СПОСОБ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО ИЗВЛЕЧЕНИЯ МЕДИ ИЗ СЕРНОКИСЛЫХ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ

СПОСОБ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО ИЗВЛЕЧЕНИЯ МЕДИ ИЗ СЕРНОКИСЛЫХ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ


RU (11) 2033481 (13) C1

(51) 6 C25C1/12 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 07.12.2007 - прекратил действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 92010358/02 
(22) Дата подачи заявки: 1992.12.17 
(45) Опубликовано: 1995.04.20 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: РЖ Металлургия, 1977, N 11, реф.11 Г 394. 
(71) Заявитель(и): Ануфриева Галина Ивановна; Грацерштейн Лев Израилевич; Левин Александр Михайлович; Ануфриева Светлана Ивановна; Шуленина Зинаида Макаровна; Лосев Юрий Николаевич 
(72) Автор(ы): Ануфриева Галина Ивановна; Грацерштейн Лев Израилевич; Левин Александр Михайлович; Ануфриева Светлана Ивановна; Шуленина Зинаида Макаровна; Лосев Юрий Николаевич 
(73) Патентообладатель(и): Ануфриева Галина Ивановна; Грацерштейн Лев Израилевич; Левин Александр Михайлович; Ануфриева Светлана Ивановна; Шуленина Зинаида Макаровна; Лосев Юрий Николаевич 

(54) СПОСОБ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО ИЗВЛЕЧЕНИЯ МЕДИ ИЗ СЕРНОКИСЛЫХ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ 

Использование: электрохимическое выделение меди из сернокислых водных растворов. Сущность изобретения: способ включает катодное осаждение меди из раствора, содержащего медь с концентрацией не более 40 г/л при катодной плотности тока 86-258 А/м2. Процесс проводят при концентрации серной кислоты в электролите 160-200 г/л и температуре 50-65°С. Это позволяет повысить степень извлечения меди и улучшить качество катодного осадка. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к цветной металлургии и может быть использовано на предприятиях цветной металлургии при переработке медьсодержащих водных растворов для глубокого извлечения из них меди.

Известен способ электрохимического извлечения меди из сернокислого раствора, содержащего, г/л: медь 70-75; серная кислота 20; сульфат-ион общий 150-155, при температуре 50оС и катодной плотности тока 200 А/м2. При этом происходит осаждение металлической меди на катоде с ее содержанием 99,2-99,5 мас. а концентрация меди в электролите снижается до 30 г/л, то-есть степень извлечения меди в твердый продукт составляет 48-50% Степень извлечения представляет собой отношение разницы исходной и конечной концентраций меди в растворе к ее исходной концентрации.

Недостатком указанного способа является невысокая степень извлечения меди, загрязнение катодного осадка примесями (0,5-0,8 мас.) и необходимость утилизации сернокислых растворов, содержащих до 30 г/л меди.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к изобретению является способ электрохимического извлечения меди из сернокислых водных растворов, заключающийся в электрохимическом осаждении меди из сернокислого раствора, содержащего, г/л: медь 25-30 и серная кислота 50-150, при температуре 25-45оС и катодной плотности тока 86-258 А/м2. При этом происходит осаждение меди на катоде, а концентрация меди в электролите снижается до 10-15 г/л, т.е. достигается степень извлечения меди 50-60% Содержание меди в катодном осадке составляет 99,3-99,6 мас. остальное составляет примесные металлы железо (0,1-0,05% ), никель (0,2-0,1%), свинец (0,2-0,1%), сурьма (0,2-0,1% ) и др. то-есть не удается получить катодную медь высокого качества.

Недостатком указанного способа является невысокая степень извлечения меди, невысокое качество катодного осадка, а также необходимость утилизации сернокислых растворов, содержащих до 10-15 г/л меди.

Утилизация меди из сернокислых растворов такого состава производится либо путем нейтрализации серной кислоты и последующим полным осаждением гидроксикарбонатов меди и примесных металлов, либо путем нейтрализации серной кислоты до рН 1-2 с последующей цементацией меди на железном или алюминиевом скрапе с дальнейшим осаждением оставшихся в растворе металлов известняком. Таким образом, процессы утилизации меди из отработанных электролитов, связанные с нейтрализацией свободной серной кислоты, приводит к повышению расхода реагентов и загрязнению осаждаемой меди осадителем и примесными металлами (до 10-15 мас.) или цементатором (до 20 мас.).

