1.3 Практика процесса электролиза
Для электролитического рафинирования применяют железобетонные ванны ящичного типа длиной 3-5,5, шириной 1 и глубиной 1,2-1,3 м, футерованных внутри кислотостойкими материалами (винипласт, стеклопластик и др.). В ванне подвешивают аноды и между ними катоды — пластины из чистой меди.
Все электроды в отдельных ваннах – катоды и аноды – включены параллельно, а ток через блоки и серии последовательно. Аноды и катоды подвешивают поочередно.
При установке в ванну анодов их укладывают одним из ушек на токопроводящую шину или же соединяют с катодной штангой катодов соседней ванны. Подвод тока от источника питания осуществляется только к крайним шинам блока или к серии ванн.
Электродами при электролитическом рафинировании меди служат аноды, полученные в результате огневого рафинирования меди и катодные основы.
Аноды представляют собой слитки пластинчатой формы, отлитые с ушками, которыми они опираются на токоподводящие шины и борта ванн. Обычно на одном из ушков при отливке, делают углубление для размещения в нем катодной штанги.
Катодные основы изготавливают из медных листов, полученных электролитическим путем в специальных ваннах при меньшей плотности тока, что способствует получению ровной и плотной поверхности катодного осадка. Размеры катодных основ превышают размеры анодов по длине на 25–50 мм, по ширине на 50–60 мм. Это в значительной степени предотвращает повышение плотности тока на краях катодных листов и образование на них крупных дендритов и шишек. Катодные основы подвешивают в ваннах на медных трубчатых штангах.
Число катодов в ванне всегда на один больше, что обеспечивает равномерное растворение всех анодов, включая крайние.
После тщательной промывки часть катодов направляют потребителям, а основное количество переплавляют для получения слитков и литых заготовок.
Время наращивания катода в зависимости от плотности тока составляет от 6 до 15 суток, анод растворяется в течение 20–30 сут. Масса катода перед выгрузкой из ванны достигает 60–140 кг. Анодные остатки (12–18 % от первоначальной массы) переплавляют в анодных печах в новые аноды.
В процессе электролиза электролит загрязняется примесями и обогащается медью. Накопление меди происходит за счет того, что анодный выход по току меди больше катодного выхода вследствие образования на аноде некоторого количества ионов Cu+. Обогащение 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 или мышьяк.
Вывод электролита на регенерацию 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 часа.