способ электролитической регенерации меди из сернокислых электролитов

Формула изобретения

Способ электролитической регенерации меди из сернокислых электролитов, включающий образование на поверхности электролита защитного слоя пены при введении в него поверхностно-активного вещества, отличающийся тем, что в качестве поверхностно-активного вещества, используют алкилсульфаты на спиртах фракции C₁₀ C₁₃ общей формулы C_nH_2n+1OSO₃Na, где n 10 13, в количестве 0,05 0,100 г/л.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к электролитическому осаждению меди из сернокислых растворов с нерастворимыми анодами. При электролизе меди с нерастворимыми анодами на аноде выделяется кислород, на катоде в конце регенерации вместе с медью выделяется водород. Образующиеся в процессе регенерации меди газы и пары в виде пузырьков выделяются с зеркала ванны в атмосферу, увлекая за собой капли электролита (аэрозоли).

Содержание вредных примесей, таких как медь и серная кислота, превышает предельно допустимые конструкции в десятки раз, а никеля в сотни раз.

Известно использование фторорганических алифатических ПАВ, образующих пену на поверхности электролита, для подавления выделения "кислотного тумана" при электролитическом получении меди (патент США N4484990, кл. C25C 1/12, опубл. 27.11.84). Однако такой электролит использовать невозможно из-за токсичности фторорганических соединений.

Известно влияние неионогенных ПАВ ОП-7, ОП-10, ОС-20, цетилового и поливинилового спирта, олеиновокислого натрия, а также оксимов 0-18 на выделение аэрозолей при электроосаждении меди (Т.В.Ефимов, И.В.Заузолков. О влиянии поверхностно-активных веществ на испарение электролита при электрорафинировании меди. Отчет "Унипромедь", Свердловск, 1991). Однако эти добавки уменьшают выделение аэрозолей всего на 40 60% и ухудшают качество меди.

Известно применение полиэлектролитов с молекулярным весом 10⁴ - 10⁷ (производные стиролсульфокислоты, винилсульфокислоты, винилфосфоновой кислоты, 2-акриламинометилпропановой сульфокислоты или их солей) для устранения кислотного тумана при электролитическом получении металла, в частности меди (заявка Великобритании N2250515, кл. C25C 1/00, опубл. 10.06.92).

Однако применение полимеров в качестве добавок в электролит требует дополнительных затрат на оборудование для предварительной их подготовки перед введением в электролизную ванну.

Известно применение в качестве пенообразующей добавки для получения защитного слоя экстракта солодкового корня при электрорегенерации меди из сульфида раствора (Технологическая инструкция по производству электролитной меди NТИ 48-0404-07-03-91, комбинат "Североникель").

Однако применение экстракта солодкового корня в процессе электроосаждения меди не позволяет достигнуть уровня ПДК. Концентрация никеля в атмосфере цеха превышает ПДК на несколько порядков, концентрация серной кислоты превышает ПДК в 4 5 раз.

Ближайшим аналогом предложенного способа является способ электролитической регенерации меди из сернокислых электролитов по а.с. СССР N579348, кл. C25C 1/12.

Недостатком ближайшего аналога является то, что применение в нем серосодержащих поверхностно-активных веществ, каким является заявленный реагент, существенно повышает содержание серы в готовой продукции катодной меди, снижая тем самым ее марочность, что подтверждают тезисы докладов совещания "Совершенствование технологии и повышение качества продукции медной подотрасли", Свердловск, 1987, с. 21. Кроме того, тиомочевина является импортным продуктом, приобретаемым за валюту, что повышает ее стоимость, продукт конденсации тиомочевины и аминоамидов жирных кислот имеет большой расход, в 2 раза больше, чем в предложенном способе.

Использование известного способа позволяет уменьшить выделение аэрозолей за счет потерь электролита всего в 5 6 раз.

Заявленный способ заключается в том, что на поверхности электролита образуют защитный слой пены за счет введения в качестве поверхностно-активного пенообразующего вещества алкилсульфатов натрия на спиртах фракции C₁₀ C₁₃ в количестве 0,050 0,100 г/л.

Обладая высоким пенообразующим свойством, эта добавка под действием выделяющихся при электролизе пузырьков газа образует на поверхности зеркала ванны плотный слой пены, задерживающий выделение аэрозолей в атмосферу.

