Лабораторная работа №2 Цементация меди из сульфатных растворов

Цель работы: ознакомиться с особенностями цементации меди железом из сульфатных растворов, изучить влияние некоторых факторов на осаждение меди.

Теоретическая часть

Цементация − процесс внутреннего электролиза в условиях, когда оба процесса протекают на одном и том же электроде. Атомы меди ионизируются и переходят в раствор, а ионы железа ассимилируют освободившиеся на поверхности меди электроны, превращаются в атомы и включаются в кристаллическую решетку.

В процессе цементации меди на железе в сульфатных растворах протекает следующая реакция:

CuSO₄ +Fe = Cu + FeSO₄. (2.1)

На полноту и скорость осаждения меди влияют следующие факторы:

1. Концентрация меди. С увеличением концентрации меди в растворе скорость процесса возрастает.

2. Концентрация трехвалентного железа. Трехвалентное железо отрицательно влияет на процесс цементации. Чтобы снизить это отрицательное влияние его вначале восстанавливают до Fe⁺², или обеспечивают оптимальный гидродинамический режим.

3. Концентрация двухвалентного железа. Двухвалентное железо не влияет на кинетику процесса, но изменяет условия формирования частиц меди.

4. Кислотность раствора. Осаждение железа возможно в широком диапазоне кислотности раствора. Однако рН растворов поступающих на цементацию стараются поддерживать в интервале 1,5 − 2. В таких растворах образуются чистые, плотные и крупнозернистые осадки.

3. Тип и качество осадителя.

Если в процессе участвует кислород, то двухвалентное железо окисляется до трехвалентного, что приводит к развитию побочных реакций, обуславливающих гораздо больший расход железа, чем по стехиометрии процесса цементации меди.

При цементации мышьяк осаждается с медью, что осложняет последующую переработку осадка. При достаточно больших концентрациях мышьяка (0,5 − 1 г/л) возможно выделение арсина. Арсин – это бесцветный, очень ядовитый газ с характерным чесночным запахом. Поэтому в этих случаях цементация меди может быть опасна для человека.

Методика проведения экспериментов

В реакционный стакан заливаем 38 мл сульфатного раствора и устанавливаем его под мешалку. На весах взвешиваем 1г железной стружки заданной крупности.

Осадитель загружают в реакционный стакан и включают мешалку. Время цементации 10 мин.

Через 10 мин от начала опыта отключаем привод мешалки, даем отстояться содержимому стакана в течении 1 мин и из осветленного слоя отбираем с помощью груши в пипетку 10 мл раствора. Отобранную пробу отфильтровывают через бумажный фильтр. Осадок на фильтре промываем водой, высушиваем. Массу осадка определяем по разности масс осадка с фильтром и фильтра.

Использованный фильтр выбрасываем, а мешалку и реакционный стакан промываем водой.

По результатам опыта рассчитываем количество осажденной меди:

·[Cu] , (2.2)

где , – объемы исходного раствора и раствора после цементации.

г.

Рассчитываем количество перешедшего в раствор железа:

= , (2.3)

где – масса исходной навески осадителя.

= 1,974 – 0,999 = 0,975 г;

г.

Рассчитываем количество железа в растворе:

= – = 1 – 0,932 = 0,068 г. (2.4)

Определяем соотношение количество перешедшего в раствор железа и осажденной меди:

.

Рассчитываем извлечение меди в осадок:

;

.

Определяем коэффициент перерасхода:

.

Результаты записываем в таблицу 2.1.

Таблица 2.1 − Результаты цементации

Концентрация меди в исходном растворе, г/л	Масса меди в исходном растворе, г		Извлечение цементационной меди, %	Масса осадка, г	Масса цементационной меди в осадке, г		Масса железа перешедшего в раствор	Соотношение железа к мели
1,3	0,1		99,88	1	0,0437	0,	0,975	1:1

Вывод: В данной работе был изучен метод цементации меди из продуктивного раствора. Была определена масса цементного осадка меди равная m^Сu_{в осадке} = 0,0437 г, удельный расход железа 1,57. За 10 минут железо практически вытеснило медь, и масса его в осадке составила 0,975 г по сравнению с его исходной массой 1г. Также по соотношению R видно, что масса перешедшего в раствор железа равна массе осажденной меди.