Введение
Электровыигрывание, также называемое электроэкстракцией, — это электроосаждение металлов из их руд, предварительно растворенных посредством процесса, обычно называемого выщелачиванием. Электрорафинирование использует аналогичный процесс для удаления примесей из металла. Оба процесса используют гальваническое осаждение в больших масштабах и являются важными методами экономичной и эффективной очистки цветных металлов. Металлы, полученные таким образом, называют электровыигранными. При электровыигрывании электрический ток пропускается от инертного анода через раствор для выщелачивания, содержащий растворенные ионы металла, в результате чего металл восстанавливается и осаждается на катоде в процессе гальванизации. При электрорафинировании анод состоит из нечистого металла (например, меди), подлежащего очистке. Нечистый металлический анод окисляется, и металл переходит в раствор. Ионы металла мигрируют через электролит к катоду, где осаждается чистый металл. Нерастворимые твердые примеси, осаждающиеся под анодом, часто содержат ценные редкие элементы, такие как золото, серебро и селен.
Electrowinning, also called electroextraction, is the electrodeposition of metals from their ores that have been put in solution via a process commonly referred to as leaching. Electrorefining uses a similar process to remove impurities from a metal. Both processes use electroplating on a large scale and are important techniques for the economical and straightforward purification of non ferrous metals. The resulting metals are said to be electrowon. In electrowinning, an electrical current is passed from an inert anode through a leach solution containing the dissolved metal ions so that the metal is recovered as it is reduced and deposited in an electroplating process onto the cathode. In electrorefining, the anode consists of the impure metal (e. g., copper) to be refined. The impure metallic anode is oxidized and the metal dissolves into solution. The metal ions migrate through the electrolyte towards the cathode where the pure metal is deposited. Insoluble solid impurities sedimenting below the anode often contain valuable rare elements such as gold, silver and selenium.
История
Электровыделение – старейший промышленный электролитический процесс. Английский химик Хамфри Дэви впервые получил металлический натрий в элементарном виде в 1807 году посредством электролиза расплавленного гидроксида натрия. Электрорафинирование меди было впервые продемонстрировано экспериментально Максимилианом, герцогом Лейхтенбергским, в 1847 году. Джеймс Элкингтон запатентовал коммерческий процесс в 1865 году и открыл первое успешное предприятие в Пембрей, Уэльс, в 1870 году. Первым коммерческим предприятием в Соединенных Штатах была компания Balbach and Sons Refining and Smelting Company в Ньюарке, штат Нью-Джерси, в 1883 году.
Приложения
Никель и медь часто получают электровыделением. Эти металлы обладают некоторыми благородными свойствами, что позволяет восстанавливать их растворимые катионные формы до чистой металлической формы при умеренных потенциалах, приложенных между катодом и анодом.
Процесс
Большинство металлорудных руд содержат металлы, представляющие интерес (например, золото, медь, никель) в некоторых окисленных состояниях, и поэтому целью большинства металлургических операций является химическое восстановление их до чистой металлической формы. Задача состоит в том, чтобы превратить сильно загрязненные металлические руды в очищенные массивные металлы. Для решения этих задач разработан широкий спектр операций, одной из которых является электровыигрыш. В идеальном случае руда извлекается в раствор, который затем подвергается электролизу. Металл осаждается на катоде. На практике этот идеализированный процесс осложняется одним или несколькими из следующих факторов: низкое содержание металла (обычно несколько процентов), конкурентное осаждение других металлов, трудности или неэффективность растворения руды. По этим причинам электровыигрыш обычно применяют только к очищенным растворам целевого металла, например, к цианидным выщелачиваниям золотых руд. Поскольку скорость осаждения металла связана с доступной площадью поверхности, важно поддерживать работоспособность катодов. Существуют два типа катодов: плоские и ретикулированные, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки. Плоские катоды можно очищать и повторно использовать, а осажденные металлы извлекать либо механическим соскабливанием с катода (либо, если у электролизованного металла температура плавления ниже, чем у катода, нагревом катода до температуры плавления электролизованного металла, что приводит к его расплавлению и отделению от катода, который остается твердым). Ретикулированные катоды имеют значительно более высокую скорость осаждения по сравнению с плоскими катодами благодаря большей площади поверхности. Однако ретикулированные катоды нельзя повторно использовать и их необходимо отправлять на переработку. В качестве альтернативы можно использовать стартовые катоды из предварительно очищенных металлов, которые становятся неотъемлемой частью готового металла, готового к прокатке или дальнейшей обработке.