Piritning nitrat kislotada erishi. Ovr stoxiometrik koeffitsientlarni tanlash

13.12.2018

Oddiy sharoitlarda (ya'ni, normal harorat va atmosfera bosimida) pirit uchun yagona erituvchi nitrat kislota bo'lib, FeSi ni reaksiya orqali parchalaydi.

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

Muayyan sharoitlarda (isitish, qo'shimcha oksidlovchi moddalardan foydalanish va boshqalar) nitrat kislotada piritni eritish jarayoni sulfid oltingugurtning sulfatlar va sulfat kislotaga qisman oksidlanishi bilan davom etishi mumkin:

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

Xuddi shunday, boshqa sulfidlar nitrat kislotada eriydi, bu sharoitda suvda eruvchan tuzlarni hosil qiladi: nitratlar, sulfatlar va boshqalar.

Shunday qilib, nitrat kislota sulfidli minerallarning kollektiv erituvchisi sifatida qaralishi mumkin va shuning uchun bu minerallar bilan bog'liq oltinni to'liq ochish uchun ishlatilishi mumkin.

Yuqoridagi reaksiyalar natijasida hosil boʻlgan azot oksidi past eruvchanligi tufayli asosan gaz fazasiga oʻtadi va havo yoki kislorod ishtirokida NO2 dioksidgacha oksidlanadi. Ikkinchisi suvda va suvli eritmalarda sezilarli darajada yuqori eruvchanlikka ega. Bu nitrat kislotaning (3NO2(r) + H2O -> 2HNO3 + NO(r)) qayta tiklanishi uchun qulay sharoit yaratadi. sulfidlarni yuvish uchun texnologik jarayonga qaytarilishi mumkin.

Ushbu qonuniyatlar SSP jarayonining asosini tashkil qiladi, ular quyidagi variantlar shaklida amalga oshirilishi mumkin:

1. Nitroks (NITROX) - bu jarayon, uning xususiyati atmosfera bosimida havo ishtirokida sulfidlarni nitrat kislota bilan yuvish va pulpani 1-2 soat davomida 80-90 ° C gacha qizdirishdir.Bu variant temirning to'liq oksidlanishini ta'minlaydi. , mishyak, sulfidli oltingugurt va xom ashyo tarkibida mavjud rangli metallar (shu jumladan kumush). Jarayonning afzalligi avtoklav bo'lmagan rejimdir. Bundan tashqari, reaksiya zonasida gazsimon NO ning atmosfera kislorodi bilan bog'lanishi FCC jarayoni sodir bo'ladigan apparatlardan gaz emissiyasini oldini olishga imkon beradi. Ushbu variantning nochorligi muhim miqdordagi elementar oltingugurtning hosil bo'lishini hisobga olish kerak, bu esa oltinni KKB qoldiqlaridan siyanidlash orqali keyingi qazib olishga salbiy ta'sir qiladi. Oltingugurtning salbiy ta'sirini bartaraf etish uchun KKBning oltin o'z ichiga olgan qoldiqlarini issiq ohak bilan ishlov berish yoki kuydirish tavsiya etiladi.

Patentda nitrat va oksidlanish jarayoni pulpa orqali pufakchali havo orqali amalga oshiriladigan variant ko'rib chiqiladi, buning natijasida elementar oltingugurt zarralari va ular tomonidan tutilgan oltin pulpa yuzasidan suzadi va chiqariladi. ko'pik shakli. Oltinning 80% gacha o'tadigan kontsentrat aylanadigan pechda kislorod portlashi bilan qayta ishlanadi. Shu bilan bir qatorda, oltingugurt kontsentratdan eritish orqali chiqariladi.

2. Arseno (ARSENO) - bu variantni ishlab chiquvchilarning fikriga ko'ra, sulfidlar uchun erituvchi sifatida HNO3 dan yuqori yuvish kinetikasini ta'minlaydigan nitrat kislota, HNO2 emas, balki azot kislotasidan foydalanishni o'z ichiga olgan jarayon. Jarayonning kimyosi reaksiyalar muvozanati bilan belgilanadi

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

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

Nisbatan yuqori NO qisman bosimni saqlab, oxirgi reaksiyaning muvozanati chapga siljiydi. Ushbu variant va nitroks jarayoni o'rtasidagi yana bir farq kislorodni o'rtacha ortiqcha bosimda (taxminan 5 kPa) ishlatishdir. Pulpaning harorati 80-90 ° S darajasida saqlanadi.

Ushbu rejim shartlarining kombinatsiyasi sulfid oksidlanishining juda yuqori tezligini ta'minlaydi (eritish vaqti 15 minut), buning natijasida eritmalardan aralashmalarni cho'ktirish jarayonlari sezilarli darajada rivojlanishiga vaqt topa olmaydi va barcha temir, sulfat oltingugurt. mishyak esa eritmada qoladi. Bu, o'z navbatida, kichik rentabellikdagi CCM qoldiqlarida oltin kontsentratsiyasining yuqori darajasiga erishish imkonini beradi, bu esa ushbu mahsulotlarni keyingi gidrometallurgik qayta ishlashda muhim ijobiy omil hisoblanadi.

Oldingi versiyada bo'lgani kabi, sulfid oksidlanish jarayoni elementar oltingugurtning chiqishi bilan birga keladi va uni zararsizlantirish bilan bog'liq barcha muammolar to'liq hajmda qoladi.

Arseno jarayonining sxematik diagrammasi shaklda ko'rsatilgan. 6.1.

Bu texnologiyaning navlaridan biri NMS Technolngy tomonidan ishlab chiqilgan sulfidlarni nitrat kislota bilan bir vaqtda oksidlash va oltinni sho'r eritmalar bilan yuvish jarayonidir. Kombinatsiyalangan oksidlanish-shuvlanish jarayoni quvurli reaktorda amalga oshiriladi.

3. Redoks (REDOX) - arseno jarayonining yuqori haroratli versiyasi bo'lgan jarayon.

Agar yuqorida tavsiflangan dastlabki ikkita KKB usuli sulfidlarni oksidlashning avtoklav usullariga muqobil sifatida ishlab chiqilgan bo'lsa, unda oksidlanish-qaytarilish jarayoni avtoklav jarayonining variantlaridan biri bo'lib, unda sulfidli minerallar azot oksidlari ishtirokida yuviladi. 180 ° C va undan yuqori harorat. Bunday sharoitda elementar oltingugurt hosil bo'lishi bilan bog'liq noxush oqibatlardan qochish mumkin bo'ladi. Eritmalardan mishyak (temir arsenat shaklida) va sulfit oltingugurtni (gips) ajratib olish uchun ohaktoshni yuvish reaktoriga kiritish tavsiya etiladi.

KKB jarayoni chet elda Shimoliy Amerika va Avstraliyadagi ko‘p miqdordagi oltin rudalari va ruda konsentratlarida sinovdan o‘tkazildi. Xitoy. Sinov natijalari va ular asosida amalga oshirilgan texnik-iqtisodiy hisob-kitoblar jarayonning ma'lum bir istiqbolini ko'rsatadi.

KKB ning texnologik imkoniyatlarini “Irgiredmet” institutida uch xil sulfidli oltin kontsentratlari bo‘yicha olib borilgan tadqiqotlar natijalari bilan ko‘rsatish mumkin (6.1 va 6.2-jadvallar).

Laboratoriya tajribalari sulfidlarning nitrat kislotasi bilan gidrometallurgik oksidlanishini (kislorod o'tishi bilan) nisbatan yumshoq sharoitlarda: harorat 40-80 ° S da ko'rsatdi. HNO3 kontsentratsiyasi 20-100 g/l: yuvish davomiyligi 2-6 soat Kislorod sarfi sulfidlarning oksidlanishi uchun zarur bo'lgan stexiometrik miqdorga yaqin: bu holda kislorod 50- vakuumni ta'minlaydigan tarzda beriladi. Reaktorda 100 Pa.

KKB qoldiqlarini siyanidlashda oltin va kumushning olinishi (ohak yoki ohak-soda eritmalari bilan oldindan ishlov berishdan keyin) mos ravishda 93,6-94,8 va 86,4-90,4% ni tashkil qiladi (6.2-jadval). Shu bilan birga, ishqoriy ishlov berishdan foydalanish samarasi qo'shimcha qazib olingan oltinning 2-6% va kumushning 10-20% ni tashkil etdi.

Laboratoriya tadqiqotlari natijalariga ko'ra konsentratlarni gidrometallurgik qayta ishlashning oqilona sxemasi aniqlandi (6.2-rasm), "Irgiredmet" tajriba zavodida yarim sanoat miqyosida sinovdan o'tkazildi.

Konsentratlar har birining quvvati 10 dm3 bo'lgan 4 ta titan reaktoridan iborat uzluksiz ishlaydigan blokda yuvilgan. O'rnatishning mahsuldorligi 10-15 kg / soat. Jami 700 kg konsentrat qayta ishlandi. Olingan pulpa qalinlash va filtrlashdan o'tkazildi. Aylanmada dastlabki materialni pulpalash uchun eritmaning 60-70% ishlatildi.Eritmaning qolgan qismi, shuningdek, yuvish eritmalari ohak suspenziyasi bilan zararsizlantirildi va qoldiqxonaga tashlanadi. 1 tonna konsentratga reaktivlarning umumiy sarfi, kg: 160 HNO3, 150 CaO; 60 Na2CO3, 500 m3 O2. Ohak-soda bilan ishlov berish vaqti-vaqti bilan 70-80 ° S haroratda amalga oshirildi. W:T=2:1. davomiyligi 3 soat Ushbu operatsiyani bajarish uchun natriy karbonat va kaltsiy oksidi iste'moli 1 tonna konsentrat uchun mos ravishda 60 va 30 kg ni tashkil etdi.

