Pirometallurgiya jarayonlari nazariyasi

Metallarning uchuvchan birikmalarini cho‘g‘langan yuzada parchalash usuli bilan ham metallarni tozalashga muvaffaq bo‘lish mumkin. Titan, sirkoniy, xrom, tantal, niobiy, kremniy hamda vanadiy uncha yuqori bo‘lmagan haroratda uchuvchan kimyoviy birikmalar hosil qiladi. Bu birikmalar cho‘g‘langan yuzaga tekkanda parchalanadi va natijada, juda toza metall qavati hosil bo‘ladi.

Misol tariqasida, toza titan olish usulini tasvirlab o‘tamiz. Titan yod bilan reaksiyaga oson kirishib, 200 – 300^o C da gaz holatida bo‘ladigan birikma hosil qiladi. Demak, qo‘shimchalar bilan ifloslangan titan va yod aralashmasi qizdirilsa, titan yodid qo‘shimchalardan ajralib, gaz holatiga o‘tadi, hosil bo‘lgan gaz 1200 – 1400^o C gacha qizdirilgan sim ustidan o‘tkazilsa, tarkibiy qismlarga ajraladi. Bu vaqtda titan sim yuzasiga o‘tirib qoladi, bo‘shab qolgan yod ajralib chiqadi. Bu ajralgan yoddan esa, ifloslangan titanning yangi porsiyalarini qayta ishlash uchun foydalanish mumkin.

Metallar ajratib olish va ularni tozalashning eng muhim usullaridan biri elektroliz qilish usulidir. Chunki ba’zi eng aktiv metallar (ishqoriy va ishqoriy-yer metallari, aluminiy, lantanoidlar va b.) faqat elektroliz yo‘li bilangina ajratib olinadi. Sababi, bu metallarning ionlarini qaytarish uchun boshqa barcha vositalarning kuchi yetmaydi.

Elektrolitning suyuqlanmasi yoki eritmasi orqali elektr toki o‘tganida elektrodlarda sodir bo‘ladigan oksidlanish – qaytarilish jarayoni elektroliz deyiladi.

Elektrolit suyuqlanmasidan yoki eritmasidan elektr toki o‘tkazilganda, eritmadagi (suyuqlanmadagi) musbat ionlar (kationlar) manfiy qutbga ulangan – katodga tomon, manfiy ionlar (anionlar) esa, musbat qutbga ulangan – anodga tomon intiladi va o‘sha yerda zaryadsizlanadi. Hosil bo‘lgan neytral atomlar va atomlar guruhi yo eritmadan ajralib chiqadi yoki o‘zaro reaksiyaga kirishib, elektrolizning ikkilamchi mahsulotlari deb ataladigan moddalarni hosil qiladi.

Elektroliz jarayoni olib boriladigan dastgoh elektrolizor yoki elektrolitik vanna deyiladi.

Masalan, Mis (II)–xlorid CuCl₂ suvdagi eritmasining elektrolizini ko‘rib chiqaylik. Eritma orqali elektr toki yuborilsa, eritmadagi Cu^2 va Cl^–ionlari tegishli elektrodlarga tomon yo‘naladi va ularda quyidagi jarayonlar sodir bo‘ladi:
Katod Cu^2  2e  Cu anod 2Cl^––2e  Cl₂

Elektrod potensiali –0,41 v dan kichik bo‘lgan metallarning tuzlari eritmasidan elektr toki o‘tkazilganda, katodda metall ionlari emas, balki suv molekulalari qaytarilishi kerak. Isbot uchun NaCl ning suvdagi eritmasi elektrolizini ko‘rib chiqaylik.

katod  Na^ Cl^– anod

(Anod) 2H₂O  2e  H₂  2OH^– 2Cl^––2e  Cl₂

Bu holatda suv molekulalari potensiallar qatorida alyuminiydan oldin joylashgan eng aktiv metallar tuzlarining eritmalari elektroliz qilingandagina qaytariladi. Bunga sabab shuki, suv molekulalarining qaytarilish jarayoni o‘ta kuchlanish hodisasi tufayli murakkablashadi va ularni qaytarish uchun ortiqcha elektr yuritish kuchi kerak bo‘ladi. Elektroliz jarayoni boradigan eng kichik potensiallar ayirmasi parchalanish kuchlanishi deyiladi va hamma vaqt tegishli galvanik elementning elektr yuritish kuchi (E.Yu.K.) E dan katta, ya’ni E_parch > E bo‘ladi:

  E_parch–E

–o‘ta kuchlanish.

