مقاله فلز مس و کاربرد آن

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
کاتدی مستطیل شکل از جنس فولاد زنگ نزن با ابعاد نول   و عرض   و به ضخامت 2cm برای   مس بکار برده شده است . افزایش غلظت so2 ، غلظت مس ، غلظت اسید سولفوریک و دما ، توان مصرفی را کاهش می دهند . این متغیرها تأثیری بر روی بازدهی جریان رسوب گذاری مس ندارند . حضور so2 در الکترولیک مس ، منحنی های پلاریزاسیون آندی و کاتدی را تغییر می دهد . علاوه بر این باعث تغییر در جهات کریستالی در مورفولوژی سطح مس رسوب کرده نیز قابل مشاهده است . مشخص شده که توان مصرفی مینیمم و بازدهی جریان ماکزیمم و مورفولوژی بهبود یافتة ‌سطح با استفاده از آند گرافیکی ، قابل دلتایابی است.
 
2- مقدمه
در طی 20 سال گذشته استخراج مس دستخوش تحولات بسیاری قرار گرفته اند . فرآیندهای پیرو متالوژی و هیدورمتالوژی پیشرفت کرده اند و روشهای بدیعی برای انجام این فرآیندها گزارش شده است. مشکل اقتصادی تکنولوژی در ارتباط با so2 از مس توسط فرآیندهای پیروستالورژیکی سبب پیشرفت فرآیندهای هیدروستالورژیکی جهت بازیافت مس از کنساتره های بیان گشته است . عملیات عمده ای که در پروسه های هیدرومتالورژی بکار می روند شامل تشویه ، لیچینگ و   می باشند.
در سالهای اخیر افزایش قابل توجهی در تولید مس به روش   صورت گرفته است . ایراد اصلی این عملیات ، نیاز آن به انرژی فراوان جهت   مس در مقایسه با انرژی مصرفی e.firing مس می باشد.
این پروسه تقریباً نیاز به 8 تا 10 برابر توان مصرفی در e.fin دارد .
این نیاز بالا در انرژی   مس سبب انجام تحقیقاتی به منظور کاهش انرژی مصرفی شده است . یکی از راههای ارائه شده ، جایگزین کردن یک واکنش آندی انتخابی به جای واکنش احیاء اکسیژن است . واکنش آندی انتخابی که ممکن است بکار رود بصورت زیر است :
1 )
2 ) 
3 ) 
4 )
واکنشهای فوق به غیر از واکنش 1 ،‌ در پتانسیل های پایین تری نسبت به پتانسیل احیاء اکسیژن می شوند . با این وجود ، واکنش 4 جاذبه بیشتری برای محققین داشته است . اکسیداسیون   محلول در آندهای کربین و گرافیتی توسط محققین متعددی بررسی شده است.
Wiesener به این نکته اشاره کرده است که آندهای کربنی بار یاکسیداسیون آندی   مناسب نیست. Pace و stauter نیز دریافتند که توان مصرفی برخلاف مقدار بدست آمده در روشهای متدوال ،   به ازای یک kg از مس می باشد.
Bharucha ، موفق به طراحی نوعی آندگرافیتی جهت   مس شد . به این صورت که مخلوطی از هوا و 12% الی 15%   بر روی یک گرافیت آندی متخلخل Spargod شد .
البته این روش بالاتر از محدودة مشخصی در مقیاس آزمایشگاه کاربرد ندارد .
امروزه تلاش زیادی جهت بررسی تأثیرات اسید سولفوریک بر روی   مس از الکترولین سولفاتی انجام می شود . اسید سولفوریک به عنوان منبع   بکار می رود زیرا استخراج محیطی   که عمدتاً به صورت اسید سولفوریک می باشد و انتقال آن به پیل مس جهت تغییر آن به   و کاهش هم زمان انرژی مصرفی ،‌ سبب سهولت بیشتری می شود .
ترکیبات متداول دیگری نظیر   و   برای جلوگیری از تشکیل سولفاتهاشان در پیل   مس بکار نمی رود زیرا ممکن است در   مس تأثیر بگذارند یک آند گرافیتی جهت بررسی تأثیرات اسید سولفوریک بر روی ولتاژ پیل ،‌ توسط سر پوشی از جنس شیشه پلاستیکی و نیز تدارکات لازم به منظور داخل کردن آندو کاتد ،‌ پوشیده شده است . کادهای بکار رفته مستطیل شکل و از جنس فولاد زنگ نزن هستند و ابعاد زیر را دارند : طول   ، عرض   و ضخامت 2mm . جهت اتصال الکتریکی به کاتد نوارهایی با جنس مشابه و با ابعاد زیر بکار می روند:
طول cm 11 و عرض cm 1 و ضخامت mm 2 که این نوارها به مرکز لبه فوقانی صفحات مستطیل شکل ، جوش خورده اند . آندهای بکار رفته متشکل از گرافیت ،   ،   ، Ti و ti-Iro2  می باشند . آندهای بکار رفته نیز ،‌ ابعادی مشابه کاتد دارند . یک الکترود کالومل به عنوان الکترود مرجع بکار می رود که یک سوکننده جریان برق می باشد و با ماکزیمم قدرت ، کالومل به عنوان الکترود مرجع بکار می رود که یک سو کننده جریان برق می باشد و با وارد کردن ولتامترهایی دقیق در مدار، اندازه گیری می شوند ، یک ترمستات نیز جهت فراهم کردن دمای مورد نیاز الکترولیت بکار می رود . محلول الکترولیک از شناساگر سولفات مس   اسید سولفوریک ، اسید سولفوروس و آب مقطر تشکیل شده است.
