способ электролитического рафинирования меди

Формула изобретения

Способ электролитического рафинирования медных анодов, содержащих никель, цинк и другие примеси, включающий электролитическое растворение анодов и электроэкстракцию меди из полученного электролита, переработку части электролита для вывода избытка растворенной меди и накапливающегося в электролите никеля, цинка и других примесей, возврата кислоты в электролит, отличающийся тем, что переработку избытка электролита, возникающего при электролитическом рафинировании анодов, производят последовательно путем электролитического осаждения меди с получением никелевого раствора, доочистки части этого раствора от меди, выпаривания его до концентрации серной кислоты 400 - 600 г/л, экстракции из упаренного раствора кислоты и возврата реэкстракта, содержащего серную кислоту, в схему электролитического рафинирования меди, очистки никелевого раствора от цинка и дальнейшей его переработки при электролитическом рафинировании никеля.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способу электролитического рафинирования меди из анодов, содержащих никель, цинк и др. примеси.

Рафинирование медных анодов, содержащих никель, цинк и другие примеси, обычно включает электролитическое растворение анодов, осаждение катодной меди и переработку части электролита в отдельной схеме. Целью переработки определенной части электролита является вывод из электролита избытка растворенной меди в количестве 1 -2 % от общего количества производимой меди и накапливающегося в электролите никеля и других примесей.

Известен способ [Худяков И.Ф., Кляйн С.Э., Агеев Н.Г. Металлургия меди, никеля, сопутствующих элементов и проектирование цехов. -М, Металлургия 1993, с. 198-199] рафинирования медных анодов, содержащих никель, цинк и другие примеси, включающий электролитическое растворение анодов, осаждение катодной меди и переработку части электролита в отдельной схеме с целью вывода из электролита избытка растворенной меди и накапливающегося в электролите никеля и других примесей. Переработка части электролита производится последовательным электролитическим осаждением меди электролизом с нерастворимым анодом в две стадии: с производством на первой из них товарной меди и меди более низкого качества на второй, последующей выпаркой и кристаллизацией никелевого купороса и возврата маточного раствора в процесс электролиза. Данная схема характеризуется большими затратами электроэнергии при производстве меди, поскольку, с точки зрения затрат электроэнергии, при электролизе целесообразно иметь электролит с высокой электропроводностью, что достигается при высоких концентрациях кислоты в диапазоне 150-200 г/л и низких концентрациях никеля - 12-18 г/л. Схема переработки части электролита, основанная на кристаллизации никелевого купороса, эффективно работает лишь при высоких концентрациях никеля и низких концентрациях кислоты, так как количество выведенного никеля из единицы переработанного раствора растет с увеличением концентрации никеля в упаренном растворе, что может быть достигнуто лишь при высокой его концентрации в электролите или высокой кратности выпаривания, которая из-за технических ограничений по коррозионной стойкости оборудования может быть достигнута лишь при низких концентрациях кислоты в электролите. Кроме того, данная схема переработки приводит к необходимости подвергать операции глубокого удаления меди большое количество растворов, что приводит к увеличенным объемам производства меди низкого качества. Получаемый в процессе кристаллизации никелевый купорос загрязнен примесями, в первую очередь цинка, и для получения кондиционной никелевой продукции необходима его дополнительная очистка, в первую очередь от цинка. Еще одним недостатком схемы является необходимость удаления части никеля в виде растворов для удаления из электролита микропримесей. Все это приводит к тому, что электролиз проводят из электролита с низкой концентрацией кислоты и высоким содержанием никеля, что приводит к высокому расходу электроэнергии.

Известен способ [Худяков И.Ф. Тихонов А.И., Деев В.И., Набойченко С.С. Металлургия меди, никеля и кобальта, т.1, - М. Металлургия. 1977. с.276-277) рафинирования медных анодов, содержащих никель, цинк и другие примеси, включающий электролитическое растворение анодов, осаждение катодной меди и переработку части электролита в отдельной схеме с целью вывода из электролита избытка растворенной меди и накапливающегося в электролите никеля и других примесей. Переработка отсечки электролита производится путем нейтрализации кислоты в электролите растворением гранулированной меди, последующей выпарки и последовательной кристаллизации медного и никелевого купороса. Данный способ также приводит к необходимости поддерживать в электролите низкую концентрацию кислоты и, соответственно, к высоким затратам электроэнергии, поскольку с ростом кислотности электролита возрастают объемы производства отличной от электролитной меди продукции - медного купороса, кроме того, возрастают затраты на производство гранулированной меди и ее растворение. Получаемый в процессе переработки электролита никелевый купорос требует дополнительной очистки от примесей, в первую очередь от цинка.

К недостаткам известных способов можно отнести значительные энергетические и материальные затраты, связанные с различием оптимальных условий непосредственно для электролиза, и условиями, обеспечивающими оптимальный вывод избытка меди, никеля и других примесей, а также кислоты.

