Содержание

1. Введение…………………………………………………………………4-5

2. Электролитическое рафинирование меди…………………………….6-14

3. Способы совершенствования электролитического рафинирования

меди…………………………………………………………………….14-17

4. Расчет процесса электролитического рафинирования меди...……..18-32

5. Список литературы……………………………………………………….33

Введение

Медь добывают из оксидных и сульфидных руд. Из сульфидных руд выплавляют 80% всей добываемой меди. Как правило, медные руды содержат много пустой породы. Поэтому для получения меди используется процесс обогащения. Медь получают методом ее выплавки из сульфидных руд. Процесс состоит из ряда операций: обжига, плавки, конвертирования, огневого и электролитического рафинирования.

Высокосернистые руды и концентраты подвергают в многоподовых печах и в печах кипящего слоя обжигу при температуре до 850°С в окислительной атмосфере. При этом выгорает значительная часть серы. Продуктом обжига является обожженная шихта — огарок и газы, содержащие сернистый ангидрид, который используют для производства серной кислоты. Получающиеся в процессе обжига оксиды железа, цинка и других примесей отделяются в виде шлака при плавке. После обжига руда и медный концентрат подвергаются плавке на штейн, представляющий собой сплав, содержащий сульфиды меди и железа. Чаще всего плавка производится в пламенных отражательных печах. Температура в зоне плавки 1450°C.

С целью окисления сульфидов и железа, полученный медный штейн подвергают продувке сжатым воздухом в горизонтальных конвертерах с боковым дутьём. Образующиеся окислы переводят в шлак. Температура в конвертере составляет 1200-1300°C. В ходе конвертирования выделяется диоксид серы и получается черновая или сырая медь. Для извлечения ценных (Au, Ag, Te и т.д.) и для удаления вредных примесей черновая медь подвергается сначала огневому, а затем электролитическому рафинированию.

Сущность огневого рафинирования черновой меди заключается в окислении примесей, удалении их с газами и переводе в шлак. После огневого рафинирования получают медь чистотой 99,0 - 99,7%. Её разливают в изложницы и получают чушки для дальнейшей выплавки сплавов (бронзы и латуни) или слитки для электролитического рафинирования.

Электролитическому рафинированию подвергают огневую и анодную медь для получения наиболее чистой меди с содержанием ее 99,9% и для извлечения золота, серебра, селена, теллура и других примесей.

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

Электролитическое рафинирование меди преследует две цели:

1) получение меди высокой чистоты (99,90—99,99%Сu), удовлетворяющей требованиям большинства потребителей;

2) извлечение попутно с рафинированием благородных и других ценных компонентов (Se, Те, Ni, Bi и др.).

Электролитическое рафинирование меди

Сущность электролитического рафинирования меди заключаются в том, что литые аноды и тонкие матрицы из электролитной меди, титана или нержавеющей стали – катоды попеременно завешивают в электролитную ванну, заполненную электролитом, и через эту систему пропускают постоянный ток.

При включении ванн в сеть постоянного тока происходит электрохимическое растворение меди на аноде, перенос катионов через электролит и осаждение ее на катоде. Примеси меди при этом в основном распределяются между шламом (твердым осадком на дне ванн) и электролитом.

Рис.1. Схема электролитического рафинирования меди

Электролит содержит водный раствор сульфата меди (160–200 г/л), серную кислоту (135–200 г/л), поверхностно–активные добавки (столярный клей и тиомочевину) для улучшения структуры катодных осадков; расход последних 50–60 г/т меди.

1.1.Химизм электролиза и поведение примесей

На медном аноде возможны следующие электрохимические реакции:

Сu⁰– 2е → Cu²⁺, Е = +0,34 В (1.1)

Cu → Cu⁺ + e, E = +0,51 B (1.2)

Cu⁺ → Cu²⁺ + e, E = +0,17 B (1.3)

На катоде протекают те же электрохимические реакции, но в обратном направлении. Соотношение между одновалентной и двухвалентной медью в растворе определяется равновесием реакции диспропорционирования.

