ossidazione. La molecola FeS 2 si trasforma in uno ione Fe 3+ (Fe (NO 3) 3 si dissocia completamente in ioni, trascuriamo l'idrolisi) e due ioni SO 4 2 - (dissociazione di H 2 SO 4):

Per equalizzare l'ossigeno, aggiungi 8 molecole di H 2 O sul lato sinistro e 16 ioni H + sul lato destro (ambiente acido):

La carica sul lato sinistro è 0, la carica sul lato destro è +15, quindi FeS 2 deve cedere 15 elettroni:

Consideriamo ora la semireazione di riduzione dello ione nitrato:

È necessario rimuovere 2 O atomi di NO 3. Per fare ciò, aggiungere 4 ioni H 1+ (mezzo acido) sul lato sinistro e 2 molecole H 2 O sul lato destro:

Per equalizzare la carica, aggiungi 3 elettroni sul lato sinistro (carica + 3):

Infine abbiamo:

Riducendo entrambe le parti di 16H + e 8H 2 O, otteniamo l'equazione ionica ridotta della reazione redox:

Aggiungendo la quantità appropriata di ioni NO 3 - e H + a entrambi i lati dell'equazione, troviamo l'equazione di reazione molecolare:

Si noti che non è mai stato necessario determinare lo stato di ossidazione degli elementi per determinare il numero di elettroni dati e ricevuti. Inoltre, abbiamo preso in considerazione l'influenza dell'ambiente e abbiamo determinato automaticamente che H 2 O è sul lato destro dell'equazione. Non c'è dubbio che questo metodo molto più coerente con il senso chimico rispetto al metodo standard del bilancio elettronico, anche se quest'ultimo è un po' più facile da capire.

2. Equalizziamo questa reazione con il metodo saldo elettronico . Il processo di recupero è descritto:

È più difficile elaborare uno schema di ossidazione, poiché due elementi vengono ossidati contemporaneamente: Fe e S. Puoi assegnare lo stato di ossidazione 2+ al ferro, 1- allo zolfo e tenere conto del fatto che ci sono due atomi di S per Fe atomo:

Tuttavia, è possibile fare a meno di determinare gli stati di ossidazione e scrivere uno schema simile allo schema

Il lato destro ha una carica di +15, il lato sinistro ha una carica di 0, quindi FeS 2 deve cedere 15 elettroni. Annota il saldo totale:

cinque molecole di HNO 3 vengono utilizzate per ossidare FeS 2 e sono necessarie altre tre molecole di HNO 3 per formare Fe (NO 3) 3:

Per equalizzare idrogeno e ossigeno, aggiungi due molecole di H 2 O sul lato destro:

Il metodo del bilancio elettrone-ioni è più versatile del metodo del bilancio elettronico e presenta un innegabile vantaggio nella selezione dei coefficienti in molte reazioni redox, in particolare con la partecipazione di composti organici, in cui anche la procedura per determinare gli stati di ossidazione è molto complicato.

Si consideri, ad esempio, il processo di ossidazione dell'etilene che si verifica quando viene fatto passare attraverso una soluzione acquosa di permanganato di potassio. Di conseguenza, l'etilene viene ossidato a glicole etilenico HO-CH 2 -CH 2 -OH e il permanganato viene ridotto a ossido di manganese (IV), inoltre, come sarà ovvio dall'equazione di bilancio finale, si forma anche idrossido di potassio su la destra:

Dopo aver effettuato le necessarie riduzioni di termini simili, scriviamo l'equazione nella forma molecolare finale

Potenziali standard delle reazioni redox. La possibilità che si verifichi una reazione redox in condizioni reali è dovuta a una serie di ragioni: temperatura, natura dell'agente ossidante e riducente, acidità del mezzo, concentrazione di sostanze coinvolte nella reazione, ecc. Può essere difficile tenere conto di tutti questi fattori, ma, ricordando che qualsiasi reazione redox procede con il trasferimento di elettroni dall'agente riducente all'agente ossidante, è possibile stabilire un criterio per la possibilità di tale reazione.

Le caratteristiche quantitative dei processi redox sono normali potenziali redox degli agenti ossidanti e riducenti (o potenziali standard elettrodi).

Per comprendere il significato fisico-chimico di tali potenziali è necessario analizzare i cosiddetti processi elettrochimici.

Le reazioni chimiche che si verificano con una variazione del grado di ossidazione degli elementi che compongono i reagenti sono chiamate reazioni redox.

L'ossidazione è il processo di donazione di elettroni da un atomo, una molecola o uno ione. Se un atomo cede i suoi elettroni, acquisisce una carica positiva, ad esempio:

Se uno ione caricato negativamente (carica -1), ad esempio, cede 1 elettrone, diventa un atomo neutro:

Se uno ione o un atomo caricato positivamente cede elettroni, il valore della sua carica positiva aumenta in base al numero di elettroni dati:

La riduzione è il processo di aggiunta di elettroni a un atomo, una molecola o uno ione.

Quando un atomo guadagna elettroni, diventa uno ione caricato negativamente:

Se uno ione caricato positivamente accetta elettroni, la sua carica diminuisce, ad esempio:

oppure può andare a un atomo neutro:

Un agente ossidante è un atomo, una molecola o uno ione che accetta elettroni. Un agente riducente è un atomo, una molecola o uno ione che dona elettroni.

L'agente ossidante viene ridotto durante la reazione e l'agente riducente viene ossidato.

Stesura di equazioni di reazioni redox e selezione di coefficienti. Quando si elabora un'equazione per una reazione redox, è necessario determinare l'agente riducente, l'agente ossidante e il numero di elettroni dati e ricevuti.

