14.08.2018 Flashcards
a)
Erklären Sie kurz die Begriffe Erz, Mineral, Gangart und gediegenes Metall
Erz: natürliches Gemenge aus Mineral und tauben Gestein
Mineral: natürlich vorkommender Feststoff mit bestimmter chem.
Verbindung und Kristallstruktur
Gangart: taubes Gestein
Gediegenes Metall: Metall das in reiner Form vorliegt z.B. Au, Ag
b)
Skizzieren Sie eine Flotationszelle und beschreiben Sie den Vorgang der
Flotation. Nennen Sie dabei auch die wesentlichen Mechanismen, die hierzu
erforderlich sind bzw. genutzt werden.
- Suspensionszufuhr
- Schaumabzug
- Suspensionsablauf
- Druckluft
- Rührwerk
Nutzung der unterschiedlichen Grenzflächenspannungen von Feststoffen, Flüssigkeiten und
Gasen. Benetzte Teilchen sinken ab, nicht benetzte Teilchen lagern sich an den
Suspensionsblasen an und bilden einen abziehbaren Schaum.
c)
Nennen Sie jeweils zwei Metalle, welche durch die Flotation angereichert
werden und zwei Metalle, bei denen eine Flotation nicht wirtschaftlich ist. Was
beeinflusst eine Entscheidung für oder gegen eine Flotation?
Kupfer, Zink werden mit Flotation angereichert. Aluminium, Titan nicht.
Wertmetallgehalt des Erzes entscheident für eine Anreicherung durch Flotation.
d)
CuS wird mit Sauerstoff geröstet. Es soll dabei Kupfer(II)oxid als Produkt
entstehen. Schreiben Sie die vollständige Reaktionsgleichung auf.
Ausgehend von der Reaktionsgleichung berechnen Sie wieviel Sauerstoff
(in m³) benötigt wird, um 2 t CuS umzusetzen mit einer 1:2 (CuS:O2)
Stöchiometrie.
Annahme: ideales Gas und Normbedingungen
Gegeben:
M(Cu) = 63,546 g/mol
M(O) = 16 g/mol
M(S) = 32 g/mol
Vm = 22,4 L/mol
R = 8,314 J/mol K
2CuS + 3O2 —> 2CuO + 2SO2
a)
Die im Kupferkonzentrat enthaltenen Elemente werden in verschiedenen
Outputströmen aus dem Prozess der pyrometallurgischen
Kupferprimärgewinnung ausgetragen. Markieren Sie in der nachfolgenden
Tabelle mit einem „+“ für die genannten Elemente, über welchen Outputstrom
sie hauptsächlich ausgetragen werden.
b)
Was sind die Produkte des Schwebeschmelzens (nennen Sie drei) und welche
Kupfergehalte weisen diese ungefähr auf?
Kupferstein ca. >50%Cu
Schlacke < 5%Cu
Abgas bis zu 25%Cu (vor der Reinigung)
c)
Aktuell stechen Sie pro Betriebswoche im Durchschnitt 6500 t Schlacke aus
Ihrem Schwebeschmelzofen ab. Welche Auswirkung hätte eine Erhöhung des
Eisenanteils im Konzentrat um 3 % auf die wöchentliche Schlackenmenge?
Gehen Sie davon aus, dass die Schlacke eine idealisierte, stöchiometrische
Fayalith-Zusammensetzung hat und dass 80 % des Eisens im Konzentrat im
Ofen verschlacken. Zudem besteht das Konzentrat aus reinem Chalkopyrit
(CuFeS2).
d)
In welchen zwei Formen liegt Kupfer in der Schlacke des
Schwebeschmelzofens vor? Welche zwei grundlegenden Mechanismen
werden beim sogenannten Schlackenarmschmelzen zur Senkung des
Kupfergehalts genutzt?
Cu2O und Cu2S
Schwerkrafttrennung und Reduktion
e)
Zeichnen Sie schematisch einen Elektrolichtbogenofen des
Schlackearmschmelzprozesses, benennen Sie die im Prozess auftretenden
flüssigen Phasen und geben Sie die Prozesstemperatur an.