Anodlar ikki xil bo‘ladi–eruvchan va erimaydigan. Eruvchan anodlar–elektroliz vaqtida yemiriladigan, ya’ni eritmaga ionlar holida o‘tadigan elektrodlardir. Masalan: CuCl₂ eritmasi orqali tok o‘tkazilsa va anod sifatida mis plastinka olinsa, katodda mis ajralib chiqadi, anodda esa xlor ajralib chiqmaydi. Bunday holda mis atomlari Cl^–ionlariga qaraganda elektronini oson beradi. Natijada anodning o‘zi eriydi, ya’ni mis anoddan Cu^2 ionlari holida eritmaga o‘tadi.

Eruvchan anoddan foydalaniladigan elektroliz sanoatda juda toza moddalar olish uchun, bir metallni boshqa metall qavati bilan qoplash uchun ishlatiladi. Masalan, buyumlarni nikellashda anod nikeldan tayyorlanadi, nikellanuvchi buyum esa katod bo‘ladi. Хar ikkala elektrod nikel tuzi eritmasiga tushiriladi.

Erimaydigan anodlar, odatda, oltin, platina yoki grafitdan tayyorlanadi. Erimaydigan anod elektroliz paytida ionlar holida eritmaga o‘tmaydi. Bu holda anod sirtida yoki kislota qoldig‘i ionlari, yoki suv molekulalari oksidlanadi. Elektrolit bir muncha konsentrlangan bo‘lsa, kislorodsiz kislotalarning ionlari, masalan, Cl^–, Br^–, J^–, S^2– lar oson zaryadsizlanadi. Kislorodli kislotalarning anionlari, masalan, SO₄^2–, PO₄^3–, NO₃^– zaryadsizlanmaydi. Kislorodli kislota yoki uning tuzi suvdagi eritmasi elektroliz qilinganda anodda suv molekulalari oksidlanib, gaz holdagi kislorod ajralib chiqadi.

Agar aktiv metall va kislorodli kislotadan hosil bo‘lgan tuzning masalan, Na₂SO₄ ning suvdagi eritmasi orqali elektr toki yuborilsa, tuzning kationlari ham, anionlari ham zaryadsizlanmaydi. Katodda suv qaytariladi va anodda oksidlanadi. Shu sababli katodda vodorod, anodda kislorod ajralib chiqadi.

Ko‘pincha elektrolitlar suyuqlantirilgan holda elektroliz qilinadi. NaCl singari elektrolitlar suyuqlantirilgan ionli kristall panjaralari buziladi. Hosil bo‘lgan suyuqlanma tartibsiz xarakat qiluvchi ionlardan iborat bo‘ladi. NaCl suyuqlanmasida faqatgina Na^ ionlar musbat zaryadlanganligi sababli, elektroliz natijasida katodda xuddi shu ionlar zaryadsizlanadi:

Na^  e  Na

Hozirgi vaqtda sanoatda ko‘pgina metallar (Al, Mg, Ca, Na va boshqalar) suyuqlantirilgan birikmalarni elektroliz qilish yo‘li bilan olinadi. Vodorod, kislorod, ftor, xlor, ishqorlar ham elektroliz orqali olinadi.

Olingan metallarni tozalashda, bir metallga ikkinchi metallni qoplashda (nikellash, xromlash, oltin qoplash) ham elektrolizdan keng foydalaniladi. Nikel, xrom, oltin qoplama buyumlarga nafaqat chiroyli ko‘rinish beradi, balki ularni kimyoviy yemirilishdan (korroziyadan) ham saqlaydi.

Elektroliz qonunlari. Elektroliz qonunlarini ingliz olimi M.Faradey kashf etgan.

•