Üretim metalüRJİSİ ana biLİm dali metalürji Proses Laboratuarı Deney Föyü

|
ÜRETİM METALÜRJİSİ ANA BİLİM DALI
Metalürji Proses Laboratuarı Deney Föyü
|
|
YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ
|
ELEKTROMETALURJİ
|
1-AMAÇ
Daha önce yapılan “Hidrometalurji” deneyinin devamı niteliği taşımaktadır. O deneyde kavurma ve liç işlemleri yapılmış ve sonra da bakır içeren bir çözelti elde edilmişti. Bu deneyde çözeltiye alınmış bakır kullanılarak elektrolitik bakır elde edilmeye çalışılacaktır.
2-TEORİK BİLGİ
Elektrometalurji
Cevher veya metal içeren her çeşit ham madde içindeki metalleri elektrik enerjisinden faydalanmak suretiyle üretmeye “Elektrometalürji” denmektedir. Gerçekte elektrometalurji, elektrokimyanın bir uygulamasıdır. Burada elektrokimya metodlarının metallere uygulanması yapılmaktadır. Bu uygulama elektrik enerjisini, elektroliz yapma yada ısıya dönüştürerek elektrotermik ark gerçekleştirilir
Elektroliz
Elektrik akımının sulu veya eriyik elektrolitlerden geçirilmesiyle meydana gelen kimyasal ayrışma sonucu katodda metal iyonlarının ve anotta ise metalik olmayan iyonların serbest hale gelmesi olayıdır. İyonlar elektrotlarda deşarj edilerek; serbest hale geçirilebilir, element olarak toplanabilir ve elektrot ile reaksiyon yapabilir.
Endüstride elektroliz iki maksatla kullanılmaktadır; metalleri sulu çözeltilerden kazanmak için (Elektrowinning), saf olmayan metalleri, içindeki yabancı maddelerden arıtıp, katodda toplamak için (Elektrolitik tasfiye) .
Elektrot : Elektrik akımını, sıvı, katı, gaz faza ileten iletken. Elektrokimyasal anlamda elektrot, elektrot iletkeni ile iyonik iletkeni birleştiren sistemdir.
Elektroliz hücresi : Dışarıdan gerilim uygulanarak, elektriksel işin kimyasal işe dönüştürüldüğü hücrelerdir.
Elektro kazanım (Electrowinning)
Genellikle hidrometalurji uygulaması olarak, liç işleminden sonra elde edilen metalce zengin solüsyonlardan metallerin kazanılması demektir. Örneğin; bakır cevherleri liç işlemiyle çözünüp bakır, bakır sülfat olarak çözeltiye alındıktan sonra electrowinning metodu ile saf bakır olarak katotta toplanmaktadır.
|
ÜRETİM METALÜRJİSİ ANA BİLİM DALI
Metalürji Proses Laboratuarı Deney Föyü
|
|
YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ
|
ELEKTROMETALURJİ
|
Bakırın rafinasyon elektrolizi
Elektrolitik rafinasyon uygulaması iki nedenle yapılır. Temel amaç iletkenliğin azalmasına neden olan empüritelerden arınmakken, rafinasyon işlemi sırasunda anot çamuruna geçen soy metal ve yarı metalik metaller(Se,Te) rafineside maliyeti karşıladıklarından işletmeye artı değer kazandırır.
Anot ve katot arasına akım uygulandığında CuSO4-HSO4–H2O türü elektrolitte şunlar gerçekleşir:
Cu Cu + 2e
-
Anot üzerinden dış elektrik devresine iletilen elektronlar katota ulaşarak devreyi tamamlamaktadır.
-
Elektrolitik içindeki Cu iyonları migrasyon sonucu katot yüzeyine ulaşır.
-
Katot yüzeyine ulaşan Cu iyonları anottan iletilmiş olan elektronlarla tekrar birleşerek metal formuna redüklenirler.
Cu + 2e Cu
Bu seçeneklerden bakır rafinasyon elektrolizinde enerji tüketimi olmadığı görülür. Ancak anodik ve katodik reaksiyonlar kinetik engelli olduğundan fazla voltajların uygulanması gerekir ve bağlantı yerlerindeki dirençlerden dolayı voltaj düşüşü de göz önüne alınmalıdır.