Целью изобретения является повышение степени извлечения меди из сернокислых водных растворов и улучшение качества катодного осадка.

Поставленная цель достигается тем, что в способе электрохимического извлечения меди из сернокислых водных растворов, включающем катодное осаждение меди из раствора, содержащего медь с концентрацией не более 40 г/л, при катодной плотности тока 86-258 А/м2, процесс проводят при концентрации серной кислоты в электролите 160-200 г/л и температуре 50-65оС.

Это позволяет снизить конечную концентрацию меди до 1,8-3 г/л, повысить степень извлечения меди до 90-95% и улучшить качество катодного осадка.

Снижение концентрации серной кислоты менее 160 г/л приводит к нарушению процесса катодного осаждения меди при ее низких концентрациях в электролите, что не позволяет снизить ее содержание менее 5-7 г/л. Это связано с тем, что при невысоком содержании меди и серной кислоты в растворе происходит значительная поляризация катода и процесс катодного выделения водорода начинает превалировать над процессом осаждения меди. Кроме того, при этих условиях осаждение меди происходит в условиях предельной плотности тока, что приводит к ухудшению качества катодного осадка за счет катодного соосаждения примесных металлов, содержащихся в электролите.

Повышение концентрации серной кислоты более 200 г/л приводит к началу процесса обратного химического растворения катодной меди, что снижает катодный выход по току и приводит к дополнительным затратам электроэнергии на осуществление процесса катодного осаждения меди.

Снижение температуры процесса ниже 50оС приводит к уменьшению скорости диффузии меди к катоду, уменьшению скорости ее осаждения и, в конечном итоге, к снижению степени извлечения меди на катоде. Кроме того, при температуре процесса менее 50оС при невысоких концентрациях меди (5-7 г/л) за счет катодного осаждения происходит загрязнение осадка меди металлическими примесями (железо, никель и т.п.), что вызывает ухудшение качества катодной меди.

Повышение температуры процесса свыше 65оС вызывает усиленное испарение воды и тумана серной кислоты с зеркала электролита (более 4-5 кг/м2 ч), что приводит к необходимости частой корректировки состава электролита во избежание высаливания сульфата меди, необходимости организации сложной системы газоулавливания и существенному ухудшению условий труда.

Таким образом, определяющими факторами, позволяющими повысить степень извлечения меди и улучшить качество катодного осадка, являются концентрация серной кислоты не менее 160 г/л и температура процесса не менее 50оС. При указанных параметрах удается снизить концентрацию меди в растворе до 1,8-3,0 г/л, что приводит к увеличению степени извлечения меди. Улучшение качества катодного осадка связано с уменьшением содержания в нем примесных металлов, которые соосаждаются на катоде совместно с медью.

Примесные металлы железо, никель, свинец, сурьма и др. являются более электроотрицательными, чем медь, и процесс их соосаждения зависит от величины катодного потенциала (поляризация катода), изменяющейся в течение процесса электрохимического извлечения меди в зависимости от концентрации последней в растворе. Поэтому снижение степени соосаждения примесей и, таким образом, уменьшение их концентрации в катодном осадке меди достигается только за счет деполяризации катода. При концентрации серной кислоты не менее 160 г/л и температуре раствора не менее 50оС величина катодного потенциала при концентрации меди 1,8-3,0 г/л не достигает потенциала соосаждения примесных металлов совместно с медью и позволяет повысить качество катодного осадка.

К понятию качества катодной меди относятся также и такие, не имеющие строгого количественного выражения, параметры, как дендритообразование, величина кристаллов меди и плотность ее посадки на катодную матрицу. Высокое содержание серной кислоты в электролите и повышенная температура приводят к увеличению рассеивающей способности электролита и улучшению его выравнивающих свойств. Это приводит к снижению дендритообразования при катодном осаждении меди, что позволяет получать более толстые осадки катодной меди и увеличить время наращивания меди на катодную матрицу. Кроме того, проведение процесса при указанных в предлагаемом способе параметрах приводит к снижению размера кристаллов меди, что увеличивает плотность осадки. Это вызывает снижение окклюзии электролита и частиц шлема в объемы между кристаллами катодного осадка, что соответственно уменьшает загрязнение катодной меди примесными металлами.

