Gümüş sulfid və natrium siyanid arasındakı reaksiyanın tədqiqi

1. Giriş

Arasındakı reaksiya Gümüş sulfid (\(Ag_2S \)) və Natrium siyanid (\(NaCN \)) müxtəlif sahələrdə, xüsusən də filizlərindən gümüşün çıxarılmasında əhəmiyyətli təsirlərə malikdir. Bu reaksiyanı başa düşmək sənaye proseslərini optimallaşdırmaq və mürəkkəb sistemlərdə kimyəvi tarazlıq və kinetikanı daha dərindən başa düşmək üçün çox vacibdir.

2. Reaksiya Prinsipləri

2.1 Kimyəvi tənlik

Gümüş sulfid və arasında reaksiya Natrium siyanür təmsil oluna bilər

b havanın mövcudluğunda aşağıdakı kimyəvi tənlik:\(2Ag_2S + 8NaCN + O_2 + 2H_2O = 4Na[Ag(CN)_2] + 4NaOH + 2S\)

Bu reaksiyada gümüş sulfid ilə reaksiya verir natrium siyanid. Gümüş sulfiddəki gümüş mürəkkəb bir ion, gümüş əmələ gətirir siyanür kompleks ionu \([Ag(CN)_2]^{-} \), gümüş sulfiddəki kükürd isə elementar kükürdə oksidləşir. Havadakı oksigen oksidləşdirici maddə kimi çıxış edərək reaksiyada iştirak edir.

2.2 Kompleks ionların əmələ gəlməsi

Gümüş sianid ionları ilə kompleks ionlar əmələ gətirməyə güclü meyllidir. \([Ag(CN)_2]^{-} \) əmələ gəlməsi bu kompleks ionun yüksək sabitliyi ilə şərtlənir. \([Ag(CN)_2]^{-} \) əmələ gəlməsi üçün tarazlıq sabiti nisbətən böyükdür, bu o deməkdir ki, gümüş ionlarının sianid ionları ilə reaksiyası bu kompleksi əmələ gətirmək üçün olduqca əlverişlidir. Kompleks ion \([Ag(CN)_2]^{-}\) həll olunmayan gümüş sulfidlə müqayisədə suda daha çox həll olur. Bu həll olma fərqi ümumi reaksiya prosesində əsas amildir.

2.3 Kükürdün oksidləşməsi

Gümüş sulfiddəki kükürd -2 oksidləşmə vəziyyətindədir. Havanın iştirakı ilə natrium siyanid ilə reaksiya zamanı kükürd oksidləşir. Havadan gələn oksigen oksidləşdirici güc verir. Kükürdün -2-dən 0-a (elementar kükürd) oksidləşməsi reaksiya mexanizminin vacib hissəsidir. Kükürdün oksidləşməsi üçün reaksiya yolu ümumi reaksiya sürəti və məhsulların əmələ gəlməsi ilə sıx əlaqəli olan bir sıra elektron-ötürmə mərhələlərini əhatə edir.

3. Reaksiya şərtləri

3.1 Termodinamik Mülahizələr

Termodinamik olaraq, gümüş sulfidin natrium sianidlə hava kimi oksidləşdirici maddənin iştirakı olmadan birbaşa reaksiyası müsbət Gibbs sərbəst enerji dəyişikliyinə malikdir (\(\Delta G>0\)). Bu, standart şəraitdə reaksiyanın kortəbii olmadığını göstərir. \(Ag_2S + 4NaCN\rightleftharpoons 2Na[Ag(CN)_2]+Na_2S\) reaksiyası üçün tarazlıq sabiti (\(K\)) nisbətən kiçikdir. Lakin, oksigen daxil olduqda, ümumi reaksiya kortəbii olur. Kükürdün oksigenlə oksidləşməsi gümüş sulfid və natrium siyanid arasında ilkin reaksiyanın qeyri-kortəbiiliyini aradan qaldırmaq üçün hərəkətverici qüvvəni təmin edir.

