Выделение примеси металлов

Как работает современный завод, где получают цинк? Как тонны сфалерита (сульфид цинка ZnS; чаще всего используется как исходное сырье) превращаются в куски чистого и блестящего металла? Как и всегда, процесс начинается на обогатительных фабриках. Здесь руду превращают в концентрат. Но сульфиду цинка предстоит новая серьезная операция. Немного кислорода, высокая температура – и реакция начинается. Идет окисление сульфида цинка, но профессионалы пользуются для этого случая гастрономическим термином «жарение». «Поджариваясь» вместе с ZnS, превращаются в оксиды сульфиды других металлов, в большем или меньшем количестве входящие в состав природного сфалерита. Полученный оксид цинка ZnO растворяют в серной кислоте. Образовавшийся кислый раствор сульфата цинка ZnS04 поступает в электролизную ванну. При электролизе на катоде выделяется цинк, а на аноде – кислород. Расходуется электролит. Поэтому, спустя определенное время, его подкисляют и используют для растворения новых порций оксида цинка. Происходит непрерывный процесс, который дает возможность максимально использовать ценные составные части руды.

– И все так просто!

– Так кажется, но по существу это только основная схема производства. Высокоочищенный цинк так не получишь. Продукт содержит значительные примеси меди, кадмия, свинца и других металлов. Чтобы избавиться от них, к раствору сульфата цинка добавляют чистый порошок цинка. В этом случае мы вновь пользуемся рядом относительной активности металлов. У цинка более отрицательный электродный потенциал по сравнению с потенциалами металлов, соединения которых являются примесями в концентрате, поэтому цинк вытесняет их из этих соединений. Примеси выделяются в виде суспензии металлов. При фильтровании этой суспензии на фильтре остается так называемый пек. Его подвергают дополнительной обработке, чтобы использовать содержащиеся в нем медь, кадмий и свинец. А в фильтрате теперь осталась соль цинка. Фильтрат помещают в электролизную ванну. На алюминиевых катодах образуются цинковые листы. Их плавят, и металл разливают в формы. Так получается продукт, содержащий 99,99 % цинка.

Если посетить наши комбинаты цветных металлов в Кырджали и Пловдиве, можно увидеть это производство. Болгарский цинк высокого качества пользуется спросом на международном рынке и поднимает престиж нашей металлургии.

Аналогичным путем можно получать и медь. Впервые гидрометаллургическая переработка медных руд была предложена русским инженером Лощинским в 1902 г. Сегодня около 12 % мирового производства меди осуществляется этим способом, и преимущественно из бедных руд, непригодных для другого вида переработки. И здесь медь превращается в сульфат, из которого путем электролиза нетрудно получить чистую медь.

Конечно, пирометаллургические процессы (плавка) – более дешевый способ производства металлов – ведь электроэнергия все еще очень дорога. Но пирометаллургия не дает возможности получить достаточно чистый металл, поэтому часто выбирают комбинированный путь. Из руды выплавляют «сырой» (неочищенный) металл. Его помещают в качестве анода в электролизную ванну с раствором соли того же металла. Через раствор пропускают электрический ток, начинается процесс электролиза, анод растворяется, и на катоде выделяется чистый металл – он просто переносится через раствор от анода к катоду. Переносится и очищается.

– Ну а примеси?

– Их можно разделить на две группы. Те, что обладают более положительными электродными потенциалами, чем потенциал основного металла, вообще не смогут раствориться при данном напряжении. Они выпадут под анодом в осадок, который называется анодным шламом или анодной тиной. Осадок этот не выбрасывают. Он очень ценен, так как содержит металлы, стоящие в конце ряда относительной активности. Из него извлекают некоторые благородные металлы.

Примеси с более отрицательными электродными потенциалами по сравнению с потенциалом основного металла растворяются в электролите, но не выделяются на катоде, так как их потенциалы разложения высоки. Выходит, что при такой очистке основной металл получается в значительной степени очищенным. По такому принципу удаляют примеси из свинца, олова, никеля, железа... Так очищают и медь.

Рафинирование меди – одно из старейших электрохимических производств. Впервые этот метод был применен в России в 1847 г. Сегодня около 30 % мирового производства меди подвергается дополнительной очистке, поскольку даже самые незначительные примеси ухудшают качество меди, понижают ее электропроводимость и пр. Стоимость мышьяка и сурьмы, серебра и золота, которые можно выделить из образующейся при этом анодной тины, с лихвой покрывает расходы на очистку меди. Сам же процесс очистки прост. Аноды из необработанной, неочищенной меди погружают в электролитический раствор, содержащий сульфат меди и серную кислоту. Катоды – из тонкого медного листа. Через раствор пропускают постоянный электрический ток. На катоде выделяется медь, степень чистоты которой превышает 99,95 %.

Так же очищают и другие металлы. Высокая степень чистоты, ценные отходы – таков результат электрорафинирования.

Очень часто путем электролиза наносят тонкие металлические гальванические покрытия, которые, в частности, широко используются при защите поверхности металлических изделий от коррозии.


Полезное чтиво:
Коррозия и гальванические покрытия
Как сохранить покрытие корпуса
Электролиз воды
Как происходит электролиз под давлением
Опыты с тяжёлой водой
Как сделать солёную воду пресной