Rannsóknir á hvarfinu milli silfursúlfíðs og natríumsýaníðs

1. Inngangur

Viðbrögðin milli Silfursúlfíð (\(Ag_2S \)) og Natríumsýaníð (\(NaCN \)) hefur veruleg áhrif á ýmsum sviðum, sérstaklega við vinnslu silfurs úr málmgrýti þess. Skilningur á þessum viðbrögðum er mikilvægur til að hámarka iðnaðarferla og fyrir dýpri skilning á efnajafnvægi og hreyfihvörfum í flóknum kerfum.

2. Viðbragðsreglur

2.1 Efnajafna

Hvarfið milli silfursúlfíðs og Natríumsýaníð getur verið fulltrúi

b eftirfarandi efnajöfnu í viðurvist lofts:\(2Ag_2S + 8NaCN + O_2 + 2H_2O = 4Na[Ag(CN)_2] + 4NaOH + 2S\)

Í þessu hvarfi hvarfast silfursúlfíð við natríumsýaníð. Silfrið í silfursúlfíði myndar flókna jón, silfur blásýru flókin jón \([Ag(CN)_2]^{-} \), en brennisteinn í silfursúlfíði er oxaður í frumefnabrennisteini. Súrefnið í loftinu tekur þátt í hvarfinu og virkar sem oxunarefni.

2.2 Flókin jónamyndun

Silfur hefur mikla tilhneigingu til að mynda flóknar jónir með sýaníðjónum. Myndun \([Ag(CN)_2]^{-} \) er knúin áfram af miklum stöðugleika þessarar flóknu jónar. Jafnvægisfastinn fyrir myndun \([Ag(CN)_2]^{-} \) er tiltölulega stór, sem þýðir að efnahvarf silfurjóna við sýaníðjónir til að mynda þessa fléttu er mjög hagstætt. Flókna jónin \([Ag(CN)_2]^{-}\) er meira leysanlegt í vatni samanborið við silfursúlfíð, sem er óleysanlegt. Þessi leysnimunur er lykilatriði í heildar hvarfferlinu.

2.3 Oxun brennisteins

Brennisteinn í silfursúlfíði er í -2 oxunarástandi. Við hvarfið við natríumsýaníð í viðurvist lofts er brennisteinn oxaður. Súrefnið úr loftinu gefur oxandi kraftinn. Oxun brennisteins frá -2 til 0 (frumefnabrennisteins) er mikilvægur hluti af hvarfferlinu. Viðbragðsleiðin fyrir oxun brennisteins felur í sér röð rafeindaflutningsþrepa, sem eru nátengd heildarhvarfshraða og myndun afurða.

3. Viðbragðsskilyrði

3.1 Varaaflfræðileg sjónarmið

Hitaaflfræðilega hefur bein hvarf silfursúlfíðs við natríumsýaníð án nærveru oxunarefnis eins og lofts jákvæða Gibbs frjálsa orkubreytingu (\(\Delta G>0\)). Þetta gefur til kynna að hvarfið sé ekki sjálfkrafa við staðlaðar aðstæður. Jafnvægisfastinn (\(K\)) fyrir hvarfið \(Ag_2S + 4NaCN\hægrivinstraharparnir 2Na[Ag(CN)_2]+Na_2S\) er tiltölulega lítill. Hins vegar, þegar súrefni er komið á, verða heildarviðbrögðin sjálfkrafa. Oxun brennisteins með súrefni veitir drifkraftinn til að sigrast á ósjálfrátt frumhvarfinu milli silfursúlfíðs og natríumsýaníðs.

3.2 Kröfur um styrk

Til þess að hvarfið gangi á skilvirkan hátt þarf nægjanlegan styrk af natríumsýaníði. Þar sem silfursúlfíð er óleysanlegt í vatni, þarf háan styrk sýaníðjóna til að blandast saman við silfurjónirnar sem losna hægt úr silfursúlfíði. Útreikningar hafa sýnt að til að \(0.1mól\) af \(Ag_2S\) leysist upp í \(1L\) af \(NaCN\) lausn, er lágmarksstyrkur \(NaCN\) sem þarf um það bil \(12.97mól/L\). Þessi háa styrkleikakrafa er vegna lítillar leysni silfursúlfíðs og nauðsyn þess að færa jafnvægi fléttumyndunarviðbragðsins í átt að myndun silfursýaníðfléttujónarinnar.

3.3 Hitastig og þrýstingur

Þrátt fyrir að hvarfið milli silfursúlfíðs og natríumsýaníðs geti átt sér stað við stofuhita getur hækkun hitastigs almennt flýtt fyrir hvarfhraða. Hærra hitastig eykur hreyfiorku hvarfefnasameindanna, sem leiðir til tíðari og öflugri árekstra. Hins vegar getur mjög hátt hitastig einnig valdið aukaverkunum, svo sem niðurbroti sýaníðefnasambanda. Þrýstingur hefur ekki marktæk bein áhrif á þetta hvarf við venjulegar aðstæður, þar sem það er hvarf í vatnslausn en ekki gasfasa hvarf þar sem þrýstingsbreytingar myndu hafa meiri áhrif.

