Способ электролитического рафинирования меди и электролит для его осуществления Советский патент 1985 года по МПК C25C1/12 

I

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к электролитическому районированию меди.

Известен способ электролитического рафинирования меди в присутствия поверхностно- активных вещеетв позволяющих повысить катодну nnotHocTb тока f .

Эйектролиз проводят при плотноетя тока 330-340 А/м, температуре :f ac:TBopoB в электролизерах 6063 € и скорости циркуляции электролита 32,5-33,5 л/мин в электролите следующего состава, г/л:

СеряокМслгя

медь 46,7-49,3 (по меди)

Серная кислота 107-t28,4

Ион хлора 0,05

Столярный

клей 0,03-0,065

Диметнлолтиомочевина 0,07-0,150

Недостатком данного способа является невысокая плотность тока (330-340 А/м).

того, электролит этого со тава не позволяет получить мелкозернистый с гладкой поверхностыб катодньй осадок, так как при повышении плотности тока выше 340 А/м образуются дендрйты, и осадок резк ухудшается по качеству.

В данном способе наблюдается повышенный расход диметилолтиомочевины (90-120 г на 1 т катодной меди) вследствие разложения при повышенной температуре электролита.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ электролитического рафинирования меди в присутствии поверхностноактивных веществ и электролит для его осуществления f2J .

Электролиз проводят при плотности тока 350-400 А/м, температуре 60-65 С и скорости циркуляции элекTpomiTa 30-35 л/мин.

Используется электролит следующего состава, г/л:

Сернокислая

медь 40-60 (по меди)

Серная -кислота 150-270

Ион хлора 0,03-0,07

Желатин 0,003-0,080

1543782

Высокомолекулярныеалифатические амины

5 фракции С| 1 0, 012-0,072 Синтетический стиральныйпорошок 0,010-0,064

На 1 т полученной катодной меди расходуется, г: соляная кислота 240, желатин 79, алифатические амины 20 и синтетические моющие средства 40.

Недостатком известного способа является то, что электролит данного Состава не позволяет получать плотные с гладкой поверхностью катоды При плотности тока выше 400 А/м. „ Кроме того, повьшение температуры раствора в электролизере (до 65 С) ведет к перерасходу энергии, идущей на подогрев растворов, к понижению выхода по току за счет корродирования анодов и ухудшению условий окружающей среды, а повьшенная скорость циркуляции электролита приводит к взмучиванию электролитного шлама и ухудшению качества катодных осадков.

Известньй способ характеризуется повышенным расходом используемых поверхностно-активных веществ, большим ассортиментом ПАВ: хлорионы желатин, алифатические амины и 5 синтетические СП.

Цель изобретения - повьюение качества катодной меди и понижение расхода реагентов.

Поставленная цель достигается тем, чтр согласно способу электролитического рафинирования меди в присутствии поверхностно-активных веществ, в качестве поверхностноактивного вещества используют моно и диалкипфениловые эфиры полнэтиленгликоля и электролиз ведут при 51-55 С.

Электролит для электролитического рафинирования меди, содержащий ® сернокислую медь и серную кислоту, дополнительно содержит моно- и диалкилфениловые эфиры полиэтиленгликоля при следующем соотношении компонентов, г/л: Сернокислая

медь .35-40 (по меди) Серная кислота120-180

3

Моно- и диалкилфениловые эфиры

полиэтиленгликоля 0., 005-0,070

С целью улучшения микроструктуры катодного осадка, электролит дополнительно содержит триамины при следующем соотношении компонентов, г/л: I

