Способ электролитического рафинирования меди и электролит для его осуществления

(51) С 25 С 1/ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТИ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ки сеи. й м одержит моноры полиэтим соотно еди) 35-40 20-18 свидетельство СССР25 С 1/12) 1979. 5-48 (по меди) 120-180 и диалкилфенило вые эфиры п лиэтиленгли 5-0,070 ко Н -алкил-очс-й )Нй(71) Казахский ордена ТрудовогоКрасного Знамени государственныйуниверситет им. С.И. Кирова(54) СПОСОБ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОГОРАФИНИРОВАНИЯ МЕДИ И ЭЛЕКТРОЛИТДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ.(57) 1. Способ электролитическогорафинирования меди в присутствииповерхностно-активных веществ,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью повьюиення качества катодной меди и снижения расхода. реагентов, в качестве поверхностно"активного вещества используют монон диалкилфеннловые эфиры полиэтиленгликоля и электролиз ведут при51-550 С,2. Электролит для электролитичес.кого рафинирования меди, содержащий сернокислую медь и лоту, о т л и ч а ю щ что он дополнительно с и диалкилфениповые эфи ленгликоля при следующ нии компонентов, г/л:Сернокислая медьСерная кислота 1 Моно- и диал- килфениловые эфиры полиэтиленгликоля 0,005-0,070 3. Электролит по п.2, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью улучшения микроструктуры катодног осадка, он дополнительно содержит триамины при следующем соотношени компонентов, г/л:Сернокислаямедь 3Серная кис- лотаИзобретение относится к цветной металлургии, в частности к электролитическому рафинированию медиэИзвестен способ электролитического рафинирования меди в присутствия поверхностно-активных веществ, позволяющих повысить катодную зщотиость тока Я .Заектролиз проводят при плотносте тока 330-340 А/м, теипературе растворов в электролизерах 60- 63 С и скорости циркуляции электролита 32,5-33,5 л/мии в электролите следующего состава, г/л:Сериокислаямедь 46,7-49,3 (по меди)Серная кислоте 107-1284Ион хлора О,О 5Столярныйклей0,03-0,065Диметилолтиомочевииа 0,07-0,150Недостатком данного способа является невысокая плотность тока (330-340 А/м) .Кроме того, электролит этого составе не позволяет получить мелкозернистый с гладкой поверхностью катодный осадок, так как при повышении плотности тока вьппе 340 А/и образуются дендриты, и осадок резко ухудшается по качеству.В данном способе наблюдается по" вышенный расход днметилолтиомочевины (90-120 г на 1 т катодной меди) вследствие разложения при повьиаенной температуре электролитаНаиболее близким к изобретению по технической сущности и достигае-. мому результату является способ электролитического рафинирования меди в присутствии поверхностно- активных веществ и электролит для его осуществления 21.Злектролиз проводят при плотности тока 350-400 А/м, температуре,60-65 С и скорости циркуляции электролита 30-35 л/мин.Используется электролит следующего состава, г/л:Сернокислаямедь40-60 (по меди)Серная кислотаИон хлораЖелатинВысокоиолекулярныеалифатические аминыфракции С, 0,012-0,072Синтетический стиральныйпорошок 0,010-0,064 1 ОНа 1 т полученной катодной медирасходуется, г: соляная кислота 240,желатин 79, алифатические амины 20н синтетические моющие средства 40,Недостатком известного способа 15является то, что электролит данногосостава не цозволяет получать плотные с гладкой поверхностью катодыпри плотности тока выпе 400 А/и;Кроме того, повышение темпера Ртуры раствора в электролиэере (доо65 С) ведет к перерасходу. энергии,идущей на подогрев растворов, кпонижению выхода по току эа счеткорродирования анодов и ухудшениюусловий окружающей среды, а повышенная скорость циркуляции электролитаприводит к вэмучиванио электролитного шлама и ухудшению качествакатодных осадков.