TEORİK BİLGİLER
Elektroliz
Bir elektroliz hücresinden doğru akım geçirilmesi halinde çözeltide ayrışma reaksiyonları oluşur. Ayrışma ürünleri iyonlar halinde çözeltide bulunur. Bu iyonlar değerliklerine bağlı olarak anot veya katotta toplanır veya elektrolitte kalır. Gerek çözünmeyen tipte anot kullanılarak çözeltilerden bakır elde edilmesini sağlayan redüksiyon elektrolizi ve gerekse de yeterli saflıkta rafine bakır elde edilmesini sağlayan rafinasyon elektrolizi metalurjide geniş ve yaygın uygulamaları olan yöntemlerdir.
Bakır redüksiyon elektrolizinde çözünmeyen anotlar ve elektrolit olarak bakır sülfat ve sülfürik asit karışımından oluşan çözelti kullanılır. Çözünmeyen anot olarak sert kurşun (%4-8Sb) ve katot olarak da paslanmaz çelik veya son zamanlarda titan levhalar kullanılmaktadır. 40-60C sıcaklıklarda, 70-150 A/m2 akım yoğunluklarında çalışılır.
Redüksiyon elektrolizinde toplam redüksiyon:
CuSO4 + H2O = Cu + H2SO4 + ½O2
Katodik Reaksiyon: Cu+2 + 2e- = Cu0
Anodik Reaksiyon: SO4-2 + H+ + 2e- = H2SO4 + ½O2
Bakır rafinasyon elektrolizi, çözünebilir anotlarla yapılan elektroliz işlemine en güzel örnektir. Anot olarak rafine edilmiş bakır kullanılır. Rafine bakır %98-99 saflıktadır. Katot olarak üzerine elektrolitik bakır kaplanmış titan levhalar veya yapışmayı önlemek için üzeri yağ ile sıvanmış bakır katot levhalar kullanılır. Uygun şartlarda anot oksitlenerek çözeltiye geçer ve katotta redüklenir. Anottaki diğer empüritelerin bir bölümü çözünmezler. Anottan koparak hücrenin alt kısmında toplanırlar ki bu artık malzemeye “anot çamuru” denir. Diğer bazı empüriteler ise çözünerek elektrolite geçerler.
Anot Reaksiyonu: Cu0 + 2e- = Cu+2 veya Cu0 – e- = Cu+1 (çözünen bakır)
Katot Reaksiyonu: Cu+2 + 2e- = Cu0 (metalik duruma redüklenme)
Elektrolitte; 3.5-5 gr/lt Cu, 140-220 gr/lt H2SO4 bulunur.
Akım yoğunluğu; 150-250 A/m2 dir.
Devreden geçen akım (A)
Akım yoğunluğu =
Katodun elektrolite dalan kısmının alanı (cm2)
Bir elektroliz devresinden I akımının t zamanında geçmesi ile elde edilebilecek elektroliz ürününün miktarı Q alınırsa;
Q = (I.t.A) / (n.F)
I = Akım şiddeti (A)
t = Zaman (sn)
n = Ekivalent başına elektron sayısı (nCu = 2)
A = Atomik ağırlık
F = Faraday sabiti (96500)
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.
| 