Алкилсульфаты анионные ПАВ общей формулы:

C_nH_2n+1OSO₃Na,

где n 10 13 (ТУ 38.407257-84) представляют собой пасту, получаемую сульфатированием синтетических первичных жирных спиртов фракции C₁₀ - C₁₃ серной или хлорсульфоновой кислотой. Цвет от белого до светло-желтого, pH 1%-ного водного раствора 8 9,5. Продукт малотоксичен. Относится к биологически мягким (разлагается на 95%). Алкилсульфаты выпускаются отечественной промышленностью в широком масштабе, являясь основой большинства моющих средств.

Основным критерием оценки эффективности заявляемого способа является концентрация меди, никеля и серной кислоты в пробах воздуха над поверхностью электролизной ванны.

При снижении концентрации ПАВ менее 0,050 г/л наблюдаются свободные от пены участки электролита. Плотный слой пены появляется только при концентрации 0,050 г/л ПАВ. При этой концентрации на зеркале ванны отсутствуют свободные от пены места. Поэтому нижним пределом концентрации ПАВ является 0,050 г/л.

Увеличение концентрации ПАВ выше 0,100 г/л нецелесообразно из-за увеличения высоты пены, которая поднимается до токоподводов и образует трудносмываемый налет на катодных штангах, что приводит к увеличению трудозатрат по очистке поверхности штанг.

Пример осуществления способа.

Эффективность влияния добавки алкилсульфатов была проверена в лабораторных условиях. Во всех опытах использовали электролит промышленного состава, г/л: сульфат меди 120, сульфат никеля 75, серная кислота 180.

Опыты проводили в электролизной ванне емкостью 3 литра с укрытием в виде короба из органического стекла. Катодами служили две титановые матрицы с рабочей поверхностью 130 см² каждая. В качестве анодов использовали листовой свинец. Технологические параметры соответствовали промышленным: катодная плотность тока составляла 280 А/м², анодная 290 А/м², температура электролита в ванне 65^oC. Для каждого опыта готовили чистый электролит и вводили рассчитанное количество ПАВ.

Для отбора пробы воздуха в круглое отверстие диаметром 70 мм в торцовой стенке укрытия вставляли воронку с аналитическим фильтром марки АФА-ВП-20-1 и герметично укрепляли на стенке. В противоположной стенке короба, внизу, была оставлена щель для свободного доступа воздуха. С помощью аспиратора через воронку протягивали воздух над зеркалом ванны со скоростью 20 л/мин (по ротаметру) в течение 10 20 мин. Противоположное расположение щели и фильтра позволило направлять поток воздуха над всей поверхностью ванны и захватывать выделяющиеся аэрозоли.

Объем пробы составлял 200 400 л.

Анализы по определению меди и никеля выполнены атомно-абсорбционным спектрометрическим, анализы по определению серной кислоты нефелометрическим методами.

В таблице приведены примеры реализации предлагаемого технического решения.

Примеры 1 7.

Электрорегенерацию меди проводили из электролита состава, г/л: сульфат меди 120, сульфат никеля 75, серная кислота 180. Катодная плотность тока составляла 280 А/м², температура 65^oC. Площадь катодов 260 см², объем электролита в ванне 3 литра. Катоды изготовлены из листового титана, аноды из листового свинца.

В каждом опыте вводили определенное количество ПАВ от 0 до 0,110 г/л. Через 10 минут после включения тока отбирали с помощью аспиратора пробы воздуха и анализировали их на содержание никеля, меди и серной кислоты.

Пример 8 (ближайший аналог).

Электрорегенерацию проводили при условиях примеров 1 7, но вводили в качестве пенообразующей добавки 0,02 г/л смеси ПАВ: пеназолина 10-16Д 0,14 г/л, аминоэтилпиперазида олеиновой кислоты 0,005 г/л, оксиэтилированных спиртов 0,001 г/л и кремнийорганической жидкости ПЭС-В 0,001 г/л.

Как следует из данных, приведенных в таблице, содержание аэрозолей в пробах воздуха в несколько раз меньше, чем в ближайшем аналоге. В заявленном интервале концентраций добавки содержание аэрозолей никеля снижается в 19 20 раз, меди в 13 17 раз, серной кислоты в 18 22 раза.