способ электроэкстракции меди из серно-кислых электролитов

Формула изобретения

1. Способ электроэкстракции меди из серно-кислых электролитов, включающий создание на поверхности электролита защитного слоя пены при введении в него поверхностно-активного вещества, отличающийся тем, что в качестве поверхностно-активного вещества используют алкилсульфонат с концентрацией 5,5-7,5 мг/л.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что алкилсульфонат вводят в ванну совместно с циркулирующим электролитом через подвесной карман, прикрепленный к внутренней стенке ванны.

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 при глубоком обезмеживании возможно выделение водорода. Образующиеся в процессе регенерации меди газы и пары воды в виде пузырьков выделяются с зеркала ванны в атмосферу, увлекая за собой капли электролита (аэрозоли).

Содержание вредных примесей, таких как медь и серная кислота, в пробах воздуха над поверхностью ванн превышает предельно допустимые концентрации в несколько раз, а никеля в десятки раз.

Известен способ покрытия зеркала ванн регенерации тонким слоем (0,5 мм) трансформаторного масла или солидола, которые уменьшают поверхностное натяжение электролита, свободно пропуская образующиеся в ванне газы (В.Т.Исаков. Электролиз меди. Металлургия, 1970, стр.96).

Недостатки данного способа:

- загрязнение поверхности катодов трансформаторным маслом или солидолом, а также продуктами их разложения;

- накопление в электролите органических соединений, отрицательно влияющих на качество катодного осадка.

Известно использование фторорганических алифатических поверхностно-активных веществ (ПАВ), образующих пену на поверхности электролита, для подавления выделения аэрозолей при электролитическом получении меди (патент США № 4484990, кл. С 25 С 1/12, опубл. 27.11.84). Однако такой электролит использовать невозможно из-за токсичности и коррозионной активности фторорганических соединений.

Известен способ электролитической регенерации меди из сернокислых электролитов по а.с. СССР № 579348, кл. С 25 С 1/12.

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

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ электролитической регенерации меди из сернокислых растворов, который принят в качестве прототипа (патент РФ №2075547, кл. С 25 С 1/12, опубл. 20.03.1997). Способ включает образование на поверхности электролита защитного слоя пены при введении в него в качестве поверхностно-активного вещества алкилсульфата в количестве 0,05-0,100 г/л.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, относят недостаточную эффективность влияния поверхностно-активного вещества на уменьшение содержания аэрозолей в рабочей зоне над поверхностью ванны, высокую стоимость предложенного реагента, токсичность и большой расход.

Анализ описанных выше аналогов и прототипа выявил, что ни в одном из них не достигается желаемого результата - значительного снижения концентрации меди, никеля и серной кислоты в пробах воздуха над поверхностью электролизной ванны.

Авторами настоящей заявки на изобретение создан способ электроэкстракции меди из сернокислых электролитов с достижением указанного выше технического результата.

Сущность заявляемого способа заключается в том, что на поверхности электролита создается защитный слой пены за счет введения в качестве поверхностно-активного пенообразующего вещества алкилсульфоната с концентрацией 5,5-7,5 мг/л. Алкилсульфонат вводится непосредственно в ванну регенерации совместно с циркулирующим электролитом через подвесной карман, прикрепленный к внутренней стенке ванны.

Алкилсульфонаты - анионные ПАВ общей формулы R-SO₂ONa, с длиной цепи алкильного радикала С11-С18 (ТУ 6-01-5763450-10) представляют собой пасту от белого до светло-желтого цвета. Получают сульфированием карбоновых кислот серным ангидридом с последующей нейтрализацией щелочью. Продукт малотоксичен, обладает слабовыраженными раздражающими свойствами, предельно допустимые концентрации в воде водоемов, используемых для рыбохозяйственных целей 0,5 мг/л. Используется для получения синтетических моющих средств, выпускается отечественной промышленностью в широком масштабе.

Критерием эффективности заявляемого способа является концентрация серной кислоты, меди и никеля в пробах воздуха над поверхностью электролизных ванн в рабочей зоне.

