Промышленный способ получения серебра электролизом

Получение серебра: методы получения серебра и его соединений

Рассмотрим некоторые способы получения серебра, а также остановимся на его физических и химических свойствах. Этот металл привлекал человека еще в далекие античные времена. Своему наименованию серебро обязано санскритскому слову «аргента», что переводится как «светлый». От слова «аргента» пошло и латинское «аргентум».

Интересные факты о происхождении

Существует множество версий о происхождении этого загадочного металла. Все они связаны с Древним миром. К примеру, в Древней Индии серебро ассоциировали с Луной и Серпом – древнейшим орудием земледельца. Отблеск этого благородного металла подобен свету Луны, поэтому в алхимический период серебро обозначали символом Луны.

Серебро на Руси

В древней Руси мерой стоимости различных предметов являлись бруски серебра. В тех случаях, когда какой-то предмет торговли стоил меньше всего бруска, от него отрубали часть, соответствующую указываемой стоимости вещи. Эти части назывались «рублями», Именно от них пошло название принятой в России денежной единицы — рубль.

Еще за 2500 лет до нашей эры египетские воины применяли серебро для лечения боевых ран. Они накладывали на них тонкие пластины серебра, и раны быстро заживали. В русской православной церкви святую воду для прихожан выдерживали только в серебряных сосудах. С середины прошлого века появились такие отрасли промышленности, как фотография, электротехника, радиоэлектроника, что привело к резкому росту спроса на серебро, его изъятию из денежного оборота.

Высокая электропроводность, хорошая пластичность, невысокая температура плавления, небольшая химическая активность серебра заинтересовала и радиотехников.

Характеристика свойств

Все способы получения серебра основываются на его свойствах. Это металл белого цвета, практически не меняющийся под действием кислорода воздуха при комнатной температуре. Из-за присутствия в воздухе сероводорода, он со временем покрывается темным налетом сульфида серебра Ag₂S. Удаляют данное соединение с поверхности серебряного изделия механически, применяя чистящие пасты либо тонкий зубной порошок.

Серебро довольно устойчиво к воде. Соляная, а также разбавленная серная кислота и царская водка на него не действуют, так как на поверхности металла образуется защитная пленка его хлорида AgCl.

Получение нитрата серебра основывается на способности металла вступать в реакцию с азотной кислотой. В зависимости от ее концентрации в продуктах реакции помимо серебра могут находиться оксиды азота (2 или 4).

Получение оксида серебра осуществляется путем добавления раствора щелочи к нитрату серебра. Получаемое соединение имеет темно-коричневый цвет.

Области применения

Благодаря физическим и механическим свойствам именно серебром покрывают радиодетали для повышения электрической проводимости и коррозионной устойчивости. Металлическое серебро используется при изготовлении серебряных электродов для различных видов современных аккумуляторов. Вопросами электролитического серебрения и никелирования достаточно долго занимались специалисты в области гальванотехники: А. Ф. и П.Ф. Симоненко, А. П. Сапожников и др. И.М. Федоровский перенес вопрос, касающийся антикоррозийной стойкости покрытий, из лаборатории в промышленное производство. Соединения серебра (AgBr, AgCl, AgI) применяются для производства кино- и фотоматериалов.

Электролиз растворов солей

Рассмотрим получение серебра электролизом его солей. Собирается электрическая схема, в которой в качестве источника тока выступает гальванический сухой элемент. Максимальный ток в цепи не должен превышать 0,01 А. При применении сухой батарейки (4,5 В) ток ограничивается с помощью добавки проводника с сопротивлением не больше 1000 Ом.

Ванной для процесса серебрения может служить любой стеклянный сосуд. Анодом ванны выступает пластинка металла, имеющего толщину 1 мм и площадь чуть побольше, чем у самой детали. Серебро выбирают для анодного покрытия. В качестве рабочего раствора (электролита) для получения серебра выступает раствор ляписа. До опускания в ванну для серебрения необходимо обезжирить и отполировать деталь, затем протереть ее зубной пастой.

После удаления жира она промывается проточной водой. Судить о полном обезжиривании можно по равномерному смачиванию всей поверхности детали водой. При промывке пользуются пинцетом, чтобы на детали не оставались жировые следы от пальцев. Сразу после промывки деталь фиксируется на проволоке и помещается в ванну. Время получения серебра при серебряном аноде составляет 30 — 40 минут.

Если в качестве анода выбирается нержавеющая сталь, в таком случае скорость процесса меняется. Получение серебра из нитрата будет составлять 30 минут.