Настоящее изобретение направлено на снижение энергетических и материальных затрат при производстве электролитной меди из анодов, содержащих никель, цинк и другие примеси, а также снижение затрат на производство товарной продукции из содержащегося в анодах никеля.

В предлагаемом нами способе для снижения затрат электроэнергии осаждение меди ведут из электролита с высокой концентрацией кислоты и с низким содержанием никеля, что может быть обеспечено при следующей схеме регенерации электролита.

Схему регенерации части электролита осуществляют последовательно

а) посредством электролитического осаждения меди, в процессе которого ее концентрация в электролите снижается до концентрации 30 г/л, обеспечивающей получение меди высокого качества на данной операции. Объем раствора V, поступающего в единицу времени на первую стадию осаждения меди, с получением товарной меди определяется из соотношения



где P_Ni - количество никеля, поступающего в электролит в единицу времени;

P_Cu - избыток меди, образующийся в единицу времени в электролите;

K_Cu - изменение концентрации меди в электролите па первой стадии осаждения меди; основное количество раствора после первой стадии удаления меди возвращается в электролит;

б) доочистки никелевого раствора от меди, которая достигается тем, что часть раствора, прошедшего первую стадию в объеме, равном

V₁ = P_Ni/C_N,

направляют на вторую стадию, на которой электролитически осаждается оставшаяся в растворе медь с получением раствора, содержащего преимущественно никель и кислоту с концентрацией 210 - 260 г/л;

в) выпаринаяня раствора до концентрации серной кислоты 400-600 г/л и экстракции из упаренного раствора кислоты и возврата реэкстракта, содержащего серную кислоту, в схему электролитического рафинирования меди;

г) очистки никелевого раствора от цинка посредством анионообменной сорбции или экстракции до концентрации 0,1-0,5 мг/л;

д) использования никелевого раствора после очистки от цинка для восполнения дефицита никеля, возникающего при электролитическом рафинировании никеля.

Основным преимуществом данной схемы регенерации электролита является то, что электролиз меди ведется при высокой кислотности электролита. Удаление меди проводится электролизом с производством преимущественно меди высокого качества, и лишь на стадии очистки от меди никелевого раствора производится медь более низкого качества, в объеме, минимально необходимом для очистки никелевого раствора. В процессе данных операций производится увеличение концентрации кислоты, что облегчает условия ее последующей экстракции. Дальнейшее упаривание электролита с концентрацией никеля в указанном диапазоне до предлагаемых концентраций кислоты (400-600 г/л) позволяет провести экстракцию кислоты без предварительной кристаллизации никелевого купороса с применением эффективных экстрагентов, требующих небольших объемов экстракционного оборудования. Выпаривание растворов до более низких концентраций кислоты (менее 400 г/л) приводит к росту объемов экстракционного оборудования и увеличению количества остаточной кислоты в никелевом растворе. Кроме того, упаривание растворов перед экстракцией и очисткой от цинка позволяет получить более высокую степень очистки никеля от цинка. Выпаривание растворов до более высоких концентраций (более 600 г/л) может привести к кристаллизации никеля в процессе переработки растворов.

Использование никелевых растворов в процессе электролитического рафинирования никеля для восполнения образующегося дефицита никеля приводит к снижению затрат непосредственно в процессе рафинирования никеля, связанных с растворением никелевых материалов в данном производстве.

Пример 1. По заявляемому изобретению производится электролитическое рафинирование медных анодов с электролитом следующего состава: серная кислота - 150 г/л, медь - 45г/л, никель - 15 г/л.

В процессе рафинирования в электролите создается избыток меди 6000 кг/сутки и никеля - 900 кг/сутки. На первую стадию удаления меди выводится 280 м³/сутки раствора, при этом производится 4200 кг/сутки меди и ее концентрация в электролите снижается до концентрации 30 г/л.

На вторую стадию направляется 60 м³/сутки раствора, содержащих 900 кг никеля. В процессе осаждения меди производится 1620 кг меди второй стадии и ее концентрация в электролите снижается до 3 г/л. Концентрация кислоты в растворе после данной операции повышается до 213 г/л. Раствор, содержащий никель, кислоту и оставшиеся 180 кг меди, упаривается до концентрации кислоты 532,5 г/л. Кислота из упаренного раствора экстрагируется октанолом-2. Рафинат, содержащий 5751 кг кислоты и 900 кг никеля, направляется на дальнейшую очистку от цинка, а 7029 кг кислоты, после ее реэкстракции из органической фазы водой, - в электролит.

Очистка от цинка производится введением в никелевый раствор солей хлоридов и анионообменной сорбции цинка.

Расход технологической электроэнергии - 345 кВт/ч на тонну меди.