AKADEMIA GÓRNICZO-HUTNICZA Im. Stanisława Staszica w Krakowie	Procesy metalurgii ekstrakcyjnej II
Imię nazwisko Justyna Juszkiewicz Damian Krupiński Bartosz Jakimko Karol Krukowski	Rok akademicki 2015/2016 Data wykonania 02-12-2015r
Temat ćwiczenia: Cementacja gąbki kadmowej	Data oddania 08-12-2015r

1. Wstęp teoretyczny:

Proces cementacji jest jednym ze sposobów wydzielania metali z roztworów wodnych. Polega on na wytrącaniu jonów metalu bardziej szlachetnego przez metal mniej szlachetny. Proces ten może zachodzić, jeśli istnieje dostatecznie duża różnica potencjałów elektrodowych metali uczestniczących w reakcji, a metal cementowany wykazuje dostateczną odporność na działanie korozyjne elektrolitu.

Kadm otrzymuje się niemal wyłącznie jako produkt uboczny w procesie przeróbki rud Zn-Pb. Podczas przeróbki tych rud i otrzymanych z nich koncentratów kadm przechodzi do różnych półproduktów które wyzyskuje się następnie jako materiały wyjściowe do jego produkcji. Najważniejszymi z tych materiałów są: - pyły zatrzymywane w odpylnikach podczas spiekania surowego ZnO otrzymywanego w procesie prze wałowym - osady cementacyjne miedziowo-kadmowe wtrącane podczas oczyszczania r-ów ZnSO4 przeznaczonych do elektrolizy - granulki kadmowo-cynkowe powstające z pyłu zbierającego się w kondensatorze kolumny kadmu podczas procesu rektyfikacji Zn

Technologia otrzymywania kadmu ze szlamów kadmowo- miedziowych:

SZLAM: osad, w którego skład wchodzą m.in.: miedź, kadm, pył cynkowy, wodorotlenek żelaza, krzemionka, związki arsenu, kobaltu i antymonu.

OTRZYMYWANIE- ługowanie osadu miedziowo- kadmowego przy użyciu stężonych roztworów H2SO4 - filtrowanie - przemywanie osadu wodą podgrzaną za pomocą pary w temperaturze do 600C - wlewanie klarownego roztworu do mieszalnika w celu wytrącenia miedzi - wytrącanie kadmu z sączka przy pomocy pyłu cynkowego, - odstanie roztworu, - zlewanie warstwy zawierającej rozpuszczony ZnSO4 - odfiltrowany osad- gąbka kadmowa- zawiera do 80% kadmu.

Szeregiem napięciowym metali nazywamy ich uszeregowanie według rosnących potencjałów standardowych. Punktem odniesienia jest elektroda wodorowa, której potencjał standardowy przyjmuje się umownie za zero. Jony metali występujące w tym szeregu przed wodorem mają mniejszą tendencję do przyłączania elektronów niż jony wodorowe. Przeciwna tendencja ma miejsce w przypadku metali położonych niżej w szeregu napięciowym. Wynika stąd, że metal stojący wyżej w szeregu napięciowym (bardziej szlachetne) wypierają z wodnych roztworów soli metale stojące niżej (mniej szlachetne).

1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z procesem cementacji gąbki kadmowej z roztworu siarczanu za pomocą cynku metalicznego.

1. Część eksperymentalna

Do trzech zlewek wlaliśmy roztwory kwasu siarkowego o stężeniu odpowiednio 15g/30g/45g H₂SO_4/dm³. Następnie w każdej ze zlewek umieściliśmy płytki cynkowe, które były zanurzone na taką głębokość aby z jednej strony płytki powierzchnia zanurzenia wynosiła około 10cm².

Po 20 minutach wyciągnęliśmy płytki, a powstałe w procesie gąbki ściągnęliśmy na sączki, wypłukaliśmy wodą destylowaną. Gąbki włożyliśmy do suszarki do temperatury około 110° C na około 15 min, aby gąbki wysuszyły się.