Сернокислая

35-48 (по меди

медь Серная кислота120-180Моно- и диалкилфениловые эфщ полизтиленгликоля 0,005-0,070 N -Алкил-S JC-N.(З-аминопропил)амин 0,004-0,030 Расход реагентов в предлагаемом способе в отличие от известного понижен и составляет, г/т: Моно- и диалкилфениловые э4«ры полиэтнленгликоля 10-40 N - Ал кил-Бес-N,(3-aмйнoпpoпил) амин 8-10 При плотности тока ниже 400 А/м снижается скорость процесса электролиза, а вьпйё 550 А/м заметно ухудшается качество осадков, появляются дендриты и микропоры по всему полотну катода. Повьйвенне скорости циркуляции вьше 30 л/мин приводит к механическому взмучиванию электролитного пшама;, возрастает переход микропримесей в катода, появляются дендриты и неровности . Пря скорости циркуляции ниже 25 л/мин и высоких плотностях тока (400-550) А/м затрудняется достав разряжающихся ионов в приэлектродный слой, что в свою очередь приводит к подгоранию осадков,растет поляризация и напряжение на ванне, последнее приводит к перерасходу электроэнергии. Температуру электролита необходимо поддерживать в пределах 51-55 0, так как ниже 51 растет вязкость электролита и пада электропроводность раствораj а выие заметно ухудшается структура катодных осадков, растут теп4378

ловые потери и ухудшаются условия окружающей среды.

Поверхностно-активное вещество: МОНО- и диалкилфениловые эфиры по5 лиэтиленгликоля общей формулы t(CH,),()H, где m 6-7, имеют промышленное название - смачиватель ДБ. Концентрацию смачивателя ДБ в электролите необходимо поддерживать в пределах 0,005-0,070 г/л, так как ниже . 0,005 г/л ощущается нехватка реагента, по полотну катода появляются полосы, выше 0,070 г/л растет расход реагента, осадки становятся

чрезмерно пластичными, растет вязкость электролита.

Концентрацию триамина необходимо поддерживать в пределах 0,0040,030 г/л по тем же причинам, что.и смачивателя ДБ. При концентрации триамина ниже 0,004 г/л положительное влияние на микроструктуру катодного осадка ослабевает, а выше 0,030 г/л появляются микропоры.

С вводом в состав электролита смачивателя ДБ структура обадков резко Меняется, осадок становится мелкокристаллическим и шютньм.

0 Ввод наряду со смачивателем триамина приводит к получению более мелкокристаллических осадков. Увеличение перенапряжения при разряде ионов металлов приводит к получению

5 мелкокристаллических плотных осадков. Вводимые в электролит поверхностно-активные вещества, адсорбируясь на поверхности электрода, способствуют увеличению перенапряжения вьщеления меди. Благотворное влияние смеси смачивателя ДБ и триамина на микроструктуру катодного осадка объясняется образованием прочной адсорбционной пленки на

5 границе раздела электрод/электролит.

электрорафинирование меди во всех опытах проводят в ваннах ящичного типа, выполненного из органического стекла, который является моделью промьшшенного.электролизера

Дозирование ПАВ проводят путем введения в состав электролита соответств5тещего количества предварительно растворенного в дистиллированной воде смачивателя ДБ (исходная концентрация 10 г/л) и трнамина (10 г/л).

I

Пример 1. Электрорафинироваиие проводят при следующих условиях:

Плотность тока на катоде,

Температуры электролита, С55 Скорость циркуляции электролита, л/мин 28 Продолжительность электролиза, ч 1 Напряжение на ванне,В 0,41 Электролит готовят следуняцим образом.

156,25 г медного купороса растворяют в 1 41 серной кислоты концентрации 170 г/л. В приготовленную таким образом основу электролита добавляют 0,05 г смачивателя ДБ в результате получают электролит следующего состава, г/л: Сернокислая

медь 40 (по меди) Серная кислота 1 70 Смачиватель ДБ 0,05 Выход меди по току 97,2%, производительность электролизера 17,0 г/ч, получена медь чистой 99,993%. Осадок крупнокристалличекий (КК), полублестящий (ПБ), плоный (пл). Расход реагента, 31,4 г

Пример 2. Электрорафинирование меди проводят при следующ условиях:

Плотность тока на катодеТемпература электро51

лита , С

Скорость циркуляции электролита, л/мин 25 Продолжительность электролиза, ч 6 Напряжение на ванне,В 0,36

Электролит готовят следующим образом.

