ZAGADNIENIA DO EGZAMINU z „Hydrometalurgii metali nieżelaznych”
2012/2013
Ogólna charakterystyka procesów hydrometalurgicznych - etapy. Obróbka wstępna surowca przed etapem ługowania (rozdrabnianie, wzbogacanie, obróbka termiczna). Dobór odczynników ługujących do typu surowca. Przykłady.
Bioługowanie i bioutlenianie. Mechanizm i zastosowania. Ługowanie w hałdach i stosach, in situ, w komorach mieszania. Parametry fizyko-chemiczne, biologiczne i mineralogiczne bioługowania.
Konstrukcja i interpretacja diagramów równowagi E-pH dla układów metal-woda (np. Cu-H2O), metal-woda-amoniak (np. Cu-H2O-NH3). Dobór warunków ługowania w oparciu o diagramy E-pH.
Kinetyka reakcji heterogenicznych w układzie ciało stałe-ciecz, rozpuszczalne produkty reakcji. Szybkość reakcji - definicja, sposoby wyrażania szybkości reakcji. Czynniki wpływające na szybkość reakcji heterogenicznej - powiązanie z równaniem kinetycznym. Wyprowadzenie i interpretacja równań kinetycznych wyrażonych przez ubytek masy fazy stałej w przypadku płaskiej i kulistej powierzchni reakcji.
Rodzaje transportu masy w układach heterogenicznych ciało - stałe ciecz: dyfuzja molekularna, konwekcja naturalna, konwekcja wymuszona. Model Nernsta warstwy dyfuzyjnej.
Obszary reakcji heterogenicznej w układzie ciało stałe-ciecz - kontrola chemiczna, dyfuzyjna, mieszana. Równania kinetyczne. Doświadczalne metody wyznaczania etapu powolnego (wirujący dysk). Czynniki komplikujące przebieg reakcji (autokataliza, wytrącanie osadów).
Wydzielanie metali z roztworów wodnych na drodze cementacji. Dobór warunków cementacji (różnica potencjałów elektrodowych, nadnapięcie wydzielania wodoru, pH, skład roztworu). Reakcje komplikujące przebieg procesu cementacji (np. wydzielanie wodoru jako konkurencyjna składowa reakcji katodowej, trudno rozpuszczalne warstewki). Charakterystyka procesu od strony termodynamicznej (siła napędowa, stan równowagi, obliczanie stężeń równowagowych jonów metali w roztworze).
Ekstrakcja rozpuszczalnikowa. Podział procesów ekstrakcyjnych ze względu na mechanizm (ekstrakcja fizyczna, z mechanizmem asocjacyjnym, z mechanizmem wymiany jonowej). Zastosowanie przemysłowe ekstrakcji rozpuszczalnikowej na przykładzie produkcji miedzi. Parametry charakteryzujące ekstrakcję: współczynnik podziału (współczynnik ekstrakcji), stała równowagi, procent ekstrakcji, współczynnik selektywności. Izoterma ekstrakcji. Wyznaczanie równowagowych stężeń jonów w fazie wodnej i organicznej. Wpływ pH na przebieg ekstrakcji. Wyznaczanie liczby stopni ekstrakcji metodą MacCabe-Thiele'a.
Metody sorpcyjne w hydrometalurgii złota. Własności węgli aktywnych (porowatość, powierzchnia właściwa, powierzchniowe grupy funkcyjne, ładunek powierzchniowy), zdolności sorpcyjne względem jonów (kationów, anionów). Charakterystyka metod: carbon-in-pulp, carbon-in-leach. Zastosowanie żywic jonowymiennych w hydrometalurgii. Budowa jonitów, mechanizm działanie. Porównanie metod sorpcyjnych (CIP, RIP) w odniesieniu do odzysku złota.
Kinetyka procesów elektrodowych. Elektroda prosta i złożona - charakterystyka, przykłady. Elektroda prosta w stanie równowagi (potencjał równowagowy, prąd wymiany). Wyznaczanie katodowych i anodowych krzywych polaryzacyjnych (galwanostatycznych). Rzeczywisty a eksperymentalnie wyznaczony przebieg krzywych polaryzacyjnych (zakres i przyczyny rozbieżności). Etapy pośrednie reakcji elektrodowej. Przyczyny polaryzacji elektrod, rodzaje nadnapięć. Doświadczalne wyznaczanie etapu powolnego reakcji na przykładzie polaryzacji aktywacyjnej (równanie Tafela) i dyfuzyjnej. Prąd graniczny. Powiązanie warunków prąd-potencjał z typem osadu katodowego (metal lity, proszek).
Nadnapięcie wydzielania wodoru na metalach. Etapy reakcji. Krzywe polaryzacyjne. Wpływ rodzaju podłoża, pH, temperatury na wielkość nadnapięcia. (wg instrukcji do ćwiczenia)
Praktyczne zastosowania elektrolizy. Czynniki decydujące o kolejności reakcji katodowych (potencjał równowagowy, nadnapięcie). Wydajność prądowa, zużycie energii, napięcie elektrolizy. Współwydzielanie wodoru i cynku (wyznaczanie składowych katodowych krzywych polaryzacyjnych, przewidywanie wpływu gęstości prądu na wydajność procesu). Wpływ zanieczyszczeń (Cu, Co, Ni, Cd). Przyczyny uzyskiwania katodowych i anodowych wydajności prądowych różnych od 100 %. Zastosowania elektrolizy w warunkach przemysłowych - elektrorafinacja miedzi i srebra; mechanizm przenoszenia zanieczyszczeń z anody do osadu katodowego, elektrolitu, szlamu. Anodowanie aluminium.
Elektrodializa. Budowa i zasada działania membran jonowymiennych. Budowa i zasada działania elektrodializera. Zastosowanie.
Wydzielanie metali z roztworów wodnych za pomocą reduktorów gazowych. Charakterystyka procesu redukcji jonów metalu (np.Ni2+) za pomocą gazowego wodoru od strony termodynamicznej i kinetycznej. Dobór warunków redukcji (różnica potencjałów elektrodowych, pH, skład roztworu - związki kompleksujące, ciśnienie gazu). Katalizatory reakcji. Inne reduktory gazowe (np. SO2, CO).
2