СПОСОБ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОГО РАФИНИРОВАНИЯ МЕДИ

СПОСОБ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОГО РАФИНИРОВАНИЯ МЕДИ 


RU (11) 2233913 (13) C1

(51) 7 C25C1/12 

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

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

(21) Заявка: 2003101026/02 
(22) Дата подачи заявки: 2003.01.14 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2003.01.14 
(45) Опубликовано: 2004.08.10 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: Отчет "Совершенствование технологии электрорафинирования меди", т.1, Рег. №70061954. - Норильск, 1976, с.60. RU 2033481 C1, 20.04.1995. RU 2152459 C1, 10.07.2000. US 4351705, 28.09.1982. GB 1443254, 21.07.1976. GB 2127852 A, 18.04.1984. 
(72) Автор(ы): Рюмин А.А. (RU); Скирда О.И. (RU); Ладин Н.А. (RU); Дылько Г.Н. (RU); Логойко А.Н. (RU) 
(73) Патентообладатель(и): Открытое акционерное общество "Горно-металлургическая компания "Норильский никель" (RU) 
Адрес для переписки: 663310, г. Норильск, Гвардейская пл., 2, ЗФ ОАО "ГМК "Норильский никель", НТУ, отдел НИР и интеллектуальной собственности 

(54) СПОСОБ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОГО РАФИНИРОВАНИЯ МЕДИ 

Изобретение относится к области гидрометаллургии меди, в частности к электролитическому рафинированию меди, и может быть использовано в гальванотехнике. Способ электролитического рафинирования меди включает электрохимическое растворение анодов и катодное осаждение меди из электролита, содержащего серную кислоту, медь, никель, при этом концентрацию серной кислоты поддерживают из расчета



где - концентрация серной кислоты; CCu - концентрация меди; СNi - концентрация никеля, обеспечивается снижение удельного расхода энергии на производство катодной меди и повышение ее качества. 1 табл. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к области гидрометаллургии меди, в частности к электролитическому рафинированию меди, и может быть использовано в гальванотехнике.

Известен способ электролитического рафинирования меди, включающий электрохимическое растворение анодов и катодное осаждение меди из электролита, содержащего серную кислоту, медь и никель. При этом в случае концентрации никеля более 20 г/дм3, во избежание возникновения солевой пассивности анодов и снижения качества катодной меди, обусловленных превышением допустимой суммы сульфат-ионов, процесс осуществляют при низкой концентрации кислоты, что приводит к повышению электросопротивления электролита и снижению его рассеивающей способности [1].

Недостатком известного способа является значительный расход электроэнергии на производство катодной меди и снижение ее качества, связанные с повышением электросопротивления и уменьшением рассеивающей способности электролита, вызванные низкой концентрацией кислоты в случае превышения концентрации никеля 20 г/дм3 или меди 50 г/дм3. Кроме того, известный способ отличается низкой 190-240 А/м2 плотностью тока и соответственно низкой интенсивностью процесса.

Наиболее близкий к предлагаемому способу по совокупности признаков и достигаемому результату является способ электролитического рафинирования меди, включающий электролитическое растворение анодной меди, катодное осаждение меди из электролита, содержащего серную кислоту, медь и никель. При этом во избежание возникновения солевой пассивности анодов и снижения качества катодной меди, обусловленных превышением допустимой суммы сульфат-ионов, процесс, учитывая значительную концентрацию никеля 25-30 г/дм3 в электролите, осуществляют при низкой концентрации 120-130 г/дм3 серной кислоты, что приводит к повышению электросопротивления и снижению рассеивающей способности электролита [2].

Недостатком известного способа-прототипа является значительный расход электроэнергии на производство катодной меди и снижение ее качества, связанные с повышением электросопротивления и уменьшением рассеивающей способности электролита, вызванные низкой концентрацией кислоты в нем.

Задача изобретения заключается в совершенствовании способа электрорафинирования меди.

Технический результат от использования изобретения заключается в снижении удельного расхода электроэнергии на производство катодной меди и повышении ее качества, что связанно со снижением электросопротивления и повышением рассеивающей способности электролита, а также с обеспечением допустимого уровня суммы сульфат-ионов в нем. Указанные факторы обеспечиваются поддержанием концентрации кислоты на максимально возможном для любых концентраций меди и никеля уровне, характеризующемся отсутствием солевой пассивации анодов. Впервые управление электросопротивлением электролита и факторами, определяющими электрохимическое растворение анодов и катодное осаждение меди, осуществляется путем поддержания концентрации кислоты в электролите в зависимости от концентраций меди и никеля по определенному алгоритму.