Di norma, i coefficienti vengono selezionati utilizzando il metodo del bilancio elettronico o il metodo del bilancio elettrone-ioni (a volte quest'ultimo è chiamato metodo della semireazione).

Come esempio di compilazione di equazioni di reazioni redox, considera il processo di ossidazione della pirite con acido nitrico concentrato:

Prima di tutto, definiamo i prodotti della reazione. è un forte agente ossidante, quindi lo zolfo sarà ossidato al massimo stato di ossidazione e il ferro a, mentre può essere ridotto a o. Sceglieremo.

Dove si troverà (sul lato sinistro o destro), non lo sappiamo ancora.

1. Applichiamo prima il metodo dell'equilibrio elettrone-ioni. Questo metodo considera la transizione degli elettroni da un atomo o ione a un altro, tenendo conto della natura del mezzo (acido, alcalino o neutro) in cui avviene la reazione. - Quando si compilano equazioni per i processi di ossidazione e riduzione, per equalizzare il numero di atomi di idrogeno e ossigeno, vengono introdotte molecole d'acqua e ioni idrogeno (se il mezzo è acido) o molecole d'acqua e ioni idrossido (se il mezzo è alcalino) (a seconda del mezzo). Di conseguenza, nei prodotti ottenuti, sul lato destro dell'equazione elettro-ionica, ci saranno ioni idrogeno e molecole d'acqua (mezzo acido) o ioni idrossido e molecole d'acqua (mezzo alcalino).

Pertanto, quando si scrivono equazioni elettro-ioniche, si deve partire dalla composizione degli ioni effettivamente presenti nella soluzione. Inoltre, come nella preparazione di equazioni ioniche abbreviate, le sostanze leggermente dissocianti, scarsamente solubili o liberate sotto forma di gas dovrebbero essere scritte in forma molecolare.

Consideriamo per il nostro caso la semireazione di ossidazione.

La molecola si trasforma in uno ione, si dissocia completamente in ioni, trascuriamo l'idrolisi) e due ioni (dissociazione):

Per equalizzare l'ossigeno, aggiungi 8 molecole sul lato sinistro e 16 ioni sul lato destro (ambiente acido!):

La carica sul lato sinistro è 0, la carica sul lato destro deve quindi cedere 15 elettroni:

Consideriamo ora la semireazione di riduzione dello ione nitrato:

È necessario sottrarre dall'atomo O. Per fare ciò, aggiungi 4 ioni (mezzo acido) sul lato sinistro e 2 molecole sul lato destro

Per equalizzare la carica sul lato sinistro (carica), aggiungi 3 elettroni:

Infine abbiamo:

Riducendo entrambe le parti otteniamo l'equazione ionica ridotta della reazione redox:

Sommando il numero appropriato di ioni su entrambi i lati dell'equazione, troviamo l'equazione di reazione molecolare:

Si noti che per determinare il numero di elettroni donati e ricevuti, non abbiamo mai dovuto determinare lo stato di ossidazione degli elementi. Inoltre, abbiamo preso in considerazione l'influenza dell'ambiente e determinato automaticamente ciò che è sul lato destro dell'equazione. Quel che è certo è che questo metodo è molto più coerente con il senso chimico rispetto al metodo standard del bilancio elettronico, sebbene quest'ultimo sia un po' più facile da capire.

2. Equalizzare questa reazione utilizzando il metodo della bilancia elettronica. Il processo di recupero è descritto semplicemente:

È più difficile elaborare uno schema di ossidazione, poiché 2 elementi vengono ossidati contemporaneamente: Fe e S. Puoi attribuire lo stato di ossidazione allo zolfo al ferro e tenere conto del fatto che ci sono due atomi di S per 1 atomo di Fe:

È possibile, tuttavia, fare a meno di determinare gli stati di ossidazione e scrivere uno schema simile allo schema (7.1):

Il lato destro ha una carica di +15, il lato sinistro ha una carica di 0, quindi deve cedere 15 elettroni. Annota il saldo totale:

5 molecole vanno all'ossidazione e sono necessarie altre 3 molecole per formarsi

Per equalizzare idrogeno e ossigeno, aggiungi 2 molecole sul lato destro:

Si consideri, ad esempio, il processo di ossidazione dell'etilene che si verifica quando viene fatto passare attraverso una soluzione acquosa di permanganato di potassio. Di conseguenza, l'etilene viene ossidato a glicole etilenico e il permanganato viene ridotto a ossido di manganese (IV), inoltre, come sarà ovvio dall'equazione del bilancio finale, a destra si forma anche idrossido di potassio:

Dopo aver effettuato le necessarie riduzioni di termini simili, scriviamo l'equazione nella forma molecolare finale

Caratteristiche quantitative delle reazioni redox. Un certo numero di potenziali elettrodi standard. La possibilità che si verifichi una reazione redox in condizioni reali è dovuta a una serie di ragioni: temperatura, natura dell'agente ossidante e riducente, acidità del mezzo, concentrazione di sostanze coinvolte nella reazione, ecc.

Può essere difficile tenere conto di tutti questi fattori, ma, ricordando che qualsiasi reazione redox procede con il trasferimento di elettroni dall'agente riducente all'agente ossidante, è possibile stabilire un criterio per la possibilità di tale reazione.

Le caratteristiche quantitative dei processi redox sono i normali potenziali redox degli agenti ossidanti e riducenti (o potenziali elettrodi standard).

Per comprendere il significato fisico-chimico di tali potenziali è necessario analizzare i cosiddetti processi elettrochimici.

