عنوان : مقاله فلز مس و کاربرد آن

این فایل با فرمت word و آماده پرینت میباشد

فهرست مطالب

۱- خلاصه ۴

۲- مقدمه ۵

۲-۲- الکترولیز ۸

۳-۲- اندازه گیری پلاریزاسیون ۸

۴-۲- آزمایش رسوب ۹

۳- نتایج ۹

۱-۳- غلظت دی اکسید سولفور ۹

۲-۳- غلظت مس ۱۰

۳-۳- غلظت اسید سولفوریک ۱۱

۴-۳- دما ۱۲

۵-۳- چگالی جریان ۱۳

۶-۳- جایگزینی آند ۱۳

۷-۳- رفتار پلاریزاسیون ۱۵

۱-۷-۳- رفتار پلاریزاسیون آندی ۱۶

۲-۷-۳- پلاریزاسیون کاتدی ۱۸

۸-۳- جهت یابی کریستالوگرافی ۱۹

۹-۳ – شکل شناسی ( مورفولوژی ) رسوب ۲۰

۴ ـ نتیجه گیری ۲۲ 1

- خلاصه

كاتدي مستطيل شكل از جنس فولاد زنگ نزن با ابعاد نول   و عرض   و به ضخامت 2cm براي   مس بكار برده شده است . افزايش غلظت so2 ، غلظت مس ، غلظت اسيد سولفوريك و دما ، توان مصرفي را كاهش مي دهند . اين متغيرها تأثيري بر روي بازدهي جريان رسوب گذاري مس ندارند . حضور so2 در الكتروليك مس ، منحني هاي پلاريزاسيون آندي و كاتدي را تغيير مي دهد . علاوه بر اين باعث تغيير در جهات كريستالي در مورفولوژي سطح مس رسوب كرده نيز قابل مشاهده است . مشخص شده كه توان مصرفي مينيمم و بازدهي جريان ماكزيمم و مورفولوژي بهبود يافتة ‌سطح با استفاده از آند گرافيكي ، قابل دلتايابي است.

2- مقدمه 

در طي 20 سال گذشته استخراج مس دستخوش تحولات بسياري قرار گرفته اند . فرآيندهاي پيرو متالوژي و هيدورمتالوژي پيشرفت كرده اند و روشهاي بديعي براي انجام اين فرآيندها گزارش شده است. مشكل اقتصادي تكنولوژي در ارتباط با so2 از مس توسط فرآيندهاي پيروستالورژيكي سبب پيشرفت فرآيندهاي هيدروستالورژيكي جهت بازيافت مس از كنساتره هاي بيان گشته است . عمليات عمده اي كه در پروسه هاي هيدرومتالورژي بكار مي روند شامل تشويه ، ليچينگ و   مي باشند.

در سالهاي اخير افزايش قابل توجهي در توليد مس به روش   صورت گرفته است . ايراد اصلي اين عمليات ، نياز آن به انرژي فراوان جهت   مس در مقايسه با انرژي مصرفي e.firing مس مي باشد. 

اين پروسه تقريباً نياز به 8 تا 10 برابر توان مصرفي در e.fin دارد . 

اين نياز بالا در انرژي   مس سبب انجام تحقيقاتي به منظور كاهش انرژي مصرفي شده است . يكي از راههاي ارائه شده ، جايگزين كردن يك واكنش آندي انتخابي به جاي واكنش احياء اكسيژن است . واكنش آندي انتخابي كه ممكن است بكار رود بصورت زير است :

1 )

2 ) 

3 ) 

4 )

واكنشهاي فوق به غير از واكنش 1 ،‌ در پتانسيل هاي پايين تري نسبت به پتانسيل احياء اكسيژن مي شوند . با اين وجود ، واكنش 4 جاذبه بيشتري براي محققين داشته است . اكسيداسيون   محلول در آندهاي كربين و گرافيتي توسط محققين متعددي بررسي شده است. 

