1.4. Переработка электролита
Выводимый из циркуляции электролит содержит медь, серную кислоту и металлы-спутники. Задача его переработки заключается в использовании всего ценного, что в нем содержится. Процесс начинается с извлечения избыточной меди. В зависимости от того, в каком виде необходимо и целесообразно выделить медь (в виде металлической или в виде медного купороса), применяют разные методы ее извлечения.
В первом случае электролит поступает в ванны с нерастворимыми свинцовыми анодами, где из электролита на катодах основная масса меди выделяется в виде товарного металла. При электролизе в регенерационных ваннах на катодах происходит обычный процесс осаждения меди из раствора (Сu2+ + 2е → Сu0), а на анодах из свинца – разряд молекул воды с выделением свободного кислорода:
H2O – 2e → 1/2O2 + 2H+ (1.7)
Таким образом, в регенерационной ванне в результате электрохимического процесса, описываемого суммарной реакцией:
CuSO4 + Н2О = Сu + Н2SO4 + 0,5O2 (1.8)
электролит обедняется медью и обогащается серной кислотой.
После выделения большей части меди отработанный электролит направляют в следующую серию ванн с нерастворимыми анодами, в которых из электролита выделяется максимально полно вся оставшаяся медь.
При малой концентрации меди в растворе в этих ваннах вместе с ней на катоде выделяются мышьяк, сурьма и другие примеси. Осадок на катоде при этом получается рыхлый, порошкообразный, и его направляют на специальную переработку. В процессе электролиза с нерастворимыми анодами в электролите регенерируется серная кислота, и, если примеси из него выделены с достаточной полнотой, он может быть возвращен в процесс основного электролиза для корректировки состава рабочего электролита. Это возможно, в частности тогда, когда анодная медь не содержит никеля или содержит его в очень малом количестве. Напряжение на ванне при этом – 2,0–2,5 В, расход электроэнергии – 3 200 кВт ·ч на 1 т меди. После обезмеживания электролит возвращают на электролиз, а медные катоды переплавляют.
В том случае, когда целесообразнее получать медь в виде товарного медного купороса, переработку электролита начинают с нейтрализации серной кислоты. Кислоту нейтрализуют металлической медью:
Сu + Н2SO4 + 1/2O2 = CuSO4 + Н2O (1.9)
После нейтрализации раствор упаривают, для повышения концентрации солей и из него кристаллизуют медный купорос CuSO4·5Н2О.
Кристаллизацию медного купороса проводят в три стадии. Раствор после третьей стадии, содержащий 50 -60 г/л Сu, подвергают электролитическому обезмеживанию в ваннах с нерастворимыми анодами. В результате электролизе получают рыхлый катодный осадок меди, загрязненный мышьяком и сурьмой, который отправляют на медеплавильные заводы.
При электролитическом осаждении из растворов, содержащих менее 10 – 12% Сu, может выделяться очень ядовитый газ – мышьяковистый водород (AsH3).
Катодную медь отправляют в переплав, а обезмеженный раствор – на получение никелевого купороса кристаллизацией выпариванием.
Остаточный раствор после выделения никеля, содержащий серную кислоту, возвращают в электролизный цех для приготовления свежего электролита.
Основным продуктом электролиза являются катоды, применение которых ограничено. Поэтому катоды переплавляют с получением слитков бескислородной меди (вайербарсов) или медных прутков (катанки) диаметром 8–16 мм.
Получающиеся при электролитическом рафинировании шламы перерабатывают для извлечения благородных металлов, селена и теллура. Стоимость компонентов шлама окупает в большинстве случаев все затраты на рафинирование меди.