I processi chimici accompagnati dalla comparsa di una corrente elettrica o causati da essa sono chiamati elettrochimici.

Per comprendere la natura dei processi elettrochimici, passiamo alla considerazione di diverse situazioni abbastanza semplici. Immagina una lastra di metallo immersa nell'acqua. Sotto l'azione delle molecole d'acqua polari, gli ioni metallici vengono staccati dalla superficie della piastra e idratati, passano alla fase liquida. In questo caso, quest'ultimo si carica positivamente e sulla piastra metallica appare un eccesso di elettroni. Più procede il processo, maggiore diventa la carica sia della piastra che della fase liquida.

A causa dell'attrazione elettrostatica dei cationi in soluzione e degli elettroni metallici in eccesso, al confine di fase appare un cosiddetto doppio strato elettrico, che inibisce l'ulteriore transizione degli ioni metallici nella fase liquida. Infine, arriva il momento in cui si stabilisce un equilibrio tra la soluzione e la piastra metallica, che può essere espresso dall'equazione:

o tenendo conto dell'idratazione degli ioni in soluzione:

Lo stato di questo equilibrio dipende dalla natura del metallo, dalla concentrazione dei suoi ioni in soluzione, dalla temperatura e dalla pressione.

Quando un metallo è immerso non in acqua, ma in una soluzione di un sale di questo metallo, l'equilibrio si sposta a sinistra secondo il principio di Le Chatelier e tanto più, tanto maggiore è la concentrazione di ioni metallici nella soluzione. I metalli attivi, i cui ioni hanno una buona capacità di andare in soluzione, saranno in questo caso caricati negativamente, anche se in misura minore rispetto all'acqua pura.

L'equilibrio (7.2) può essere spostato a destra se gli elettroni vengono rimossi dal metallo in un modo o nell'altro. Questo dissolverà la piastra di metallo. Al contrario, se gli elettroni vengono portati su una piastra metallica dall'esterno, gli ioni precipiteranno dalla soluzione su di essa.

Come già notato, quando un metallo è immerso in una soluzione, si forma un doppio strato elettrico al confine di fase. La differenza di potenziale che si verifica tra il metallo e la fase liquida circostante è chiamata potenziale dell'elettrodo. Questo potenziale è una caratteristica della capacità redox del metallo sotto forma di una fase solida.

Si noti che in un atomo di metallo isolato (lo stato di un vapore monoatomico che si verifica ad alte temperature e alti gradi di rarefazione), le proprietà redox sono caratterizzate da un valore diverso, chiamato potenziale di ionizzazione. Il potenziale di ionizzazione è l'energia necessaria per staccare un elettrone da un atomo isolato.

Il valore assoluto del potenziale dell'elettrodo non può essere misurato direttamente. Allo stesso tempo, non è difficile misurare la differenza di potenziale dell'elettrodo che si verifica in un sistema costituito da due coppie metallo-soluzione. Tali coppie sono dette semielementi. Abbiamo concordato di determinare i potenziali degli elettrodi dei metalli rispetto al cosiddetto elettrodo di idrogeno standard, il cui potenziale è arbitrariamente preso come zero. Un elettrodo di idrogeno standard è costituito da una lastra di platino appositamente preparata immersa in una soluzione acida con una concentrazione di ioni idrogeno e lavata da un flusso di gas idrogeno sotto pressione Pa, ad una temperatura

L'emergere di un potenziale in un elettrodo di idrogeno standard può essere immaginato come segue. L'idrogeno gassoso, essendo adsorbito dal platino, passa allo stato atomico:

Tra idrogeno atomico formato sulla superficie della piastra, ioni idrogeno in soluzione e platino (elettroni!) si realizza uno stato di equilibrio dinamico:

Il processo complessivo è espresso dall'equazione:

Il platino non partecipa al processo redox, ma è solo un vettore di idrogeno atomico.

Se una lastra metallica immersa in una soluzione del suo sale con una concentrazione di ioni metallici pari a 1 mol/l viene collegata ad un elettrodo a idrogeno standard, si otterrà una cella galvanica. La forza elettromotrice di questo elemento (EMF), misurata e caratterizza il potenziale dell'elettrodo standard del metallo, solitamente indicato come.

La tabella 7.1 mostra i valori dei potenziali degli elettrodi standard di alcuni metalli. I potenziali standard degli elettrodi che agiscono come agenti riducenti rispetto all'idrogeno hanno un segno "-" e il segno "+" indica i potenziali standard degli elettrodi che sono agenti ossidanti.

I metalli, disposti in ordine crescente rispetto ai potenziali elettrodi standard, formano la cosiddetta serie elettrochimica delle tensioni metalliche:

Una serie di sollecitazioni caratterizzano le proprietà chimiche dei metalli:

1. Più negativo è il potenziale dell'elettrodo del metallo, maggiore è la sua capacità riducente.

2. Ogni metallo è in grado di spostare (ripristinare) dalle soluzioni saline quei metalli che si trovano nella serie elettrochimica di tensioni metalliche dopo di esso.

3. Tutti i metalli aventi un potenziale elettrodo standard negativo, ad es. situato nella serie elettrochimica delle tensioni dei metalli a sinistra dell'idrogeno, sono in grado di spostarlo dalle soluzioni acide.