Ohak-soda keklarini siyanidlash 2 g / l natriy siyanid konsentratsiyasida 2 bosqichda (har biri 24 soat) amalga oshirildi. Sianid iste'moli 1 tonna konsentrat uchun 4,6 kg ni tashkil etdi.

Oltin va kumushning siyanid eritmasiga olinishi 92,0 va 73,6% ni tashkil etdi. siyanidlangan keklardagi qoldiq miqdori mos ravishda 5,1 va 11,3 g / g ni tashkil qiladi.

KKB texnologiyasidan sanoatda foydalanishga misol tariqasida kvarsda tarqalgan oltin saqlovchi temir sulfidlari bilan kvars rudalarini qayta ishlovchi Sinola zavodini (Kanada) keltirish mumkin. Fabrikaning mahsuldorligi kuniga 6000 tonna rudani tashkil etadi. Asl nusxadagi oltin miqdori 2,5 g/t. 60% sinf minus 0,08 mm nozik ezilgan, ruda 2 soat davomida 85 ° C haroratda nitrat kislota bilan oksidlanish duchor bo'ladi.Sulfidlar oksidlanish darajasi 95% ga etadi. Oksidlangan pulpa ohak bilan neytrallangandan so'ng "CIP" usuli bo'yicha siyanidlash uchun yuboriladi. Oltin qazib olish 92% ni tashkil qiladi. Sulfidlarning oksidlanishida ajralib chiqadigan azot oksidi nitrat kislotaning qayta tiklanish davriga kiradi.

Qorli ko'l konida (Manitoba, AQSh) oltin o'z ichiga olgan rudalarni qayta ishlashdan olingan mishyak eskirgan chiqindilariga nisbatan yuqori haroratda nitrat kislotasini yuvish (qaytarilish-qaytarilish jarayoni) varianti chet elda sinovdan o'tkazildi. 1949 yildan 1958 yilgacha 11,9 g/t oltin bo'lgan 300 ming tonnaga yaqin shunday chiqindilar to'plangan. 25,1% temir, 23,0% mishyak, 14,6% oltingugurt. Asosiy mineral komponentlar arsenopirit (47,1%) va pirotit (11,8%). Oltin o'tga chidamli shaklda bo'lib, arsenopirit bilan bog'liq. Uni ochish uchun quyidagi rejim yordamida avtoklav oksidlanish jarayoni ishlab chiqilgan: harorat 190-210 ° S; bosim 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.

Maqolalar Bakirchiq konining rulonlaridan ajratilgan oltin-mishyak kontsentratlarida oksidlanish-qaytarilish jarayonining sanoat sinovlari natijalarini tavsiflaydi (Qozog'iston). Sinovlar 15 kg/soat quvvatga ega tajriba zavodida 3 oy davomida, 200 °C yuvish haroratida o'tkazildi. Azot kislotasi oksidlanish mahsulotlaridan oltinni olish CIP usuli bo'yicha siyanlash yo'li bilan amalga oshirildi. Sinov natijalarini baholashda oksidlanishning qisqa davom etishi (taxminan 10 minut) va mishyak, temir arsenatning kimyoviy jihatdan barqaror modifikatsiyasini hosil bo'lishi oksidlanish-qaytarilish jarayonining ijobiy tomonlari sifatida qayd etiladi. Shuningdek, dastlabki kontsentratlarda mavjud bo'lgan sorbsion-faol uglerod siyanidlanish jarayoniga salbiy ta'sir ko'rsatishi, oltinni ajratib olishni sezilarli darajada kamaytirishi qayd etildi. Shu munosabat bilan, rudalarni flotatsiya kontsentratsiyasining takomillashtirilgan rejimi tavsiya etiladi, bu esa uglerodning asosiy massasini qoldiqlarga olib tashlash imkonini beradi. Xuddi shu maqsadda olingan oltin-mishyak kontsentratini kontsentratsiya jadvallarida qo'shimcha gravitatsion tozalashdan o'tkazish va allaqachon qayta ishlangan konsentratni nitrat kislotasi bilan ishlov berish uchun yuborish taklif etiladi. Shu tufayli gidrometallurgiya siklida oltinning yuqori darajada olinishiga (96%) erishildi. Biroq, gravitatsiyaviy-flotatsion rudani boyitish jarayonida (shu jumladan, uglerodli o'rta qatlamlarga ega) metall yo'qotishlarining ortishi ushbu texnologiyani sanoatda joriy etish uchun aniq tavsiya qilish imkonini bermaydi.

Mishyakning kimyoviy jihatdan kuchli va shuning uchun kamroq zaharli modifikatsiyalarining paydo bo'lishi (pirit-arsenopirit rudalari va kontsentratlarida oksidlanish-qaytarilish jarayonida) ko'plab tadqiqotlar bilan tasdiqlangan. Shu asosda juda zaharli mishyak trioksidini skorodit FeAsO4*2H2O ga aylantirish usuli ishlab chiqildi. 0,25M As2O3, 0,5M Fe(NO3)]2 va 2,5M HNO3 ni o'z ichiga olgan pulpa. avtoklavda 130-160 ° S haroratda qayta ishlanadi. Minimal harorat qiymati uchuvchi NO hosil bo'lish momentiga to'g'ri keladi. Maksimal haroratda (160 ° C) avtoklavdagi bug 'bosimi 1200 kPa ga etadi. Jarayonning umumiy davomiyligi 4 soat.Olingan cho‘kmaning HNO3 dagi eruvchanligini tekshirish (pH=4 da) 4 soatlik ishlov berishdan so‘ng eritmadagi As kontsentratsiyasi 1,6 mg/l ni tashkil qilganligini ko‘rsatdi.

Maqolada vismut, nikel, kobalt, mis va sink bog'langan foydali komponentlar sifatida mavjud bo'lgan Ag-As ga boy flotatsiya va tortishish konsentratlarini (kumush miqdori 0,8 dan 31,5 kg / t gacha) nitrat kislota bilan davolash usuli tasvirlangan. Konsentratlar aralashmasini 125 ° C haroratda, 1 MPa kislorod bosimida HNO3 (kislota iste'moli kontsentratning og'irligi bo'yicha 124%) eritmasi bilan yuvish tavsiya etiladi; W:T=6:1, D 30 daqiqa davomida. Bunday holda, eritma ichiga mavjud bo'lgan metallarning 95-99%, shu jumladan mishyak va temir o'tadi. Olingan eritmalardan ketma-ket cho'ktiriladi: xlorid shaklida kumush (NaCl kiritish orqali); vismut oksixlorid-gidroksidi; temir-mishyak cho'kmasi (eritmani ammiak bilan neytrallash, mos ravishda: pH=0,4-0,8 va 0,8-1,8 gacha) va nikel, kobalt, sayoz va vintli sulfidlar aralashmasi (eritmani pH=5 da ammoniy sulfat bilan ishlov berish) -7). AgCl ni 600 ° S da soda bilan kaltsiylash orqali yuqori toza metall kumush kukuni olingan. Boshqa qattiq mahsulotlarni qayta ishlash standart usullar bilan, shuningdek, sof metallar ishlab chiqarish bilan amalga oshirilishi tavsiya etiladi. O'g'it sifatida loyni ajratishdan keyin olingan nitrat kislota eritmasidan foydalanish taklif etiladi. Cho'kindilarni kimyoviy-metallurgik qayta ishlashda kumush va boshqa metallarni olish darajasi 99% ga etadi.

Shuni esda tutish kerakki, oksidlanishni (qaytarilishni) atomlar yoki ionlar tomonidan elektronlarni berish (va qabul qilish) jarayoni sifatida ko'rib chiqish har doim ham haqiqiy vaziyatni aks ettirmaydi, chunki ko'p hollarda elektronlarning to'liq ko'chirilishi emas, balki faqat siljishi sodir bo'ladi. bir atomdan ikkinchisiga elektron bulut.

Biroq, oksidlanish-qaytarilish reaktsiyalari tenglamalarini tuzish uchun bu holda qanday bog'lanish hosil bo'lishi muhim emas - ion yoki kovalent. Shuning uchun, soddaligi uchun biz bog'lanish turidan qat'i nazar, elektronlarni qo'shish yoki berish haqida gapiramiz.

Oksidlanish-qaytarilish reaksiyalari tenglamalarida stexiometrik koeffitsientlarni aniqlash. Oksidlanish-qaytarilish reaksiyasi tenglamasini tuzishda qaytaruvchi, oksidlovchi, berilgan va qabul qilingan elektronlar sonini aniqlash kerak. Qoida tariqasida, koeffitsientlar har qanday usul yordamida tanlanadi elektron balans , har qanday usul elektron-ion balansi (ba'zan ikkinchisi usul deb ataladi yarim reaktsiyalar ).

Oksidlanish-qaytarilish reaksiyalari tenglamalarini tuzishga misol sifatida piritning konsentrlangan nitrat kislota bilan oksidlanish jarayonini ko'rib chiqing.

