Конспект лекций для студентов специальности 5В070900 Металлургия Шымкент, 2020 г
Тема 5. Процессы цементации и кристаллизации
жүктеу/скачать 8,06 Mb.
|
| Тема 5. Процессы цементации и кристаллизации
Лекция 10. Процессы цементации и кристаллизации растворов Лекция 11. Характеристики и виды оборудования для цементации Лекция 12. Характеристики оборудования для кристаллизации План темы: 1.Теоретические основы цементации и кристаллизации растворов 2.Практические способы цементации 3.Характеристики и виды оборудования 1.Теоретические основы цементации и кристаллизации растворов. Цементация – процесс вытеснения металлов из растворов, основанные на электрохимической реакции между металлом цементатором и ионом вытесняемого металла: z2Me1z2+ + z1Me2 = z2Me1 + z2Me1 + z1Me2z2+ 5.1 где z1,z2 – заряды катионов. Термодинамическая возможность протекания процесса цементации определяется соотношением величин электродных потенциалов. Вытесняющий металл должен обладать более отрицательным электродным потенциалом, чем вытесняемый: φMe2 ≤ φMe Согласно современной теории кинетики электродных реакций, на поверхности любого металла, соприкасающегося с электролитом, протекают сопряженные катодные и анодные электрохимические реакции. Для протекания этих реакций не обязательно пространственное разделение катодных и анодных участков, т. е. химическая и физическая неоднородность поверхности. Они идут и на совершенно однородной, эквипотенциальной поверхности металла. Следовательно, если кусок металла привести в соприкосновение с раствором, содержащим ионы более электроположительного металла, то в силу термодинамической неустойчивости и возможности протекания сопряженных электрохимических реакций сразу же начнется обмен ионами между металлом и раствором и образуются участки поверхности, покрытые вытесняемым металлом. Электроны будут перетекать по металлу от вытесняющего металла к катодным участкам вытесняемого металла. На анодных же участках неизбежен обратный процесс — ионизация атомов вытесняющего металла в количествах, эквивалентных количеству сцементированного металла (рис. 5.1). После того как на вытесняющем металле образуется катодная поверхность из вытесняемого металла, процесс цементации принципиальна может продолжаться двумя путями, ибо дальнейшая нейтрализация ионов вытесняемого металла возможна как на образовавшейся ранее катодной поверхности, так и на некоторых оголенных участках анодной поверхности. С точки зрения энергетики обе эти возможности неравноценны. Поэтому процесс цементации протекает таким образом, что в дальнейшем вытесняемый металл осаждается в первую очередь на образовавшейся катодной поверхности. Осаждение вытесняемого металла на некоторых участках анодной поверхности станет возможным только в том случае, когда этот процесс окажется энергетически более выгодным, чем разряд на одноименной поверхности. Последнее может произойти, например, если катодная поверхность пассивируется, экранируется посторонними веществами и т. п. Рис. 5.1. Схема процесса цементации 2.Практические способы цементации Примерные области применения процесса цементации металлов: 1.Для очистки раствора, содержащего основной металл, от примесей, например растворов сульфата цинка от примеси меди; 2.Для выделениея основного металла из раствора, например извлечения меди цементацией на железе, золота – цементацией на цинке, индия – на цинке или алюминии. Принципиально схема процесса осаждения золота цинком включает в себя четыре основных стадии: -Осветление продуктивных растворов от взвесей с помощью специальных фильтров до концентрации твердого раствора 0,05 – 0,1 г/л; -Деаэрация (удаление растворенного кислорода из растворов (обескислороживание) с помощью вакуума, эту операцию осуществляют для устранения пассивации поверхности металлического цинка за счет окисления кислородом; -Добавление солей свинца, чаще всего азотнокислого Pв(NO3)2, для устранения влияния вредных примесей при осаждении золота; - Обработка выделенного цинкового золотосодержащеого осадка. На практике цементация осуществляется двумя способами: а) просачиванием раствора через слой порошка (или стружки) вытесняющего металла, иногда перемешанного с инертным наполнителем; б) перемешиванием порошка цементирующего металла с раствором в аппаратах с тем или иным способом перемешивания. Сравнительную оценку этих способов следует производить по нижеследующим показателям: 1.Обеспечение необходимой глубины и быстроты очистки; 2.Проведение операции с наименьшим расходом цементирующего металла; 3.Получение цементного осадка с минимальным содержанием вытесняющего металла; 4.Задолживание вытесняющего металла; 5.Непрерывность процесса; 6.Трудоемкость С точки зрения глубины и быстроты цементации, метод просачивания имеет определенные преимущества, ибо он позволяет легко осуществить принцип противотока в каждом аппарате. В методе просачивания наиболее грязный раствор соприкасается с наиболее сработанным порошком, а раствор, все более очищающийся по мере просачивания, вступает в контакт со все более свежим порошком.
