Электролитическое рафинирование меди — КиберПедия 

Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого...

Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций...

Электролитическое рафинирование меди



Анодная медь содержит еще значительные количества примесей, до, %:

0,2 Ni; 0,1 S; 0,2 Sb; 0,2 As; 0,1 Pb; 0,15 Se + Te; 0,1 Au + Ag. Медь после

огневого рафинирования разливают на аноды размером 914 × 914 мм

и массой 250…320 кг. Аноды имеют толщину 40…50 мм и форму, удоб-

ную для подвешивания в электролизной ванне. Катодные матрицы – листы

из титана или нержавеющей стали толщиной 4 мм. Те и другие электроды

размещают в электролизной ванне, заполненной раствором медного купо-

роса и серной кислоты

 

 

 

 


 

Конструкция электролизера: 1 – анод; 2 – катодная матрица;

3 – шлам; 4 – электродная шина, 5 – корпус ванны; а – ввод электролита;

б – вывод электролита

 

Ванны для электролиза отливают из железобетона или собирают

из стандартных железобетонных плит. Дно набирают из деревянных досок.

Вкладыш ванны изготавливают из винипласта или более долговечного

листового свинца. Размеры ванны зависят от величины и числа электродов,

длина ее бывает 3…6 м, ширина внутри на 120…130 мм больше ширины

катодов, глубина 1,0…1,3 м. Общее число электродов до 109; анодов

на один меньше, чем катодов.

б – вывод электролита

Для экономии материалов, удобства размещения в цехе и обслуживания

ванны соединяют в блоки по 40…50 шт, а иногда и в более крупные. Блоки

ставят на железобетонных колоннах высотой до 6 м, это позволяет осматри-

вать и ремонтировать их снизу. Для предупреждения утечек тока ванны ус-

танавливают на фарфоровые или диабазовые изоляторы. Для удобства об-

служивания ванны объединены в серии способом мультипль: ванны соеди-

нены последовательно, электроды в ванне – параллельно. Все аноды соеди-

нены с положительным, а катоды – с отрицательным полюсом источника

постоянного электрического тока. Расстояние между одноименными элек-

тродами 8…10 см. Расстояние между анодом и катодом должно быть мини- мальным, однако исключающим их замыкание. Кроме того, необходима

циркуляция раствора для выравнивания его состава.

Электролит непрерывно поступает в каждую ванну из напорных баков,

по пути его подогревают паром. Место ввода электролита в ванну нахо-

дится у одного ее торца внизу, а сливной патрубок – у противоположного

вверху. Интенсивность циркуляции обеспечивает обновление раствора

в ванне течение 3…4 ч. Для уменьшения потерь тепла поверхность элек-

тролита иногда покрывают поплавками из пластмассы, пластмассовыми

пленками или органическими пенами.

При протекании тока через электролизер анод растворяется, медь пере-



ходит в раствор. а из него – разряжается на катоде и образует осадок чис-

того металла. Растворение анода обычно длится 25…30 сут, в анодные ос-

татки (скрап) переходит до 15 % от массы анода, их возвращают в шихту

огневого рафинирования меди.

Медь выделяется на матрицах в виде прочного плотного осадка; однако

равномерность его роста со временем нарушается, на поверхности появля-

ются неровности, выступы, шишкообразные наросты. Выступающие части

растут быстрее: в местах их возникновения сопротивление между анодом

и катодом уменьшается. Неровный и неплотный осадок захватывает элек-

тролит и плавучий шлам; неравномерность отложения меди иногда вызыва-

ет короткие замыкания электродов. Небольшие добавки в раствор поверх-

ностно-активных веществ (ПАВ) – столярного клея, желатины и др. – спо-

собствуют получению ровных, плотных и чистых катодов. Расход ПАВ со-

ставляет от десятых долей грамма до десятков граммов на тонну меди.

Катодный осадок наращивают в течение суток, после чего извлекают

из ванны, промывают и сдирают с матрицы при помощи стрип-машины,

а матрицы возвращают на рафинирование. При более длительном периоде

наращивания увеличивается загрязнение осадка и уменьшается выход ме-

ди по току вследствие коротких замыканий межэлектродного пространства

дендритами. Катоды промывают, стопируют и направляют потребителю.

Обычная чистота катодов, полученных описанным безосновным способом,

99,995 % (марка М00к). Загрязнение кислородом происходит при плавке

и розливе, он понижает пластичность и электропроводность меди, поэтому

обычно потребители предпочитают получать катоды.

Основной электрохимический процесс при электролизе меди, проте-

ающий на аноде – растворение меди:

 

 


Основная реакция на катоде – восстановление ионов меди

 

 


Перешедшие в электролит примеси при потенциале катода не могут



разряжаться на нем вместе с ионами меди и поэтому остаются в растворе,

накапливаясь в нем. При этом ионы сурьмы (III) и мышьяка (III) окисляют-

ся кислородом воздуха и либо выпадают на дно ванны, либо образуют пла-

вучий шлам. Этот шлам и часть электролита захватываются растущим

осадком и загрязняют его.

