مقاله بررسی فلز مس و كاربردهاي آن

دسته بندي : فنی و مهندسی » صنایع
مقاله بررسي فلز مس و كاربردهاي آن در 16 صفحه ورد قابل ويرايش

فهرست مطالب

?- خلاصه ?
?- مقدمه ?
?-?- الکتروليز ?
?-?- اندازه گيري پلاريزاسيون ?
?-?- آزمايش رسوب ?
?- نتايج ?
?-?- غلظت دي اکسيد سولفور ?
?-?- غلظت مس ??
?-?- غلظت اسيد سولفوريک ??
?-?- دما ??
?-?- چگالي جريان ??
?-?- جايگزيني آند ??
?-?- رفتار پلاريزاسيون ??
?-?-?- رفتار پلاريزاسيون آندي ??
?-?-?- پلاريزاسيون کاتدي ??
?-?- جهت يابي کريستالوگرافي ??
?-? – شکل شناسي ( مورفولوژي ) رسوب ??
? ـ نتيجه گيري ??






























1- خلاصه

مس از محلول اسيدي سولفات در حضور اسيد سولفور مس و يا استفاده از آندگرافيتي بررسي شده است . تأثيرات متغيرها نظير غلظت دي اكسيد سولفور ،‌‎ غلظت مس، غلظت اسيد سولفوريك ، دانسيته جريان و دما بر روي ولتاژ پيل ، پتانسيل آندي ، توان مصرفي، بازدهي جريان ، كيفيت رسوب ، مورفولوژي سطح ، جهت يابي كريستالي و نوع پلاريزانسيون نيز مورد مطالعه قرار گرفته است . ساير مواد بكار رفته در آند مانند و ti و ti-Iro2 نيز براي بررسي تأثيراتشان روي فعاليت الكتروليت در اكسيداسيون so2 و نيز كيفيت رسوب انجام شده است . 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.

-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.
6-3- جايگزيني آند

جنس آند ،‌ نقش مهمي در اكسيداسيون الكتريكي دارد . تأثيرات جنسهاي مختلف آند بر روي مس در حضور بررسي شده اند . نتايج در جدول 2 ، در حضور و غياب جهت مقايسه آورده شده است . شكل 8 ، ولتاژ پيل را براي 4 آند مختلف و و Ti – Iro2 و گرافيت ،‌ نشان مي دهد . در اين آزمايشها در دماي انجام شده است.

از آنجا كه در همه آزمايشها ،‌ تركيب حوضچه ،‌ دما ، فاصله الكتروها ، دانسيته جريان و جنس كاتد ،‌ ثابت نگه داشته شده است ،‌ تغييرات مشاهده شده در ولتاژ پيل ممكنست بخاطر جنس هاي مختلف آند باشد .