Cu⁺ ↔ Cu⁰+ Cu²⁺ (1.4)

Следовательно, в состоянии равновесия концентрация в растворе ионов Сu⁺ примерно в тысячу раз меньше, чем концентрация ионов Сu²⁺. Тем не менее реакция имеет существенное значение для электролиза. Она в частности определяет переход меди в шлам.

На аноде также имеет место прямое химическое растворение меди по

реакции

Сu + H₂SО₄ + 0,5О₂ = CuSО₄ + H₂О (1.5)

На катоде выделение меди идет в основном за счет разряда ионов двух-валентной меди:

Сu²⁺ + 2е = Сu⁰ (1.6)

В результате протекания реакций раствор обогащается медью и объединяется серной кислотой. Для поддержания в электролите постоянной концентрации меди и серной кислоты необходимо электролит регенерировать электролизом с нерастворимыми анодами.

Основными требованиями, предъявляемыми к электролиту, являются его высокая электропроводность (низкое электрическое сопротивление) и чистота. Однако реальные электролиты, помимо сульфата меди, серной кислоты, воды и необходимых добавок, обязательно содержат растворенные примеси, содержащиеся до этого в анодной меди. Поведение примесей анодной меди при электролитическом рафинировании определяется их положением в ряду напряжений. По электрохимическим свойствам примеси можно разделить на четыре группы:

I группа — металлы более электроотрицательные, чем медь (Ni, Fe, Zn и др.);

II группа — металлы, близко стоящие в ряду напряжений к меди (As, Sb, Bi);

III группа — металлы более электроположительные, чем медь (Au, Ag и платиноиды);

IV группа — электрохимически нейтральные в условиях рафинирования меди химические соединения (Cu₂S, Cu₂Se, Cu₂Te, AuTe₂, Ag₂Te).

Примеси первой группы, обладающие наиболее электроотрицательным потенциалом, практически полностью переходят в электролит. Исключение из числа примесей этой группы составляют олово и свинец, которые выпадают в шлам вследствие образования нерастворимых в сернокислом электролите соединений – Sn(OH)₂ и PbSO₄.

Электроотрицательные металлы могут попадать в катодную медь в основном в виде межкристаллических включений раствора или основных солей, особенно при их значительной концентрации в электролите. В практике электролитического рафинирования меди не рекомендуется допускать их концентрацию в растворе свыше следующих значений, г/л: 20 Ni; 25 Zn; 5 Fe.

Примеси II группы, имеющие близкие к меди электродные потенциалы, являются наиболее вредными с точки зрения возможности загрязнения катода. Будучи несколько более электроотрицательными по сравнению с медью, они полностью растворяются на аноде с образованием соответствующих сульфатов, которые накапливаются в электролите. Однако сульфаты этих примесей неустойчивы и в значительной степени подвергаются гидролизу, образуя основные соли (Sb и Bi) или мышьяковистую кислоту (As).

Для предотвращения попадания этих наиболее опасных примесей в катодные осадки необходимо не допускать повышения их концентраций выше предельно допустимых. На практике это достигается выводом мышьяка, сурьмы и висмута из раствора при регенерации электролита.

Более электроположительные по сравнению с медью примеси (III группа), к которым относятся благородные металлы (главным образом, Au и Ag), в соответствии с положением в ряду напряжений должны переходить в шлам в виде тонкодисперсного остатка.

По мере растворения анода они теряют с ним механическую связь и на 98 – 99% осыпаются в шлам.

Примеси IV группы вследствие электрохимической нейтральности и малой растворимости в электролите также практически полностью переходят в шлам подобно благородным металлам.

Таким образом, в результате электролитического рафинирования анодной меди все содержащиеся в ней примеси распределяются между катодной медью, электролитом и шламом.