Va notato che la serie presentata caratterizza il comportamento dei metalli e dei loro sali solo in soluzioni acquose ea temperatura ambiente. Inoltre, va tenuto presente che i potenziali degli elettrodi standard indicati nella tabella tengono conto delle caratteristiche dell'interazione dell'uno o dell'altro ione con le molecole di solvente. Ciò potrebbe violare alcuni dei modelli previsti nella disposizione dei metalli nella serie elettrochimica delle tensioni metalliche. Ad esempio, la serie elettrochimica delle tensioni dei metalli inizia con il litio, mentre il rubidio e il potassio, che sono chimicamente più attivi, si trovano a destra del litio. Ciò è dovuto all'energia eccezionalmente elevata del processo di idratazione degli ioni di litio rispetto ad altri ioni di metalli alcalini.

Allo stesso tempo, la Tabella 7.1 mostra i potenziali redox standard che sono stati misurati per sistemi non metallici del tipo (7.3) che sono in equilibrio rispetto a un normale elettrodo di idrogeno.

La tabella mostra le semireazioni di riduzione della seguente forma generale:

Come nel caso della determinazione del valore dei metalli, i valori dei non metalli si misurano ad una temperatura di 25°C e ad una concentrazione di tutte le specie atomiche e molecolari partecipanti all'equilibrio pari a 1 mol/l.

Tabella 7.1. Potenziali redox standard a 25 °C (298 K)

(vedi scansione)

Il valore algebrico del potenziale redox standard caratterizza l'attività ossidativa della corrispondente forma ossidata. Pertanto, un confronto dei valori dei potenziali redox standard ci permette di rispondere alla domanda: questa o quella reazione redox procede?

10. Reazioni redox

Reazioni redox in soluzione.

Le reazioni chimiche che si verificano con una variazione del grado di ossidazione degli elementi che compongono i reagenti sono chiamate reazioni redox.

Ossidazione

- è il processo di donazione di elettroni da un atomo, una molecola o uno ione. Se un atomo cede i suoi elettroni, acquisisce una carica positiva: l - , cede 1 elettrone, quindi diventa un atomo neutro:

Se uno ione o un atomo caricato positivamente cede elettroni, il valore della sua carica positiva aumenta in base al numero di elettroni dati:

La riduzione è il processo di aggiunta di elettroni a un atomo, una molecola o uno ione.

Se un atomo guadagna elettroni, quindi si trasforma in uno ione caricato negativamente:

Se uno ione caricato positivamente accetta elettroni, la sua carica diminuisce:

oppure può andare a un atomo neutro:

agente ossidante
accettare elettroni. restauratore è un atomo, molecola o ione, donare elettroni.

Agente ossidante

durante la reazione è ridotto, l'agente riducente è ossidato.

Determinazione dei coefficienti stechiometrici nelle equazioni delle reazioni redox. Quando si elabora un'equazione per una reazione redox, è necessario determinare l'agente riducente, l'agente ossidante e il numero di elettroni dati e ricevuti. Di norma, i coefficienti vengono selezionati utilizzando uno dei due metodi saldo elettronico

, entrambi i metodi equilibrio elettrone-ioni (a volte quest'ultimo è chiamato metodo mezze reazioni ).

Come esempio di compilazione di equazioni di reazioni redox, considera il processo di ossidazione della pirite con acido nitrico concentrato.

Innanzitutto definiamo i prodotti della reazione.

HNO3 è un forte agente ossidante, quindi lo zolfo sarà ossidato al suo massimo stato di ossidazione S 6+ e ferro - a Fe 3+, mentre HNO 3 può recuperare fino a N0 o NO 2 . Sceglieremo NO:

Dove sarà situato

H2O (sul lato sinistro o destro), non lo sappiamo ancora.

1. Applicare prima metodo dell'equilibrio elettroni-ioni

(mezze reazioni). Questo metodo considera la transizione degli elettroni da un atomo o ione a un altro, tenendo conto della natura del mezzo (acido, alcalino o neutro) in cui avviene la reazione.

Consideriamo per il nostro caso la semireazione di ossidazione. Molecola

FeS 2 si trasforma in ione Fe 3+ (F e (N O 3) 3 si dissocia completamente in ioni, l'idrolisi viene trascurata) e due ioni SO 4 2 - (dissociazione di H 2 SO 4):

Per equalizzare l'ossigeno, aggiungi 8 molecole di H sul lato sinistro

2 Oh, ea destra - 16 ioni H+ (mezzo acido):

La carica sul lato sinistro è 0, la carica sul lato destro è +15, quindi

FeS 2 deve donare 15 elettroni:

Consideriamo ora la semireazione di riduzione dello ione nitrato:

Deve essere portato via

NUMERO 3 2 atomi di O. Per fare ciò, aggiungi 4 ioni H sul lato sinistro 1+ (ambiente acido) ea destra - 2 molecole H 2O:

Per equalizzare la carica sul lato sinistro (carica

+3) aggiungi 3 elettroni:

Infine abbiamo:

Riducendo entrambe le parti di 16N

+ e 8Í 2 Oh, otteniamo l'equazione ionica ridotta della reazione redox:

Aggiungendo il numero appropriato di ioni su entrambi i lati dell'equazione

NUMERO 3 - e H+ troviamo l'equazione di reazione molecolare:

2 O è sul lato destro dell'equazione. Non c'è dubbio che questo metodo molto più coerente con il senso chimico rispetto al metodo standard del bilancio elettronico, anche se quest'ultimo è un po' più facile da capire.

