Результат интеллектуальной деятельности: Способ электроэкстракции меди из сульфатных электролитов

Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к электролитическому осаждению меди из сернокислых растворов с нерастворимыми анодами. При электролизе меди с нерастворимыми анодами на аноде выделяется кислород, на катоде при глубоком обезмеживании возможно выделение водорода. Образующиеся в процессе регенерации меди газы и пары воды в виде пузырьков выделяются с зеркала ванны в атмосферу, увлекая за собой капли электролита (аэрозоли).

Содержание вредных примесей, таких как медь и серная кислота, в пробах воздуха над поверхностью ванн электроэкстракции превышает предельно допустимые концентрации в несколько раз, а никеля в десятки раз.

Наиболее часто применяемыми технологическими мероприятиями являются: применение укрытий, крышек, укрытие поверхности электролита в ваннах поплавками, применение оборудования со встроенными местными отсосами. Наиболее эффективным способом является укрытие поверхности ванн пенообразователями.

Известен способ покрытия зеркала ванн регенерации тонким слоем (0,5 мм) трансформаторного масла или солидола, которые уменьшают поверхностное натяжение электролита, свободно пропуская образующиеся в ванне газы (В.Т. Исаков. Электролиз меди. Металлургия, 1970, стр. 96).

Недостатки данного способа:

- загрязнение поверхности катодов трансформаторным маслом или солидолом, а также продуктами их разложения;

- накопление в электролите органических соединений, отрицательно влияющих на качество катодного осадка.

Известно применение в качестве пенообразующей добавки для получения защитного слоя экстракта солодкового корня при электрорегенерации меди из сульфатного раствора, (книга Баймаков, Журин. Электролиз в гидрометаллургии, 1963, стр. 512). Применение экстракта солодкового корня в процессе электроэкстракции меди не позволит достигнуть уровня по серной кислоте и меди (ПДК-1,0 мг/дм³) в аэрозолях воздуха из-за высокой скорости циркуляции электролита в ваннах электроэкстракции меди, получаемой по безосновной технологии 157-159 дм³/мин.

Известный способ электроэкстракции меди из сульфатного электролита (патент РФ №2246563, МПК С25С 1/12, опубл. 20.02.2005) включает образование на поверхности электролита защитного слоя пены при введении в него в качестве поверхностно-активного вещества алкилсульфоната в количестве от 5,5 мг/л до 7,5 мг/л. При получении катодной меди по безосновной технологии с увеличенной скоростью циркуляции на ваннах электроэкстракции до 157-159 дм³/мин концентрация алкилсульфоната оказалась недостаточной. Концентрации меди и серной кислоты в воздухе над ваннами превышали ПДК в 1,15-1,70 раза.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ электролитической регенерации меди из сернокислых растворов, который принят в качестве прототипа (патент №2075547 РФ, МПК С25С 1/12, опубл. 20.03.1997 г.). Способ включает образование на поверхности электролита защитного слоя пены при введении в него в качестве поверхностно-активного вещества алкилсульфата натрия на спиртах фракции С10-С13 в количестве от 0,05 до 0,100 г/дм³. Заявленный способ электролитической регенерации меди заключается в том, что на поверхности электролита образуется защитный слой пены, но не указан способ введения алкилсульфата натрия. Недостатком этого способа является высокая концентрация алкилсульфата натрия, как следствие - большое количество пены, которая поднимается до токоподводов и образует трудносмываемый налет на катодных штангах.

Анализ описанных выше аналогов выявил, что ни в одном из них не будет достигаться желаемого результата - значительного снижения концентрации серной кислоты и меди в пробах воздуха над поверхностью электролизной ванны.

Авторами настоящей заявки на изобретение был достигнут необходимый технический результат при электроэкстракции меди из сульфатных электролитов. Сущность заявляемого способа заключается в том, что на поверхности электролита создается пена с помощью алкилсульфата натрия с концентрацией от 0,013 до 0,016 г/дм³, которая препятствует пропусканию в воздух образующихся газов над ванной, при этом введение алкилсульфата натрия производили в подающий карман совместно с циркулирующим электролитом.

Подающий карман выполнен из полимербетона и отлит монолитом при изготовлении ванны из полимербетона. За счет подачи раствора алкилсульфата натрия через подающий карман эффективность пенообразования в ваннах была повышена и снижена концентрация алкилсульфата по сравнению с прототипом (от 0,050 до 0,100 г/дм³) в 3,8-6,25 раз.