136,7 г медного купороса растворяют в 1 л серной кислоты концентрации 120 г/л, В приготовленную таким образом основу электролита добавляют 0,005 г смачивателя ДБ, в результате получают электролит следующего состава, г/л:

Сернокислая медь 35 (по меди)

Серная кислота 120

Смачиватель ДБ 0,005

4378

Вьпсод меди по току 96,8%, производительность электролизера 13,6 г/ч. Получена медь чистотой 99,99%. Осадок крупнокристаллический (КК), полублестящий (ПБ), плотный (пл). Расход реагента, 10 г/т. Пример 3. Электрорафинирование меди проводят При следующих условиях:

О Плотность тока на катоде, Температура электролита, °С 55 Скорость циркуляции 5 электролита, л/мин 30 Продолжительность электролиза, ч 6 Напряжение на ванне,В 0,43 Электролит готовят следующим 0 образом.

187,5 г медного купороса растворяют в 1 л серной кислоты концентрации 180 г/л. В приготовленную таким образом основу электролита 5 добавляют 0,07 г смачивателя ДБ, в результате получают электролит следующего состава, г/л:

Сернокислая

медь 48 (по меди) Серная кислота 180 Смачиватель ДБ 0,07 Выход меди по току 97,1%, получена медь чистой 99,99%. Осадок крупнокристаллический, полублестящий, плотный. Расход реагента, 40 г/т. Производительность электролизера 18,7 г/ч.

Пример 4. Электрорафинирование меди проводят при следующих условиях:

Плотность тока на катоде,

Температура электролита, с55 Скорость циркуляции электролита, л/мин 28 Продолясительность электролиза, ч 1 Напряжение на ванне, В 0,39 Электролит готовят следующим образом.