Wiesener به اين نكته اشاره كرده است كه آندهاي كربني بار ياكسيداسيون آندي   مناسب نيست. Pace و stauter نيز دريافتند كه توان مصرفي برخلاف مقدار بدست آمده در روشهاي متدوال ،   به ازاي يك kg از مس مي باشد. 

Bharucha ، موفق به طراحي نوعي آندگرافيتي جهت   مس شد . به اين صورت كه مخلوطي از هوا و 12% الي 15%   بر روي يك گرافيت آندي متخلخل Spargod شد . 

البته اين روش بالاتر از محدودة مشخصي در مقياس آزمايشگاه كاربرد ندارد . 

امروزه تلاش زيادي جهت بررسي تأثيرات اسيد سولفوريك بر روي   مس از الكترولين سولفاتي انجام مي شود . اسيد سولفوريك به عنوان منبع   بكار مي رود زيرا استخراج محيطي   كه عمدتاً به صورت اسيد سولفوريك مي باشد و انتقال آن به پيل مس جهت تغيير آن به   و كاهش هم زمان انرژي مصرفي ،‌ سبب سهولت بيشتري مي شود . 

تركيبات متداول ديگري نظير   و   براي جلوگيري از تشكيل سولفاتهاشان در پيل   مس بكار نمي رود زيرا ممكن است در   مس تأثير بگذارند يك آند گرافيتي جهت بررسي تأثيرات اسيد سولفوريك بر روي ولتاژ پيل ،‌ توسط سر پوشي از جنس شيشه پلاستيكي و نيز تداركات لازم به منظور داخل كردن آندو كاتد ،‌ پوشيده شده است . كادهاي بكار رفته مستطيل شكل و از جنس فولاد زنگ نزن هستند و ابعاد زير را دارند : طول   ، عرض   و ضخامت 2mm . جهت اتصال الكتريكي به كاتد نوارهايي با جنس مشابه و با ابعاد زير بكار مي روند: 

طول cm 11 و عرض cm 1 و ضخامت mm 2 كه اين نوارها به مركز لبه فوقاني صفحات مستطيل شكل ، جوش خورده اند . آندهاي بكار رفته متشكل از گرافيت ،   ،   ، Ti و ti-Iro2  مي باشند . آندهاي بكار رفته نيز ،‌ ابعادي مشابه كاتد دارند . يك الكترود كالومل به عنوان الكترود مرجع بكار مي رود كه يك سوكننده جريان برق مي باشد و با ماكزيمم قدرت ، كالومل به عنوان الكترود مرجع بكار مي رود كه يك سو كننده جريان برق مي باشد و با وارد كردن ولتامترهايي دقيق در مدار، اندازه گيري مي شوند ، يك ترمستات نيز جهت فراهم كردن دماي مورد نياز الكتروليت بكار مي رود . محلول الكتروليك از شناساگر سولفات مس   اسيد سولفوريك ، اسيد سولفوروس و آب مقطر تشكيل شده است.

افزودن اسيد سولفوروس به الكتروليت مس با افزودن حجم مناسبي از شناساگر به سيستم انجام گرفته است.

غلظت   در محلول اسيد سولفوروس ، قبل از آماده سازي محلول الكتروليتي براي آزمايش ،‌ تجزيه و تحليل شده است.

2-2- الكتروليز 

آزمايش   مس در طي 2 ساعت در دماي اتاق   با چگالي جريان   و با بكار گيري يك مايع شستشو شامل   مس ،   و   و توسط يك آند گرافيتي انجام شده است . در تمام آزمايشات آند و كاتد به فاصله 3cm مقابل يكديگر قرار گرفته اند . در حين آزمايشهاي   ،‌ ولتاژ پل و پتانسيل آندي به فواصل زماني 1 ساعت اندازه گيري شدند و بعد از الكتروليز ، كاتدها با آن شير و به دنبال آن با آب مقطر و استون شسته و در هوا خشك شدند . و سپس بازدهي جريان از روي وزن بدست آمده كاتد ، محاسبه گرديد. 