Avvalo, biz reaksiya mahsulotlarini aniqlaymiz. HNO 3 kuchli oksidlovchi moddadir, shuning uchun oltingugurt maksimal oksidlanish darajasi S 6+ gacha, temir esa Fe 3+ gacha oksidlanadi, HNO 3 esa NO yoki NO 2 ga qaytarilishi mumkin. Biz NO ni tanlaymiz:

H 2 O qayerda (chap yoki o'ng tomonda) joylashishini biz hali bilmaymiz.

1. Avval murojaat qiling elektron-ion balansi usuli (yarim reaksiyalar). Bu usulda reaksiya sodir bo'ladigan muhitning (kislotali, ishqoriy yoki neytral) tabiatini hisobga olgan holda elektronlarning bir atom yoki iondan ikkinchisiga o'tishi ko'rib chiqiladi.

Oksidlanish va qaytarilish jarayonlari uchun tenglamalarni tuzishda vodorod va kislorod atomlari sonini tenglashtirish uchun suv molekulalari va vodorod ionlari kiritiladi (muhitga qarab). (agar muhit kislotali bo'lsa), yoki suv molekulalari va gidroksid ionlari (agar muhit ishqoriy bo'lsa). Shunga ko'ra, olingan mahsulotlarda, elektron-ionli tenglamaning o'ng tomonida vodorod ionlari va suv molekulalari (kislotali muhit) yoki gidroksid ionlari va suv molekulalari (ishqoriy muhit) bo'ladi.

ya'ni elektron-ionli tenglamalarni yozishda eritmada haqiqatda mavjud bo'lgan ionlarning tarkibidan kelib chiqish kerak. Bundan tashqari, qisqartirilgan ionli tenglamalarni tayyorlashda bo'lgani kabi, moddalar yomon dissotsiatsiyalanadi, yomon eriydi yoki gaz shaklida ajralib chiqadi. molekulyar shaklda yozilishi kerak.

Bizning holatimiz uchun oksidlanishning yarim reaktsiyasini ko'rib chiqing. FeS 2 molekulasi Fe 3+ ioniga (Fe (NO 3) 3 butunlay ionlarga ajraladi, biz gidrolizni e'tiborsiz qoldiramiz) va ikkita SO 4 2 - ioniga (H 2 SO 4 ning dissotsiatsiyasi) aylanadi:

Kislorodni tenglashtirish uchun chap tomonga 8 H 2 O molekulasini va o'ng tomonga 16 H + ionini qo'shing (kislotali muhit):

Chap tomondagi zaryad 0 ga, o'ng tomondagi zaryad +15 ga teng, shuning uchun FeS 2 15 elektronni berishi kerak:

Endi nitrat ionining qaytarilish yarim reaktsiyasini ko'rib chiqing:

NO 3 dan 2 ta O atomini olib tashlash kerak. Buning uchun chap tomonga 4 ta H 1+ ioni (kislotali muhit), oʻng tomoniga 2 ta H 2 O molekulasi qoʻshiladi:

Zaryadni tenglashtirish uchun chap tomonga 3 ta elektron qo'shing (zaryad + 3):

Nihoyat bizda:

Ikkala qismni 16H + va 8H 2 O ga kamaytirsak, biz oksidlanish-qaytarilish reaktsiyasining ionli tenglamasini olamiz:

Tenglamaning ikkala tomoniga NO 3 - va H + ionlarining tegishli miqdorini qo'shish orqali biz molekulyar reaktsiya tenglamasini topamiz:

E'tibor bering, berilgan va qabul qilingan elektronlar sonini aniqlash uchun siz hech qachon elementlarning oksidlanish darajasini aniqlashingiz shart emas edi. Bundan tashqari, biz atrof-muhitning ta'sirini hisobga oldik va avtomatik ravishda H 2 O tenglamaning o'ng tomonida ekanligini aniqladik. Bu usul shubhasizdir standart elektron muvozanat usuliga qaraganda kimyoviy ma'noga ko'proq mos keladi, ikkinchisini tushunish biroz osonroq bo'lsa-da.

2. Bu reaksiyani usul bilan tenglashtiramiz elektron balans . Qayta tiklash jarayoni quyidagicha tavsiflanadi:

Oksidlanish sxemasini tuzish qiyinroq, chunki bir vaqtning o'zida ikkita element - Fe va S oksidlanadi. Siz temirga 2+, oltingugurtga 1- oksidlanish darajasini belgilashingiz mumkin va har bir Fe uchun ikkita S atomi borligini hisobga olishingiz mumkin. atom:

Biroq, oksidlanish darajalarini aniqlamasdan qilish va sxemaga o'xshash sxemani yozish mumkin.

O'ng tomonda +15 zaryad, chap tomonda 0 zaryad bor, shuning uchun FeS 2 15 elektrondan voz kechishi kerak. Umumiy balansni yozing:

FeS 2 ni oksidlash uchun beshta HNO 3 molekulasi va Fe (NO 3) 3 hosil qilish uchun yana uchta HNO 3 molekulasi kerak bo'ladi:

Vodorod va kislorodni tenglashtirish uchun o'ng tomonga ikkita H 2 O molekulasini qo'shing:

Elektron-ion balansi usuli elektron balans usulidan ko'ra ko'p qirrali bo'lib, ko'plab oksidlanish-qaytarilish reaktsiyalarida, xususan, organik birikmalar ishtirokida koeffitsientlarni tanlashda shubhasiz afzalliklarga ega, bunda hatto oksidlanish darajasini aniqlash tartibi juda katta. murakkab.

Misol uchun, etilenning kaliy permanganatning suvli eritmasidan o'tganda sodir bo'ladigan oksidlanish jarayonini ko'rib chiqaylik. Natijada, etilen etilen glikol HO-CH 2 -CH 2 -OH ga oksidlanadi va permanganat marganets (IV) oksidiga qaytariladi, bundan tashqari, yakuniy muvozanat tenglamasidan ko'rinib turibdiki, kaliy gidroksid ham hosil bo'ladi. o'ng:

Shunga o'xshash atamalarning kerakli qisqartirishlarini amalga oshirgandan so'ng, biz tenglamani yakuniy molekulyar shaklda yozamiz

Oksidlanish-qaytarilish reaksiyalarining standart potensiallari. Haqiqiy sharoitda sodir bo'ladigan har qanday redoks reaktsiyasining ehtimoli bir qator sabablarga ko'ra: harorat, oksidlovchi va qaytaruvchi vositaning tabiati, muhitning kislotaligi, reaktsiyada ishtirok etuvchi moddalar konsentratsiyasi va boshqalar. bu omillarning barchasini hisobga olish qiyin, lekin har qanday oksidlanish-qaytarilish reaktsiyasi elektronlarning qaytaruvchidan oksidlovchiga o'tishi bilan borishini esga olib, bunday reaktsiyaning mumkinligi mezonini belgilash mumkin.

Oksidlanish-qaytarilish jarayonlarining miqdoriy xarakteristikalari quyidagilardir oksidlovchi va qaytaruvchi moddalarning normal oksidlanish-qaytarilish potentsiallari (yoki standart potentsiallar elektrodlar).

Bunday potentsiallarning fizik-kimyoviy ma'nosini tushunish uchun elektrokimyoviy jarayonlar deb ataladigan jarayonlarni tahlil qilish kerak.

Reaksiyaga kirishuvchi moddalarni tashkil etuvchi elementlarning oksidlanish darajasi oʻzgarishi bilan sodir boʻladigan kimyoviy reaksiyalar oksidlanish-qaytarilish reaksiyalari deyiladi.

Oksidlanish - bu atom, molekula yoki iondan elektronlar berish jarayoni. Agar atom elektronlardan voz kechsa, u musbat zaryad oladi, masalan:

Agar manfiy zaryadlangan ion (zaryad -1), masalan, 1 elektrondan voz kechsa, u neytral atomga aylanadi:

Agar musbat zaryadlangan ion yoki atom elektronlardan voz kechsa, uning musbat zaryadining qiymati berilgan elektronlar soniga qarab ortadi:

Qaytarilish - atom, molekula yoki ionga elektron qo'shish jarayoni.

Atom elektron olganida u manfiy zaryadlangan ionga aylanadi:

Agar musbat zaryadlangan ion elektronlarni qabul qilsa, uning zaryadi kamayadi, masalan:

yoki u neytral atomga o'tishi mumkin:

Oksidlovchi vosita elektronlarni qabul qiluvchi atom, molekula yoki iondir. Qaytaruvchi vosita - bu elektron beradigan atom, molekula yoki ion.

Reaksiya jarayonida oksidlovchi modda kamayadi, qaytaruvchi esa oksidlanadi.

Oksidlanish-qaytarilish reaksiyalari tenglamalarini tuzish va koeffitsientlarni tanlash. Oksidlanish-qaytarilish reaksiyasi tenglamasini tuzishda qaytaruvchi, oksidlovchi, berilgan va qabul qilingan elektronlar sonini aniqlash kerak.

Qoida tariqasida, koeffitsientlar elektron balans usuli yoki elektron-ion balansi usuli yordamida tanlanadi (ba'zan ikkinchisi yarim reaksiya usuli deb ataladi).