Сущность изобретения заключается в том, что в способе электролитического рафинирования меди, включающем электрохимическое растворение анодов и катодное осаждение меди из электролита, содержащего серную кислоту, медь, никель, согласно изобретению концентрацию серной кислоты поддерживают из расчета



где - концентрации серной кислоты;

CСu - концентрации меди;

СNi - концентрации никеля.

Предлагаемый способ электролитического рафинирования меди, устанавливающий алгоритм зависимости концентрации серной кислоты от концентраций меди и никеля в электролите, позволяет поддерживать в нем оптимальный уровень концентрации кислоты, обеспечивающий минимально возможный расход электроэнергии и допустимую сумму сульфат-ионов. В свою очередь, предельно допустимая сумма сульфат-ионов в электролите обеспечивает отсутствие солевой пассивации анодов и высокое качество катодной меди. Поддержание концентрации серной кислоты в пределах, рассчитанных по экспериментально установленной формуле, приводит к снижению электросопротивления электролита и увеличению его рассеивающей способности, что позволяет достичь максимального снижения удельного расхода электроэнергии и содействует повышению качества катодной меди.

Состав электролита должен обладать низким электросопротивлением и обеспечивать необходимое качество катодной меди. Величина электросопротивления электролита имеет обратную зависимость от концентрации серной кислоты и прямую зависимость от концентрации меди и никеля. Концентрация серной кислоты в электролите ограничивается допустимой суммой сульфат-ионов, что напрямую связано с концентрациями ионов меди и никеля. Предельно допустимая концентрация сульфат-ионов является одним из определяющих факторов получения качественной меди и возникновения солевой пассивности анодов. В свою очередь, концентрация ионов меди в электролите должна быть достаточно высокой, так как является одним из факторов, регулирующих качество катодного осадка.

Повышение концентрации серной кислоты в электролите для электролитического рафинирования меди выше предлагаемых границ увеличивает сумму сульфат-ионов более допустимого уровня, что может привести к возникновению солевой пассивности анодов и снижению качества катодного осадка за счет образования дендритных наростов.

Понижение концентрации серной кислоты в электролите при электролитическом рафинировании меди ниже предлагаемых границ увеличивает удельный расход электроэнергии на производство катодной меди, обусловленный увеличением электросопротивления электролита, и может привести к снижению качества катодной меди, связанному с уменьшением рассеивающей способности электролита.

Сведений об известности отличительного признака предлагаемого технического решения для процесса электролитического рафинирования меди при изучении патентной и технической литературы не выявлено, что свидетельствует о соответствии заявляемого объекта критерию “изобретательский уровень”.

Способ осуществляется следующим образом.

Способ электролитического рафинирования меди включает электрохимическое растворение анодов и катодное осаждение меди из электролита. Электрохимические окислительно-восстановительные реакции на границе раздела электрод-раствор протекают при прохождении постоянного электрического тока. Эффективность процесса электрорафинирования меди определяют величиной удельного расхода электроэнергии на производство катодной меди и уровнем ее качества. В свою очередь, удельный расход электроэнергии определяется величиной удельного электросопротивления электролита, а высокое качество катодной меди зависит от суммы сульфат-ионов и рассеивающей способности электролита. Перечисленные факторы обеспечивают составом электролита. Электролизные ванны заполняют электролитом, содержащим серную кислоту, медь и никель. Для обеспечения оптимального состава электролита концентрацию серной кислоты устанавливают и поддерживают на основании предлагаемого расчета



где - концентрации серной кислоты;

CСu - концентрации меди;

СNi - концентрации никеля.

В электролизные ванны на токоподводящие анодную и катодную шины завешивают соответственно электроды. В качестве анодов используют литые пластины из анодной меди, в качестве катодов - тонкие листы из электролитной меди (основа) или матрицы из титана (или нержавеющей стали). На электролизную ванну подают постоянный электрический ток из расчета катодной плотности тока 290-350 А/м2.

Электрохимическое растворение медных анодов и катодное осаждение меди из электролита осуществляют при его постоянной циркуляции и температуре 60-65С.

Предлагаемый способ описан в конкретных примерах.

Пример 1 (прототип)

Электролитическое рафинирование меди по прототипу проводили на лабораторной установке, состоящей из электролизной ванны емкостью 4 дм3 и напорного бачка емкостью 10 л. Ванну обеспечивали индивидуальной системой циркуляции и оборудовали анодной и катодной шинами, подключенными через лабораторный автотрансформатор (ЛАТР) к выпрямителю ВСА-5. В опытную ванну и напорный бак заливали электролит, содержащий, г/дм3: серной кислоты - 120; меди - 52; никеля - 25. В течение эксперимента поддерживали температуру электролита 60-65С и скорость циркуляции 4 дм3/ч.