افزودن اسید سولفوروس به الکترولیت مس با افزودن حجم مناسبی از شناساگر به سیستم انجام گرفته است.
غلظت   در محلول اسید سولفوروس ، قبل از آماده سازی محلول الکترولیتی برای آزمایش ،‌ تجزیه و تحلیل شده است.
2-2- الکترولیز
آزمایش   مس در طی 2 ساعت در دمای اتاق   با چگالی جریان   و با بکار گیری یک مایع شستشو شامل   مس ،   و   و توسط یک آند گرافیتی انجام شده است . در تمام آزمایشات آند و کاتد به فاصله 3cm مقابل یکدیگر قرار گرفته اند . در حین آزمایشهای   ،‌ ولتاژ پل و پتانسیل آندی به فواصل زمانی 1 ساعت اندازه گیری شدند و بعد از الکترولیز ، کاتدها با آن شیر و به دنبال آن با آب مقطر و استون شسته و در هوا خشک شدند . و سپس بازدهی جریان از روی وزن بدست آمده کاتد ، محاسبه گردید.
3-2- اندازه گیری پلاریزاسیون
LSV ( ولتحتری با جریان بی وقفه ) جهت آزمایش رفتار پلااریزاسیون آندی و کاتدی در حین در حضور و غیاب   بکار برده شد . پلاتین   و گرافیت   به عنوان الکترودهای مس کاربردی ، بکار رفتند . یک سیم پلاتینی و یک SCE نیز به عنوان شمارشگر الکترود و الکترود مرجع بکار رفتند . آزمایشها با 100ml محلول ترکیبات مختلف ، هدایت شدند.
یک برنامه ساز جهانی 175 PAR جهت سوق دادن Potentionsat به 173 PAR نیز بکار رفته است . پلاریزاسیون کاتدی و آندی بین –106 V تا 505 و LOV تا +0.2 باعث اسکن   بدست آمدند.
 
4-2-  آزمایش رسوب
پراش اشعه x ، بر جهت یابی کریستالوگرافی و مورفولوژی سطح رسوبات ، توسط  SEM بکار رفته است.
3-  نتایج
1-3- غلظت دی اکسید سولفور
تأثیر غلظت های مختلف دی اکسید سولفور بر روی کاهش پتانسیل آندی در طی   مس بررسی شده است Mishra و Coopen گزارش کرده اند که در حین Sparging 10 و 20 , 100 درصد    با چگالی جریان   ، کاهش مشاهده شده در پتانسیل آندی عبارتند از  100 و 700 و 1000 میلی ولتا ، Stualen و pace نیز متوجه شدند که توان مصرفی مس در حضور      محلول در الکترولیک ،‌ برابر با   1می باشد . در تحقیات مربوط ،‌ تأثیر غلظت   در مایع حوضچه الکترولیت در حدود 0.25 الی 24 گرم بر لیتر بدست امد . در شکل 1 و 2 دیده می شود که ولتاژ پیل و پتانسیل آندی ،‌ با افزایش غلظت  تا   ،‌ به سرعت کاهش می یابند و سپس با افزایش های بعدی در غلظت   ،‌ ثابت باقی می مانند . این به جهت اینست که   در پتانسیل مثبت کمتری نسبت به پتانسیل احیا اکسیژن ، دی اکسید می شود . نتایج بدست آمده بر روی ولتاژ پیل و پتانسیل آندی در پایان 1 و 2 ساعت الکترولیز نشان می دهد که ولتاژ پیل به   و پتانسیل آندی به 0.23V  افزایش می یابد . این ممکنست بخاطر کاهش در غلظت   موجود در الکترولیت مس باشد . کاهش غلظت   در حین الکترولیز ممکنست ناشی از مصرف و افت فشار اتمسفر باشد . شکل 2 نمودار توان مصرفی در مقابل غلظت   را نشان می دهد . تمایل در افت توان مصرفی مشابه حالتی است که در ولتاژ پیل و پتانسیل آندی نشان داده شد. در آنجا توان مصرفی به سرعت تا غلظت      ،‌ کاهش یافت و سپس ثابت باقی ماند .