Oksidlanish-qaytarilish reaktsiyalari tenglamalarini tuzishga misol sifatida konsentrlangan nitrat kislota bilan pirit oksidlanish jarayonini ko'rib chiqing:

Avvalo, reaksiya mahsulotlarini aniqlaymiz. kuchli oksidlovchi moddadir, shuning uchun oltingugurt maksimal oksidlanish darajasiga va temirgacha oksidlanadi, shu bilan birga u yoki ga kamaytirilishi mumkin. Biz tanlaymiz.

U qayerda bo'ladi (chap yoki o'ng tomonda), biz hali bilmaymiz.

1. Avval elektron-ion muvozanati usulini qo'llaymiz. Bu usulda reaksiya sodir bo'ladigan muhitning (kislotali, ishqoriy yoki neytral) tabiatini hisobga olgan holda elektronlarning bir atom yoki iondan ikkinchisiga o'tishi ko'rib chiqiladi. - Oksidlanish va qaytarilish jarayonlari uchun tenglamalarni tuzishda vodorod va kislorod atomlari sonini tenglashtirish uchun (muhitga qarab) yoki suv molekulalari va vodorod ionlari (agar muhit kislotali bo'lsa) yoki suv molekulalari va gidroksid ionlari kiritiladi. (agar muhit ishqoriy bo'lsa). Shunga ko'ra, olingan mahsulotlarda, elektron-ionli tenglamaning o'ng tomonida vodorod ionlari va suv molekulalari (kislotali muhit) yoki gidroksid ionlari va suv molekulalari (ishqoriy muhit) bo'ladi.

Shunday qilib, elektron-ionli tenglamalarni yozishda eritmada mavjud bo'lgan ionlarning tarkibidan kelib chiqish kerak. Bundan tashqari, qisqartirilgan ionli tenglamalarni tayyorlashda bo'lgani kabi, yomon dissotsiatsiyalanuvchi, yomon eriydigan yoki gaz shaklida ajralib chiqadigan moddalar molekulyar shaklda yozilishi kerak.

Bizning holatimiz uchun oksidlanishning yarim reaktsiyasini ko'rib chiqing.

Molekula ionga aylanadi, butunlay ionlarga ajraladi, biz gidrolizni e'tiborsiz qoldiramiz) va ikkita ionni (dissosiatsiya):

Kislorodni tenglashtirish uchun chap tomonga 8 ta molekula va o'ng tomonga 16 ion qo'shing (kislotali muhit!):

Chap tomondagi zaryad 0 ga teng, o'ng tomondagi zaryad 15 elektrondan voz kechishi kerak:

Endi nitrat ionining qaytarilish yarim reaktsiyasini ko'rib chiqing:

O atomidan ayirish kerak buning uchun chap tomonga 4 ta ion (kislotali muhit), o'ng tomoniga 2 ta molekula qo'shiladi.

Zaryadni chap tomonga (zaryad) tenglashtirish uchun 3 ta elektron qo'shing:

Nihoyat bizda:

Ikkala qismni qisqartirish orqali oksidlanish-qaytarilish reaktsiyasining kamaytirilgan ion tenglamasini olamiz:

Tenglamaning har ikki tomoniga tegishli ionlar sonini qo‘shib, molekulyar reaksiya tenglamasini topamiz:

E'tibor bering, berilgan va qabul qilingan elektronlar sonini aniqlash uchun biz hech qachon elementlarning oksidlanish darajasini aniqlashimiz shart emas edi. Bundan tashqari, biz atrof-muhitning ta'sirini hisobga oldik va avtomatik ravishda tenglamaning o'ng tomonida nima borligini aniqladik. Shunisi aniqki, bu usul standart elektron muvozanat usuliga qaraganda kimyoviy ma'noga ko'proq mos keladi, ammo ikkinchisini tushunish biroz osonroq.

2. Elektron balans usuli yordamida bu reaksiyani tenglashtiring. Qayta tiklash jarayoni oddiy tarzda tavsiflanadi:

Oksidlanish sxemasini tuzish qiyinroq, chunki birdaniga 2 ta element - Fe va S oksidlanadi. Siz temirning oksidlanish darajasini oltingugurtga bog'lashingiz va 1 Fe atomiga ikkita S atomi borligini hisobga olishingiz mumkin:

Biroq, oksidlanish darajalarini aniqlashdan voz kechish va (7.1) sxemaga o'xshash sxemani yozish mumkin:

O'ng tomonda +15 zaryad, chap tomonda 0 zaryad bor, shuning uchun u 15 elektrondan voz kechishi kerak. Umumiy balansni yozing:

Oksidlanishga 5 ta molekula boradi va hosil bo'lishi uchun yana 3 ta molekula kerak bo'ladi

Vodorod va kislorodni tenglashtirish uchun o'ng tomonga 2 ta molekulani qo'shing:

Misol uchun, etilenning kaliy permanganatning suvli eritmasidan o'tganda sodir bo'ladigan oksidlanish jarayonini ko'rib chiqaylik. Natijada, etilen etilen glikolgacha oksidlanadi va permanganat marganets (IV) oksidiga qaytariladi, bundan tashqari, yakuniy muvozanat tenglamasidan ko'rinib turibdiki, o'ng tomonda kaliy gidroksid ham hosil bo'ladi:

Shunga o'xshash atamalarning kerakli qisqartirishlarini amalga oshirgandan so'ng, biz tenglamani yakuniy molekulyar shaklda yozamiz

Oksidlanish-qaytarilish reaksiyalarining miqdoriy xarakteristikalari. Bir qator standart elektrod potentsiallari. Haqiqiy sharoitda har qanday oksidlanish-qaytarilish reaktsiyasining paydo bo'lish ehtimoli bir qator sabablarga ko'ra yuzaga keladi: harorat, oksidlovchi va qaytaruvchi moddalarning tabiati, muhitning kislotaligi, reaktsiyada ishtirok etuvchi moddalarning konsentratsiyasi va boshqalar.

Bu omillarning barchasini hisobga olish qiyin bo'lishi mumkin, ammo har qanday oksidlanish-qaytarilish reaktsiyasi elektronlarning qaytaruvchidan oksidlovchiga o'tishi bilan borishini esga olib, bunday reaktsiyaning mumkinligi mezonini belgilash mumkin.

Oksidlanish-qaytarilish jarayonlarining miqdoriy xarakteristikalari oksidlovchi moddalar va qaytaruvchi moddalarning normal oksidlanish-qaytarilish potentsiallari (yoki standart elektrod potensiallari).

Bunday potentsiallarning fizik-kimyoviy ma'nosini tushunish uchun elektrokimyoviy jarayonlar deb ataladigan jarayonlarni tahlil qilish kerak.

Elektr tokining paydo bo'lishi bilan birga bo'lgan yoki uning natijasida yuzaga keladigan kimyoviy jarayonlar elektrokimyoviy deb ataladi.

Elektrokimyoviy jarayonlarning mohiyatini tushunish uchun biz bir nechta oddiy vaziyatlarni ko'rib chiqamiz. Suvga botirilgan metall plastinkani tasavvur qiling. Qutbli suv molekulalari ta'sirida metall ionlari plastinka yuzasidan ajraladi va gidratlanadi, ular suyuq fazaga o'tadi. Bunday holda, ikkinchisi musbat zaryadlanadi va metall plastinkada ortiqcha elektronlar paydo bo'ladi. Jarayon qanchalik uzoq davom etsa, plastinka va suyuqlik fazasining zaryadi shunchalik katta bo'ladi.

Eritma kationlari va ortiqcha metall elektronlarning elektrostatik tortishishi tufayli fazalar chegarasida metall ionlarining suyuq fazaga keyingi o'tishini inhibe qiluvchi qo'sh elektr qatlami paydo bo'ladi. Nihoyat, eritma va metall plastinka o'rtasida muvozanat o'rnatiladigan moment keladi, uni tenglama bilan ifodalash mumkin:

yoki eritmadagi ionlarning hidratsiyasini hisobga olgan holda:

Bu muvozanatning holati metallning tabiatiga, eritmadagi ionlarining konsentratsiyasiga, harorat va bosimga bog'liq.

Metallni suvga emas, balki shu metall tuzi eritmasiga botirganda, muvozanat Le Shatelye printsipiga muvofiq chapga siljiydi va qancha ko'p bo'lsa, eritmadagi metall ionlarining konsentratsiyasi shunchalik yuqori bo'ladi. Ionlari eritmaga kirish qobiliyatiga ega bo'lgan faol metallar, bu holda, toza suvga qaraganda kamroq bo'lsa ham, manfiy zaryadlangan bo'ladi.

Agar elektronlar metalldan u yoki bu tarzda chiqarilsa, muvozanat (7.2) o'ngga siljishi mumkin. Bu metall plitani eritib yuboradi. Aksincha, metall plastinkaga tashqi tomondan elektronlar keltirilsa, undagi eritmadan ionlar cho`kadi.

Yuqorida aytib o'tilganidek, metall eritmaga botirilganda, fazalar chegarasida qo'sh elektr qatlam hosil bo'ladi. Metall va uning atrofidagi suyuqlik fazasi o'rtasida yuzaga keladigan potentsial farq elektrod potensiali deb ataladi. Bu potentsial metallning qattiq faza shaklidagi oksidlanish-qaytarilish qobiliyatining xarakteristikasidir.