Вынутую из ванны деталь качественно промывают, обсушивают, начищают до блеска. При образовании темного осадка серебра ток снижается, для этого подключается дополнительное сопротивление. Это позволяет повысить качество получения серебра электрохимическим способом. Для равномерности покрытия в процессе электролиза деталь периодически поворачивается. Можно отложить металл на латунь, сталь, бронзу.

Химизм процесса

С какими процессами связано получение серебра? Реакции основываются на расположении металла после водорода в ряде стандартных электродных потенциалов. На катоде будет происходить восстановление катионов серебра из его нитрата в чистый металл. На аноде осуществляется окисление воды, сопровождающееся образованием газообразного кислорода, поскольку ляпис образован кислородсодержащей кислотой. Суммарное уравнение электролиза имеет следующий вид:

4Ag NO₃ + 2Н₂О электролиз 4Ag + О₂ + 4HNO3

Получение в лаборатории

Рабочим раствором (электролитом) может стать отработанный фиксаж, в котором присутствуют катионы серебра. Галогениды этого металла образуют с тиосульфатом ряд комплексных солей. При электролизе на катоде выделяется серебро – металл. Получение его подобным способом сопровождается и выделением серы, что приводит к появлению на его поверхности тонкого черного слоя сульфида серебра.

Добыча и открытие

Первые упоминания о добыче серебра связаны с месторождениями, которые были обнаружены финикиянами на Кипре, в Сардинии, Испании, Армении. Металл присутствовал в них в соединении с серой, хлором, мышьяком. Удавалось обнаруживать и самородное серебро внушительных размеров. К примеру, крупнейшим самородком серебра является образец, вес которого составлял тринадцать с половиной тонн. При очистке природных самородков расплавленным свинцом получался тусклый металл. В Древней Греции его именовали Электроном, предугадывая его отличные электропроводные свойства.

В настоящее время электролизом получают плотный слой металлического серебра. В качестве электролита применяют не только нитрат, но и цианиды. Отделение от меди серебра осуществляют выполняя электролиз из холодного раствора, в составе которого около одного процента серной кислоты, 2-3% персульфата калия. Порядка 20 мг металла можно отделить от меди за 20 минут, используя напряжение около 2 В.

В процессе электролиза в растворе должен оставаться избыток персульфата калия. Также среди вариантов разделения этих металлов можно рассмотреть электролиз кипящей уксуснокислой смеси. В настоящее время используются методики, предполагающие применение комплексантов. В растворе, который содержит ион этилендиаминтетрауксусной кислоты (ЭДТА) при кислой среде, серебро осаждается за 25 минут. Его отделяют от пластины путем электролитического осаждения на протяжении 2,5-3 часов.

От висмута и алюминия серебро отделяют путем проведения электролиза азотнокислого раствора при условиях, аналогичных разделению его смеси с медью.

Заключение

Отметим, что получение ацетиленида серебра является качественной реакцией в органической химии на присутствие в смеси ацетилена и других алкинов, в которых тройная связь располагается в первом положении. В промышленных масштабах серебро используется в электротехнической и металлургической промышленности. Оно является побочным продуктом при переработке комплексных сульфидов металлов, в составе которых есть аргенит (сульфид серебра).

В процессе пирометаллургической переработки полиметаллических сульфидов цинка, меди серебро извлекается вместе с основными металлами в качестве серебросодержащих соединений. Для того чтобы проводить обогащение чистым серебром серебросодержащего свинца, используют процесс Паркеса либо Паттисона. Второй способ основывается на охлаждении расплавленного свинца, в котором есть серебро. У металлов разные температуры плавления, поэтому они будут поочередно осаждаться и выделяться из раствора. Оставшуюся жидкость Патиссон предложил подвергать окислению в струе воздуха. Процесс сопровождался образованием оксида двухвалентного свинца, который удаляли, а серебро, остававшееся в расплавленном виде, очищали от примесей.

Еще в Древней Греции применялся метод получения серебра путем купелирования.

Данная технология применяется и в настоящее время в промышленности. Метод основывается на способности расплавленного свинца окисляться кислородом, содержащимся в атмосфере.

Источник

Серебро: свойства, способы добычи и методы выделения из руды

Серебро представляет собой достаточно тяжёлый благородный (драгоценный) металл белого цвета, обладающий целым рядом уникальных свойств, среди которых можно выделить: ковкость, пластичность, противокоррозионная устойчивость, обладание наивысшей степенью тепло- и электропроводности среди металлов.