2. Equalizziamo questa reazione con il metodo saldo elettronico . Il processo di recupero è descritto:

È più difficile elaborare uno schema di ossidazione, poiché due elementi vengono ossidati contemporaneamente -

Fe e S. È possibile attribuire al ferro lo stato di ossidazione 2+, allo zolfo 1- e tenere conto che ci sono due atomi di S per atomo di Fe:

Tuttavia, è possibile fare a meno di determinare gli stati di ossidazione e scrivere uno schema simile allo schema

Il lato destro ha una carica di +15, il lato sinistro ha una carica di 0, quindi

FeS 2 deve donare 15 elettroni. Annota il saldo totale:

cinque molecole di HNO

3 sarà ossidato FeS2, e altre tre molecole HNO3 necessario per l'istruzione Fe (N O 3) 3:

Per equalizzare idrogeno e ossigeno, aggiungi due molecole H sul lato destro

2O:

Il metodo del bilancio elettrone-ioni è più versatile del metodo del bilancio elettronico e presenta un innegabile vantaggio nella selezione dei coefficienti

in molte reazioni redox, in particolare, che coinvolgono composti organici, in cui anche la procedura per la determinazione degli stati di ossidazione è molto complicata.

CH 2 - CH 2 -OH, e il permanganato viene ridotto a ossido di manganese (IV), inoltre, come sarà ovvio dall'equazione di bilancio finale, a destra si forma anche idrossido di potassio:

Dopo aver effettuato le necessarie riduzioni di termini simili, scriviamo l'equazione nella forma molecolare finale

Potenziali standard delle reazioni redox.
La possibilità che si verifichi una reazione redox in condizioni reali è dovuta a una serie di ragioni: temperatura, natura dell'agente ossidante e riducente, acidità del mezzo, concentrazione di sostanze coinvolte nella reazione, ecc. Può essere difficile tenere conto di tutti questi fattori, ma, ricordando che qualsiasi reazione redox procede con il trasferimento di elettroni dall'agente riducente all'agente ossidante, è possibile stabilire un criterio per la possibilità di tale reazione.

Le caratteristiche quantitative dei processi redox sono normali potenziali redox degli agenti ossidanti e riducenti (o potenziali standard elettrodi).

Per comprendere il significato fisico-chimico di tali potenziali è necessario analizzare i cosiddetti processi elettrochimici.

I processi chimici accompagnati dalla comparsa di una corrente elettrica o causati da essa sono chiamati elettrochimici.

, sia piastre che fase liquida.

A causa dell'attrazione elettrostatica dei cationi in soluzione e degli elettroni metallici in eccesso, al confine di fase appare un cosiddetto doppio strato elettrico, che inibisce l'ulteriore transizione degli ioni metallici nella fase liquida. Infine, arriva un momento in cui si stabilisce un equilibrio tra la soluzione e la piastra metallica, che può essere espresso dall'equazione:

o tenendo conto dell'idratazione degli ioni in soluzione:

Lo stato di questo equilibrio dipende dalla natura del metallo, dalla concentrazione dei suoi ioni in soluzione, dalla temperatura e

pressione.

L'equilibrio può essere spostato a destra se gli elettroni vengono rimossi dal metallo in un modo o nell'altro. Questo dissolverà la piastra di metallo. Al contrario, se gli elettroni vengono portati su una piastra metallica dall'esterno, gli ioni verranno depositati su di essa

a partire dal soluzione.

Quando un metallo è immerso in una soluzione, al confine di fase si forma un doppio strato elettrico. La differenza di potenziale che si verifica tra il metallo e la fase liquida circostante è chiamata potenziale dell'elettrodo. Questo potenziale è una caratteristica della capacità redox del metallo sotto forma di una fase solida.

In un atomo di metallo isolato (lo stato di vapore monoatomico che si verifica ad alte temperature e ad alti gradi di rarefazione), le proprietà redox sono caratterizzate da una diversa quantità chiamata potenziale di ionizzazione. Il potenziale di ionizzazione è l'energia necessaria per staccare un elettrone da un atomo isolato.

Il valore assoluto del potenziale dell'elettrodo non può essere misurato direttamente. Allo stesso tempo, non è difficile misurare la differenza di potenziale dell'elettrodo che si verifica in un sistema costituito da due coppie metallo-soluzione. Tali coppie sono chiamate mezzi elementi . Abbiamo deciso di determinare i potenziali degli elettrodi dei metalli rispetto al cosiddetto elettrodo di idrogeno standard, il cui potenziale è arbitrariamente preso come zero. Un elettrodo a idrogeno standard è costituito da una piastra di platino appositamente preparata immersa in una soluzione acida con una concentrazione di ioni idrogeno di 1 mol/l e lavata da un getto di idrogeno gassoso a una pressione di 10

5 Pa, a 25°C. Un certo numero di potenziali elettrodi standard.
Se una lastra metallica immersa in una soluzione del suo sale con una concentrazione di ioni metallici pari a 1 mol/l viene collegata ad un elettrodo a idrogeno standard, si otterrà una cella galvanica. La forza elettromotrice di questo elemento (EMF), misurata a 25°C, la caratterizza potenziale elettrodo standard di un metallo, comunemente indicato come E°.

I potenziali standard degli elettrodi che agiscono come agenti riducenti rispetto all'idrogeno hanno il segno "-" e il segno "+" ha i potenziali standard degli elettrodi che sono agenti ossidanti.

I metalli, disposti in ordine crescente rispetto ai potenziali elettrodi standard, formano i cosiddetti serie di tensione elettrochimica di metalli :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.

Una serie di sollecitazioni caratterizzano le proprietà chimiche dei metalli:

1. Più negativo è il potenziale dell'elettrodo del metallo, maggiore è la sua capacità riducente.

2. Ogni metallo è in grado di spostare (ripristinare) dalle soluzioni saline quei metalli che si trovano nella serie elettrochimica di tensioni metalliche dopo di esso.