ЗОюИзвестный способ характеризуе- ся повышенныи расходом используемыхповерхностно-активных веществ,большим ассортиментои ПАВ: хлорионы,желатин, алифатические амины и 35 синтетические СП.Цель изобретения - повышениекачества катодной меди и понижениерасхода реагентов.Поставленная цель достигается 4 О тем, что согласно способу электролнтического раФинирования меди в присутствии поверхностно"активныхвеществ, в качестве поверхностноактивного вещества используют моно и диалкилфениловые эфиры полнэтиленгликоля и электролиз ведутпри 51-55 С.Электролит для электролитического рафинирования меди, содержащий о сернокислую медь и серную кислоту,дополнительно содержит моно- ндиалкнлфениловые эфиры полиэтиленглнколя прн следующем соотношении компонентов, г/л:Сернокислаямедь 35-40 (по меди)Серная кислота 120-1805 1 О 120-180 10-40 50 55 Моно- и ди- алкилфениловые эфирыполиэтиленгликоля 0,005-0,070С целью улучшения микроструктуры катодного осадка, электролит дополнительно содержит триаминыпри следующем соотношении компонентов, г/л:1Сернокислаямедь 35-48 (по меди)Серная кислотаМоно- и ди- алкилфениловые эфиры но- лиэтиленгликоля 0,005-0,070Н -Апкил-."(3-аминопропил)амин .0,004-0,930Расход реагентов в предлагаемом способе в отличие от известного понижен и составляет, г/т:Моно- и диалкилениловые эфиры полиэтиленгликоляИ -Алкилос-Я ,И -(3-аминопропнл)амин 8-10При плотности тока ниже 400 А/м снижается скорость проЦесса электролиза, а выше 550 А/м заметно ухудшается качество осадков, появляются дендриты и микропоры по всему полотну катода. Повышение скорости циркуляции выше 30 л/мин приводит к механическому взмучиванию электролитного шлама, возрастает переход микропримесей в катоды, появляются дендриты и неровности . При скорости циркуляции ниже 25 л/мин и высоких плотностях тока (400-550) А/м затрудняется доставка разряжающихся ионов в приэлектродный слой, что в свою очередь приводит к ".нодгоранию" осадков, растет поляризация и напряжение на ванне, последнее приводит к перерасходу электроэнергии. Температуру электролита необходимо поддерживать .в пределах 51-.55 С, так как ниже 51 С растет вязкость электролита и падает электропроводность раствора аоФ выше 55 С заметно ухудшается структура катодных осадков, растут теп 15 20 ЗО 35.40 45 ловце потери и ухудшаются условия окружающей среды.Поверхностно-активное вещество: моно- и диалкилфениловые эфиры полиэтиленгликоля общей формулы (СН) С 1 С НО(С Н 0) Н, где ш = = 6-7, имеют промышленное название - смачиватель ДБ. Концентрацию смачивателя ДБ в электролите необходимо поддерживать в пределах 0,005-0,070 г/л, так как ниже 0,005 г/л ощущается нехватка реагента, по полотну катода появляются полосы, выше 0,070 г/л растет расход реагента, осадки становятся чрезмерно пластичными, растет вязкость электролита.Концентрацию триамина необходимо поддерживать в пределах 0,004- 0,030 г/л по тем же причинам, что,и смачивателя ДБ. При концентрации триаиина ниже 0,004 г/л положительное влияние на микроструктуру катод- ного осадка ослабевает, а выше 0,030 г/л появляются микропоры.С вводом в состав электролита смачивателя ДБ структура осадков резко меняется, осадок становится мелкокристаллическим и плотным. Ввод наряду со смачивателем триамина приводит к получению более мелкокристаллических осадков. Увеличение перенапряжения прц разряде ионов металлов приводит к получению мелкокристаллических плотных осадков. Вводимые в электролит поверхностно-активные вещества, адсорбируясь на поверхности электрода, способствуют увеличению перенапряжения выделения меди. Благотворное влияние смеси смачивателя ДБ и триамина на микроструктуру катодного осадка объясняется образованием прочной адсорбционной пленки на границе раздела электрод/электролит. Электрорафннирование меди во всех опытах проводят в ваннах ящичного типа, выполненного иэ органического стекла, который является моделью промьапленного. электролизера.