Elektrometalürjik Yöntemler ile Bakır Üretimi

Elektroliz ile bakır üretiminin 2 yolu vardır. Bunlar Rafinasyon Elektrolizi ve Redüksiyon elektrolizi olarak adlandırılırlar. Deneyimizde Redüksiyon Elektolizi yöntemi uygulanmıştır. Redüksiyon elektrolizinde içerisinde Bakır iyonları bulunan çözelti içerisinde çözünmez anot ve uygun bir katot kullanılarak bakır üretilir. Bakır katot yüzeyinde metalik olarak toplanır. Deneyde içerisinde bakır iyonları bulunan bir çözelti hazırlandı. Bu çözelti saf su içerisinde Bakırsülfat çözerek gerçekleştirildi.Bu çözeltinin 20gram/litre olması için 200 ml saf su ile 4 gram Bakırsülfat(CuSO₄ + H₂SO₄) mekanik olarak karıştırıldı. Sonuç olarak içerisinde bakır iyonları bulunan bir liç çözeltisini simule eden bir çözelti hazırlanmış oldu. Katot olarak bakırın tutunmasının kolay olduğu paslanmaz çelik(veya Titanyum), harcanmaz anot olarak ise Kurşun kullanıldı.

İşleme başlamadan önce Katot yani Paslanmaz çelik hassa terazide tartıldı ve 10,11(ıslak) gram olduğu belirlendi. Daha sonra anot ve katot plakalar hazırlanan Bakırsülfat çözeltisine daldırılarak devreye bir redresör(Doğru akım kaynağı) yardımıyla 0,2 Amper akım verilmeye başlandı. 20 dakika devreden 0,2 Amper akım geçirildi ve 20. Dakika sonunda akım kesilerek paslanmaz çelik katot dışarıya alındı.Bu 20 dakika zarfında çözelti içerisinde bulunan – yüklü iyonlar anoda + yüklü iyonlar ise katota gitti . Cu iyonları migrasyon yoluyla katot yüzeyine geldi ve burada  Cu + 2e à Cu  Reaksiyonunu gerçekleştirerek metalik bakır olarak tutundu.  20. Dakikanın sonunda devreden alınan katot yüzeyinde ne kadar bakır biriktiğinin ölçülmesi için hassas terazide yeniden tartıldı. İlk tartılan katotun ıslak olarak tartılmasından dolayı üzerinde  bakır birikmiş son durumdaki katot da ıslak olarak tartıldı ve 10,22 gram ölçüldü. Sonuç olarak Redüksiyon Elektrolizi yöntemi ile  0,2 amper altında %20’lik Bakırsülfat çözeltisinden 20 dakikada 0,11 gram bakır biriktiği görüldü.                             

Çözelti konsantrasyonunda, bekleme süresinde,anot cinsinde  ve katot cinsinde herhangi bir değişiklik yapılmaksızın yukarıdaki işlemlerin aynısı 0,4 Amper akım için uygulandı. 2. Deneye başlanmadan önce yine katot ağırlığı hassas tartı ile ölçüldü ve 10,07 gram olduğu belirlendi. 0,4 Amper geçirilerek 20 dakika beklendi ve 20. Dakikanın sonunda katot plaka hücreden alınarak tartıldı. Son ağırlık 10,16 gram ölçüldü. Sonuç olarak %20 lik Bakırsülfat çözeltisi içerisinde 0,4 Amper akım kullanılarak 20 dakikada 0,9 gram bakır biriktiği görüldü.                                                                                                                            Doğru akım kaynağının (+) ucuna bağlı elektroda anot (A) ,Doğru akım kaynağının( -) ucuna bağlı elektroda katot ( K)

HESAPLAMA: 

 Yapılan 2 elektroliz deneyinde katot yüzeyinde biriken bakır miktarı ölçülmüştür. Ölçülen bu değerler redüksiyon elektrolizi ile bakır üretimindeki prafikteki değerlerdir. Bulunan pratikteki bu değer çeşitli verim kayıplarından dolayı her zaman teorik olarak olması gereken değerden düşük çıkmaktadır. Bir elektroliz devresinden I amper akımın t süre ile geçmesiyle katotta biriken teorik ürün miktarı aşagıdaki formül ile bulunabilir.

Yandaki formülde I= Akım miktarı(Amper), t= zaman(sn), n= Ekivalent başına elektron sayısı, A= Atom ağırlığı, F= Faraday sabiti (96500) yazılıp hesaplamalar yapılırsa,

1.deney için  toplanması gereken teorik bakır miktarı =   0,078342 gram bulunur.

2.deney için  toplanması gereken teorik bakır miktarı  =  0,156684 gram bulunur.

	Uygulanan akım(A)	Süre(sn)	Pratikte toplanan	Teorik olarak Toplanan
1.Deney	0,2 Amper	20 dakika	0,11 gram	0,078342 gram
2.Deney	0,4 Amper	20 dakika	0,09 gram	0,156684 gram

SONUÇ: 

 1. Deneyde teorik olarak toplanması gereken bakır miktarı 0,078342 gram iken katotta 0,11 gram bakır toplanmıştır. Teorik değerin pratikteki değerden fazla çıkması imkansızdır. 1. Deneyde redresörden kaynaklı bir hata dolayısıyla 0,2 amperden daha yüksek bir akım kullanılmış olabilir.

 2.deneyde pratikte ölçülen değer teorikte olması gereken değerden daha küçük olduğundan bulunan değer mantıklıdır.         2. deneyde 0,4 amper kullanıldığından dolayı 1.deneydekinden daha fazla bakır birikmesi beklenirken daha az biriktiği görünüyor. Bunun nedeni redresörün bozuk olması ve deneylerde ne kadar akım kullandığımızı kesin olarak bilemememizdir. 1. Deneyde görünenden daha yüksek akım kullanılmış olabilir. 2, deneyde ise 0,4 Amperden daha az akım kullanılmış olabilir.

Deney Sonucunu Etkileyen Faktörler

»Redresörün bozuk olması  ölçülen değerlerin yanlış olmasına neden olmuştur.

»Harcanmaz anot plaka olarak kullanılan kurşunun kararması ve plaka yüzeyinde bir tabaka meydana getirmesi iletkenliği bozduğundan deney sonucunu kötü yönde etkilemiştir.

 »Her iki deneyde aynı elektrolitin kullanılması dolayısıyla farklı konsantrasyonlarda çözeltiler kullanılması deneydeki verilerin hassasiyetini etkileyen bir diğer faktördür.

»Katotların ıslak olarak tartılması deney sonucunu etkilemiştir  kurutularak tartılması daha sağlıklı sonuç verebilirdi.