В ванну загружали один катод и два медных анода на межэлектродном расстоянии 4 см, завешенных соответственно на катодную и анодную шины, и пропускали постоянный ток. Катодная плотность тока составляла 310 А/м2. Добавки ПАВ в течение испытаний вводили с равной периодичностью в количестве, исходя из расхода, г/т: тиомочевины - 70; клея - 60; хлор-иона - 50 мг/л. Эксперимент проводили в течение 90 ч.

В результате электролитического рафинирования получили значительный удельный расход электроэнергии 415 кВтч/тСu и недостаточно высокое качество катодной меди. Катодная медь имела некоторое количество (~20%) дендритных наростов округлой формы по полотну и сумму примесей 64 г/т, по химическому составу соответствовала марке М0к. Средняя величина напряжения на электролизной ванне составляла 0,47 В, выход по току - 95,4%.

Пример 2 (заявляемый способ)

Электролитическое рафинирование меди проводили на лабораторной установке, состоящей из электролизной ванны емкостью 4 дм3 и напорного бачка емкостью 10 л. Ванну обеспечивали индивидуальной системой циркуляции и оборудовали анодной и катодной шинами, подключенными через лабораторный автотрансформатор (ЛАТР) к выпрямителю ВСА-5.

В электролизную ванну на расстоянии 4 см загружали один катод и два медных анода, завешенных соответственно на катодную и анодную шины, и пропускали постоянный ток. Катодная плотность тока составляла 310 А/м2.

Для приготовления исходного раствора, используя заданные значения концентраций меди и никеля и среднюю величину константы, равную 390, рассчитали необходимую концентрацию серной кислоты по формуле

.

Приготовленный раствор состава, г/дм3: серной кислоты - 159,2; меди - 52,0; никеля - 25,0, заливали в качестве электролита в опытную электролизную ванну. Добавки ПАВ в течение испытаний вводили в одинаковом количестве, с равной периодичностью, исходя из расхода, г/т: тиомочевины - 70, клея - 60, хлор-иона - 50 мг/л. В ходе эксперимента поддерживали температуру электролита 60-65С и скорость циркуляции 4 л/ч. Эксперимент проводили в течение 90 ч.

В результате эксперимента по электролитическому рафинированию получили снижение на 26% относительно примера 1 (прототипа) удельного расхода электроэнергии, равного 308 кВтч/тСu, и высокое качество катодной меди. Катодная медь имела плотную мелкокристаллическую структуру, содержание примесей 27 г/т, гладкое полотно и по химическому составу соответствовала марке М00к. Средняя величина напряжения на электролизной ванне составляла 0,36 В, катодный выход по току - 98,4%.

Пример 3 (заявляемый способ)

Электролитическое рафинирование меди, включающее электрохимическое растворение анодов и катодное осаждение меди, осуществляли в электролизной ванне лабораторного блока в течение 90 ч при тех же условиях, что и пример 2.

Пример 3 отличался от примера 2 составом электролита. Для расчета исходного раствора использовали заданные значения концентраций меди и никеля и минимальную величину константы, равную 370. Необходимую концентрацию серной кислоты определили из расчета



Приготовленный раствор состава, г/дм3: серной кислоты - 139,2; меди - 52,0; никеля - 25,0 использовали в качестве электролита при проведении эксперимента по примеру 3.

В результате электролитического рафинирования получили снижение на 22% относительно примера 1 (прототипа) удельного расхода электроэнергии, равного 328 кВтч/тСu и высокое качество катодной меди. Катодная медь имела плотную мелкокристаллическую структуру, содержание примесей 32 г/т, гладкое полотно и по химическому составу соответствовала марке М00к. Средняя величина напряжения на электролизной ванне составляла 0,38 В, катодный выход по току - 97,6%.

Пример 4 (заявляемый способ)

Электролитическое рафинирование меди, включающее электрохимическое растворение анодов и катодное осаждение меди, осуществляли в электролизной ванне лабораторного блока в течение 90 ч при тех же условиях, что и пример 2.

Пример 4 отличался от примера 2 составом электролита. Используя максимальную величину коэффициента по предлагаемому расчету и заданные величины концентраций меди и никеля, определили концентрацию серной кислоты для исходного раствора по формуле



Приготовленный раствор состава, г/дм: серной кислоты - 179,2; меди - 52,0; никеля - 25,0 использовали в качестве электролита при проведении эксперимента по примеру 4.

В результате электролитического рафинирования получили снижение на 28% относительно примера 1 (прототипа) удельного расхода электроэнергии, равного 302 кВтч/тСu, и высокое качество катодной меди. Катодная медь имела плотную мелкокристаллическую структуру, содержание примесей 29 г/т, гладкое полотно и по химическому составу соответствовала марке М00к. Средняя величина напряжения на электролизной ванне составляла 0,35 В, катодный выход по току - 97,7%.