E'tibor bering, izolyatsiya qilingan metall atomida (yuqori haroratda va yuqori darajada kamayishida yuzaga keladigan monotomik bug'ning holati) oksidlanish-qaytarilish xususiyatlari ionlanish potentsiali deb ataladigan boshqa qiymat bilan tavsiflanadi. Ionlanish potentsiali elektronni ajratilgan atomdan ajratish uchun zarur bo'lgan energiyadir.

Elektrod potentsialining mutlaq qiymatini bevosita o'lchash mumkin emas. Shu bilan birga, ikkita metall eritma juftligidan tashkil topgan tizimda yuzaga keladigan elektrod potentsial farqini o'lchash qiyin emas. Bunday juftlar yarim elementlar deb ataladi. Biz potentsial o'zboshimchalik bilan nolga teng bo'lgan standart vodorod elektrodiga nisbatan metallarning elektrod potentsiallarini aniqlashga kelishib oldik. Standart vodorod elektrodi vodorod ionlari konsentratsiyasi bo'lgan kislota eritmasiga botirilgan va Pa bosim ostida, haroratda vodorod gazi oqimi bilan yuvilgan maxsus tayyorlangan platina plastinkasidan iborat.

Standart vodorod elektrodida potentsialning paydo bo'lishini quyidagicha tasavvur qilish mumkin. Platina bilan adsorbsiyalangan gazsimon vodorod atom holatiga o'tadi:

Platinaning yuzasida hosil bo'lgan atom vodorod, eritmadagi vodorod ionlari va platina (elektronlar!) o'rtasida dinamik muvozanat holati amalga oshiriladi:

Umumiy jarayon tenglama bilan ifodalanadi:

Platina oksidlanish-qaytarilish jarayonida ishtirok etmaydi, faqat atom vodorodining tashuvchisi hisoblanadi.

Agar 1 mol / l ga teng metall ionlari konsentratsiyasiga ega bo'lgan uning tuzi eritmasiga botirilgan metall plastinka standart vodorod elektrodiga ulangan bo'lsa, u holda galvanik element olinadi. Ushbu elementning elektromotor kuchi (EMF), o'lchangan va metallning standart elektrod potentsialini tavsiflaydi, odatda sifatida belgilanadi.

7.1-jadvalda ba'zi metallarning standart elektrod potentsiallarining qiymatlari ko'rsatilgan. Vodorodga nisbatan qaytaruvchi sifatida ishlaydigan elektrodlarning standart potentsiallari "-" belgisiga ega va "+" belgisi oksidlovchi moddalar bo'lgan elektrodlarning standart potentsiallarini belgilaydi.

Standart elektrod potentsiallarining ortib borish tartibida joylashgan metallar metall kuchlanishlarning elektrokimyoviy qatorini hosil qiladi:

Bir qator stresslar metallarning kimyoviy xossalarini tavsiflaydi:

1. Metallning elektrod potentsiali qanchalik salbiy bo'lsa, uning kamaytirish qobiliyati shunchalik katta bo'ladi.

2. Har bir metall tuz eritmalaridan o`zidan keyingi metall kuchlanishlarning elektrokimyoviy qatoriga kiruvchi metallarni siqib chiqarishga (tiklash) qodir.

3. Salbiy standart elektrod potentsialiga ega bo'lgan barcha metallar, ya'ni. vodorodning chap tomonidagi metallarning elektrokimyoviy kuchlanish qatorida joylashgan bo'lib, uni kislota eritmalaridan siqib chiqarishga qodir.

Shuni ta'kidlash kerakki, taqdim etilgan seriyalar metallar va ularning tuzlarining faqat suvli eritmalar va xona haroratidagi xatti-harakatlarini tavsiflaydi. Bundan tashqari, jadvalda ko'rsatilgan standart elektrod potentsiallari bir yoki boshqa ionning erituvchi molekulalari bilan o'zaro ta'sirining xususiyatlarini hisobga olishini yodda tutish kerak. Bu metall kuchlanishlarning elektrokimyoviy seriyasida metallarni joylashtirishda kutilgan ba'zi naqshlarni buzishi mumkin. Masalan, metallarning elektrokimyoviy kuchlanish qatori litiydan boshlanadi, kimyoviy faolroq bo'lgan rubidiy va kaliy esa litiyning o'ng tomonida joylashgan. Bu boshqa gidroksidi metall ionlari bilan solishtirganda litiy ionining hidratsiya jarayonining juda yuqori energiyasi bilan bog'liq.

Shu bilan birga, 7.1-jadvalda normal vodorod elektrodiga nisbatan muvozanatda bo'lgan (7.3) turdagi metall bo'lmagan tizimlar uchun o'lchangan standart oksidlanish-qaytarilish potentsiallari ko'rsatilgan.

Jadvalda quyidagi umumiy shakldagi qisqarish yarim reaktsiyalari ko'rsatilgan:

Metalllarning qiymatini aniqlashda bo'lgani kabi, metall bo'lmaganlarning qiymatlari 25 ° C haroratda va muvozanatda ishtirok etadigan barcha atom va molekulyar turlarning 1 mol / l ga teng konsentratsiyasida o'lchanadi.

7.1-jadval. 25 °C (298 K) da standart oksidlanish-qaytarilish potentsiallari

(qarang skanerlash)

Standart redoks potentsialining algebraik qiymati tegishli oksidlangan shaklning oksidlanish faolligini tavsiflaydi. Shuning uchun standart oksidlanish-qaytarilish potentsiallarining qiymatlarini taqqoslash bizga savolga javob berishga imkon beradi: u yoki bu redoks reaktsiyasi sodir bo'ladimi?

10. Oksidlanish-qaytarilish reaksiyalari

Eritmalardagi oksidlanish-qaytarilish reaksiyalari.

Reaksiyaga kirishuvchi moddalarni tashkil etuvchi elementlarning oksidlanish darajasi oʻzgarishi bilan sodir boʻladigan kimyoviy reaksiyalar oksidlanish-qaytarilish reaksiyalari deyiladi.

Oksidlanish

- atom, molekula yoki iondan elektronlar berish jarayonidir. Agar atom elektronlardan voz kechsa, u musbat zaryad oladi: l - , 1 elektronni beradi, keyin u neytral atomga aylanadi:

Agar musbat zaryadlangan ion yoki atom elektronlardan voz kechsa, uning musbat zaryadining qiymati berilgan elektronlar soniga qarab ortadi:

Qaytarilish - atom, molekula yoki ionga elektron qo'shish jarayoni.

Agar atom elektronga ega bo'lsa, keyin u manfiy zaryadlangan ionga aylanadi:

Agar musbat zaryadlangan ion elektronlarni qabul qilsa, uning zaryadi kamayadi:

yoki u neytral atomga o'tishi mumkin:

oksidlovchi vosita
elektronlarni qabul qilish. restavrator atom, molekula yoki iondir; elektronlarni berish.

Oksidlovchi

reaktsiya paytida qaytariladi, qaytaruvchi oksidlanadi.

Oksidlanish-qaytarilish reaksiyalari tenglamalarida stexiometrik koeffitsientlarni aniqlash. Oksidlanish-qaytarilish reaksiyasi tenglamasini tuzishda qaytaruvchi, oksidlovchi, berilgan va qabul qilingan elektronlar sonini aniqlash kerak. Qoida tariqasida, koeffitsientlar har qanday usul yordamida tanlanadi elektron balans

, har qanday usul elektron-ion balansi (ba'zan ikkinchisi usul deb ataladi yarim reaktsiyalar ).

Oksidlanish-qaytarilish reaksiyalari tenglamalarini tuzishga misol sifatida piritning konsentrlangan nitrat kislota bilan oksidlanish jarayonini ko'rib chiqing.

Avvalo, biz reaksiya mahsulotlarini aniqlaymiz.

HNO3 kuchli oksidlovchi moddadir, shuning uchun oltingugurt maksimal oksidlanish darajasiga qadar oksidlanadi S 6+, temir esa Fe 3+ gacha, HNO 3 esa gacha tiklanishi mumkin N0 yoki NO 2. Biz N O ni tanlaymiz:

Qayerda joylashadi

H2O (chap yoki o'ng tomonda), biz hali bilmaymiz.

1. Avval murojaat qiling elektron-ion balansi usuli

(yarim reaksiyalar). Bu usulda reaksiya sodir bo'ladigan muhitning (kislotali, ishqoriy yoki neytral) tabiatini hisobga olgan holda elektronlarning bir atom yoki iondan ikkinchisiga o'tishi ko'rib chiqiladi.

Bizning holatimiz uchun oksidlanishning yarim reaktsiyasini ko'rib chiqing. Molekula

FeS 2 Fe ioniga aylanadi 3+ (F e (N O 3) 3 ionlarga butunlay ajraladi, gidrolizga e'tibor berilmaydi) va ikkita ion SO 4 2 - (H 2 SO 4 ning dissotsiatsiyasi):

Kislorodni tenglashtirish uchun chap tomonga 8 H molekulasini qo'shing

2 Oh, va o'ngda - 16 H ionlari+ (kislota muhiti):

Chap tomondagi zaryad 0, o'ng tomondagi zaryad +15, shuning uchun

FeS 2 15 ta elektron berishi kerak:

Endi nitrat ionining qaytarilish yarim reaktsiyasini ko'rib chiqing:

dan olib qo'yish kerak

NO 3 2 O atom.Buning uchun chap tomonga 4 H ionini qo'shing 1+ (kislotali muhit) va o'ngda - 2 H molekulalari 2 O:

Zaryadni chap tomonga tenglashtirish uchun (zaryad

+3) 3 ta elektron qo‘shing:

Nihoyat bizda:

Ikkala qismni 16N ga qisqartirish

+ va 8N 2 Oh, biz oksidlanish-qaytarilish reaktsiyasining qisqartirilgan ion tenglamasini olamiz:

Tenglamaning har ikki tomoniga tegishli miqdordagi ionlarni qo'shish orqali

YO'Q 3 - va H+ molekulyar reaksiya tenglamasini topamiz:

2 O tenglamaning o'ng tomonida joylashgan. Bu usul shubhasizdir standart elektron muvozanat usuliga qaraganda kimyoviy ma'noga ko'proq mos keladi, ikkinchisini tushunish biroz osonroq bo'lsa-da.