مشخص شده است که با افزودن   به الکترولیت کاتدی ،‌ انرژی مصرفی در حین   مس می تواند کاهش یابد تا به   مس در طی 2 ساعت الکترولیز برسد افزایش در غلظت   تأثیری بر روی جریان کاتدی ندارد و حدود 98% کل می باشد.
2-3-  غلظت مس
Stauter  و Pace  ، کاتدهای با کیفیت بالا و بازدهی جریان 95% را در   مس بدست آوردند که علظت مس در آنها از   تا   متغیر است . Mishra و worel در   مس تا   در محلولی با غلظت اولیه   از مس که توسط S% sparging    در    بین الکترودها بدست آمده ، موفق بوده اند.
غلظت   در الکترولیت ، عملکرد دانسیته جریان راتحت تأثیر قرار می دهد . آزمایشهایی با تغییر دادن غلظت مس در الکترولیت صورت  گرفته است تا تأثیرات آن را بر روی ولتاژ پیل ،‌ پتانسیل آندی و توان مصرفی در حین   مس در حضور دی اکسید سولفور بررسی کند.
غلظت مس در محدودة   10  تا 50 تغییر کدره است و تغییرات ولتاژ پیل و پتانسیل آندی به ازای غلظت مس ، بر روی نمودار شکل 3 نشان داده شده است . همان گونه که انتظار می رفت ،‌ ولتاژ پیل در غلظتهای پایین مس تا   بالا است و پس از آن تقریباً ثابت باقی می ماند ، پتانسیل آندی تغییر چندانی نمی کند و همچنین تغییری در توان مصرفی دیده نمی شود (    تا   مس ) و بازدهی جریان حدود % 98 کل است.
3-3-  غلظت اسید سولفوریک
تأثیر غلظت اسید سولفوریک در طی   مس در محدوده   بررسی شده است و تأثیرات آن بر روی پتانسیل آندی و ولتاژ پیل در جدول 1 آروده شده است. ولتاژ پیل و پتانسیل آندی با افزایش غلظت اکسید تا   کاهش می یابند . اگر چه کاهش در ولتاژ اندک است . تغییرات غلظت اسید سولفوریک تأثیر قابل توجهی بر روی بازدهی جریان و توان مصرفی ندارد. نتایج مشابهی در این باره توسط  vinshra و coopen بدست آمده است . آنها ،‌ مس را در محلولهایی حاوی غلظت بالای اسید سولفوریک در حدود   می کنند و تنها کاهش جزئی در بازدهی جریان حاصل می شود.
4-3- دما
تأثیرات دما در حین   مس در محلولی حاوی آهن و   ، توسط coopen بررسی شده است وی نتیجه می گیرد که دما نقش مهمی در تعیین کیفیت رسوب کاتدی بازی می کند . در این بررسی ، تأثیر دما در محدودة 30  تا 60 درجه سانتیگراد بررسی شده است . ولتاژ پیل و پتانسیل آندی با  افزایش دمای حوضچه کاهش می یابند ( شکل 4 ) . هیچ تغییری در بازدهی جریان در محدوده دمای ذکر شده مشاهده نمی شود و حدود 98% کل می باشد . شکل 5 تأثیر دما را روی توان مصرفی نشان می دهد . با افزایش دما کاهش قابل توجهی در توان مصرفی مشاهده می شود . توان مصرفی تقریباً بصورت خطی با افزایش دمای حوضچه کاهش می یابد . مشخص شده که دمای بالاتر کیفیت رسوب را بهبـود می بخشد و این مطابق با نتایج گزارش شده توسط Coopon  می باشد.
5-3- چگالی جریان
تغییرات در چگالی جریان در حین   مس در محدودة 100 الی 300  بررسی شده است و تأثیرات آن بروی ولتاژ پیل ، پتانسیل آندی و توان مصرفی و بازدهی جریان مشاهده شده است . شکل 6 تأثیرات دانسیته جریان را بر روی ولتاژ پیل و پتانسیل آندی نشان می دهد . نتایج فوق نشان می دهند که ولتاژ پیل و پتانسیل آندی در حین   مس با افزایش دانسیته جریان ، افزایش می یابند . افزایش در ولتاژ پیل و پتانسیل آندی ممکنست به جهت افزایش پلاریزاسیون آندی و کاتدی نیز باشد . توان مصرفی با افزایش دانسیته جریان افزایش می یابد ( شکل 7 ) ، بازدهی جریان ثابت می ماند (98%) تا محدود   200 و رسوبات پودری با افزایش دانسیته جریان تشکیل می شوند . طبق گزارش misha وcoopen ، این مسئله ممکنست بخاطر تجاوز دانسیته جریان از حد بحرانی باشد.
 

دانلود کامل  مقاله فلز مس و کاربرد آن