Добыча руды

Серебро хоть и встречается в природе в виде самородков, однако – это достаточно редкое явление. Основная часть драгоценного минерала располагается в непосредственных или комплексных месторождениях. Выполняется добыча этого химического элемента как открытым, так и закрытым способом.

Шахтный метод

Данный способ применим в случае глубинного залегания полезного ископаемого, предназначенного к извлечению. После выполнения геологоразведочных работ, взятия проб и проведения анализа выдаётся заключение о целесообразности и методе добычи.

В случае строительства шахт, обычной практикой является использование горнопроходческой техники или выполнение взрывных работ. Затем полученная порода извлекается на поверхность.

Карьерный метод

Принципиальное отличие этого метода от закрытого способа добычи заключается в отсутствии необходимости строительства комплекса подземных сооружений. Так как к такому способу прибегают при расположении рудного тела вблизи поверхности земли, то после вскрытия грунта, забор ископаемых залежей обычно выполняют экскаваторами, нередко сопровождая взрывами процесс освоение новых пластов. В дальнейшем руду грузят на тяжёлую автомобильную технику и отправляют для переработки.

Методы выделения серебра из руды

Для извлечения серебра, руду, представленную в виде крупных кусков, сначала тщательно измельчают. После чего полученную фракцию размерами не более 5-6 мм, подвергают обогащению одним из следующих методов.

Цианирование

Один из самых распространённых способов выделения драгоценного минерала заключается в том, чтобы воздействуя на минерал цианидами (соединениями синильной кислоты) совместно с кислородом, получить серебросодержащий раствор. Из которого, путём фильтрации и осаждения, на дне ёмкости осаждается серебро.

Но это ещё не всё. Полученную массу обрабатывают серной кислотой, для удаления ненужных примесей, а затем – моют, фильтруют, выпаривают, переплавляют. В результате длительного технологического процесса получаются готовые серебряные слитки, отправляемые на аффинаж.

Амальгация

Процесс, освоенный свыше двух тысячелетий назад, и по сегодняшний день остающийся актуальным. Соединение серебра со ртутью образует влажную смесь, подвергаемую затем отжиму и выпариванию. Получая тем самым твёрдую амальгаму, опять же отправляемую для очистки на специальные заводы.

Пирометаллургическим способом

Необходимо отметить, что большая часть получаемого в мире серебра (четыре пятых всего количества) является побочным продуктом переработки комплексных руд. В процессе пирометаллургии образуются серебросодержащие соединения меди, свинца и цинка. С помощью процессов Паркеса, Паттисона и метода купелирования, драгоценный металл отделяют от остальных химических элементов. Последовательно используя при этом электролиз, осаждение и отжиг.

Измельчение и флотация

Первоначально добытую руду использовать напрямую в качестве сырья крайне неэффективно, поэтому предварительно её дробят и флотируют – отделяют от пустой породы с помощью жидкости.

Аффинаж

Получение чистого серебра носит название аффинажа, включающего в себя последовательно ряд перечисленных технологических процессов:

• Нагрев в тигельной печи, проводимый с целью избавления от примесей.
• Разлив получаемого расплава в формы – аноды.
• Электролиз в растворе азотной кислоты, содержащей в своём составе нитрат серебра. Так как аноды уже получены, то катодами в этом процессе служат полосы нержавеющей стали.
• Плавка и разлив на слитки.

Пробы серебра

Абсолютно чистого серебра быть не может. Сколь бы тщательно его не изготавливали, всё равно в составе присутствуют какое-то количество примесей. Обычно это чаще всего медь, но также встречаются – никель, висмут, железо, свинец и сурьма. Для изготовления специальных припоев в состав серебра добавляют кадмий и цинк.

Естественно возникает необходимость каким-то образом отличать сплавы столь драгоценного металла по чистоте и наличию примесей. Исторически данная проблема нашла своё решение в нанесении на поверхность серебряного изделия клейма с указанием процентного содержания основного металла – пробы (к примеру: в одном килограмме серебра 925-ой пробы содержится 925 грамм серебра).

Понятно, что за столь длительный период использования на территории разных стран наносились разнообразные пробы: от 325-ой до 1000-ной. Существуют даже неофициальные (фальшивые) пробы, часто использующиеся мошенниками (825-ая). Однако в настоящее время на территории России официально признанными считаются следующие числовые выражения процентного содержания серебра:

• Сплав 800-ой и 830-ой проб предназначен для изготовления дешёвых ювелирных украшений и столовых приборов.
• 875-ая проба подходит для украшения интерьеров, посуды, изготовления ряда украшений.
• 925-ая – стерлинговое серебро, из которого выполняется абсолютное большинство продаваемых украшений, также изготавливаются монеты, знаки, изделия интерьера.
• 960-ая – наиболее дорогие ювелирные изделия, сильно подверженные деформации.
• 999-ая – припой – материал для технического использования, в виде слитков, предназначенных для хранения.

