способ электролитического рафинирования меди в блок-сериях ванн ящичного типа

Формула изобретения

Способ электролитического рафинирования меди в блок-сериях ванн ящичного типа, включающий электролиз с анодным растворением меди и ее осаждение на катоде при воздействии электрического тока с катодной плотностью тока 220-330 А/м², прямоточную подачу медьсодержащего раствора с коллоидом и с концентрацией свободной серной кислоты 120-180 г/дм³, с температурой 50-65°С при скорости циркуляции раствора от 12 до 30 дм ³/мин, отличающийся тем, что концентрацию меди в растворе поддерживают в пределах 35-65 г/дм³, электролиз ведут при напряжении на ванне 0,25-0,6 В и при суточном выводе части объема раствора из блок-серий ванн, которая составляет 1-4% от общего объема, и восполняют ее конденсатом или медьсодержащим раствором.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способам электрохимического рафинирования меди из анодов с примесями других металлов, например свинца, никеля, железа, мышьяка, сурьмы, свинца, золота, серебра, платины и палладия, и может быть использован при электролитическом рафинировании цветных металлов, в частности меди, в водных растворах.

Известен способ электрохимического рафинирования меди, используемого для производства чистой меди с использованием ванн ящичного типа, включающий электролиз меди и подготовительные операции. К подготовительным операциям относится загрузка и выгрузка из ванн электродов, заполнение ванн электролитом и удаление его после электролиза. Очистка от шлама и анодного скрапа, подвод электроэнергии и другие операции. Сам электролиз меди осуществляется при совмещенном направлении циркуляции электролита и электрической цепи с напряжением 1-3 В, скорости циркуляции 15-50 дм³/мин (см. патент РФ № 2187579, кл. C25C 1/12 за 2000 г.).

Недостатком этого способа рафинирования меди являются высокие скорости циркуляции раствора (50 дм³/мин), что приводит к перемешиванию шлама, образующегося на дне ванн от растворения анода, и осаждение в тело катодной меди. В результате снижается качество меди, приводит к потере благородных металлов, находящихся в шламе, а так же сложность практического применения из-за невозможности подачи электролита в пространство между электродами. Кроме того, расстояние между поверхностями смежных электродов составляет 55-65 мм и его увеличение приводит к дополнительному расходу электроэнергии и снижению производительности из-за снижения количества электродов в ванне. Судя по значениям напряжения на ваннах, равным 1-3 В при данном способе, используются стандартные ванны с размерами 4×1 м.

Также известен способ электрохимического извлечения меди из сернокислых растворов, включающее катодное осаждение меди из растворов с концентрацией меди менее 40 г/л, при катодной плотности тока 86-258 А/м² и концентрацией серной кислоты 160-200 г/л с температурой электролита 50-65°С (см. патент РФ № 2033481, кл. C25C 1/12 за 1992 г.).

Недостатками этих способов является то, что он может быть использован для извлечения меди из растворов только с нерастворимыми анодами и не может быть использован для электролитического процесса, т.к. при содержании меди в растворе не более 40 г/л, качественный осадок катодной меди можно получить только при низких плотностях тока менее 200 А/м² и незначительном содержании примесей в растворе электролита.

Наиболее близким по своей технической сущности с предложенным является способ электролитического рафинирования меди в блок-сериях ванн ящичного типа, используемый на группе медерафинировочных заводов, особенно заводы бывшего СССР, описанный в книге [В.А.Козлов, С.С.Набойченко, Б.Н.Смирнов «Рафинирование меди». Москва, «Металлургия», 1992, стр.123]. Способ электролитического рафинирования меди включает осаждение катодной меди под воздействием электрического тока плотностью 170-300 А/м² из раствора электролита, в котором меди 36-45 г/дм³, серной кислоты 120-200 г/дм³, примесей 1-7 г/дм³ и ПАВ 20-200 г/т. Скорость циркуляции равна 0.6-25 дм³/мин, а температура электролита равна 50-65°С.

Недостатком данных способов является невозможность получения качественной меди марки М00к при плотности тока выше 300 А/м² и переработке анодной меди с содержанием меди ниже 99,0%. Скорость циркуляции 12-30 дм³/мин недостаточна) для стабилизации раствора по всему объему электролизной ванны при плотности тока выше 300 А/м². В процессе электролиза прикатодный слой обедняется ионами меди, что ухудшает химический состав катодного осадка. Увеличение скорости циркуляции свыше 30 дм³/мин приводит к взмучиванию шлама, что приводит к потере благородных металлов.

