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.

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.