Рис.5.2. Схема цепи аппаратов производства цементации продуктивных растворов после подземного выщелачивания 3.Характеристики и виды оборудования В методе перемешивания принцип противотока в одном аппарате осуществить нельзя, а при последовательном включении нескольких аппаратов необходимо отделять жидкую фазу от твердой после каждого аппарата, что связано с опасностью обратного растворения вытесненного металла и дополнительными расходами. Кроме того, в методе просачивания имеется высоко развитая объединенная катодная поверхность и электрически контактирующая в горизонтальном и вертикальном направлениях анодная поверхность большего числа зерен порошка, что позволяет катодным и анодным процессам протекать даже на значительном удалении один от другого. При методе перемешивания каждое зерно порошка работает обособленно от других, что лишает процесс указанного преимущества. Интенсивное перемешивание может повлечь отрыв пленок вытесненного металла от зерен порошка и обратное их растворение. Отмеченные преимущества метода просачивания дают возможность вести процесс с меньшим расходом порошка и более полно его использовать. Удельный расход цинковой пыли в методе просачивания составляет 1,8 единицы, в то время как методе перемешивания расход колеблется между 2,5 и 3 единицами. Кроме того, в методе просачивания удается раздельно получить два твердых продукта, в одном из которых преимущественно, например, концентрируется кадмий, а в другом медь. Однако метод просачивания резко уступает способу перемешивания в смысле единовременного задолживания порошка, возможностей непрерывного автоматизированного и механизированного процесса и трудоемкости. Желоба - это наиболее простые устройства для процесса цементации. Длина 5 – 30 м., а глубина 0,5 – 2 м. Извлечение до 97%. Раствор подается с помощью труб проложенных по дну желоба, т.е. раствор фонтанирует и поддерживает цементатор (порошок) в кипящем слое. Колонны – вертикальная труба – шахта, в котором находится металл цементатор, через слой которого пропускают раствор. Длина 2-3 м., диаметр – до 0,2 м. Барабаны – диаметр 1 – 3 м., длина 5 – 10 м., которая постоянно вращается числом оборотов 2 – 8 об/мин. Мельницы цементаторы это очень эффективные аппараты, но большой расход электроэнергии. Механические агитаторы – чаны. Рис. 5.2 Реактор-цементатор сепаратор (ЦРС) Центробежные реакторы – цементаторы – (ЦРС) реактор сепаратор. (рис. 5.3) Он состоит из барабана с горизонтальным валом, на котором закреплены большое число дисков. При большой скорости вращения (до 30000 об/мин) в реакционной зоне реактора создается сильно развитая турбулентность, в результате чего скорость цементации резко возрастает. Обедненный раствор удаляется через полый вал. Реактор – цементатор кипящего слоя, высота 5 м. Раствор подается с нижней части (диаметр 0,9 м.) со скоростью до 0,1 м/с, а отводится с верхней части (диаметр до 5 м.). Скорость раствора на выходе падает до 30 раз. Реактор – цементатор кипящего слоя, высота 5 м. Раствор подается с нижней части (диаметр 0,9 м.) со скоростью до 0,1 м/с, а отводится с верхней части (диаметр до 5 м.). Скорость раствора на выходе падает до 30 раз. жүктеу/скачать 8,06 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|