Алкилсульфат или лаурилсульфат (ТУ 2481-017-71150986-2011 с изм. 1) вводится в промышленные ванны объемом 7,5 м³ (индивидуально в каждую ванну) в виде водного раствора мембранными насосами с расходом на каждую ванну от 1,1 до 2,5 дм³/ч с нерастворимыми анодами и постоянными катодами из нержавеющей стали при получении катодов медных по безосновной технологии.

Введение алкилсульфата натрия непосредственно в ванну с циркулирующим электролитом осуществляется на глубину ванны 1165 мм, что обеспечивает равномерное распределение алкилсульфата натрия в объеме электролита и на поверхности зеркала электролита. Плотный равномерный слой пены появляется только при концентрации в ванне алкилсульфата 0,013 г/дм³. При концентрации 0,013 г/дм³ слой пены равномерно распределяется в объеме и по поверхности зеркала электролита ванны за счет выделения кислорода на поверхности нерастворимых анодов из свинцового сплава. По отсутствию участков электролита свободных от пены нижним пределом концентрации алкилсульфата является 0,013 г/дм³.

При большей концентрации, чем 0,016 г/дм³ образуется излишняя пена, поэтому приходилось ее удалять вручную из-за опасности короткого замыкания.

Критерием эффективности заявляемого способа является концентрация серной кислоты и меди в пробах воздуха над поверхностью ванн электроэкстракции меди и в рабочей зоне цеха, а также снижение образования дендритов на поверхности катодов медных, что позволило увеличить выход регенеративных катодов марки М00к.

Эффективность влияния алкилсульфата натрия проверена в промышленных условиях на двух цеховых циркуляционных системах, с объемом 2040 м³ в каждой, в течение 50 суток. Был произведен отбор проб воздуха в 3 точках над ваннами электроэкстракции меди в отделении безосновной технологии цеха электролиза меди АО «Уралэлектромедь».

Примеры 1-4

Электроэкстракцию меди проводили в промышленных условиях в цехе электролиза меди при получении катодов медных по безосновной технологии в 3-х ваннах, объем электролита по 7,5 м³ в каждой, включенных в систему циркуляции общим объемом 4080 м³. Содержание в рабочей зоне аэрозолей серной кислоты и меди при введении алкилсульфата натрия определялось при следующих технологических параметрах электроэкстракции: катодная плотность тока от 315 до 330 А/м², температуре электролита в ваннах от 64°С до 66°С, содержание серной кислоты в электролите 150-160 г/дм³, меди 48-50 г/дм³, никеля 7-9 г/дм³, скорость циркуляции от 157 до 159 дм³/мин.

В каждом опыте вводили алкилсульфат натрия непрерывно насосом мембранного типа через подающий карман для создания концентрации от 0,013 до 0,016 г/дм с удельным расходом на 1 тонну товарной меди от 0,0130 до 0,0147 дм /т, добиваясь сплошного покрытия с устойчивой пеной на поверхности электролита в ваннах регенерации. Пробы воздуха анализировали на содержание серной кислоты и меди методом атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой (ПНД Ф 13.1:2:3.71-11) и турбидиметрическим определением аэрозоля серной кислоты в воздухе (МУ 1641-77).

Пример 5

При заявленной в патенте №2075547 концентрации 0,050 г/дм³ не смогли выполнить замеры - шапку пены убирали вручную из-за избытка алкилсульфата натрия и опасности короткого замыкания. Заявленная концентрация оказалась избыточной при подаче пенообразователя в подающий карман ванны. При введении раствора алкилсульфата с заявленной концентрацией по прототипу из-за обильного вспенивания невозможно было определить истинную концентрацию в ванне.

Пример 6 - замеры выполнены над ванной регенерации в отделении безосновной технологии без использования пенообразователей с бортовой вытяжкой под колпаком. Концентрация серной кислоты в воздухе около ванн регенерации превысила ПДК в 2-3 раза, меди - в 1,3-1,7 раза.

Как следует из данных, приведенных в таблице 1, содержание кислоты и меди в пробах воздуха над ваннами регенерации с использованием алкилсульфата ниже ПДК по концентрации серной кислоты и меди в 4-13 раз, чем с бортовой вытяжкой.

Положительные результаты испытаний и функционирования способа в условиях работы АО «Уралэлектромедь» позволяют считать заявляемый способ электроэкстракции меди из сульфатных электролитов промышленно применимым.