При концентрации ПАВ менее 5,5 мг/л через час на поверхности ванны образуются свободные от пены участки электролита. Плотный слой пены появляется только при концентрации 5,5 мг/л ПАВ. При этой концентрации отсутствуют свободные от пены участки, поэтому нижним пределом концентрации ПАВ является 5,5 мг/л.

При концентрации ПАВ выше 7,5 мг/л наблюдается избыточное ценообразование в баковой аппаратуре и в электролизных ваннах, ухудшается качество электроосажденной меди как по химсоставу, так и по качеству поверхности.

Введение алкилсульфоната непосредственно в ванну совместно с циркулирующим электролитом через подвесной карман, прикрепленный к внутренней стенке ванны, обеспечивает равномерное распределение ПАВ в объеме и на поверхности зеркала электролита. Выделяющиеся на электродах газообразные продукты способствуют подъему и поддержанию плотного слоя пены на поверхности электролита, заметно снижающего выделение аэрозолей компонентов электролита в воздушную среду.

Эффективность влияния добавки алкилсульфоната проверена в промышленных условиях на трех цеховых циркуляционных системах, с объемом по 800 м³ в каждой, в течение 150 дней. Аккредитованной экоаналитической лабораторией произведен отбор проб в 16 точках над ваннами электролизного отделения. Содержание в рабочей зоне аэрозолей серной кислоты, меди, никеля при введении алкилсульфоната определялось при следующих технологических параметрах: катодная плотность тока 300 А/м², температура электролита в ваннах 64°С, содержание серной кислоты в электролите 145-180 г/л, меди 35-50 г/л, никеля 8-15 г/л.

Анализы по определению меди и никеля выполнены атомно-абсорбционным методом; серной кислоты - фотометрическим методом.

В таблице приведены примеры реализации предлагаемого технического решения.

Примеры 1-5

Электроэкстракцию меди проводили из электролита состава, г/л: серная кислота 150-180, медь 35-50, никель 8-15.

Катодная плотность тока составляла 300 А/м² , температура электролита 64°С, объем электролита в ваннах регенерации 3,7 м³, в циркуляции 800 м³ . Катоды изготовлены из медной основы, аноды отлиты из свинцовосурмянистого сплава.

В каждом опыте вводили непосредственно в ванну через подвесной карман алкилсульфонат с концентрацией от 4,5 до 8,0 мг/л, добиваясь сплошного покрытия поверхности электролита ванны устойчивой пеной.

Пробы воздуха анализировали на содержание серной кислоты, меди и никеля.

Пример 6. Электроэкстракцию меди проводили при условиях примеров 1-5, но алкилсульфонат вводили с электролитом в циркуляционные баки.

Пример 7 (прототип). Электроэкстракцию меди проводили при условиях примеров 1-5, но вводили в качестве пенообразующей добавки алкилсульфат.

Как следует из данных, приведенных в таблице, содержание кислоты, меди и никеля в пробах воздуха над ваннами регенерации в несколько раз меньше, чем в прототипе. В заявленном интервале концентраций добавки содержание серной кислоты снижается в 5-6 раз, меди в 10-40 раз, никеля в 1,4-4,2 раза.

Кроме того, введение в электролит заявленных концентраций алкилсульфоната позволило уменьшить расход стандартных ПАВ: тиомочевины на 18%, желатина на 16%.

Таблица
№ примера	Концентрация ПАВ, мг/л	Концентрация над ванной в рабочей зоне, мг/л
		серная кислота	медь	никель
1	4,5	0,2	0,04	0,03
2	5,5	0,18	0,03	0,02-0,03
3	6,0	0,15-0,02	0,01-0,03	0,01-0,02
4	7,5	0,02-0,016	0,01-0,008	0,01-0,015
5	8,0	0,02-0,03	0,01	0,015
6	7,5	2,5	1,8	0,08
7		1,76	0,2	0,042