Flüssige Phasen:
Schlacke, Stein
Prozesstemperatur 1200 grad
f)
Zeichnen Sie in das folgende Diagramm den Verlauf des Schwefel- (Startwert
ca. 0,4 Gew.-%) und des Sauerstoffgehaltes (Startwert ca. 0,6 Gew.-%)
während der pyrometallurgischen Raffination ein und geben Sie an, in welchem
Bereich es sich um eine Oxidation und in welchem es sich um eine Reduktion
handelt.
g)
Geben Sie das Standardpotenzial der Redox-Halbreaktion von Wasserstoff und
der Redox-Halbreaktion von Cu2+ an. Erläutern Sie anhand dieser Werte kurz,
wieso eine elektrolytische Kupferabscheidung in einem wässrigen Medium
möglich ist.
Standardpotenzial Wasserstoff: 0V
Standardpotenzial Kupfer Cu2+: +0,337V (Cu+ + 0,521V). Somit folgt nach dG=-nFdEo eine negative freie gibbs Energie und die
Reaktion wird freiwillig in Richtung des Reduzierenden Metalls ablaufen
h)
Wieso ist generell die Badspannung einer Kupfer Raffinationselektrolyse nicht
0 V wie die zugehörige EMK?
Durch ohm’sche Verluste und andere unerwünschte Erscheinungen ist die
Badspannung leicht erhöht
a)
Begründen Sie, warum reines Aluminium korrosionsresistenter als reines Eisen
ist, obwohl Aluminium das unedlere Metall ist.
Unedlere Metalle haben höhere Sauerstoffaffinitäten jedoch bildet Aluminium
schnell eine vor weiterer Korrosion schützende Aluminiumoxidschicht (Al2O3)
b)
Benennen Sie die beiden Reaktoren, die zur Laugung von Aluminiumerzen
eingesetzt werden können. Zählen Sie auch vier Unterschiede zwischen diesen
Reaktoren auf
Unterschiede:
Rohrreaktor haben
-deutlich kleineres Gesamtvolumen,
-geringere Verweilzeiten,
-sind weniger Störanfällig
-und effizienter
c)
Skizzieren Sie die den Reaktor und die Stoffströme während der Kristallisierung
von Aluminiumhydroxid aus der filtrierten Lauge des Druckaufschlusses und
markieren Sie wo und mit welchem Anteil in [%] Aluminiumhydroxid anfällt.
d)
Im Zuge der Kalzinierung von Aluminiumoxid wird neben dem Abgas Wasser in
Form von Wasserdampf ausgetragen. Aus Gründen der Wärmerückgewinnung
wird nur ein getrockneter Feststoff (Al(OH)3 + Oxide) in den Wirbelschichtofen
chargiert (wie in der unteren Abbildung gezeigt). Das Abgas besteht aus N2,
CO2, und H2O. Berechnen Sie die Zusammensetzung des Abgases in
Atomprozent.
Hinweis: Um die Molzahlen der Abgaskomponenten zu berechnen, kann der
Anteil an O2 und N2 gemäß der Luftatmosphäre angenommen werden um dann
die verbleibenden Gase gemäß Verbrennungsreaktion zu berechnen.
Gegeben:
Produkt der Kalzinierung: 1 kg Al2O3
Produkt der partiellen Kalzinierung (Al[OH]3 + Oxide): 1105 g
Luftmenge (Volumen): 1,15 m³ (Standardbedingungen für T und p)
Verbrennungsreaktion: CH4 + 2 O2 = CO2 + 2 H2O
Molares Volumen eines idealen Gases: Vm = 22,41 l
M(O) = 16 g/mol; M(C) = 12 g/mol; M(H) = 1 g/mol
g)
Geben Sie die Formel oder eine entsprechende Beschreibung zur Bestimmung
des Salzfaktors an, welcher für Aluminiumrecycling von Bedeutung ist.
(Laborausbeute = max. erzielbare
Menge des metallischen Anteils im
Einsatzmaterial)
b)
Zeichnen Sie qualitativ die Dampfdruckkurven von elementarem Zink und Blei
sowie den oxidischen Verbindungen PbO und ZnO in das folgende Diagramm
ein. Erklären Sie anhand der Kurvenpositionen die Notwendigkeit der Zugabe
von Koks zum Einsatzmaterial (Stahlwerksflugstaub) beim Wälzprozess.
Zinkoxid besitzt den niedrigsten Dampfdruck es würden sich also alle anderen
Verbindungen vor dem Zinkoxid verflüchtigen somit muss Zinkoxid reduziert
werden um das darin enthaltene Zink zu lösen. Die Reduktion erfolgt mit
Kohlenstoff der durch das Koks eingetragen wird