2. Bu reaksiyani usul bilan tenglashtiramiz elektron balans . Qayta tiklash jarayoni quyidagicha tavsiflanadi:

Oksidlanish sxemasini tuzish qiyinroq, chunki ikkita element bir vaqtning o'zida oksidlanadi -

Fe va S. Temirga oksidlanish darajasini 2+, oltingugurtni 1- deb hisoblash mumkin va har bir Fe atomida ikkita S atomi borligini hisobga olish mumkin:

Biroq, oksidlanish darajalarini aniqlamasdan qilish va sxemaga o'xshash sxemani yozish mumkin.

O'ng tomonda +15 zaryad, chap tomonda 0 zaryad bor, shuning uchun

FeS 2 15 ta elektron berishi kerak. Umumiy balansni yozing:

beshta HNO molekulasi

3 oksidlanadi FeS2, va yana uchta molekula HNO3 ta'lim uchun zarur Fe (NO 3) 3:

Vodorod va kislorodni tenglashtirish uchun o'ng tomonga ikkita H molekulasini qo'shing

2 O:

Elektron-ion balansi usuli elektron balans usuliga qaraganda ko'p qirrali va koeffitsientlarni tanlashda shubhasiz afzalliklarga ega.

ichida ko'plab oksidlanish-qaytarilish reaktsiyalari, xususan, organik birikmalar ishtirokida, ularda hatto oksidlanish darajalarini aniqlash tartibi juda murakkab.

Misol uchun, etilenning kaliy permanganatning suvli eritmasidan o'tganda sodir bo'ladigan oksidlanish jarayonini ko'rib chiqaylik. Natijada, etilen etilen glikol HO ga oksidlanadi.

CH 2 - CH 2 -OH va permanganat marganets (IV) oksidiga qaytariladi, bundan tashqari, yakuniy muvozanat tenglamasidan ko'rinib turibdiki, o'ng tomonda kaliy gidroksid ham hosil bo'ladi:

Shunga o'xshash atamalarning kerakli qisqartirishlarini amalga oshirgandan so'ng, biz tenglamani yakuniy molekulyar shaklda yozamiz

Oksidlanish-qaytarilish reaksiyalarining standart potensiallari.
Haqiqiy sharoitda sodir bo'ladigan har qanday redoks reaktsiyasining ehtimoli bir qator sabablarga ko'ra: harorat, oksidlovchi va qaytaruvchi vositaning tabiati, muhitning kislotaligi, reaktsiyada ishtirok etuvchi moddalar konsentratsiyasi va boshqalar. bu omillarning barchasini hisobga olish qiyin, lekin har qanday oksidlanish-qaytarilish reaktsiyasi elektronlarning qaytaruvchidan oksidlovchiga o'tishi bilan borishini esga olib, bunday reaktsiyaning mumkinligi mezonini belgilash mumkin.

Bunday potentsiallarning fizik-kimyoviy ma'nosini tushunish uchun elektrokimyoviy jarayonlar deb ataladigan jarayonlarni tahlil qilish kerak.

Elektr tokining paydo bo'lishi bilan birga bo'lgan yoki uning natijasida yuzaga keladigan kimyoviy jarayonlar elektrokimyoviy deb ataladi.

Elektrokimyoviy jarayonlarning mohiyatini tushunish uchun biz bir nechta oddiy vaziyatlarni ko'rib chiqamiz. Suvga botirilgan metall plastinkani tasavvur qiling. Qutbli suv molekulalari ta'sirida metall ionlari plastinka yuzasidan ajralib chiqadi va gidratlanadi, ular suyuq fazaga o'tadi. Bunday holda, ikkinchisi musbat zaryadlanadi va metall plastinkada ortiqcha elektronlar paydo bo'ladi. Jarayon qanchalik uzoq davom etsa, zaryad shunchalik ko'p bo'ladi.

, ikkala plastinka va suyuqlik fazasi.

yoki eritmadagi ionlarning hidratsiyasini hisobga olgan holda:

Bu muvozanatning holati metallning tabiatiga, eritmadagi ionlarining konsentratsiyasiga, harorat va

bosim.

Agar elektronlar metalldan u yoki bu tarzda chiqarilsa, muvozanat o'ngga siljishi mumkin. Bu metall plitani eritib yuboradi. Aksincha, agar elektronlar metall plastinkaga tashqi tomondan keltirilsa, unda ionlar uning ustiga to'planadi.

dan yechim.

Metallni eritmaga botirganda, fazalar chegarasida qo'sh elektr qatlam hosil bo'ladi. Metall va uning atrofidagi suyuqlik fazasi o'rtasida yuzaga keladigan potentsial farq elektrod potensiali deb ataladi. Bu potentsial metallning qattiq faza shaklidagi oksidlanish-qaytarilish qobiliyatining xarakteristikasidir.

Izolyatsiya qilingan metall atomida (yuqori haroratda va yuqori darajada siyraklanishda yuzaga keladigan monotomik bug'ning holati) oksidlanish-qaytarilish xossalari ionlanish potentsiali deb ataladigan boshqa miqdor bilan tavsiflanadi. Ionlanish potentsiali elektronni ajratilgan atomdan ajratish uchun zarur bo'lgan energiyadir.

Elektrod potentsialining mutlaq qiymatini bevosita o'lchash mumkin emas. Shu bilan birga, ikkita metall eritma juftligidan tashkil topgan tizimda yuzaga keladigan elektrod potentsial farqini o'lchash qiyin emas. Bunday juftliklar deyiladi yarim elementlar . Biz potentsial o'zboshimchalik bilan nolga teng bo'lgan standart vodorod elektrodiga nisbatan metallarning elektrod potentsiallarini aniqlashga kelishib oldik. Standart vodorod elektrodi vodorod ioni konsentratsiyasi 1 mol/l bo‘lgan kislota eritmasiga botirilgan va 10 bosimdagi vodorod gaz oqimi bilan yuvilgan maxsus tayyorlangan platina plastinkasidan iborat.

5 Pa, 25 ° C da. Bir qator standart elektrod potentsiallari.
Agar 1 mol / l ga teng metall ionlari konsentratsiyasiga ega bo'lgan uning tuzi eritmasiga botirilgan metall plastinka standart vodorod elektrodiga ulangan bo'lsa, u holda galvanik element olinadi. 25 ° C da o'lchangan ushbu elementning elektromotor kuchi (EMF) xarakterlanadi metallning standart elektrod potentsiali, odatda E° deb ataladi.

Vodorodga nisbatan qaytaruvchi sifatida ishlaydigan elektrodlarning standart potentsiallari "-" belgisiga ega va "+" belgisi oksidlovchi moddalar bo'lgan elektrodlarning standart potentsiallariga ega.

Standart elektrod potentsiallarining o'sish tartibida joylashgan metallar, deb ataladigan narsani hosil qiladi metallarning elektrokimyoviy kuchlanish seriyasi :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.

Bir qator stresslar metallarning kimyoviy xossalarini tavsiflaydi:

1. Metallning elektrod potentsiali qanchalik salbiy bo'lsa, uning kamaytirish qobiliyati shunchalik katta bo'ladi.

2. Har bir metall tuz eritmalaridan o`zidan keyingi metall kuchlanishlarning elektrokimyoviy qatoriga kiruvchi metallarni siqib chiqarishga (tiklash) qodir.

3. Manfiy standart elektrod potentsialiga ega bo'lgan barcha metallar, ya'ni vodorodning chap tomonidagi metall kuchlanishlarning elektrokimyoviy qatorida bo'lganlar uni kislota eritmalaridan siqib chiqarishga qodir.

Metalllarning E ° qiymatini aniqlashda bo'lgani kabi, metall bo'lmaganlarning E ° qiymatlari 25 ° C haroratda va muvozanatda ishtirok etadigan barcha atom va molekulyar turlarning 1 mol ga teng konsentratsiyasida o'lchanadi. /l.

Standart redoks potentsialining algebraik qiymati tegishli oksidlangan shaklning oksidlanish faolligini tavsiflaydi. Shunung uchun Standart redoks potentsiallarining qiymatlarini taqqoslash savolga javob berishga imkon beradi: u yoki bu redoks reaktsiyasi sodir bo'ladimi?

Muayyan oksidlanish-qaytarilish reaktsiyasining yuzaga kelish ehtimolini baholashning miqdoriy mezoni hisoblanadi oksidlanish va qaytarilishning yarim reaksiyalarining standart oksidlanish-qaytarilish potentsiallari orasidagi farqning ijobiy qiymati.

Eritmalarni elektroliz qilish.

