Çinko sülfat çözeltilerinin sementasyonla temizlenmesi

1-      DENEYİN ADI:

1.1: Çinko sülfat çözeltilerinin sementasyonla temizlenmesi

1.2: Bakırın redüksiyon elektrolizi

2-      DENEYİN AMACI:

2.1: Çinko sülfat çözeltisinin sementasyon yoluyla bakırdan arındırılmasında, pH değerinin sementasyon verimine etkisinin incelenmesi.

2.2: Bakır sülfat ve sülfürik asit karışımından oluşan bir çözeltiden elektroliz yoluyla bakırın kazanılması.

3-      KULLANILAN CİHAZ ve DONANIMLAR:

3.1: Üç adet 100 ml’lik beher, bakır sülfatlı çinko çözeltisi, pH kâğıdı, hassas terazi, Zn tozu, huni ve filtre kâğıdı.

3.2: Doğru akım kaynağı, anot (kurşun), katot (paslanmaz çelik), hassas terazi, çözelti kapları.

4-      DENEYİN YAPILIŞI:

4.1: Sementasyon deneyi için; 100 ml’lik üç ayrı behere 0,5 gr bakır içeren çinko sülfat çözeltisi koyduk. Daha sonra ilk behere hiç sülfürik asit koymadık, ikincisine iki damla ve üçüncüsüne bol miktarda sülfürik asit ekledik. Böylece sülfat çözeltilerinin pH değerlerini değiştirdik. Beherlerdeki çözeltilerin pH değerlerinin sırasıyla 4, 3 ve 0 olduğunu turnusol kâğıdı yardımıyla öğrendik. Çözeltiler içindeki 0,5 gr bakırı semente etmek için ne kadar çinko gerektiğini hesapladık ve 0,514 gr bulduk. Her behere bunları ekledik ve 10 dk boyunca karıştırdık. Yavaş yavaş beherlerin dibinde semente bakırların toplandığını gördük. Çözeltiyi süzerek bakırı çinko sülfat çözeltisinden ayırdık ve semente bakır elde ettik. Her üç beherden alınan semente bakırları hassas terazide tartarak pH’ın etkisini bir grafikle yorumladık.

4.2: Bakırın elektrolizi deneyi için; bir miktar Bakır sülfat çözeltisi içine anotu (kurşun) ve katotu (paslanmaz çelik) yerleştirdik. Düzeneği doğru akım kaynağına bağladık. Daha sonra akımı 0,4 A olarak ayarladık ve 30 dk (1800 sn) bekledik. Deney sonunda katot üzerinde bakır biriktiğini gördük ve biriken bakırı hassas terazide tartarak verim hesabı yaptık.

5-      HESAPLAMALAR:

5.1: Sementasyon deneyi için;

0,5 gr Cu’yu çökeltmek ne kadar Zn’ye ihtiyaç vardır? (M_Cu= 63,55 gr, M_Zn= 65,38 gr)

Zn⁰                   Zn²⁺ + 2e^-                                                          63,55 gr Cu’yu çöktürmek için    65,38 gr Zn gerekiyorsa

Cu²⁺ + 2e^-                               Cu⁰                                                     0,5 gr Cu’yu çöktürmek için           ?  gr Zn gerekir

Cu²⁺ + Zn⁰                      Cu⁰ + Zn²⁺  (Toplam reaksiyon)                                 ? = 0,514 gr Zn gerekir

Üç beherden alınan semente bakırların verimi aşağıda hesaplanmıştır.

0,5 gr saf Cu elde edilseydi   %100 verim yapar                  0,5 gr saf Cu elde edilseydi   %100 verim yapar

0,5387 gr semente Cu                ?    verim yapar                  0,509 gr semente Cu                ?    verim yapar

                            ? = % 107,74                                                                                 ? = % 101,8

0,5 gr saf Cu elde edilseydi   %100 verim yapar

0,3978 gr semente Cu                ?    verim yapar

                            ? = % 79,56

5.2: Bakırın elektrolizi deneyi için; elde edilen ürün miktarı ve elektroliz verimi aşağıda hesaplanmıştır.

        

        0,237 gr Cu toplandığında    %100 verim olursa

   0,03 gr Cu toplandığında          ?   verim olur

                         ? = %12,65

6-      SONUÇ:

6.1: Sementasyon deneyinde; her üç beherden alınan sementasyonla temizlenen bakırların verimi, hesaplamalar bölümünde hesaplandı. Bu değerlere göre pH-%verim grafiği yanda çizilmiştir. Fakat grafikte, belli bir pH değerinden sonra verim, %100’ün üzerine çıkmaktadır. Pratikte böyle bişey olamaz. Grafikte böyle bir farklılığın çıkmasının nedeni, hesaplamalar kısmında verim hesabı yapılırken saf bakır yerine semente bakır üzerinden verim hesabının yapılmasıdır. Aslında semente bakır saf bakır değildir. Semente bakırın % 80-90’ı saf bakırdır. Bu değeri kesin belirlemek için semente bakırı ayrı bir analiz işlemine tabi tutmak gerekir. Fakat bölümümüz laboratuvarlarında bu imkan olmadığından belirleyemedik.

6.2: Bakırın elektrolizi deneyinde; katotta toplanan bakır miktarı ve verim hesabı hesaplamalar kısmında yapıldı. Yapılan hesaplamalar sonucunda elde edilen ürün 0,03 gr ve % verim % 12,65 olarak hesaplandı. Bu değeri daha artımak istiyorsak, süreyi artırmalıyız ve plakaların titreşimi engellenip bakırların çözeltiye karışması engellenebilir.

7-      KAYNAK:

“Metalurji proses laboratuar deney föyleri”, Yıldız Teknik Üniversitesi, İstanbul, 2010