3.2 Konsentrasiya tələbləri

Reaksiyanın effektiv davam etməsi üçün kifayət qədər natrium siyanidin konsentrasiyası tələb olunur. Gümüş sulfid suda həll olunmadığından, gümüş sulfiddən yavaş-yavaş ayrılan gümüş ionları ilə kompleks yaratmaq üçün yüksək konsentrasiyalı sianid ionları lazımdır. Hesablamalar göstərdi ki, \(0.1mol\) \(Ag_2S\) \(NaCN\) məhlulunun \(1L\) həll edilməsi üçün tələb olunan \(NaCN\)-nin minimum konsentrasiyası təxminən \(12.97mol/L\) təşkil edir. Bu yüksək konsentrasiya tələbi gümüş sulfidinin aşağı həll olması və kompleksin tarazlığının - formalaşma reaksiyasının gümüş - sianid kompleks ionunun əmələ gəlməsinə doğru dəyişməsi ehtiyacı ilə bağlıdır.

3.3 Temperatur və Təzyiq

Gümüş sulfid və natrium siyanid arasındakı reaksiya otaq temperaturunda baş verə bilsə də, temperaturun artması ümumiyyətlə reaksiya sürətini sürətləndirə bilər. Daha yüksək temperaturlar reaktiv molekulların kinetik enerjisini artırır, daha tez-tez və enerjili toqquşmalara səbəb olur. Bununla belə, həddindən artıq yüksək temperaturlar sianid birləşmələrinin parçalanması kimi yan reaksiyalara da səbəb ola bilər. Normal şəraitdə təzyiq bu reaksiyaya əhəmiyyətli dərəcədə birbaşa təsir göstərmir, çünki bu, təzyiq dəyişikliklərinin daha aydın təsir göstərəcəyi qaz-faza reaksiyası deyil, sulu məhluldakı reaksiyadır.

4. Reaksiya kinetikası

4.1 Reaksiya sürətinin təyini

Gümüş sulfidin natrium siyanidlə reaksiya sürəti eksperimental üsullarla müəyyən edilə bilər. Zamanla reaksiyaya girən maddələrin (məsələn, gümüş sulfid və ya natrium siyanid) və ya məhsulların (məsələn, gümüş-sianid kompleksi ionu və ya kükürd) konsentrasiyasının dəyişməsini ölçməklə reaksiya sürətini hesablamaq olar. Məsələn, toplu reaktor təcrübəsində nümunələr müntəzəm olaraq götürülə bilər və məhlulda gümüş-sianid kompleksi ionunun konsentrasiyası spektrofotometriya və ya ion-selektiv elektrodlar kimi analitik üsullardan istifadə etməklə ölçülə bilər. Gümüş-sianid kompleksi ionunun əmələ gəlmə sürəti daha sonra ümumi reaksiya sürətini hesablamaq üçün istifadə olunur.

4.2 Qiymətləndirmə - Addımların müəyyən edilməsi

Gümüş sulfid siyanidləşməsinin reaksiya mexanizmi mürəkkəbdir və bir neçə addımı əhatə edir. Həddini təyin edən addım, ehtimal ki, reaksiya ardıcıllığında ən yavaş addımdır. Əsas addımlardan biri gümüş ionlarının və kükürd ionlarının sərbəst buraxılmasını nəzərdə tutan gümüş sulfidinin həllidir. Gümüş ionlarının sianid ionları ilə kompleksləşməsi gümüş sulfidinin həlli ilə müqayisədə nisbətən tezdir. Kükürdün oksigenlə oksidləşməsi də ümumi reaksiya sürətində mühüm rol oynayır. Əgər oksigen tədarükü məhduddursa, bu, sürəti təyin edən amil ola bilər. Bundan əlavə, reaksiyaya girən molekulların (məsələn, sianid ionları və oksigen) gümüş sulfid hissəciklərinin səthinə yayılması da reaksiya sürətinə təsir edə bilər, xüsusən də gümüş sulfid hissəciklərinin ölçüsü böyük olduqda.