Bakırın redüksiyon elektrolizi
Çözünmeyen anot olarak sert kurşun (%4-8Sb) ve katot olarak da paslanmaz çelik veya son zamanlarda titan levhalar kullanılmaktadır.
Elektroliz sırasında çözeltide bulunan (-) yüklü iyonlar anoda, (+) yüklü iyonlar katoda gider. Anyonlar anot yüzeyinde oksitlenirken, katyonlar katot yüzeyinde redüklenirler.
|
ÜRETİM METALÜRJİSİ ANA BİLİM DALI
Metalürji Proses Laboratuarı Deney Föyü
|
|
YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ
|
ELEKTROMETALURJİ
|
(–) K
(+)
A
e–
¯
e–
– +
Elektrolit
Doğru akım kaynağının (+) ucuna bağlı elektroda anot (A)
Doğru akım kaynağının( -) ucuna bağlı elektroda katot ( K)
Bakır redüksiyon elektrolizinde, çözünmeyen anot olarak sert kurşun (%4-8 sb) ve katot olarak paslanmaz çelik veya son zamanlarda titan levhalar kullanılmaktadır.
Redüksiyon elektrolizinde toplam redüksiyon:
CuSO4 + H2O = Cu + H2SO4 + ½O2
Katodik Reaksiyon: Cu+2 + 2e- = Cu0
Anodik Reaksiyon: SO4-2 + H+ + 2e- = H2SO4 + ½O2
3-KULLANILAN STANDARTLAR
|
ÜRETİM METALÜRJİSİ ANA BİLİM DALI
Metalürji Proses Laboratuarı Deney Föyü
|
|
YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ
|
ELEKTROMETALURJİ
|
4-KULLANILAN CİHAZLAR VE MATERYALLER
-
Elekroliz hücresi
-
Hassas terazi
-
Paslanmaz çelik katot ve kurşun anot plakaları,
5-DENEYİN YAPILIŞI
Deney parametrelerinin metal kazanım miktarına etkisini görebilmek için farklı bakır sülfat çözeltileri hazırlarnır. Hazırlanan her bir çözeltiye elektroliz hücresinde ayrı ayrı akım verilir ve katot üzerinde metalik haldeki bakır birikimi sağlanır.
6-SONUÇLARIN ALINMASI
Paslanmaz çelik katot üzerinde biriken bakır miktarı, katodun deney öncesi ve sonrası tartılması ile bulunur.
7-HESAPLAMA
Bir elektroliz devresinden bir I akımının t zamanda geçmesi ile elde edilebilecek elektroliz ürününün miktarı;
I = Akım şiddeti (A)
t = Zaman (sn)
n = Ekivalent başına elektron sayısı (Cu için; 2)
A = Atomik ağırlık (Cu için; 63)
F = Faraday sabiti (96500)
|
ÜRETİM METALÜRJİSİ ANA BİLİM DALI
Metalürji Proses Laboratuarı Deney Föyü
|
|
YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ
|
ELEKTROMETALURJİ
|
Kullanılan akımın bir bölümü dirençleri yenmek için harcandığından fiilen elde edilen ürün teorik üründen azdır. Elde edilen ürün ile teorik ürün arasındaki oran “Akım randımanı”nı verir.
8-SONUÇ
Sulu çözeltisinden bakırın elektroliz yoluyla metalik olarak kazanılmasıdır.
Deney Raporunda İstenilen Bilgiler:
-
Deneyin yapılışı, kullanılan yöntemler hakkında kısaca bilgi verilecektir.
-
Verilen formül ile elektroliz ürününün miktarı hesaplanacak ve deneysel sonuçlar ile karşılaştırılacaktır.
9- Kaynaklar
-
EKERİM A., “Elektrometalurji Ders Notları”, 2010
-
POPOV K.I., DJOKİC S.S., GRGUR B.N., “Fundamental Aspects of Electrometallurgy”, 2002
-
YTÜ Metalurji Müh., “Demir Dışı Metal Üretimi Laboratuar Kitapçığı”, 1997
-
BOR,F.Y., “Ekstraktif Metalurji Prensipleri Kısım II”, Birinci Baskı, 1989
|