Elektrolitlar eritmalaridagi elektrodlarda yoki ular orqali elektr toki o'tganda eriydigan oksidlanish-qaytarilish reaktsiyalarining birikmasi elektroliz deb ataladi.

Oqim manbasining katodida eritma yoki eritmadan elektronlarni kationlarga o'tkazish jarayoni sodir bo'ladi, shuning uchun katod "reduktor" dir. Anodda elektronlar anionlar tomonidan beriladi, shuning uchun anod "oksidlovchi" dir.

Elektroliz jarayonida anodda ham, katodda ham raqobatlashuvchi jarayonlar sodir bo'lishi mumkin.

Elektroliz inert (iste'mol qilinmaydigan) anod (masalan, grafit yoki platina) yordamida amalga oshirilganda, qoida tariqasida, ikkita oksidlovchi va ikkita qaytarilish jarayoni raqobatlashadi:

anodda - anionlar va gidroksid ionlarining oksidlanishi,

katodda - kationlar va vodorod ionlarining kamayishi.

Elektroliz faol (sarflanadigan) anod yordamida amalga oshirilganda, jarayon yanada murakkablashadi va elektrodlardagi raqobatdosh reaktsiyalar:

anodda - anion va gidroksid ionlarining oksidlanishi, metallning anodik erishi - anodning materiali;

katodda - tuz kationi va vodorod ionlarining kamayishi, anodni eritish natijasida olingan metall kationlarining kamayishi.

Anod va katodda eng mumkin bo'lgan jarayonni tanlashda, eng kam energiya sarfini talab qiladigan reaktsiya davom etishi kerak. Bundan tashqari, inert elektrod bilan tuz eritmalarini elektroliz qilishda anod va katodda eng mumkin bo'lgan jarayonni tanlash uchun quyidagi qoidalar qo'llaniladi:

Anodda quyidagi mahsulotlar paydo bo'lishi mumkin: a) F anionlari bo'lgan eritmalarni elektroliz qilishda - , SO 4 2- , N Taxminan 3 - , RO 4 3 - , shuningdek, gidroksidi eritmalar, kislorod chiqariladi; b) anionlarning oksidlanishida C l - , V r -, men-navbati bilan xlor, brom, yod chiqariladi;c) organik kislotalarning anionlarini oksidlash jarayonida jarayon sodir bo'ladi:

2. Al ning chap tomonida bir qator kuchlanishlarda joylashgan ionlarni o'z ichiga olgan tuz eritmalarini elektroliz qilishda.

3+ , vodorod katodda ajralib chiqadi; agar ion vodorodning o'ng tomonidagi kuchlanish qatorida joylashgan bo'lsa, u holda katodda metall chiqariladi.

3. Tarkibida ionlar bo'lgan tuz eritmalarini elektroliz qilish jarayonida kuchlanishlar qatorida joylashgan

Al + va H + , katodda ham kationning kamayishi, ham vodorod evolyutsiyasining raqobatlashuvchi jarayonlari sodir bo'lishi mumkin.

Misol tariqasida mis xloridning suvli eritmasining inert elektrodlarda elektrolizlanishini ko'rib chiqamiz. Cu ionlari eritmada mavjud.

2+ va 2Cl - , ular elektr toki ta'sirida tegishli elektrodlarga yo'naltiriladi:

Katodda metall mis, anodda esa xlor gazi ajralib chiqadi.

Agar ko'rib chiqilayotgan eritma elektroliz misolida

CuCl 2 anod sifatida mis plastinka oling, keyin mis katodda va oksidlanish jarayonlari sodir bo'lgan anodda C ionlarini tushirish o'rniga chiqariladi. l - va xlorning chiqishi anodning (mis) oksidlanishini davom ettiradi. Bunday holda, anodning erishi o'zi sodir bo'ladi va Cu ionlari shaklidayechimga kiradi. Elektroliz CuCl 2 eruvchan anod bilan quyidagicha yozilishi mumkin:

Tuz eritmalarining eruvchan anod bilan elektrolizlanishi anod materialining oksidlanishiga (uning erishi) kamayadi va metallning anoddan katodga o'tishi bilan birga keladi. Bu xususiyat metallarni ifloslanishdan tozalashda (tozalashda) keng qo'llaniladi.

Eritmalarning elektrolizi. Suv bilan oson ta'sir o'tkazadigan yuqori faol metallarni (natriy, alyuminiy, magniy, kaltsiy va boshqalar) olish uchun erigan tuzlar yoki oksidlarning elektrolizi qo'llaniladi:

Agar faol metall tuzi va kislorodli kislotaning suvli eritmasi orqali elektr toki o'tkazilsa, u holda metall kationlari ham, kislota qoldig'ining ionlari ham ajralmaydi. Vodorod katodda ajralib chiqadi

va yana anod - kislorod va elektroliz suvning elektrolitik parchalanishiga kamayadi.

Elektrolitlar eritmalarini elektroliz qilish eritmalarga qaraganda energiya jihatidan foydaliroqdir, chunki elektrolitlar - tuzlar va ishqorlar juda yuqori haroratlarda eriydi.

Faradayning elektroliz qonuni.

Elektr toki ta'sirida hosil bo'lgan modda miqdorining vaqtga, oqim kuchiga va elektrolit tabiatiga bog'liqligi umumlashtirilgan ma'lumotlar asosida aniqlanishi mumkin. Faraday qonuni :

qayerda T - elektroliz jarayonida hosil bo'lgan moddaning massasi (g); E - moddaning ekvivalent massasi (g / mol); M - moddaning molyar massasi (g/mol); P- berilgan yoki qabul qilingan elektronlar soni;

I - oqim kuchi (A); t- jarayonning davomiyligi(dan); F - Faraday doimiysi,moddaning 1 ekvivalent massasini chiqarish uchun zarur bo'lgan elektr miqdorini tavsiflovchi(F= 96,500 S / mol = 26,8 Ah / mol).

Sayt materiallaridan foydalanish, agar faol havola ko'rsatilgan bo'lsa, mumkin

"Buryatzoloto" OAJning Xolbinskiy konining boy gravitatsion oltin kontsentrati ("oltin bosh") ikkita namunasida asl "oltin bosh" ni nitrat kislota bilan yuvishdan foydalangan holda yangi gidrometallurgiya texnologiyasini ishlab chiqish bo'yicha tadqiqotlar o'tkazildi. hosil bo'lgan tortni eritish.

O'tkazilgan tadqiqotlar natijasida "Buryatzoloto" OAJga "oltin bosh" ni azot kislotasi bilan yuvish bilan qayta ishlash texnologiyasini sinovdan o'tkazish va joriy etish bo'yicha ishlarni olib borish taklif qilindi. Ushbu texnologiyaning joriy etilishi cho‘chqalarni qovurish va eritish bo‘yicha ko‘p mehnat talab qiladigan operatsiyalarni bartaraf etish, zaharli gazlarni chiqarishni bartaraf etish, qimmatbaho metallar yo‘qotilishini (2-3 foizga) kamaytirish va “oltin bosh”ni qayta ishlash xarajatlarini kamaytirish imkonini beradi. yarmiga.

Oltinni qazib olish zavodlarida (GIF) gravitatsion boyitish siklida oltin tarkibidagi rudalarni qayta ishlash jarayonida “oltin bosh” (keyingi o'rinlarda GG) deb ataladigan boy oltin kontsentrati olinadi. oltin va kumushning 50% gacha olinishi mumkin. Qayta ishlangan manba rudasining tarkibiga qarab, bu gravitatsion konsentrat quyidagi minerallarni o'z ichiga oladi: sulfidlar (pirit, arsenopirit, galen, sfalerit va boshqalar), texnogen qoldiqlar (metall temir, qo'rg'oshin, mis) va temir, kremniy oksidlari, alyuminiy - 50% gacha. CGdagi oltinning massa ulushi, qoida tariqasida, 1-10% ni tashkil qiladi. Bu konsentrat siyanidlanishga juda chidamli, chunki oltin nisbatan qoʻpol boʻlib, sulfidlar va kvarts bilan yaqin aloqada. Qimmatbaho metallarni qazib olish jarayonida yo'qotishlarni kamaytirish uchun yirik va o'tga chidamli oltinga ega mahsulotlarni maydalash bosqichida va oltin tarkibidagi rudani gravitatsiyaviy boyitishning birinchi bosqichida ajrata boshlaydi, so'ngra gravitatsiyaviy tozalashdan so'ng ular qayta ishlanadi. alohida texnologik tsiklda.

Hozirgi vaqtda CG ni qayta ishlash uchun texnologiya qo'llaniladi, uning asosiy operatsiyasi konsentratni 500-700 ° S haroratda oksidlovchi qovurishdir. Keyin hosil bo'lgan kalsin qo'rg'oshin qotishmasi (werkbley) ga eritiladi va shuningdek, kupellanadi. yuqori harorat (850-900 ° S). Ba'zida shlak (oz miqdordagi rangli metallar bilan) to'g'ridan-to'g'ri oltin-kumush qotishmasiga eritiladi. Umuman olganda, qovurish texnologiyasi yuqori mehnat zichligi, oltingugurt, mishyak va qo'rg'oshinning zaharli gazlarini chiqarish, oltin o'z ichiga olgan katta miqdordagi oraliq mahsulotlarni (chang, shlak, sarflangan tomchilar) ishlab chiqarish bilan tavsiflanadi. bu oltinni qayta tiklash uchun zarurdir. Bularning barchasi qimmatbaho metallarning sezilarli texnologik va mexanik yo'qotishlariga olib keladi.