Сфера применения

Химическая промышленность

Одним из направлений потребления серебра традиционно является химическая отрасль. Это, прежде всего – специальное оборудование, предназначенное для получения фенола и ледяной уксусной кислоты. Также – покрытие целого ряда аппаратов и их элементов. Изготавливаются даже серебряные трубы высокой пробы для транспортировки ряда высокоагрессивных жидкостей.

Огромное количество лабораторной посуды и инструментария для нужд химической промышленности содержит в своём составе серебро. Именно в ней происходит плавление щелочей и солей металлов, полученных из щелочей.

Множество технологий химической промышленности использует серебро и его соединения в качестве катализаторов.

Производство контактов для различных электротехнических изделий

Незаменимо серебро и в производстве разнообразных изделий электротехники. Так называемая техническая марка этого химического элемента (999-ая проба) имеет предельно высокий уровень электрической проводимости, теплопроводности и светоотражения.

Изготавливаемые из этого материала проволока, припои, контакты, покрытия отличаются уникальными техническими параметрами. В списке производимой с использованием серебра продукции числится множество элементов электроники:

• диоды, резисторы, транзисторы, конденсаторы, микросхемы;

• предохранители, разъёмы, реле, кабельная продукция.

Производство аккумуляторных батарей

Современное общество желает обладать высоким уровнем комфорта. Чтобы его обеспечить, нужны миниатюрные и долговечные источники электрического тока. Здесь в полной мере проявили свои достоинства серебряно-цинковые миниатюрные батарейки, обладающие долговечностью и способные при высоком уровне энергоёмкости длительное время поддерживать стабильный уровень напряжения.

Аналогичными качествами обладают и более габаритные серебряно-цинковые аккумуляторы, составившие достойную конкуренцию своим кислотным и щелочным аналогам. Они высоко востребованы на транспортных средствах, где нет возможности подключения к стационарным источникам питания электроэнергией.

Ювелирная отрасль

Благодаря ряду своих особенностей, а именно: гигиеничности, долговечности, устойчивости к коррозии, пластичности, – серебро с древнейших времён стало использоваться в качестве украшений. И не только как сплав 925-ой пробы, но и в соединении с множеством других металлов.

Так, одной из ультрасовременных разработок является серебряно-платиновый сплав повышенной твёрдости, имеющий в своём составе 5% платины и при этом обладающий высоким уровнем противостояния окислителям. Не стоит забывать и о возможности нанесения серебряного покрытия на множество металлических изделий.

Фотография

Четверть мирового производства серебра используется для нужд фотографии. Ещё до её изобретения уникальные светочувствительные свойства этого драгоценного металла применялись в создании изображений, названных в последствие даггеротипами. В дальнейшем, созданные на основе галогенидосеребряных кристаллов светочувствительные материалы открыли возможность получения оптимальных фотоснимков в весьма короткие сроки.

Изготовление медалей и других наград

Благодаря лёгкости механического воздействия с целью придания нужной формы и нанесения необходимого изображения, серебро ещё на заре цивилизации использовалось в качестве материала для изготовления разного рода наград, символов, памятных знаков, орденов и медалей. И сегодня множество фирм готовы предоставить свои услуги по созданию такого рода продукции из серебристо-белого металла по желанию заказчика.

Чеканка монет

Появлением первых монет мы обязаны жителям лидийского царства, располагавшегося на территории современной Турции. Тогдашние мастера, ударом заранее заготовленного и достаточно твёрдого штемпеля с негативом по более мягкой заготовке, получали металлические диски с нужным изображением. Интересно, что ещё в те времена в качестве материалов для заготовок использовалось столь удобное в таком деле серебро.

За прошедшие времена суть технологии чеканки монет претерпевала некоторые изменения. Использовались разнообразные металлы и сплавы. Однако в деле изготовления денег, роль драгоценных металлов, обладающих высокой стоимостью при минимальных размерах и при этом длительное время сохраняющих свою форму, не подвергаясь разрушению и коррозии, остаётся на прежнем – высоко востребованном уровне. Достойное место среди них продолжает занимать серебро.