156,25 г медного купороса растворяют в 1 л серной кислоты концентрации 170 г/л. В приготовленную таким образом основу электролита 7 добавляют 0,05 г смачивателя ДБ 0,008 г триамина, в результате получают электролит следующего состава, г/л: Сернокислая медь-40 (по ме Серная кислота 170 Смачиватель ДБ 0,05 Триамин0,008 Выход меди по току 98,1%, пол чена медь чистой 99,99%. Осадок мелкокристаллический, полублестя плотный. Расход реагентов, г/т: ДБ 31,4, триамин 11. Производите ность электролизера 17,2 г/ч. Пример 5. Электрорафини вание меди ведут при следующих условиях: Плотность тока на катоде, А/м . 400 Температура электролита, °С51 Скорость циркуляции электролита, л/мин 25 Продолжительность электролиза, ч1 Напряжение на ванне, В 0,4 Электролит готовят следующим образом. 136,7 пятиводной сернокислой меди растворяют в 1 л серной кис ты концентращ1и 120 г/л. В приго товленную Таким образом основу электролита добавляют 0,005 г см чивателя ДБ и 0,004 триамина, в зультате получают электролит сл дующего состава, г/л: Сернокислая медь 35 (по м Серная кислота 120 Смачиватель ДБ 0,005 Триамин 0,004 Выход меди по току 97,6%, полу чена медь чистотой 99,99%. Осадо мелкокристаллический, полублестя плотный. Расход реагентов, г/т: ДБ 10, триамин 8. Производительность электролизера 13,7 г/ч. Пример 6. Электрорафини вание меди ведут при следующих условиях: Плотность тока, А/м 550 Температура электролита,°С55 Скорость циркуляции электролита, л/мин 30 Продолжительность электролиза, ч 6 8 Напряжение на ванне, В 0,46. Электролит готовит следующим образом. 187,5 г пятиводной сернокислог) меди растворяют п I л серной киг.лоты концентрации 180 г/л. В приготовлет(ную таким образом основу электролита добавляют 0,07 г смачивателя ДБ и 0,03 г триамина, в результате получают электролит следующего состава, г/л: Сернокислая медь 48 (по меди) Серная кислота 180 Смачиватель ДБ 0,07 Триамин0,03 Выход меди по току 97,7%, получена медь чистотой 99,99%. Осадок мелкокристаллический, полублестящий, плотный. Расход реагентов, г/т: ДБ 40, триамин 16. Производительность электролизера 18,8 г/ч. Пример 7. Электрорафинироание меди ведут при следующих словиях: Плотность тока, А/м 500 Температура электролита, с55 Скорость циркуляции электролита,л/мин 29 Продолжительность э яектролиэа, ч 1 Напряжение на ванне, В 0,45 Электролит готовят.следующим бразсм. 196,7 г пятиводной сернокислой еди растворяют в 1 л серной кислоы концентрации 140 г/л. В пригоовленную таким образом основу лектролита довавляют 0,05 г смачиателя ДБ и 0,09 г триамина, в реультате получают электролит слеующего состава, г/л: Сернокислая медь 35 (по меди) Серная кислота Т40 Смачиватель ДБ 0,05 Триамин0,03 Выход меди по току 97,6%, полуена медь чистотой 99,99%.Осадок елкокристаллический, полублестящий, лотный. Расход реагентов, г/т: Б 37,4 триамин 16,0. Произвоительность электролизера 17,0 г/ч. садки полученные по предлагаемому пособу, отличаются тонкокристаллиеской структурой, являются гшотныи и ровными. Таким образом, увеличение плотости тока до 500 А/м с применени9 115 ем известных поверхностно-активных веществ (электролита) приводит к резкому ухудшению качества осадна, Применение изобретения обеспечивает повышение производительности процесса (до 18,8 г/ч по предложенному способу и до 11,6 г/ч по известному) в 1,6 раза, значительную экономию энергии, расходуемой на подогрев растворов в электролизерах, так как температура снижается до 51 С; улучшение условий окружающей среды за счет сокращения испарений серной кислоты при понижении температуры электролита, повышение качества катодной меди. 810 Дополнительный ввод в состав электролита N -aлкип-Б1 c-N ,N-(3-аминопропил)амина .улучшает микроструктуру катодной меди, получаются мелкокристаллические, компактные и полу1блестящие катодные осадки. Кроме того, понижается расход используемых поверхностно-активных веществ на единицу веса получаемой катодной меди, например расход моно- и диалкилфениповых зфиров полиэтиленгликоля составляет 1040 г/т, а N -алкил-5кс-Н,N -(3-аминопропил)амина 8-16 г/т. Понижение расхода реагентов может дать значительную .экономию в условиях многотоннажного электролитного производства.

1. Способ электролитического рафинирования меди в присутствии поверхностно-активных веществ, отличающийся тем, что, с целью повьаения качества катодной меди и снижения расхода реагентов, в качестве поверхносГно-активного вещества используют моиои диалкилфен11ловые эфиры полиэтиленгликоля и электролиз ведут при 51-55°С. 2. Электролит для электролитического рафинирования меди, содержащий сернокислую медь и серную кислоту, отлич ающи.й с я тем, что он дополнительно содержит монои диалкилфениловые эфиры полиэтиленгликоля при следующем соотношении компонентов, г/л: Сернокислая 35-40 (по меди) медь 120-180 Серная кислота Моно- и диалкилфениловые эфиры полиэтиленгликоля 0,005-0,070 3. Электролит по п.2, о т л ичающийся тем, что, с целью улучшения микроструктуры катодного осадка, он дополнительно содержит Л триамины при следукицем соотношении компонентов, г/л: Сернокислая 35-48 (по меди) медь Серная кис120-180 лота Моно- и диалкилфениловые эфиры полиэтиленгли0,005-0,070 коля н-алкил-Sk-N N -