1.6 Электролитическое рафинирование

Анодная медь содержит 99,4—99,6% Сu; остальное приходится на долю оставшихся после огневого рафиниро­вания примесей, включая золото, серебро, селен и теллур. В среднем в 1 т анодной меди содержится 30—100 г золо­та и до 1000 г серебра. Такую медь обязательно подверга­ют рафинированию методом электролиза.

В процессе электролитического рафинирования решаются две основные задачи: глубокая очистка меди от приме­сей и попутное извлечение сопутствующих меди ценных компонентов. Согласно ГОСТ 859—66 высшая марка электролитной меди МО должна содержать не более 0,04 % примесей, в том числе не более 0,02 % кислорода, а остальные 0,02 % приходятся на долю девяти регламентируемых примесей.

Сущность электролитического рафинирования меди за­ключается в том, что литые аноды и тонкие матрицы из электролитной меди - катоды попеременно навешивают в электролитную ванну, заполненную электролитом, и через эту систему пропускают постоянный ток .

Электролит — водный раствор сульфата меди (160— 200 г/л) и серной кислоты (135—200 г/л) с примесями и коллоидными добавками, расход которых составляет 50— 60 г/т Сu. Чаще всего в качестве коллоидных добавок (ПАВ) ис­пользуют столярный клей и тиомочевину. Они вводятся для улучшения качества (структуры) катодных осадков, делая их более плотными.

Механизм электролитического рафинирования меди, включает следующие элементарные стадии:

1. электрохимическое растворение меди на аноде с от­рывом электронов и образованием катиона: Сu—2e=Cu²⁺;

2. перенос катиона через слой электролита к поверхности катода;

3. электрохимическое восстанов­ление катиона меди на катоде: Cu²+2e=Cu;

4. внедрение образовавшегося атома меди в кристаллическую ре­шетку катода (рост катодного осад­ка).

При электролитическом рафинировании меди чаще все­го работают при плотности тока 240—300 А/м². Следует от­метить, что использование особых режимов электролиза (реверсивный ток, системы циркуляции электролита и др.) уже сейчас позволяет довести плотность тока до 400— 500 А/м² и более.

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. Для электролитического рафинирования применяют железобетонные ванны ящичного типа, имеющие в плане удлиненное прямоугольное сечение. Для повышения кор­розионной стойкости ванн против воздействия сернокисло­го электролита внутреннюю часть ванн облицовывают винипластом, стеклопластиком, полипропиленом, кислото­упорным бетоном и другими кислотостойкими материа­лами.

В настоящее время чаще всего электролитные ванны группируют в блоки по 10—20 ванн, а затем - в серии, со­стоящие, как правило, из двух блоков. Все элек­троды в отдельных ваннах - катоды и аноды - включены параллельно, а ток через блоки и серии проходит после­довательно.

Геометрические размеры ванн зависят от размеров и числа электродов. Современные ванны имеют длину 3,5— 5,5 м, ширину 1—1,1 м и глубину 1,2—1,3 м.

Аноды и катоды подвешивают поочередно. При этом число катодов в ванне всегда на один больше, чем анодов, и они имеют увеличенные на 20—30 мм ширину и высоту по сравнению с анодными пластинами.

Растворение анода обычно длится 20—30 суток и зависит от его толщины и режима электролиза. Анодные остатки, составляющие 12—18 % первоначальной массы, переплав­ляют в анодных печах в новые аноды. За время работы анодов производят 2—3 съема катодов.

В процессе электролиза электролит загрязняется при­месями и обогащается медью. Накопление меди происходит главным образом за счет того, что анодный выход по току меди больше катодного выхода вследствие образова­ния на аноде некоторого незначительного количества ионов Сu⁺. Обогащению электролита медью способствует также химическое растворение катодной и анодной меди и содер­жащейся в анодах закиси.

Для предупреждения накопления примесей и удаления избытка меди электролит подвергают обновлению (регене­рации). Для регенерации часть электролита выводят из ванн. Количество выводимого электролита рассчитывают по предельно допустимой концентрации ведущей примеси, на­копление которой идет наиболее быстро. Обычно такой примесью является никель, реже мышьяк.

Вывод электролита на регенерацию практически осуще­ствляется во время организации его обязательной непре­рывной циркуляции в электролитных ваннах. Помимо час­тичного обновления электролита, циркуляция должна обес­печивать выравнивание его состава в межэлектродном пространстве. Это обеспечивает получение качественных ка­тодных осадков и снижение расхода электроэнергии. Цир­куляция должна обеспечивать смену всего электролита за 3-4 ч.

Катодная медь - основной продукт электролиза не всегда пригодна для непосредственного использования, особенно в электротехнической промышленности. Поэтому её расплавляют и разливают в слитки.

Получающиеся при электролитическом рафинировании шламы перерабатывают для извлечения благородных металлов, селена и теллура. Стоимость компонентов шлама окупают в большинстве случаев все затраты на рафинирование меди.

Параметры электролиза: плотность тока составляет 250-300 А/м², выход по току - 95%, напряжения на ваннах – 0,25 – 0,3 В, температура электролита – 50-60 ⁰С, содержание Н₂SO₄ – 120-150 гр/л, удельный расход эл энергии примерно 230-350 кВт * ч на 1 тонну меди. [5]