Пример 5

Электролитическое рафинирование меди, включающее электрохимическое растворение анодов и катодное осаждение меди, осуществляли в электролизной ванне лабораторного блока в течение 90 ч при тех же условиях, что и пример 2. Пример 5 отличался от примера 2 составом электролита.

Концентрацию серной кислоты в электролите, используемом для осуществления примера 5, поддерживали ниже диапазона, рассчитанного по предлагаемой формуле.

Приготовленный раствор состава, г/дм3: серной кислоты - 138,0; меди - 52,0; никеля - 25,0 использовали в качестве электролита при проведении эксперимента по примеру 5.

В результате электролитического рафинирования получили увеличение на 6% относительно примера 3 (заявляемый способ) удельного расхода электроэнергии, равного 346 кВтч/тСu, и снижение качества катодной меди. Катодная медь, хотя соответствовала марке М00к и имела плотную мелкокристаллическую структуру, но отличалась от полученной в результате экспериментов по заявляемому способу (примеры 2-4) наличием редких мелких округлой формы дендритных наростов, содержание суммы примесей составляло 40 г/т. Средняя величина напряжения на электролизной ванне составляла 0,40 В, катодный выход по току - 97,2%.

Полученные результаты, в т.ч. увеличение удельного расхода электроэнергии и снижение качества катодной меди относительно примеров 2-4, показывают, что поддерживаемая в примере 5 концентрация серной кислоты находится за пределами оптимальной величины.

Пример 6

Электролитическое рафинирование меди проводили на лабораторной установке в тех же условиях, что и пример 2, при катодной плотности тока 310 А/м2 в течение 90 ч. Пример 6 отличался от примера 2 составом электролита. Концентрацию серной кислоты в электролите, используемом для осуществления примера 6, установили выше предлагаемого диапазона концентраций, т.е. выше максимальной границы предлагаемой формулы.

В качестве электролита при проведении эксперимента по примеру 6 использовали раствор, содержащий, г/дм3: серной кислоты - 181,2; меди - 52,0; никеля - 25,0.

В результате эксперимента по электролитическому рафинированию получили увеличение на 12% относительно примера 4 (заявляемый способ) удельного расхода электроэнергии, равного 339 кВтч/тСu, и снижение качества катодной меди. Полученная катодная медь соответствовала марке М0к, имела содержание суммы примесей 49 г/т и отличалась от полученной в результате экспериментов по заявляемому способу (примеры 2-4) наличием мелких округлой формы дендритных наростов по полотну около 10%. В ходе эксперимента наблюдали резкие скачки напряжения, что говорит о возникновении солевой пассивации анодов. По этой причине, несмотря на низкое электросопротивление электролита, средняя величина напряжения на электролизной ванне составляла 0,39 В. Катодный выход по току составлял 97,2%.

Результаты эксперимента, а именно увеличение удельного расхода электроэнергии и снижение качества катодной меди относительно примеров 2-4 показывают, что поддерживаемая в примере 6 концентрация серной кислоты находится за пределами оптимальной величины.

Результаты проведенных экспериментов представлены в таблице.

Таким образом, предлагаемый способ поддержания концентрации серной кислоты в зависимости от малейших изменений концентрации никеля и/или меди действительно является эффективным. Осуществление способа по примерам 2-4 позволяет снизить удельный расход электроэнергии на получение катодной меди до 28% за счет уменьшения электросопротивления раствора и значительно повысить качество катодной меди. Этим подтверждается, что выбранные границы поддержания концентрации серной кислоты в пределах, рассчитанных по предлагаемой формуле, являются правильными.

Таким образом, технический результат, достигаемый использованием предлагаемого способа, заключается в снижении удельного расхода электроэнергии на производство катодной меди, в зависимости от состава используемого электролита, до 28% по сравнению с прототипом; повышении качества катодной меди по внешнему виду и химическому составу.

Источники информации

1. Баймаков Ю.В., Журин А.И. Электролиз в гидрометаллургии. - М.: Металлургия, 1977, с.59.

2. Совершенствование технологии электрорафинирования меди. т.1, Отчет, рег. №70061954. Норильск, 1976, с.60.




ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



Способ электролитического рафинирования меди, включающий электрохимическое растворение анодов и катодное осаждение меди из электролита, содержащего серную кислоту, медь и никель, отличающийся тем, что концентрацию серной кислоты поддерживают из расчета



где - концентрация серной кислоты;

CCu - концентрация меди;

CNi - концентрация никеля.


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