Изготовление зеркал

Высочайшие светоотражающие свойства «белого металла» пригодились для изготовления зеркал. Одного из самых незаменимых атрибутов жизни современного человека. Помимо помощи в желании хорошо выглядеть, зеркала позволяют заглянуть в самые труднодоступные места (внутренние органы, проверяемые при медицинских осмотрах, исследования механизмов, изучение сложных конструкций) и в значительной степени расширить кругозор зрительного восприятия (задний вид за автомобилями).

Современная технология изготовления зеркальных поверхностей светоотражения применяет покрытие стекла тремя слоями:

• первым – серебряной амальгамой,
• вторым – серебряным фильмом,
• третьим – полимерами.

Медицина и другие

Начиная с древности и до наших дней серебро, а также ряд его соединений находили применение в медицине. Обладая антибактериальными, вяжущими свойствами, а также прижигающим действием, препараты из этого металла активно использовались для лечения ревматических, септических, респираторных и желудочно-кишечных заболеваний.

Можно с уверенностью констатировать, что предшественником современных антибиотиков являлось именно серебро, в своё время, широко используемое в борьбе с инфекционными заболеваниями. Сегодня на прилавках аптек можно встретить множество препаратов, содержащих серебро. Кроме того, его используют для изготовления бактерицидной бумаги, респираторных масок, имплантатов и даже микрочастиц для исследований человеческого организма на предмет заболеваний.

Среди других направлений использования можно отметить пищеварительную отрасль, устанавливающую серебро в своих аппаратах, а также процесс управления осадками с целью вызывания дождя или наоборот – его предотвращения. Воздействуя ионами этого благородного элемента на облака, заблаговременно провоцируется выход из них влаги в виде дождя, что позволяет организовать нужную погоду в определённом месте.

Месторождение в России и мире

Крупнейшие мировые залежи серебра расположены на территории:

• Канады, США, Мексики.
• Боливии, Перу.
• Польши, России.
• Казахстана, Китая.
• Австралии.

Самыми большими запасами этого металла в России располагают месторождения: Дукатское, Лунное и Джульетта в Магаданской области. Также существенная часть добычи приходится на запасы, расположенные на Урале.

Мировые запасы

Согласно сведениям, предоставленных Геологическим обзором США, верхние строчки в таблице ведущих мировых держав-обладательниц самых больших запасов серебра занимают:

• Перу и Польша. Та и другая располагают около 110 тыс. тонн этого драгоценного металла. Есть и другие данные: Перу – 120 тыс. тонн. Польша – 100 тыс. тонн.
• Австралия – 89 тыс. тонн.
• Китай – 41 тыс. тонн.
• Мексика – 37 тыс. тонн.
• Чили – 26 тыс. тонн.
• США – 25 тыс. тонн.

Данные по Российской Федерации отсутствуют, хотя по оценкам ряда специалистов, доказанные запасы этого минерала на территории нашей страны составляют порядка 70 тыс. тонн (по другим сведениям они оцениваются в 45 тыс. тонн). Понятно, что точно подсчитать подземные запасы не представляется возможным.

Ведущие страны мира по добыче серебра

2019 года. Добыча серебра по государствам мира:

• Мексика – 6,3 тыс. тонн.
• Перу – 3,8 тыс. тонн.
• Китай – 3,6 тыс. тонн.
• Россия – 2,1 тыс. тонн.
• Польша – 1,7 тыс. тонн.
• Австралия – 1,4 тыс. тонн.
• Чили – 1,3 тыс. тонн.
• Боливия – 1,2 тыс. тонн.
• Аргентина – 1,2 тыс. тонн.
• США – 0,98 тыс. тонн.

Рынок серебра

Согласно самым последним данных, цены на серебро в июле и августе 2020 года продолжили свой рост, достигнув семилетнего максимума. Причиной этого стали действия Китая и США на фоне всё продолжающейся пандемии COVID — 19. Сказалось также предыдущее мартовское падение курса стоимости драгоценного металла.

Что касается 2019 года, то больше всего на экспорте металла заработали:

• Мексика – 1 755 млн. долларов.
• Южная Корея – 1 172 млн. долларов.
• Польша – 709 млн. долларов.
• На девятом месте расположилась Россия с 304 млн. долларов.

Наиболее крупные расходы на приобретение серебра в том же году понесли:

• Индия – 3 017 млн. долларов
• США – 2 211 млн. долларов.
• Великобритания – 856 млн. долларов.

Все данные говорят о том, что у серебра есть огромные перспективы и предыдущая пятилетняя стагнация была лишь временным экономическим ходом крупнейших игроков на рынке этого ценнейшего материала.

Источник