7. Контрольные вопросы

1. Цель процесса электролитического рафинирования.

2. Продукты электролитического рафинирования, их состав.

3. Химизм процесса электролитического рафинирования.

4. Уравнение Нернста. Определение напряжения, необходимого для электролитического рафинирования.

5. Закон Фарадея и вольт-амперная характеристика процесса электролитического рафинирования.

6. Влияние напряжения в цепи на силу тока при электролизе.

7. Конструкция горизонтального электролизера.

8. Оценка передела электролитического рафинирования.

8. ЗАДАНИЕ: Рассчитать электрическую нагрузку на ванну. Провести в лабораторных условиях процесс электролитического рафинирования с получением катодной меди. Определить извлечение меди в катодную медь. Обработать результаты.

Лабораторная работа №5 регенерация электролита с получением медного купороса

1. Цель и задачи:

Воспроизвести в лабораторных условиях процесс регенерации отработанного электролита электролитического рафинирования меди с получением медного купороса.

2. Краткие теоретические сведения

Электролитическое рафинирование меди является заключительной стадией переработки медных руд и концентратов на катодную медь.

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 количества ионов Си⁺. Обогащению электролита медью способствует также химическое растворение в нем катодной и анодной меди и содержащихся в анодах ее оксидов.

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.

Регенерацию электролита с целью его обезмеживания можно проводить несколькими способами. В настоящее время распространено выделение меди электролизом с нерастворимыми (свинцовыми) анодами.

При электролитическом способе медь осаждается из раствора на катоде, а на свинцовых анодах выделяется кислород:

Си²⁺ + 2е = Си;

Н₂0 - 2е = 2Н⁺ + 1/20₂.

В результате этих двух реакций раствор обедняется медью и обогащается свободной серной кислотой. После частичного обеднения медью такой электролит можно возвратить в основной электролиз. Осаждение меди электролизом с нерастворимыми анодами характеризуется повышенным расходом электроэнергии на 1т меди (до 3000 ... 3500 кВт * ч) вследствие высокого напряжения на ванне, которое составляет 2...2,5 В и слагается из потенциалов образования меди и кислорода из ионов. Этот способ прост, но дорог.

На многих заводах регенерацию электролита совмещают с получением медного купороса. По этому способу отобранный раствор нейтрализуют в присутствии воздуха анодным скрапом или специально приготовленными гранулами меди. В результате протекания реакции

Си + H₂S0₄ + 1/20₂ = CuS0₄ + Н₂0

раствор обогащается медью и обедняется серной кислотой.

Затем полученный раствор упаривают и направляют в кристаллизаторы, где при охлаждении из него выделяются кристаллы медного купороса

(CuS0₄ * 5Н₂0). Для интенсификации процесс получения медного купороса проводят в вакуумных кристаллизаторах.

Кристаллизацию медного купороса проводят в три стадии. Раствор после третьей стадии процесса, содержащий 50... 60 г/л Си, подвергают электролитическому обезмеживанию в ваннах с нерастворимыми анодами. В результате электролиза получают рыхлый катодный осадок меди, загрязненный мышьяком и сурьмой, который отправляют на медеплавильные заводы, и раствор, содержащий ~ 1 г/л Си.

При электролитическом осаждении из растворов, содержащих менее 10... 12 г/л Си, может выделяться очень ядовитый газ - мышьяковистый водород (AsH₃).

Обезмеженный раствор отправляют на получение никелевого купороса кристаллизацией выпариванием. Остаточный раствор после выделения никеля, содержащий серную кислоту, возвращают в электролизный цех для приготовления свежего электролита.