Analogicznie przeprowadzono proces w temperaturach 35 i 50° C dla stężenia 45g H₂SO₄ . Zlewki były umieszczone w łaźniach wodnych podgrzanych do odpowiednich temperatur.

1. Obliczenia oraz tabele z wynikami

Tabela 1.

Temperatura procesu, st. C	Stężenie kwasu siarkowego, g H­2SO4/dm^3	Powierzchnia zanurzonej części płytki cynkowejk, cm^2	Masa gąbki kadmowej, g	g Cd/1 cm^2
20,7	15	14,04	0,649	0,0462
20,7	30	13,20	0,785	0,0595
20,7	45	13,20	0,821	0,0622
35,3	45	10,40	2,462	0,2367
51,1	45	9,36	1,648	0,1761

Obliczenia:

• Dla różnych stężeń

$\frac{0,\ g\ \text{Cd}}{\ cm^{2}} = 0,0\frac{g\ \text{Cd}}{cm^{2}}$ - 20,7^o C, 15g H₂SO₄/dm³

$\frac{0,\text{\ g\ Cd}}{\text{\ c}m^{2}} = 0,0\frac{\text{g\ Cd}}{cm^{2}}$ - 20,7^o C, 30g H₂SO₄/dm³

$\frac{0,\text{\ g\ Cd}}{\text{\ c}m^{2}} = 0,0\frac{\text{g\ Cd}}{cm^{2}}$ - 20,7^o C, 45g H₂SO₄/dm³

• Dla różnych temperatur

$\frac{\text{\ g\ Cd}}{\text{\ c}m^{2}} = 0,\frac{\text{g\ Cd}}{cm^{2}}$ - 35,3^o C, 45g H₂SO₄/dm³

$\frac{\text{\ g\ Cd}}{\text{\ c}m^{2}} = 0,\frac{\text{g\ Cd}}{cm^{2}}$ - 51,1^o C, 45g H₂SO₄/dm³

1. Wykresy

Wykres 1. Zależność uzysku kadmu od stężenia kwasu siarkowego

Wykres 2. Zależność uzysku kadmu od temperatury procesu

1. Wnioski

Na płytce cynkowej podczas trwania badania osadzał się kadm w postaci gąbki kadmowej.

Na pierwszym wykresie przedstawiającym zależność wielkości uzysku kadmu od stężenia kwasu siarkowego, wzrost stężenia kwasu przy stałej temperaturze ( T=20,7C) powoduje wzrost ilości wytworzonej gąbki kadmowej. Na drugim wykresie przedstawiającym zależność wielkości uzysku kadmu od zmiany temperatury przy stałym stężeniu kwasu siarkowego( 45 g/dm³) wraz ze wzrostem temperatury uzysk kadmu powinien być coraz większy. Niestety w naszym przypadku wartość uzysku kadmu dla temperatury 50° C była mniejsza niż przy temperaturze 35° C. Błąd ten może być spowodowany niepoprawnym wysuszeniem gąbek. Przy suszeniu temperatura suszarki zaczęła z nieznanych powodów spadać w sposób nie kontrolowany. Analizując oba wykresy i obliczenia możemy stwierdzić, że najmniejszą ilość gąbki kadmowej uzyskaliśmy przy temperaturze 20,7°C i blaszce umieszczonej w roztworze o stężeniu kwasu siarkowego (VI)- 15 g H₂SO_4/dm³. Największa ilość gąbki kadmowej powinna wytworzyć się przy temperaturze 50°C przy stężeniu kwasu siarkowego (VI)- 45 g H₂SO_4/dm³ . Nie możemy jednak stwierdzić prawdziwości tego twierdzenia na podstawie naszego doświadczenia.

5 . Cytowana literatura:

• Andrzej Staronka - „Chemia Fizyczna dla Metalurgów”

• Ewa Rudnik – materiały dydaktyczne na laboratoria z hydrometalurgii