Кроме того, при низком конечном содержании меди в электролите возможна очистка концентрированных сернокислотных растворов от металлов известными методами, например диализом, получая при этом чистые растворы серной кислоты с последующим использованием их для приготовления новых медьсодержащих растворов, направляемых на электрохимическое извлечение меди, то-есть осуществляется полная регенерация серной кислоты. Получаемые после отделения серной кислоты (диализом) растворы, содержащие незначительное количество меди и примесные металлы, обладают низкой кислотностью, что облегчает извлечение из них меди известными способами.

Следует отметить, что предлагаемый способ за счет глубокого обезмеживания раствора (до 1,8-3,0 г/л меди) позволяет повысить сквозное извлечение меди в конечный продукт катодный осадок.

П р и м е р 1. В электролизер, выполненный из винипласта и снабженный титановыми электродами, было залито 1,3 л раствора, содержащего 31,2 г/л меди и 160,7 г/л серной кислоты. Процесс электрохимического извлечения меди осуществляли при температуре 52оС и катодной плотности тока 168 А/м2 в течение 4,5 ч. При этом на катоде было получено 36,9 г металлической меди, а концентрация меди в электролите была снижена до 2,8 г/л, то-есть достигнута степень извлечения меди 91% Содержание меди в катодном осадке составило 99,91 мас. что существенно выше по сравнению с прототипом.

П р и м е р 2. В электролизер было залито 1,6 л раствора, содержащего 35,8 г/л меди и 198,9 г/л серной кислоты. Процесс извлечения меди осуществляется при температуре 59оС и катодной плотности тока 195 А/м2 в течение 4,8 ч. При этом на катоде было получено 54,2 г меди, а концентрация меди в растворе снижена до 1,9 г/л, то-есть достигнута степень извлечения меди 94,7% Содержание меди в катодном осадке составило 99,93 мас.

П р и м е р 3. В электролизер было залито 1,5 л раствора, содержащего 34,3 г/л меди и 181,3 г/л серной кислоты. Процесс электрохимического извлечения меди проводили при температуре 64оС и катодной плотности тока 218 А/м2 в течение 4,2 ч. При этом на катоде получено 47,8 г металлической меди, а концентрация меди в электролите снижена до 2,4 г/л, то-есть достигнута степень извлечения меди 93% Содержание меди в катодном осадке составило 99,92 мас.

П р и м е р 4 по прототипу. В электролизер было залито 1,8 л раствора, содержащего 31,6 г/л меди и 132,3 г/л серной кислоты. Процесс извлечения меди осуществляли при температуре 41оС и катодной плотности тока 140 А/м2 в течение 5,6 ч. При этом на катоде получено 38,3 г меди, а концентрация меди в электролите снижена до 10,3 г/л, то-есть достигнута степень извлечения меди 67% Содержание меди в катодном осадке составило 99,43 мас.

Из приведенных примеров видно, что проведение процесса при концентрации серной кислоты в растворе 160-200 г/л и температуре 50-65оС позволяет значительно с 60-70 до 90-95% увеличить степень извлечения меди в катодный осадок и существенно улучшить качество катодного осадка по сравнению с прототипом. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



СПОСОБ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО ИЗВЛЕЧЕНИЯ МЕДИ ИЗ СЕРНОКИСЛЫХ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ, включающий катодное осаждение меди из раствора, содержащего медь с концентрацией не более 40 г/л, при катодной плотности тока 86 258 А/м2, отличающийся тем, что процесс проводят при концентрации серной кислоты в электролите 160 200 г/л и температуре 50 65oС.


ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян

Независимый научно технический портал
Устройства и способы извлечения цветных, редкоземельных и благородных металлов






СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска: "и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+извлечение -золота".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "золото" будут найдены слова "золотой", "золотое" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("золото!").




Рейтинг@Mail.ru