Дозирование ПАВ проводят путем введения в состав электролита соответствующего количества предварительно растворенного в дистилли" рованной.воде смачивателя ДБ (исходная концентрация 10 г/л) и триамина.(10 г/л).28 П р и м е р 2. Электрорафинирование меди проводят при следующих условиях:Плотность тока на катоде А/м 400 Температура электролит.а, С 51 Скорость циркуляцииэлектролита, л/минПродолжительность. электролиза, чНапряжение на ванне,В 25 60,36 Электролит готовят следующим образом.136,7 г медного купороса растворяют в 1 л серной кислоты концентрации 120 г/л. В приготовленную таким образом основу электролита добавляют 0,005 г смачивателя ДБ, в результате получают электролит следующего состава, г/л:Сернокислая медь 35 (по меди) Серная кислота 120Смачиватель ДБ 0,005 П р и м е р 1. Электрорафинирование проводят при следующихусловиях:Плотность тока накатоде, А/м 500Температуры электролита, С 55Скорость. циркуляцииэлектролита, л/минПродолжительностьэлектролиза, ч 1Напряжение на ванне,В 0,41Электролит готовят следующимобразом,156,25 г медного купороса растворяют в 1 л серной кислоты концентрации 170 г/л. В приготовленную таким образом основу электролита добавляют 0,05 г смачивателя ДБ,в результате получают электролитследующего состава, г/л:Сернокислаямедь 40 (по меди)Серная кислота 170Смачиватель ДБ , 0,05Выход меди по току 97,7, про.изводительность электролизера17,0 г/ч, получена медь чистой99,9937 Осадок крупнокристаллический (КК), полублестящий (ПБ), плотный (пл), Расход реагента, 31,4 г/т. Выход меди по току 96,87., производительность электролизера13,6 г/ч. Получена медь чистотой99,993, Осадок крупнокристалличес кий (КК), полублестящий (ПБ), плотный (пл). Расход реагента, 10 г/т.П р и м е р 3. Электрорафинирование меди проводят при следующихусловиях:10 Плотность тока на катоде, А/м 550Температура электролита, С 55Скорость циркуляции15 электролита, л/мин 30Продолжительностьэлектролиза, ч 6Напряжение на ванне,В 0,43Электролит готовят следующим 20 образом.187,5 г медного купороса растворяют в 1 л серной кислоты концентрации 180 г/л. В приготовленнуютаким образом основу электролита 25 добавляют 0,07 г смачивателя ДБ, врезультате получают электролит следующего состава, г/л:Сернокислаямедь 48 (по меди)30Серная кислота 180СмачивательДБ 0,07Выход меди по току 97,17., полуЗ 5 чена медь чистой 99,993. Осадоккрупнокристаллический, полублестя"щий, плотный. Расход реагента,40. г/т. Производительность электролизера 18,7 г/ч,П р и м е р 4. Электрорафинирование меди проводят при следующихусловиях:Плотность тока накатоде, А/м 500Температура электролита, С 55Скорость циркуляцииэлектролита, л/мин 28Продолжительностьэлектролиза, ч 1Напряжение на ванне, В 0,39Электролит готовят следующимобразом.156,25 г медного купороса растворяют в 1 л серной кислоты концентрации 170 г/л. В приготовленнуютаким образом основу электролита25 55 добавляют 0,05 г смачивателя ДБ и 0,008 г триамина, в результате получают электролит следующего состава, г/л:Сернокислаямедь 40 (по меди)Серная кислота 170Смачиватель ДБ 0,05Триамин 0,008Выход меди по току 98,17, получена медь чистой 99,993. Осадок мелкокристаллический, полублестящий, плотный, Расход реагентов, г/т: ДБ 31,4, триамин 11. Производительность электролизера 17,2 г/ч.