3. Tutti i metalli che hanno un potenziale elettrodo standard negativo, cioè quelli che si trovano nella serie elettrochimica di tensioni metalliche a sinistra dell'idrogeno, sono in grado di spostarlo dalle soluzioni acide.

Come nel caso della determinazione del valore E° dei metalli, i valori E° dei non metalli si misurano ad una temperatura di 25°C e ad una concentrazione di tutte le specie atomiche e molecolari partecipanti all'equilibrio pari a 1 mol /l.

Il valore algebrico del potenziale redox standard caratterizza l'attività ossidativa della corrispondente forma ossidata. Così Il confronto dei valori dei potenziali redox standard consente di rispondere alla domanda: avviene questa o quella reazione redox?

Un criterio quantitativo per valutare la possibilità che si verifichi una particolare reazione redox è il valore positivo della differenza tra i potenziali redox standard delle semireazioni di ossidazione e riduzione.

Elettrolisi di soluzioni.

La combinazione di reazioni redox che si verificano sugli elettrodi in soluzioni elettrolitiche o si sciolgono quando una corrente elettrica li attraversa è chiamata elettrolisi.

Al catodo della sorgente di corrente si verifica il processo di trasferimento di elettroni a cationi da una soluzione o da una fusione, quindi il catodo è il "riduttore". All'anodo, quindi, gli elettroni vengono donati dagli anioni l'anodo è l'"ossidante".

Durante l'elettrolisi, possono verificarsi processi concorrenti sia all'anodo che al catodo.

Quando l'elettrolisi viene eseguita utilizzando un anodo inerte (non consumabile) (ad esempio grafite o platino), di norma, due processi ossidativi e due processi di riduzione sono in competizione:

all'anodo - ossidazione di anioni e ioni idrossido,

al catodo - riduzione di cationi e ioni idrogeno.

Quando l'elettrolisi viene eseguita utilizzando un anodo attivo (di consumo), il processo diventa più complicato e le reazioni concorrenti sugli elettrodi sono:

all'anodo - ossidazione di anioni e ioni idrossido, dissoluzione anodica del metallo - il materiale dell'anodo;

al catodo - la riduzione del catione sale e degli ioni idrogeno, la riduzione dei cationi metallici ottenuti sciogliendo l'anodo.

Quando si sceglie il processo più probabile all'anodo e al catodo, si dovrebbe procedere dalla posizione in cui procederà la reazione che richiede il minor consumo di energia. Inoltre, per selezionare il processo più probabile all'anodo e al catodo durante l'elettrolisi di soluzioni saline con un elettrodo inerte, vengono utilizzate le seguenti regole:

All'anodo possono formarsi i seguenti prodotti: a) durante l'elettrolisi di soluzioni contenenti anioni F - , SO 4 2- , N Circa 3 - , RO 4 3 - , oltre alle soluzioni alcaline, viene rilasciato ossigeno; b) durante l'ossidazione degli anioni C l - , Vr - , IO-vengono rilasciati rispettivamente cloro, bromo, iodio;c) durante l'ossidazione degli anioni degli acidi organici, il processo avviene:

2. Nell'elettrolisi di soluzioni saline contenenti ioni situati in una serie di tensioni a sinistra di Al

3+ , l'idrogeno viene rilasciato al catodo; se lo ione si trova nella serie di tensione a destra dell'idrogeno, il metallo viene rilasciato al catodo.

3. Durante l'elettrolisi di soluzioni saline contenenti ioni situati in una serie di tensioni tra

Al+ e H+ , al catodo possono verificarsi processi concorrenti sia di riduzione dei cationi che di evoluzione dell'idrogeno.

Consideriamo come esempio l'elettrolisi di una soluzione acquosa di cloruro di rame su elettrodi inerti. Gli ioni Cu sono presenti in soluzione.

2+ e 2Cl - , che, sotto l'influenza della corrente elettrica, sono diretti agli elettrodi corrispondenti:

Il rame metallico viene rilasciato al catodo e il gas cloro viene rilasciato all'anodo.

Se nell'esempio considerato di elettrolisi in soluzione

CuCl 2 prendi una lastra di rame come anodo, quindi il rame viene rilasciato al catodo e all'anodo, dove si verificano i processi di ossidazione, invece di scaricare ioni C l - e il rilascio di cloro procede all'ossidazione dell'anodo (rame). In questo caso, si verifica la dissoluzione dell'anodo stesso e sotto forma di ioni Cuva in soluzione. Elettrolisi CuCl 2 con un anodo solubile si può scrivere come segue:

L'elettrolisi delle soluzioni saline con un anodo solubile si riduce all'ossidazione del materiale dell'anodo (la sua dissoluzione) ed è accompagnata dal trasferimento di metallo dall'anodo al catodo. Questa proprietà è ampiamente utilizzata nella raffinazione (purificazione) dei metalli dalla contaminazione.

Elettrolisi dei fusi. Per ottenere metalli altamente attivi (sodio, alluminio, magnesio, calcio, ecc.), che interagiscono facilmente con l'acqua, si utilizza l'elettrolisi dei sali fusi o degli ossidi:

Se una corrente elettrica viene fatta passare attraverso una soluzione acquosa di un sale metallico attivo e un acido contenente ossigeno, non vengono scaricati né i cationi metallici né gli ioni del residuo acido. L'idrogeno viene rilasciato al catodo

e via anodo - ossigeno e l'elettrolisi si riduce alla decomposizione elettrolitica dell'acqua.

