Rafinarea Electrolitică a Cuprului

1. Introducere

Rafinarea electrolitică a cuprului (electrorafinarea) şi, în general, a altor metale, este impusă de necesitatea obţinerii acestora cu o puritate avansată. Astăzi, 90% din cuprul utilizat pe plan mondial (6106 tone/an) este reprezentat cuprul electrolitic. La electrorafinarea cuprului se obţine un nămol anodic, din care se extrag diferite metale, inclusiv metale preţioase (Au, Ag), valorificarea acestora acoperind aproape integral cheltuielile de electrorafinare. Rafinarea cuprului se face folosind anozi de cupru brut, electrolit de CuSO4 + H2SO4 şi matriţe catodice din cupru pur.

În soluţiile de sulfat de cupru, în prezenţa cuprului metalic, se stabileşte echilibrul:

Cu2+ + Cu  2 Cu+ (1)

Datorită acestui echilibru, concentraţia ionilor Cu+ este de aproximativ 1000 ori mai mică decât concentraţia ionilor Cu2+. În timpul electrorafinării, datorită polarizării anodice, în zona perianodică echilibrul este deplasat spre dreapta iar polarizarea catodică determină, în zona pericatodică, o deplasare spre stânga. La micşorarea concentraţiei ionilor Cu+ mai contribuie şi reacţia:

2 Cu+ + 2 H+ + 1/2O2  2 Cu2+ + H2O (2)

În soluţiile acide se mai desfăşoară şi reacţia de dizolvare chimică a cuprului în prezenţa oxigenului:

Cu + 2 H+ + 1/2O2  Cu2+ + H2O (3)

Reacţiile (1) şi (3) cauzează scăderea randamentului catodic şi creşterea randamentului anodic.

În timpul electrolizei, la anozi se dizolvă cuprul şi toate impurităţile metalice mai puţin nobile decât cuprul. Impurităţile nemetalice şi metalele mai nobile decât cuprul care se găsesc în anozi se depun pe fundul electrolizorului formând un nămol. Pe catod se depune însă numai cuprul, deoarece impurităţile din soluţie (Zn2+, Fe2+, Ni2+ ş.a.) au potenţialele de reducere mult mai negative decât cel al cuprului. Acumularea sulfaţilor acestor metale în cantităţi mari determină scăderea solubilităţii CuSO4, astfel încât cristalele de sulfat de cupru pot fi înglobate în depozitul catodic.

Performanţele procesului de electrorafinare a cuprului sunt determinate de: compoziţia şi temperatura electrolitului precum şi de densitatea de curent utilizată.

2. Scopul lucrării

Studiul electrorafinării cuprului, urmărindu-se efectele generate de temperatura şi compoziţia electrolitului asupra consumului de energie şi a randamentului de curent.

3. Principiul metodei

Se efectuează electrorafinarea cuprului într-o celulă de electroliză ce conţine un anod de cupru brut, un catod de cupru pur şi un electrolit pe bază de CuSO4 cu diferite adaosuri. Se determină randamentul de curent catodic din cantitatea de cupru depusă la catod, respectiv randamentul de curent anodic din cantitatea de cupru dizolvată de la anod. Modificând condiţiile de lucru (temperatura şi compoziţia electrolitului) se studiază influenţa acestora asupra randamentului de curent şi a consumului specific de energie.

4. Aparatura şi materialele necesare

- galvanostat sau sursă de tensiune continuă reglabilă, stabilizată (0 – 5 A)

- voltmetru digital 0 – 20 V;

- ampermetru digital 0 – 5 A;

- celulă de electroliză;

- agitator magnetic cu plită electrică de încălzire;

- plăci de cupru brut;

- tablă de cupru electrolitic;

- H2SO4 ( =1,84 g/cm); CuSO4  5H2O; NaCl; NiSO4 7H2O; FeSO4 .7H2O.