В себестоимости меди значительную часть составляют расходы

на электроэнергию W. На практике часть расходуемой энергии тратится

на разряд примесей, на потери в побочных цепях, на утечки тока и пр.,

т.е. практический расход всегда больше теоретического. Соотношение ме-

жду ними определяется коэффициентом полезного использования тока,

или выходом по току .

На практике выход основного металла на катоде всегда ниже теоретического. Отношение массы фактически выделившегося

металла к его теоретическому количеству, которое должно

было бы выделиться по закону Фарадея, называют выходом по

току. Этот показатель выражают обычно в процентах.

Расход энергии W , кВт·ч/т, рассчитывают по формуле:

 

 


где U – напряжение на ванне, В (0,25-0,3В);

Э Cu – электрохимический эквивалент меди, 1,186г/А·ч

Выход меди по току и падение напряжения на ванне являются основ-

ными показателями эффективного проведения электролиза, во многом за-

висящего от сопротивления электролита. Удельное сопротивление медного

электролита увеличивается с увеличением концентрации меди и уменьша-

ется при добавлении серной кислоты и нагревании, почему электролиз ве-

дут в подкисленном растворе, нагретом до 60…65 °С, обычно содержащем

40…50 г/л меди и 150…200 г/л серной кислоты. Выход по току при рафи-

нировании 94…97 %, расход энергии на 1 т меди 200…400 кВт·ч. оптимальная плотность тока 250-300а/м2

Для уменьшения расхода электроэнергии при электролизе следует

иметь наибольший выход меди по току и малое напряжение на ванне. Вы-

сокая плотность тока повышает производительность ванн; однако одно-

временно увеличивается падение напряжения в электролите и возрастает

поляризация, а, следовательно, и расход энергии. Поляризацию приходит- поляризация, а, следовательно, и расход энергии компенсировать усиленной циркуляцией электролита, вызывающей взмучивание шлама, загрязнение им катодов и потери с ними драгоценных металлов вследствие захвата частиц шлама растущим осадком.

Катодная медь - основной продукт электролиза - не всегда пригодна для непосредственного использования, особенно в электротехнической промышленности. Поэтому ее расплавляют и разливают в слитки. Раньше переплавку проводили повсеместно в отражательных печах по методу, близкому к огневому рафинированию черновой меди, с получением слитков стандартной формы - вайербарсов.

Регенерация электролита. Она необходима для стабилизации состава

электролита рафинирования. Примеси, перешедшие в электролит, не могут

осаждаться вместе с медью, они накапливаются в нем. Катодный осадок загрязняется главным образом в результате захвата растущим осадком рас-

твора и плавучего шлама. Для предупреждения этого часть электролита

периодически удаляют и очищают (регенерируют), а затем снова возвра-

щают в ванны.

В электролит переходит почти на 1 % больше меди, чем осаждается

на катоде, в связи с химическим растворением имеющейся в аноде закиси

Cu 2O, а также окисления меди под действием кислорода воздуха:

На многих заводах регенерацию электролита совмещают с

получением медного купороса. По этому способу отобранный

раствор нейтрализуют в присутствии воздуха анодным скрапом

или специально приготовленными гранулами меди. В результате

протекания реакции раствор обогащается медью и обедняется серной кислотой.

 

 


Затем полученный раствор упаривают и направляют в кристал­

лизаторы, где при охлаждении из него выделяются кристаллы

медного купороса (CuS04 * 5H20). Для интенсификации процесс

получения медного купороса проводят в вакуумных кристал­

лизаторах.

Кристаллизацию медного купороса проводят в три стадии.

Раствор после третьей стадии процесса, содержащий 50 . . . 60 г/л Си,

подвергают электролитическому обеэмеживанию в ваннах с нерастворимыми анодами. В результате электролиза получают

рыхлый катодный осадок меди, загрязненный мышьяком н сурь­

мой, который отправляют на медеплавильные заводы, и раствор,

содержащий ~ I г/л Си.

При электролитическом осаждении из растворов, содержащих

менее 1 0 . .. 12% Си, может выделяться очень ядовитый газ -

мышьяковистый водород

 

Переработка шлама

 

Примеси, потенциалы которых отрицательнее, чем у меди (Fe, Zn, Ni и др.), растворяются в электролите, а примеси с бо лее положительными, чем у меди потенциалами (Au, Ag и др.) и химические соединения (Cu2Te, Cu2 S, Cu2 Se) выпадают в осадок на дно ванны –шлам. Шлам выгружают при периодической чистке ванн и направляют на переработку с целью извлечь его ценные составляющие селен и теллур .

 

 

 

 







Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰)...

Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого...

Индивидуальные и групповые автопоилки: для животных. Схемы и конструкции...

Папиллярные узоры пальцев рук - маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни...





© cyberpedia.su 2017 - Не является автором материалов. Исключительное право сохранено за автором текста.
Если вы не хотите, чтобы данный материал был у нас на сайте, перейдите по ссылке: Нарушение авторских прав

0.015 с.