3-2- اندازه گيري پلاريزاسيون 

LSV ( ولتحتري با جريان بي وقفه ) جهت آزمايش رفتار پلااريزاسيون آندي و كاتدي در حين در حضور و غياب   بكار برده شد . پلاتين   و گرافيت   به عنوان الكترودهاي مس كاربردي ، بكار رفتند . يك سيم پلاتيني و يك SCE نيز به عنوان شمارشگر الكترود و الكترود مرجع بكار رفتند . آزمايشها با 100ml محلول تركيبات مختلف ، هدايت شدند.

يك برنامه ساز جهاني 175 PAR جهت سوق دادن Potentionsat به 173 PAR نيز بكار رفته است . پلاريزاسيون كاتدي و آندي بين –106 V تا 505 و LOV تا +0.2 باعث اسكن   بدست آمدند. 

4-2-  آزمايش رسوب 

پراش اشعه x ، بر جهت يابي كريستالوگرافي و مورفولوژي سطح رسوبات ، توسط  SEM بكار رفته است. 

3-  نتايج

1-3- غلظت دي اكسيد سولفور 

تأثير غلظت هاي مختلف دي اكسيد سولفور بر روي كاهش پتانسيل آندي در طي   مس بررسي شده است Mishra و Coopen گزارش كرده اند كه در حين Sparging 10 و 20 , 100 درصد    با چگالي جريان   ، كاهش مشاهده شده در پتانسيل آندي عبارتند از  100 و 700 و 1000 ميلي ولتا ، Stualen و pace نيز متوجه شدند كه توان مصرفي مس در حضور      محلول در الكتروليك ،‌ برابر با   1مي باشد . در تحقيات مربوط ،‌ تأثير غلظت   در مايع حوضچه الكتروليت در حدود 0.25 الي 24 گرم بر ليتر بدست امد . در شكل 1 و 2 ديده مي شود كه ولتاژ پيل و پتانسيل آندي ،‌ با افزايش غلظت  تا   ،‌ به سرعت كاهش مي يابند و سپس با افزايش هاي بعدي در غلظت   ،‌ ثابت باقي مي مانند . اين به جهت اينست كه   در پتانسيل مثبت كمتري نسبت به پتانسيل احيا اكسيژن ، دي اكسيد مي شود . نتايج بدست آمده بر روي ولتاژ پيل و پتانسيل آندي در پايان 1 و 2 ساعت الكتروليز نشان مي دهد كه ولتاژ پيل به   و پتانسيل آندي به 0.23V  افزايش مي يابد . اين ممكنست بخاطر كاهش در غلظت   موجود در الكتروليت مس باشد . كاهش غلظت   در حين الكتروليز ممكنست ناشي از مصرف و افت فشار اتمسفر باشد . شكل 2 نمودار توان مصرفي در مقابل غلظت   را نشان مي دهد . تمايل در افت توان مصرفي مشابه حالتي است كه در ولتاژ پيل و پتانسيل آندي نشان داده شد. در آنجا توان مصرفي به سرعت تا غلظت      ،‌ كاهش يافت و سپس ثابت باقي ماند . 

مشخص شده است كه با افزودن   به الكتروليت كاتدي ،‌ انرژي مصرفي در حين   مس مي تواند كاهش يابد تا به   مس در طي 2 ساعت الكتروليز برسد افزايش در غلظت   تأثيري بر روي جريان كاتدي ندارد و حدود 98% كل مي باشد.

2-3-  غلظت مس 

Stauter  و Pace  ، كاتدهاي با كيفيت بالا و بازدهي جريان 95% را در   مس بدست آوردند كه علظت مس در آنها از   تا   متغير است . Mishra و worel در   مس تا   در محلولي با غلظت اوليه   از مس كه توسط S% sparging    در    بين الكترودها بدست آمده ، موفق بوده اند. 