П р и м е р 5. ЭлектрораФинирование меди ведут при следующих условиях:Плотность тока на катоде, А/м 400Температура электролита, С 51Скорость циркуляцииэлектролита, л/минПродолжительностьэлектролиза, ч 1Напряжение на ванне, В 0,42Электролит готовят следующим образом.136,7 пятиводной сернокислой меди растворяют в 1 л серной кислоты концентрации 20 г/л. В приготовленную таким образом основу электролита добавляют 0,005 г смачивателя ДБ и 0,004 триамииа, в результате получают электролит сле;дующего состава, г/л:Сернокислая медь 35 (по меди)Серная кислота 120Смачиватель ДБ 0,005Триамин 0,004Выход меди по току 97,67, полуцена медь чистотой 99,993. Осадок мелкокристаллический, полублестящий, плотный. Расход реагентов, г/т: ДВ 10, триамин 8. Производительность электролиэера 13,7 г/ч.П р и и е р 6. Электрорафинирование меди ведут при следующих условиях:Плотность тока, А/м 1 550Температура электролита, СоСкорость циркуляцииэлектролита, л/мин 30Продолжительностьэлектролиза, ч 629 Напряжение на ванне, В 0,46,Электролит готовят следующим образом.187,5 г пятиводной сернокислой5меди растворяют в 1 л серной кислоты концентрации 180 г/л. В приготовленную таким образом основуэлектролита добавляют 0,07 г смачивателя ДБ и 0,03 г триамина, в результате получают электролит следующего состава, г/л:Сернокислая медь 48 (по меди)Серная кислота 180Смачиватель ДБ 0,07Трнамин 0,03Выход меди по току 97,7 Е, получена медь чистотой 99,997 Осадокмелкокристаллический, полублестящий,плотный . Расход реагентов, г/т:ДБ 40, триамин 16. Производительность электролизера 18,8 г/ч.П р и м е р 7, Электрорафинирование меди ведут при следующихусловиях:Плотность тока, А/м 500Температура электролита, С 55Скорость циркуляцииэлектролита,л/мин30Продолжительностьэяектролиза, чНапряжение на ванне, В 0,45Электролит готовят. следующимобразом,196,7 г пятиводной сернокислоймеди растворяют в 1 л серной кислоты концентрации 140 г/л, В приготовленную таким образом основуэлектролита добавляют 0,05 г смачи 40вателя ДБ и 0,09 г триаиина, в результате.получают электролит следующего состава, г/л:Сернокислая медь 35 (по меди)Серная кислота 140Смачиватель ДБ 0,05Триамин 0,03Выход меди по току 97,67, получена медь чистотой 99,997.,Осадокмелкокристаллицеский, полублестящий0Э Вплотный. Расход реагентов, г/т:ДВ 37,4 триамин 16,0. Производительность электролизера 17,0 г/ч.Осадки полученные по предлагаемомуспособУ отличаются тонкокристалли 55ческой структурой, являютСя плотными и ровными.Таким образом, увеличение плотности тока до 500 А/м с применени1154378 Составитель Л. РякинаТехред А,Кикемезей Корректор С. Черни Редактор А. Шандор Заказ 2641/27 Тираж 637 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Филиал ППП "Патентф, г. Ужгород, ул. Проектная,4 ем известных поверхностно-активныхвеществ (электролита) приводит крезкому ухудшению качества осадка. Применение изобретения обеспечивает повышение производительности процесса (до 18,8 г/ч по предложенному способу и до 11,6 г/ч по известному) в 1,6 раза, значительную экономию энергии, расходуемой на подогрев растворов в электролизерах, так как температура снижается доо5 1 С; улучшение условий окружающей среды за счет сокращения испарений серной кислоты при понижении температуры электролита, повышение качества катодной меди. Дополнительный ввод в составэлектролита М -алкилас-Я ,М -(3 И-аминопропил)амина,улучшает микроструктуру катодной меди, получаются 5 мелкокристаллические, компактные иполублестящие катодные осадки.Кроме того, понижается расходиспользуемых поверхностно-активныхвеществ на единицу веса получаемой 1 О катодной меди, например расходмоно- и диалкИлфениловых эировполиэтиленгликоля составляет 1040 г/т, а И -алкил-Бис-Я ,Я -(3l И-аминопропил)амина 8-16 г/т. Пони жение расхода реагентов может датьзначительную экономию в условияхмноготоннажного электролитного производства.