Технической задачей предлагаемого способа является повышение производительности процесса электролиза с сохранением наивысшего качества катодной меди марки М00к при рафинировании меди с высоким содержанием примесей.

Указанная техническая задача достигается тем, что в предлагаемом способе электролитического рафинирования меди в блок-сериях ванн ящичного типа, включающий электролиз с анодным растворением меди и ее осаждение на катоде при воздействии электрического тока с катодной плотностью тока 220-330 А/м², прямоточную подачу медьсодержащего раствора с коллоидом и с концентрацией свободной серной кислоты 120-180 г/дм³, с температурой 50-65°С при скорости циркуляции раствора от 12 дм³/мин до 30 дм³ /мин, концентрацию меди в растворе поддерживают в пределах 35 - 65 г/дм³, электролиз ведут при напряжении на ванне 0,25-0,6 В, при суточном выводе части объема раствора из блок-серий ванн, которая составляет 1-4% от общего объема и восполняют ее конденсатом или медьсодержащим раствором.

Пример

Предлагаемый способ электролитического рафинирования меди в ваннах осуществляется следующим способом. Блок-серии (состоящие, например, из 40 ванн), заполняют электролитом (медьсодержащим сернокислотным раствором) с концентрацией меди 35-65 г/дм ³, свободной серной кислоты 120-180 г/дм³. Внутрь каждой ванны устанавливают параллельно друг другу с чередованием между собой анодные и катодные пластины, таким образом, чтобы они контактировали с одним из полюсов источника питания. Аноды выполнены в виде медных пластин, катоды - медные основы или матрицы (например, из титана или нержавеющей стали). После заполнения ванн включают циркуляцию электролита и нагревают электролит до температуры 50-65°C. Циркуляция электролита осуществляется следующим способом - электролит подается через карман на одном торце каждой ванны со скоростью 12-30 дм³/мин, при движении перпендикулярно плоскости электродов ванны и удалении через карман на другом торце ванны. После нагрева электролита до заданной температуры включают источник питания постоянного тока и выставляют необходимую токовую нагрузку для обеспечения плотности тока в пределах 220-330 А/м².

В процессе электролиза на ванне устанавливается напряжение от 0,25-0,6 В в зависимости от установленной токовой нагрузки и химического состава электролита. Кроме того, в процессе электролиза происходит накапливание примесей (никель, мышьяк, железо и др.), получаемые в результате химического растворения меди, которые выводятся из ванн с электролитом на утилизацию, например на производство сульфата меди и никеля. При этом суточный объем выводимого медьсодержащего раствора из блок-серии составляет 1,0-4,0% от общего циркулирующего объема электролита. Для пополнения необходимого объема раствора используется конденсат, например после вакуум-выпарных кристаллизационных установок в производстве сульфата меди и никеля, или медьсодержащий раствор, образующийся, например, в результате промывки поверхности катодов конденсатом.

Использование предлагаемого способа позволяет проводить рафинирование анодной меди в широком пределе ее химического состава (от 98,0% по содержанию меди до 99,7%). При этом, не взирая на качество анодной меди, получать высококачественную катодную медь, сохранять высокую производительность электролизной ванны. Подбор технологических режимов ведется в зависимости от качества анодной меди.

Например, для рафинирования анодной меди с содержанием меди 98,5%-98,7% при плотности тока выше 300 А/м² и получение медных катодов высшей марки М00к необходимо поддерживать содержание меди в растворе в пределах 58-62 г/дм³, поддерживать скорость циркуляции электролита в пределах 20-25 дм³ /мин, осуществлять суточный вывод электролита 1,6-2% от общего объема раствора в блок-серии и производить его пополнение конденсатом. При этом напряжение на ванне составляет 0,35-0,46 В.

Таким образом, данный способ электролитического рафинирования меди расширяет техническую возможность получения качественной меди при ухудшении качества медного сырья, снижает расходы медеплавильного производства, т.к. не требуется дополнительных энергозатрат и флюсов на увеличение глубины рафинирования меди. При этом увеличивается производительность медерафинировочных печей и снижается количество трудноуловимых вредных выбросов в атмосферу при огневом рафинировании меди.