غلظت   در الكتروليت ، عملكرد دانسيته جريان راتحت تأثير قرار مي دهد . آزمايشهايي با تغيير دادن غلظت مس در الكتروليت صورت  گرفته است تا تأثيرات آن را بر روي ولتاژ پيل ،‌ پتانسيل آندي و توان مصرفي در حين   مس در حضور دي اكسيد سولفور بررسي كند.

غلظت مس در محدودة   10  تا 50 تغيير كدره است و تغييرات ولتاژ پيل و پتانسيل آندي به ازاي غلظت مس ، بر روي نمودار شكل 3 نشان داده شده است . همان گونه كه انتظار مي رفت ،‌ ولتاژ پيل در غلظتهاي پايين مس تا   بالا است و پس از آن تقريباً ثابت باقي مي ماند ، پتانسيل آندي تغيير چنداني نمي كند و همچنين تغييري در توان مصرفي ديده نمي شود (    تا   مس ) و بازدهي جريان حدود % 98 كل است. 

3-3-  غلظت اسيد سولفوريك 

تأثير غلظت اسيد سولفوريك در طي   مس در محدوده   بررسي شده است و تأثيرات آن بر روي پتانسيل آندي و ولتاژ پيل در جدول 1 آروده شده است. ولتاژ پيل و پتانسيل آندي با افزايش غلظت اكسيد تا   كاهش مي يابند . اگر چه كاهش در ولتاژ اندك است . تغييرات غلظت اسيد سولفوريك تأثير قابل توجهي بر روي بازدهي جريان و توان مصرفي ندارد. نتايج مشابهي در اين باره توسط  vinshra و coopen بدست آمده است . آنها ،‌ مس را در محلولهايي حاوي غلظت بالاي اسيد سولفوريك در حدود   مي كنند و تنها كاهش جزئي در بازدهي جريان حاصل مي شود.

4-3- دما 

تأثيرات دما در حين   مس در محلولي حاوي آهن و   ، توسط coopen بررسي شده است وي نتيجه مي گيرد كه دما نقش مهمي در تعيين كيفيت رسوب كاتدي بازي مي كند . در اين بررسي ، تأثير دما در محدودة 30  تا 60 درجه سانتيگراد بررسي شده است . ولتاژ پيل و پتانسيل آندي با  افزايش دماي حوضچه كاهش مي يابند ( شكل 4 ) . هيچ تغييري در بازدهي جريان در محدوده دماي ذكر شده مشاهده نمي شود و حدود 98% كل مي باشد . شكل 5 تأثير دما را روي توان مصرفي نشان مي دهد . با افزايش دما كاهش قابل توجهي در توان مصرفي مشاهده مي شود . توان مصرفي تقريباً بصورت خطي با افزايش دماي حوضچه كاهش مي يابد . مشخص شده كه دماي بالاتر كيفيت رسوب را بهبـود مي بخشد و اين مطابق با نتايج گزارش شده توسط Coopon  مي باشد. 

5-3- چگالي جريان

تغييرات در چگالي جريان در حين   مس در محدودة 100 الي 300  بررسي شده است و تأثيرات آن بروي ولتاژ پيل ، پتانسيل آندي و توان مصرفي و بازدهي جريان مشاهده شده است . شكل 6 تأثيرات دانسيته جريان را بر روي ولتاژ پيل و پتانسيل آندي نشان مي دهد . نتايج فوق نشان مي دهند كه ولتاژ پيل و پتانسيل آندي در حين   مس با افزايش دانسيته جريان ، افزايش مي يابند . افزايش در ولتاژ پيل و پتانسيل آندي ممكنست به جهت افزايش پلاريزاسيون آندي و كاتدي نيز باشد . توان مصرفي با افزايش دانسيته جريان افزايش مي يابد ( شكل 7 ) ، بازدهي جريان ثابت مي ماند (98%) تا محدود   200 و رسوبات پودري با افزايش دانسيته جريان تشكيل مي شوند . طبق گزارش misha وcoopen ، اين مسئله ممكنست بخاطر تجاوز دانسيته جريان از حد بحراني باشد.