4. Viðbragðshreyfifræði

4.1 Ákvörðun hvarfhraða

Hægt er að ákvarða hvarfhraða silfursúlfíðs við natríumsýaníð með tilraunaaðferðum. Með því að mæla breytingu á styrk hvarfefna (eins og silfursúlfíðs eða natríumsýaníðs) eða afurða (eins og silfursýaníðfléttujónanna eða brennisteinsins) með tímanum er hægt að reikna út hvarfhraðann. Til dæmis, í lotukjarnatilraun, er hægt að taka sýni með reglulegu millibili og hægt er að mæla styrk silfur-sýaníðfléttu jónarinnar í lausninni með greiningaraðferðum eins og litrófsmælingu eða jóna-sértækum rafskautum. Hraði myndunar silfur-sýaníðfléttujónarinnar er síðan notaður til að reikna út heildarhvarfshraðann.

4.2 Gengi - Ákvörðun skref

Viðbragðsbúnaður silfursúlfíðsýaníðunar er flókinn og felur í sér mörg skref. Hraðaákvörðunarskrefið er líklega hægasta skrefið í viðbragðsröðinni. Eitt af lykilskrefunum er upplausn silfursúlfíðs, sem felur í sér losun silfurjóna og brennisteinsjóna. Fléttun silfurjóna við sýaníðjóna er tiltölulega hröð miðað við upplausn silfursúlfíðs. Oxun brennisteins með súrefni gegnir einnig mikilvægu hlutverki í heildarviðbragðshraða. Ef framboð á súrefni er takmarkað getur það orðið hraðaákvarðandi þáttur. Að auki getur dreifing hvarfefnasameinda (eins og sýaníðjóna og súrefnis) til yfirborðs silfursúlfíðagnanna einnig haft áhrif á hvarfhraða, sérstaklega í þeim tilvikum þar sem kornastærð silfursúlfíðs er stór.

4.3 Stærðfræðileg líkangerð

Stærðfræðileg líkön hafa verið þróuð til að lýsa hvarfhvörfum silfursúlfíðblánunar. Eitt algengt líkan er skreppa-kjarna líkanið. Þetta líkan gerir ráð fyrir að hvarfið eigi sér stað á yfirborði föstu silfursúlfíðögnarinnar og eftir því sem hvarfið heldur áfram minnkar kjarni óhvarfaðs silfursúlfíðs. Líkanið tekur tillit til þátta eins og dreifingar hvarfefna í gegnum afurðalagið (brennisteini og aðrar hvarfafurðir sem geta myndast á yfirborði silfursúlfíðögnarinnar), efnahvarfshraða við yfirborðið og flóknarjafnvægi í lausnarfasanum. Með því að nota þetta líkan er hægt að spá fyrir um hvarfhraða við mismunandi aðstæður, svo sem mismunandi styrk natríumsýaníðs og súrefnis, kornastærð silfursúlfíðs og hitastig. Tilraunaniðurstöðurnar hafa almennt reynst vera í góðu samræmi við spár slíkra stærðfræðilíkana.

5. Umsóknir

5.1 Silfurvinnsla úr málmgrýti

Hvarfið milli silfursúlfíðs og natríumsýaníðs er mikið notað í námuiðnaðinum til að vinna silfur úr súlfíðgrýti. Í dæmigerðu blásýruferli er mulið silfurberandi málmgrýti meðhöndlað með þynntri lausn af natríumsýaníði. Silfursúlfíðið í málmgrýti hvarfast við natríumsýaníð og myndar leysanlega silfur-sýaníð flókið. Eftir hvarfið er lausnin sem inniheldur silfur-sýaníð flókið aðskilin frá föstu leifin. Silfrið er síðan hægt að endurheimta úr lausninni með ýmsum aðferðum, svo sem afoxun með viðeigandi afoxunarefni (td sinkryki). Þetta ferli er mjög skilvirkt og er ein algengasta aðferðin í stórum stíl Silfurútdráttur.

5.2 Umhverfissjónarmið

Hins vegar vekur notkun natríumsýaníðs í silfurvinnsluferlinu umhverfisáhyggjur. Sýaníð er mjög eitrað efni og hvers kyns leki eða óviðeigandi förgun lausna sem innihalda sýaníð getur haft alvarleg umhverfisáhrif. Þess vegna eru strangar umhverfisreglur til staðar til að tryggja örugga meðhöndlun og förgun sýaníðs í námuiðnaðinum. Mörg námufyrirtæki eru einnig að þróa aðrar aðferðir til að draga úr notkun sýaníðs eða til að meðhöndla sýaníð sem inniheldur úrgang á skilvirkari hátt. Þrátt fyrir þessar áskoranir er hvarfið milli silfursúlfíðs og natríumsýaníðs enn mikilvægt ferli í silfurnámuiðnaðinum vegna mikillar skilvirkni þess við silfurútdrátt.

6. Niðurstaða

Hvarfið milli silfursúlfíðs og natríumsýaníðs er flókið efnaferli sem hefur verulega notkun við útdrátt silfurs. Skilningur á viðbragðsreglum, skilyrðum, hreyfihvörfum og notkun er nauðsynleg til að hámarka iðnaðarferla og til að takast á við umhverfisáhyggjur sem tengjast notkun blásýru. Frekari rannsóknir á þessu sviði gætu einbeitt sér að því að þróa skilvirkari hvarfaðstæður, bæta sértækni hvarfsins og finna aðrar aðferðir til að skipta út eða draga úr notkun blásýru við silfurútdrátt.