3.3.5. Рафинирование меди

3.3.5.1. Огневое рафинирование

Черновая медь всегда подвергается рафинированию для удале­ния из нее примесей, ухудшающих ее свойства, а также для извле­чения из нее золота и серебра. В современной практике рафинирова­ние проводят последовательно двумя принципиально различными методами: пирометаллургическим и электролитическим.

Огневое (пирометаллургическое) рафинирование меди проводят в отражательных печах. В отличие от отражательных печей для получения штейна эти печи меньших размеров (ширина 5 м, длина 12 - 15 м, глубина ванны 0,9 м).

Рис.10. Отражательная печь для рафинирования меди:

1 – столбчатый фундамент; 2 – подина; 3 – газоход; 4 –распорно-подвесной свод; 5 – горелка; 6 – рабочее окно с заслонкой; 7 – шлаковое окно; 8 – щелевая летка

Весь цикл огневого рафинирования состоит из операций: за­грузки и расплавления, окисления примесей, удаления газов, раскисления меди и разливки; он занимает обычно 12 - 16 ч. Примеси в черновой меди окисляют воздухом, который вдувают через стальную трубку диаметром 20 - 40 мм, футерованную огнеупорами и погружаемую в расплавленную медь.

Медь после огневого рафинирования подают на разливочные машины для отливки анодов, квадратных плит с ушками, имеющими толщину 40 - 50 мм, длину и ширину - ~ 1 м . Указанные аноды направляют на электролитическое рафинирование. Анодная медь содержит 99,4 – 99,6 % меди, остальное примеси, в том числе золото, серебро, селен и теллур. В среднем в 1 т меди содержится 30 – 100 г золота и до 1000 г серебра. Такую медь обязательно подвергают рафинированию методом электролиза.

3.3.5.2. Электролитическое рафинирование меди

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.

Одним из методов очистки от примесей является электролитическое рафинирование, основанное на различии потенциалов выделения из растворов различных элементов.

Следовательно электролитическая ячейка состоит из катода, анода и электролита, рис. 11.

Рис. 11. Схема электролитического рафинирования меди: 1- катод; 2 – катодная штанга; 3 – анод; 4 – токоподводящие шины

Электролит – водный раствор сульфата меди (160 – 200 г/л) и серной кислоты (135 – 200 г/ л). Анод – литая черновая медь; катод – матрица – тонкие лист из электролитной меди

В черновой меди элементы подразделяются на элементы имеющие различный потенциал выделения по отношению к водороду:

1. Электроотрицательные – Fe, Ni, Co, Zn, Sn, Pb, которые практически полностью растворяются на аноде, могут попасть в раствор и выделиться на катоде совместно с медью, если их концентрация становится выше определенного предела. Для избежания их выделения необходимо не допускать повышение их концентрации выше определенного предела или предварительно от них очищаться другими методами ;

2. Близкие потенциалы выделения к меди – As, Sb, Bi. Их переход в катодный металл наиболее вероятен. Для избежания их выделения электролит периодически выводится из цикла и подвергается регенерации;

3. Электроположительные - Au, Ag. В условиях электролиза не растворяются и остаются в анодном шламе.

4. Примеси химических соединений - Cu₂S, Cu₂Se, Cu₂Te. Вследствие электрохимической нейтральности и малой растворимости в электролите переходят в шлам совместно с благородными металлами.

Механизм электролитического рафинирования меди включает следующие элементарные стадии:

1. электрохимическое растворение меди на аноде с от­рывом электронов и образованием катиона:

Сu -2 е → Сu ²⁺;

2. перенос катиона через слой электролита к поверхности катода;

3. электрохимическое восстанов­ление катиона меди на катоде:

Cu ² + 2 e → Cu;

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

Электролитическое рафинирование меди проводят в ваннах, на­полненных раствором сернокислой меди, подкисленным серной кис­лотой. Размеры ванн зависят от размеров и числа электродов. В ван­нах устанавливают до 45 катодов и 44 анода. Корпуса ванн изготов­ляют из бетона или дерева, стенки ванны внутри покрывают вини­пластом, свинцом или другим кислотоупорным материалом. Аноды соединяют с положительным полюсом источника постоянного тока (рис. 12).

Ионы меди из раствора восстанавливаются и плотными кристал­лами оседают на катодных основах.

Рис. 12. Электролизная ванна для рафинирования меди:

1 — деревянный корпус ванны; 2 — аноды; 3 — катоды; 4 — отверстие для удаления шлака

Катоды, извлеченные из ванн, тщательно промывают водой, а за­тем их направляют для переплавки или производства сплавов в элек­трических или отражательных печах.

Сульфатная медь

В электролизном цехе (электролитическая ванна)