L'elettrolisi delle soluzioni elettrolitiche è energeticamente più redditizia della fusione, poiché gli elettroliti - sali e alcali - fondono a temperature molto elevate.

Legge di Faraday dell'elettrolisi.

La dipendenza della quantità di una sostanza formata sotto l'azione di una corrente elettrica dal tempo, dall'intensità della corrente e dalla natura dell'elettrolita può essere stabilita sulla base di una generalizzata La legge di Faraday :

dove t - la massa della sostanza formata durante l'elettrolisi (g); E - massa equivalente di una sostanza (g / mol); M è la massa molare della sostanza (g/mol); P- il numero di elettroni dati o ricevuti;

I - forza attuale (A); t- durata del processo(insieme a); F - Costante di Faraday,che caratterizza la quantità di elettricità necessaria per rilasciare 1 massa equivalente di una sostanza(F= 96.500 C/mol = 26,8 Ah/mol).

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Su due campioni di un ricco concentrato gravitazionale aureo (“testa d'oro”) della miniera Kholbinsky dell'OJSC “Buryatzoloto”, sono stati condotti studi per sviluppare una nuova tecnologia idrometallurgica mediante lisciviazione con acido nitrico dell'originale “testa d'oro” e successiva fusione della torta risultante.

A seguito degli studi effettuati, è stato proposto all'OJSC Buryatzoloto di svolgere lavori di sperimentazione e implementazione della tecnologia per la lavorazione della “testa d'oro” con lisciviazione di acido nitrico. L'introduzione di questa tecnologia eliminerà le laboriose operazioni di tostatura e fusione dei maiali, eliminerà il rilascio di gas tossici, ridurrà la perdita di metalli preziosi (del 2-3%) e ridurrà i costi di lavorazione della "testa d'oro" della metà.

Nel processo di lavorazione dei minerali auriferi negli impianti di recupero dell'oro (GIF) nel ciclo di arricchimento gravitazionale si ottiene un ricco concentrato aureo, la cosiddetta "testa d'oro" (di seguito denominata GG), in cui fino può essere estratto fino al 50% di oro e argento. A seconda della composizione del minerale di partenza in lavorazione, questo concentrato a gravità contiene i seguenti minerali: solfuri (pirite, arsenopirite, galena, sfalerite, ecc.), rottami tecnologici (ferro metallico, piombo, rame) e ossidi di ferro, silicio, alluminio - fino al 50%. La frazione di massa dell'oro in CG, di regola, è dell'1-10%. Questo concentrato è molto resistente alla cianurazione perché l'oro è relativamente grosso ed è in stretta associazione con solfuri e quarzo. Al fine di ridurre le perdite nel processo di estrazione dei metalli preziosi, i prodotti con oro grosso e refrattario iniziano ad essere isolati nella fase di macinazione e nella prima fase di arricchimento per gravità del minerale aureo, quindi, dopo l'affinamento per gravità, vengono lavorati in un ciclo tecnologico separato.

Attualmente viene utilizzata una tecnologia per la lavorazione del CG, la cui operazione principale è la tostatura ossidativa del concentrato ad una temperatura di 500-700°C. Quindi la calcina risultante viene fusa in una lega di piombo (werkbley) e anche coppellata a una temperatura elevata (850-900 ° C). A volte una cenere (con una piccola quantità di metalli non ferrosi) viene fusa direttamente in una lega oro-argento. In generale, la tecnologia che utilizza l'operazione di tostatura è caratterizzata da un'elevata intensità di manodopera, il rilascio di gas tossici di zolfo, arsenico e piombo, la produzione di una quantità significativa di prodotti intermedi contenenti oro (polvere, scorie, gocce esauste), da che è necessario recuperare l'oro. Tutto ciò porta a notevoli perdite tecnologiche e meccaniche di metalli preziosi.

Per la lavorazione di ricchi concentrati refrattari refrattari gravitazionali, la tecnologia acida è promettente, secondo la quale il concentrato iniziale (CG) viene trattato con una soluzione di acido nitrico e il precipitato solido (torta) viene sciolto. Questa tecnologia consente di eliminare le lunghe operazioni di cottura, prevenire il rilascio di gas tossici e ridurre la perdita di metalli preziosi.

Secondo la tecnologia dell'acido, sono stati effettuati studi su due campioni della "testa d'oro" della miniera Kholbinsky di OJSC Buryatzoloto.

Una caratteristica dei campioni CG è la predominanza di solfuri in essi e la presenza di rottami tecnologici, che sono ferro-rame, con una quantità predominante di rame. Nel campione n. 1, la frazione di massa dei solfuri era superiore al 60%, compreso il 35% di galena. Nel campione n. 2 prevale la pirite - oltre l'80%, la galena - 6,0%. Le frazioni di massa di oro e argento nel campione n. 1 sono rispettivamente del 14,52% e del 3,76%; nel campione n. 2 - 4,34% e 1,36%.

Un tale concentrato a gravità con una composizione minerale piuttosto complessa e la presenza di rottami tecnologici è caratterizzato da una maggiore resistenza, pertanto la tecnologia di elaborazione CG esistente nell'azienda comprende tre operazioni ad alta intensità di manodopera: tostatura a 700-900 ° C (per 6 ore ), fusione in un forno termico minerale per verkblay e cupellation . L'estrazione diretta di metalli preziosi nella lega non supera il 96%. Le polverine risultanti (prodotto per la pulizia del gas solido, scorie, mattoni rotti dalla fornace e rotti da gocce) vengono restituite alla tecnologia per la lavorazione della materia prima (di solito per la macinazione prima della cianurazione). Il grado di estrazione dei metalli nobili da questi prodotti industriali non è stato determinato.

