Ηλεκτρολυτική Διύλιση

Η παλαιότερη βιομηχανική ηλεκτρολυτική διεργασία είναι ηλεκτρονική. Το μέταλλο νατρίου ελήφθη για πρώτη φορά σε στοιχειακή μορφή το 1807 με την ηλεκτρόλυση τετηγμένου υδροξειδίου του νατρίου από τον Άγγλο χημικό Humphry Davy. Ο Μαξιμιλιανός, ο δούκας του Leuchtenberg, έδειξε για πρώτη φορά πειραματικά την ηλεκτροδιύλιση του χαλκού το 1847. 

Η ηλεκτρονίκωση είναι η διαδικασία κατά την οποία τα μέταλλα τοποθετούνται στο διάλυμα από τα μεταλλεύματά τους, δηλαδή ηλεκτροεναπόθεση για να υγροποιηθούν τα μέταλλα. Από την άλλη πλευρά, η ηλεκτροδιύλιση είναι η διαδικασία κατά την οποία αφαιρούνται οι ακαθαρσίες από το μέταλλο.

Ο κύριος στόχος της ηλεκτρολυτικής διύλισης είναι ο καθαρισμός των μετάλλων. Είναι πολύ σημαντικό να καθαρίζουμε τα μέταλλα καθώς υπάρχουν ελεύθερα στη φύση, έτσι υπάρχουν και πολλές ακαθαρσίες σε αυτά. Για να μάθετε για αυτήν την ηλεκτρολυτική διύλιση, είναι απαραίτητο να γνωρίζετε για την ηλεκτρόλυση.

Η ηλεκτρόλυση είναι η διαδικασία με την οποία λαμβάνει χώρα μια χημική αλλαγή από τη διέλευση ενός ηλεκτρικού ρεύματος. Όταν μια ουσία χάνει ή κερδίζει ένα ηλεκτρόνιο, λέγεται ότι έχει υποστεί μια χημική αλλαγή. Αν χάσει ηλεκτρόνια, λέγεται οξείδωση, και αν αποκτήσει ηλεκτρόνια, ονομάζεται αναγωγή.

Μέταλλα που καθαρίζονται με ηλεκτρόλυση

Χαλκός (Cu) , Ψευδάργυρος (Zn) , Νικέλιο , Ασήμι (Au) , Χρυσός (Au) κ.λπ., είναι μερικά από τα μέταλλα που εξευγενίζονται με τη διαδικασία της ηλεκτρόλυσης. Η άνοδος αποτελείται από μέταλλο (ακάθαρτο) και η κάθοδος αποτελείται από μια λεπτή λωρίδα καθαρού μετάλλου. Ο ηλεκτρολύτης είναι το διάλυμα που παρασκευάζεται με διαλυτό άλας της ίδιας ουσίας.

Η φύση των μετάλλων και των ακαθαρσιών που υπάρχουν σε αυτά καθορίζει τη μέθοδο που θα χρησιμοποιηθεί για τον καθαρισμό ενός ακάθαρτου μετάλλου. Επομένως, η ηλεκτρολυτική διύλιση Au (χρυσός) και Cu (χαλκός) εξευγενίζονται.

Στη μεταλλουργία, το ακάθαρτο μέταλλο καθαρίζεται με διύλιση. Η ηλεκτρολυτική διύλιση μπορεί να διαφοροποιηθεί από άλλες διαδικασίες όπως η φρύξη και η τήξη. Σε αυτά τα δύο, μια χημική αλλαγή συμβαίνει στην πρώτη ύλη, ενώ στη διύλιση, η τελική ουσία ή υλικό είναι γενικά χημικά πανομοιότυπη με αυτή της αρχικής. Χρησιμοποιούνται πολλοί τύποι διεργασιών, συμπεριλαμβανομένων των πυρομεταλλουργικών και υδρομεταλλουργικών τεχνικών.

Οι δύο πιο κοινές πυρομεταλλουργικές διεργασίες στη διύλιση είναι η οξείδωση και η αναγωγή. Στην οξείδωση, τα μέταλλα που έχουν μεγαλύτερη συγγένεια για το οξυγόνο συνδυάζονται επιλεκτικά με αυτό και σχηματίζουν μεταλλικά οξείδια. Αυτά τα μεταλλικά οξείδια μπορούν να υποστούν περαιτέρω επεξεργασία για να πάρουν ένα καθαρό μέταλλο ή να διαχωριστούν και να απορριφθούν ως απόβλητο προϊόν. Η αναγωγή είναι το αντίστροφο της οξείδωσης. Μια ένωση μεταλλικού οξειδίου τοποθετείται σε έναν κλίβανο με οποιοδήποτε αναγωγικό παράγοντα (όπως ο άνθρακας) σε αυτή τη διαδικασία.

Το μέταλλο απελευθερώνει όλο το συνδυασμένο οξυγόνο αφήνοντας το καθαρό μέταλλο σε συνδυασμό με τον άνθρακα για να σχηματίσει οξείδια του άνθρακα. Οι υδρομεταλλουργικές διεργασίες μπορούν να οριστούν ως η μέθοδος ανάκτησης μετάλλων, η οποία χρησιμοποιείται για τη λήψη μετάλλων από τα αντίστοιχα μεταλλεύματά τους και απόβλητα υλικά χρησιμοποιώντας το υδατικό μέσο, ​​με συνδυασμό H2O, O2 και άλλων χημικών αντιδραστηρίων σε περιβάλλον υπό πίεση (μπορεί ή όχι είναι).