4.3 Riyazi modelləşdirmə

Gümüş sulfidin sianidləşməsinin reaksiya kinetikasını təsvir etmək üçün riyazi modellər işlənib hazırlanmışdır. Tez-tez istifadə olunan modellərdən biri daralan əsas modeldir. Bu model güman edir ki, reaksiya bərk gümüş sulfid hissəciyinin səthində baş verir və reaksiya davam etdikcə reaksiyaya girməyən gümüş sulfidinin nüvəsi daralır. Model reaktivlərin məhsul təbəqəsi vasitəsilə yayılması (kükürd və gümüş sulfid hissəciyinin səthində əmələ gələ bilən digər reaksiya məhsulları), səthdə kimyəvi reaksiya sürəti və məhlul fazasında kompleksləşmə tarazlığı kimi amilləri nəzərə alır. Bu modeldən istifadə etməklə natrium siyanidin və oksigenin müxtəlif konsentrasiyaları, gümüş sulfidin hissəcik ölçüsü və temperatur kimi müxtəlif şəraitlərdə reaksiya sürəti haqqında proqnozlar vermək olar. Eksperimental nəticələrin ümumiyyətlə bu cür riyazi modellərin proqnozları ilə yaxşı uyğunlaşdığı aşkar edilmişdir.

5. Proqramlar

5.1 Filizlərdən gümüşün çıxarılması

Gümüş sulfid və natrium siyanid arasındakı reaksiya mədənçıxarma sənayesində sulfid filizlərindən gümüşün çıxarılması üçün geniş istifadə olunur. Tipik bir siyanidləşmə prosesində, əzilmiş gümüş daşıyan filiz natrium siyanidin seyreltilmiş məhlulu ilə işlənir. Filizdəki gümüş sulfid natrium siyanidlə reaksiyaya girərək həll olunan gümüş-sianid kompleksini əmələ gətirir. Reaksiyadan sonra tərkibində gümüş-sianid kompleksi olan məhlul bərk qalıqdan ayrılır. Gümüş daha sonra məhluldan müxtəlif üsullarla, məsələn, uyğun reduksiyaedici vasitə ilə reduksiya (məsələn, sink tozu) vasitəsilə əldə edilə bilər. Bu proses yüksək effektivdir və geniş miqyaslı işlərdə ən çox istifadə edilən üsullardan biridir Gümüş çıxarılması.

5.2 Ətraf Mühit Mülahizələri

Bununla belə, gümüşün çıxarılması prosesində natrium siyanidin istifadəsi ətraf mühitlə bağlı narahatlıq doğurur. Siyanid yüksək zəhərli maddədir və sianid tərkibli məhlulların hər hansı sızması və ya düzgün atılmaması ətraf mühitə ciddi təsir göstərə bilər. Buna görə də, mədən sənayesində siyanidin təhlükəsiz idarə edilməsini və utilizasiyasını təmin etmək üçün ciddi ekoloji qaydalar mövcuddur. Bir çox mədən şirkətləri həmçinin siyaniddən istifadəni azaltmaq və ya tərkibində siyanid olan tullantıları daha effektiv təmizləmək üçün alternativ üsullar hazırlayır. Bu çətinliklərə baxmayaraq, gümüş sulfid və natrium siyanid arasındakı reaksiya gümüşün çıxarılmasında yüksək səmərəliliyinə görə gümüş mədən sənayesində mühüm proses olaraq qalır.

6. Nəticə

Gümüş sulfid və natrium siyanid arasındakı reaksiya gümüşün çıxarılmasında əhəmiyyətli tətbiqləri olan mürəkkəb kimyəvi prosesdir. Reaksiya prinsiplərini, şərtlərini, kinetikasını və tətbiqlərini başa düşmək sənaye proseslərini optimallaşdırmaq və siyanidin istifadəsi ilə bağlı ekoloji problemləri həll etmək üçün vacibdir. Bu sahədə gələcək tədqiqatlar daha səmərəli reaksiya şəraitinin yaradılmasına, reaksiyanın seçiciliyinin yaxşılaşdırılmasına və gümüşün çıxarılmasında siyanidin istifadəsini əvəz etmək və ya azaltmaq üçün alternativ üsulların tapılmasına yönəldilə bilər.