Lo schema tecnologico per l'elaborazione del CG utilizzando la lisciviazione dell'acido nitrico è mostrato in fig.

L'acido nitrico è un forte agente ossidante e, quando interagisce con i solfuri, forma composti idrosolubili. Un'eccezione è la galena, che si decompone per formare solfato di piombo insolubile. I rottami tecnologici, rappresentati principalmente da ferro e rame, vanno completamente in soluzione. Dopo lisciviazione con acido nitrico (ANL) di GL si ottiene una soluzione contenente la maggior parte delle impurità ed un prodotto solido, in cui si concentrano metalli preziosi, ossidi insolubili (principalmente ossidi di silicio e di ferro) e solfato di piombo (piombo in forma ossidata). Il prodotto solido risultante (cake) viene separato dalla soluzione, essiccato e fuso per ottenere una lega oro-argento.

Come risultato della lisciviazione, una certa quantità di argento (10%) può andare in soluzione. Per estrarlo, dopo aver separato il panello, si introduce nella soluzione sale comune, e dalla soluzione si libera argento sotto forma di cloruro insolubile, che può essere fuso sia insieme al panello contenente oro, sia separatamente, per ottenere argento con una frazione di massa metallica del 98-99%.

I risultati degli esperimenti con la lisciviazione con acido nitrico di campioni della "testa d'oro" e la fusione delle torte ottenute hanno mostrato quanto segue.

1. Opportunità per la miniera di Kholbinskoye di eliminare le operazioni di tostatura, fusione e cupellatura ad alta intensità di manodopera e ad alta temperatura, prevenendo così il rilascio di gas tossici dalla tostatura e dalla fusione dei maiali.

2. Per aumentare l'estrazione di metalli preziosi nel lingotto a causa di una significativa riduzione (due volte per il campione n. 1 e cinque volte per il campione n. 2) della massa del prodotto fuso (torta), una diminuzione, rispettivamente, nella quantità di scorie e l'esclusione di prodotti mediocri: "rottura" di gocce e mattoni. L'aumento previsto nell'estrazione di metalli preziosi è del 2-3%.

3. Nel processo AQW della "testa d'oro", l'argento viene lisciviato fino all'8%. Al fine di ridurre l'estrazione dell'argento in soluzione, sono state sviluppate e proposte condizioni AQW. Allo stesso tempo, l'estrazione dell'argento in soluzione è diminuita di quasi 30 volte.

4. Dopo aver fuso i panelli essiccati dalla "testa d'oro" AKB del campione n. 1 utilizzando una carica nota (soda, borace, quarzo), è stata ottenuta una lega con una frazione in massa totale di oro e argento del 90%. E dopo aver sciolto le torte dalla "testa d'oro" AKV del campione n. 2 usando una carica sperimentale, sono state ottenute leghe con una frazione di massa totale di oro e argento del 95-99%.

5. Una quantità significativa di galena nel CG porta dopo AKB a una notevole transizione del piombo in una lega commerciale oro-argento, che riduce la qualità del prodotto finito. Nel corso dello studio sono state determinate le condizioni ed è stata selezionata la carica per melting cake contenente fino al 25% di piombo, con la produzione di una lega oro-argento con una frazione di massa totale di oro e argento del 95-99%.

6. Gli studi sulla lisciviazione dell'acido nitrico del CG (campione n. 2) hanno mostrato che una decomposizione abbastanza completa della pirite (oltre il 97%) si ottiene mediante lisciviazione con una soluzione di acido nitrico con una concentrazione di 500-550 g/l ( Vedi la tabella). Ciò è dovuto al fatto che la pirite (più del 90%) è in una classe relativamente grande (meno 0,5 + 0,25 mm) e sono necessarie condizioni più severe per la sua decomposizione.

Secondo la miniera di Kholbinsky, il costo specifico per la lavorazione di 1 kg di SG (campione n. 1) per la tecnologia di tostatura è di 93,6 rubli. Il costo specifico della tecnologia con la lisciviazione dell'acido nitrico dello stesso campione è di 44,9 rubli, ad es. il costo della lavorazione del CG secondo la tecnologia idrometallurgica sviluppata è dimezzato.

Su due campioni di concentrato ricco di solfuro gravitazionale aureo ("testa d'oro") della miniera di Kholbinsk di JSC Buryatzoloto, sono stati condotti studi per sviluppare una nuova tecnologia idrometallurgica utilizzando la lisciviazione con acido nitrico del GB originale e la successiva fusione della torta risultante .

Vengono determinate le condizioni per la lisciviazione del concentrato refrattario a gravità (CG) contenente solfuri (fino all'80%) e rottami tecnogenici (fino al 16%). Sono state determinate le condizioni AQW con dissoluzione minima dell'argento. Dopo AKW, sono state ottenute torte (prodotti solidi) con un contenuto maggiore (di 2-5 volte) di metalli nobili rispetto al CG originale. Sono state sviluppate condizioni di fusione per ottenere leghe con una frazione di massa totale di oro e argento del 96-99%.

È stato effettuato uno studio di fattibilità della tecnologia idrometallurgica proposta per la lavorazione del CG. Rispetto alla tecnologia esistente per la lavorazione del CG mediante tostatura, i costi per la lavorazione del CG mediante la tecnologia idrometallurgica sviluppata sono dimezzati.

Grado di decomposizione della pirite durante AKV CG del campione n. 2

Massa concentrazione HNO 3 , g/l	Condizioni per condurre AKV*			Livello decomposizione solfuro, %
	durata, ora		temperatura, °C

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