Ένα ηλεκτρολυτικό στοιχείο χρησιμοποιείται για τον καθαρισμό υλικών (τα οποία είναι συχνά μέταλλα) στη διαδικασία ηλεκτροδιύλισης. Το ακάθαρτο μέταλλο δρα ως άνοδος και το καθαρό δείγμα του μετάλλου ενεργεί ως κάθοδος. Σε ένα διάλυμα που περιέχει κατιόντα του μετάλλου, ένα δείγμα από το ακάθαρτο μέταλλο και μια κάθοδος βυθίζονται και ένα ηλεκτρικό ρεύμα περνά ανάμεσά τους. Το μέταλλο αφαιρείται από τα ακάθαρτα συστατικά και εναποτίθεται σε καθαρή μορφή στην κάθοδο.

Ηλεκτρολυτική διύλιση χαλκού (Cu) 

Στον εξευγενισμό ενός μετάλλου όπως ο χαλκός με ηλεκτρόλυση, το ακατέργαστο μέταλλο χρησιμοποιείται ως άνοδος που εισέρχεται στο διάλυμα. Το καθαρό μέταλλο εναποτίθεται στην κάθοδο, η οποία ονομάζεται ηλεκτρολυτική διύλιση.

Σε μια ηλεκτρολυτική δεξαμενή, ο ηλεκτρολύτης που χρησιμοποιείται είναι οξινισμένος θειικός χαλκός (CuSO4 + αραιό H2SO4). Μια άνοδος είναι ένα μπλοκ ακάθαρτου χαλκού που συνδέεται με τον θετικό ακροδέκτη ενός τροφοδοτικού (μπαταρίας). Η κάθοδος του κυττάρου είναι μια λεπτή λωρίδα από μέταλλο πολύ καθαρού χαλκού.

Για την παραγωγή χαλκού υψηλής καθαρότητας, η ηλεκτρολυτική διύλιση είναι η κύρια μέθοδος. Λιγότερες από 20 ppm ακαθαρσίες υπάρχουν στον χαλκό μετά τον ηλεκτροδιύλιση —μετά την τήξη και τη χύτευση— και το επίπεδο οξυγόνου ελέγχεται στο 0,018% – 0,025%. Η ηλεκτροδιύλιση περιλαμβάνει ηλεκτροχημική διάλυση του χαλκού από τις ακάθαρτες ανόδους του χαλκού στον ηλεκτρολύτη που περιέχει θειικό χαλκό (CuSO4) και θειικό οξύ (H2SO4). Στη συνέχεια, ηλεκτροχημικά, εναποθέτει τον καθαρό χαλκό (Cu από τον ηλεκτρολύτη) στις καθόδους από ανοξείδωτο χάλυβα ή χαλκό. Αυτή είναι μια συνεχής διαδικασία.

οι ακόλουθες αντιδράσεις λαμβάνουν χώρα κατά τη διάρκεια της ηλεκτρολυτικής διύλισης του χαλκού (Cu) –

Αντίδραση καθόδου :

Cu2+ + 2e– → Cu

Ανοδική αντίδραση :

Cu → Cu2+ + 2e–

Οι αδιάλυτες ακαθαρσίες κολλάνε στην άνοδο ή πέφτουν στον πυθμένα της κυψέλης διύλισης ως λάσπη ανόδου. Αφαιρούνται από εκεί και αποστέλλονται σε μια μονάδα ανάκτησης μετάλλων χαλκού και σε μια μονάδα ανάκτησης μετάλλων υποπροϊόντων. Όλες οι διαλυτές ακαθαρσίες έφυγαν από το στοιχείο και διαλύονται στον ρέοντα ηλεκτρολύτη. Ο κύριος σκοπός της ηλεκτροδιύλισης είναι να κάνει έναν καθοδικό χαλκό υψηλής ποιότητας.

Οι κύριες απαιτήσεις για αυτό είναι – καλά απέχουσες και επίπεδες κάθετες άνοδοι και κάθοδοι, μια σταθερή και ήπια ροή του θερμού ηλεκτρολύτη υψηλού Cu²+ που πρέπει να βρίσκεται σε όλες τις επιφάνειες καθόδου και μια συνεχής και ελεγχόμενη παροχή παραγόντων διύλισης και ισοπέδωσης σιτηρών.

Συμπέρασμα

Ως εκ τούτου, η ηλεκτρολυτική διύλιση διαδραματίζει ζωτικό ρόλο στη διύλιση μετάλλων με χρήση ηλεκτρόλυσης. Στην ηλεκτροδιύλιση, το ακάθαρτο μέταλλο γίνεται άνοδος και το καθαρό μέταλλο γίνεται ως κάθοδος. Η άνοδος είναι ο τόπος ή το ηλεκτρόδιο όπου λαμβάνει χώρα η οξείδωση ή η απώλεια ηλεκτρονίων και η κάθοδος είναι το μέρος ή το ηλεκτρόδιο όπου λαμβάνει χώρα η αναγωγή ή κέρδος ηλεκτρονίων.

Η χημική αλλαγή λαμβάνει χώρα με οξείδωση και αναγωγή. Ο ηλεκτρολύτης είναι το διάλυμα που παρασκευάζεται με διαλυτό άλας της ίδιας ουσίας.

Αυτή η διαδικασία είναι πολύ κρίσιμη για τη λήψη μετάλλων στην καθαρή τους κατάσταση. Πολλά μέταλλα εξευγενίζονται με αυτή τη διαδικασία, όπως ο χαλκός και ο χρυσός.