Boy gravitatsion o'tga chidamli oltin kontsentratlarini qayta ishlash uchun kislota texnologiyasi istiqbolli bo'lib, unga ko'ra dastlabki konsentrat (CG) nitrat kislota eritmasi bilan ishlov beriladi va qattiq cho'kma (pirojnoe) eritiladi. Ushbu texnologiya ko'p vaqt talab qiladigan otish jarayonini bartaraf etish, zaharli gazlar chiqishini oldini olish va qimmatbaho metallarning yo'qotilishini kamaytirish imkonini beradi.

Kislota texnologiyasiga ko'ra, "Buryatzoloto" OAJ Xolbinskiy konining "oltin boshi" ning ikkita namunasi bo'yicha tadqiqotlar o'tkazildi.

CG namunalarining xarakterli xususiyati ulardagi sulfidlarning ustunligi va temir-mis bo'lgan texnogen qoldiqlarning mavjudligi - misning asosiy miqdori bilan. 1-sonli namunada sulfidlarning massa ulushi 60% dan ortiq, shu jumladan 35% galen. No2 namunada pirit ustunlik qiladi - 80% dan ortiq, galena - 6,0%. No1 namunadagi oltin va kumushning massa ulushlari mos ravishda 14,52% va 3,76%; 2-sonli namunada - 4,34% va 1,36%.

Juda murakkab mineral tarkibga ega bo'lgan bunday tortish kontsentrati va texnogen qoldiqlarning mavjudligi qarshilik kuchayishi bilan tavsiflanadi, shuning uchun korxonada mavjud CGni qayta ishlash texnologiyasi uchta mehnat talab qiladigan operatsiyani o'z ichiga oladi: 700-900 ° C da qovurish (6 soat davomida). ), verkblay va kupellash uchun ruda-termik pechda eritish. Qimmatbaho metallarni qotishma ichiga to'g'ridan-to'g'ri qazib olish 96% dan oshmaydi. Olingan o'rta qismlar (qattiq gazni tozalash mahsuloti, shlak, pechdan singan g'isht va tomchilardan sindirilgan) xom ashyoni qayta ishlash texnologiyasiga qaytariladi (odatda siyanidlashdan oldin maydalash uchun). Ushbu sanoat mahsulotlaridan qimmatbaho metallarni olish darajasi aniqlanmagan.

Nitrat kislotasini yuvish yordamida CG ni qayta ishlashning texnologik sxemasi rasmda ko'rsatilgan.

Nitrat kislota kuchli oksidlovchi bo'lib, sulfidlar bilan o'zaro ta'sirlashganda suvda eruvchan birikmalar hosil qiladi. Istisno - erimaydigan qo'rg'oshin sulfatini hosil qilish uchun parchalanadigan galena. Asosan temir va mis bilan ifodalangan texnogen qoldiqlar butunlay eritmaga kiradi. GL ni nitrat kislota bilan yuvishdan (ANL) so'ng, aralashmalarning ko'p qismini o'z ichiga olgan eritma va qattiq mahsulot olinadi, unda qimmatbaho metallar, erimaydigan oksidlar (asosan kremniy va temir oksidlari) va qo'rg'oshin sulfat (oksidlangan shakldagi qo'rg'oshin) konsentratsiyalanadi. Olingan qattiq mahsulot (pirojnoe) eritmadan ajratiladi, quritiladi va oltin-kumush qotishmasini olish uchun eritiladi.

Yuvish natijasida ma'lum miqdorda kumush (10%) eritmaga tushishi mumkin. Uni olish uchun tortni ajratgandan so'ng, eritmaga osh tuzi kiritiladi va kumush erimaydigan xlorid shaklida eritmadan chiqariladi, uni oltin o'z ichiga olgan kek bilan birga va alohida eritilishi mumkin, texnik metall massa ulushi 98-99% bo'lgan kumush.

"Oltin bosh" namunalarini nitrat kislota bilan yuvish va olingan keklarni eritish bilan tajribalar natijalari quyidagilarni ko'rsatdi.

1. Xolbinskoye koni uchun mehnat talab qiladigan va yuqori haroratli qovurish, eritish va kupellash operatsiyalarini bartaraf etish imkoniyati, shu bilan cho'chqalarni qovurish va eritishdan zaharli gazlar chiqishini oldini olish.

2. Eritilgan mahsulot (pirojnoe) massasining mos ravishda sezilarli darajada kamayishi (No1 namuna uchun ikki baravar va No 2 namuna uchun besh baravar) hisobiga qimmatbaho metallarni quymaga qazib olishni oshirish. , cüruf miqdori va o'rta mahsulotlarni istisno qilishda: tomchilar va g'ishtlarning "buzilishi". Qimmatbaho metallar qazib olishning kutilayotgan o'sishi 2-3% ni tashkil qiladi.

3. "Oltin bosh" ning AQW jarayonida kumush 8% gacha yuviladi. Kumushning eritmaga olinishini kamaytirish uchun AQW shartlari ishlab chiqilgan va taklif qilingan. Shu bilan birga, kumushning eritmaga olinishi deyarli 30 barobar kamaydi.

4. Ma'lum zaryad (soda, boraks, kvarts) yordamida 1-sonli "oltin bosh" AKV namunasidan quritilgan keklarni eritib bo'lgach, oltin va kumushning umumiy massa ulushi 90% bo'lgan qotishma olindi. Va eksperimental zaryad yordamida 2-sonli namunadagi AKB "oltin bosh" keklarini eritib bo'lgach, oltin va kumushning umumiy massa ulushi 95-99% bo'lgan qotishmalar olindi.

5. CGdagi galenaning sezilarli miqdori AKB dan keyin qo'rg'oshinning tijorat oltin-kumush qotishmasiga sezilarli o'tishiga olib keladi, bu esa tayyor mahsulot sifatini pasaytiradi. Tadqiqot jarayonida oltin va kumushning umumiy massa ulushi 95-99% boʻlgan oltin-kumush qotishmasi ishlab chiqarilgan holda, tarkibida 25% gacha qoʻrgʻoshin boʻlgan tortni eritish uchun shartlar aniqlanib, zaryad tanlab olindi.

6. CG ni nitrat kislota bilan yuvish bo'yicha o'tkazilgan tadqiqotlar (No 2 namuna) piritning etarlicha to'liq parchalanishiga (97% dan ortiq) 500-550 g/l konsentratsiyali nitrat kislota eritmasi bilan yuvish orqali erishiladi. jadvalga qarang). Buning sababi, pirit (90% dan ortiq) nisbatan katta sinfda (minus 0,5 + 0,25 mm) va uning parchalanishi uchun yanada og'irroq shartlar talab qilinadi.

Xolbinskiy koniga ko'ra, qovurish texnologiyasi uchun 1 kg SG (No1 namuna) ni qayta ishlashning o'ziga xos qiymati 93,6 rublni tashkil qiladi. Xuddi shu namunani nitrat kislota bilan yuvish bilan texnologiyaning o'ziga xos narxi 44,9 rublni tashkil etadi, ya'ni. ishlab chiqilgan gidrometallurgiya texnologiyasi bo'yicha CGni qayta ishlash qiymati ikki barobarga kamayadi.

"Buryatzoloto" OAJning Xolbinsk konining boy gravitatsion sulfidli oltin kontsentratining ikkita namunasida ("oltin bosh") asl er gazini nitrat kislota bilan yuvish va hosil bo'lgan gazni keyinchalik eritishdan foydalangan holda yangi gidrometallurgiya texnologiyasini ishlab chiqish bo'yicha tadqiqotlar olib borildi. tort.

Tarkibida sulfidlar (80% gacha) va texnogen qoldiqlar (16% gacha) boʻlgan oʻtga chidamli gravitatsiyaviy kontsentratni (CG) yuvish shartlari aniqlanadi. Kumushning minimal erishi bilan AQW shartlari aniqlandi. AKW dan so'ng, asl CGga qaraganda asil metallar miqdori ko'p (2-5 baravar) bo'lgan kek (qattiq mahsulotlar) olindi. Oltin va kumushning umumiy massa ulushi 96-99% bo'lgan qotishmalarni olish uchun erish shartlari ishlab chiqilgan.

CG ni qayta ishlash bo'yicha tavsiya etilgan gidrometallurgiya texnologiyasining texnik-iqtisodiy asoslashi amalga oshirildi. Qovurish yordamida CGni qayta ishlashning mavjud texnologiyasi bilan taqqoslaganda, ishlab chiqilgan gidrometallurgiya texnologiyasidan foydalangan holda CGni qayta ishlash xarajatlari ikki baravar kamayadi.

No2 namunadagi AKV CG paytida piritning parchalanish darajasi

Ommaviy diqqat HNO 3 , g/l	AKV o'tkazish shartlari*			Daraja parchalanish sulfid, %
	davomiyligi, soat		harorat, ° C

Biz ham tavsiya qilamiz

Yuklanmoqda...

uy > Internet-marketing

Piritning nitrat kislotada erishi. Ovr stoxiometrik koeffitsientlarni tanlash

10. Oksidlanish-qaytarilish reaksiyalari

Biz ham tavsiya qilamiz