Способ электролитического рафинирования меди и электролит для его осуществления

 

1. Способ электролитического рафинирования меди в присутствии поверхностно-активных веществ, отличающийся тем, что, с целью повьаения качества катодной меди и снижения расхода реагентов , в качестве поверхносГно-активного вещества используют моиои диалкилфен11ловые эфиры полиэтиленгликоля и электролиз ведут при 51-55°С. 2. Электролит для электролитического рафинирования меди, содержащий сернокислую медь и серную кислоту , отлич ающи.й с я тем, что он дополнительно содержит монои диалкилфениловые эфиры полиэтиленгликоля при следующем соотношении компонентов, г/л: Сернокислая 35-40 (по меди) медь 120-180 Серная кислота Монои диалкилфениловые эфиры полиэтиленгликоля 0,005-0,070 3. Электролит по п.2, о т л ичающийся тем, что, с целью улучшения микроструктуры катодного осадка, он дополнительно содержит Л триамины при следукицем соотношении компонентов, г/л: Сернокислая 35-48 (по меди) медь Серная кис120-180 лота Монои диалкилфениловые эфиры полиэтиленгли0 ,005-0,070 коля н-алкил-Sk-N N -

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СООИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (3 l) 4(51) С 25 С 1/12

ЯРА((Ц ЯЯДЯ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ к АвтОРсному свидетепьству : —.,— — —.1

ГОСУДАРСТВЕККЬЙ КОМИТЕТ СССР

1Ю ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИИ И ОТКРЫТИЙ (21) 3004185/22-02 (22) 12.11.80 (46) 07.05.85. Бюл. В 17 (72) М.К. Иаурыэбаев, В.П. Гладышев, Б.Б. Демеев, В.П. Дзекунов, H.È. Ильясов, И.Е. Ли, Т.М. Абдрахманов и M.È. Филимонов (71) Казахский ордена Трудового

Красного Знамени государственный университет нм. С.М. Кирова (53) 669.347 (088.8) (56) 1. "Цветная металлургия", 1974, В 1, с. 39.

2. Авторское свидетельство СССР

В 756892, кл. С 25 С 1/12, 1979.

35-40 (по меди)

1 20-180

120-180

0,004-0,030 (54) СПОСОБ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОГО

РАФИНИРОВАНИЯ МЕДИ И ЭЛЕКТРОЛИТ

ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ. (57) 1. Способ электролитического рафинирования меди в присутствии поверхностно-активных веществ, отличающийся тем, что, с целью повьа ення качества катодной меди и снижения расхода. реагентов, в качестве поверхностно"активного вещества используют монон диалкилфениловые эфиры полиэтиленгликоля и электролиз ведут при

51-550 С.

2. Электролит для электролитичес.кого рафинирования меди, содержащий сернокислую медь и серную кислоту, о т л и ч а ю щ и. и с я тем, что он дополнительно содержит монои диалкилфениповые эфиры полиэтиленглнколя при следующем соотношении компонентов, г/л:

Сернокислая медь

Серная кислота

Моно- и диалкилфениловые эфиры полиэтиленгликоля 0,005-0,070

3. Электролит по п.2, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью улучшения микроструктуры катодного осадка, он дополнительно содержит триамины при следующем соотношении компонентов, г/л:

Сернокислая медь 35-48 (по меди)

Серная кислота

Моно- и диалкилфениловые эфиры полиэтиленгликоля 0,005-0,070

I.

N --алкил-5((c -N,N—

Н

-(3-аминопропил)амин

1154378

150-270

0,03-0,07.

0,003-0,080

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к электролитическому рафинированию меди °

Известен способ электролитического рафинирования меди в присутствия поверхностно-активных веществ, позволяющих повысить катодaye иноФиость тока (1) .

ЪФекзролиз проводят при плотносте тока 330-340 А/м, температуре растворов в электролизерах 6063 С и скорости циркуляции электролита 32,5-33,5 л/мин в электролите следующего состава, г/л:

Сериокислая медь 46,7-49,3 (по меди)

Серпам кислота 107-128 ° 4

Ион хлора 0,05

Столярный клей 0,03-0,065

Диметилолтиомочевина 0,07-0,150

Недостатком данного способа является невысокая плотность тока

{330-340 А/м ) .

Кроме того, электролит этого состава 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 повьииениой температуре электролита..

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигае-. мому результату является способ электролитического рафинирования меди в присутствии поверхностноактивных веществ и электролит для его осуществления j2j . !

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:

Сернокислая медь 40-60 (по меди)

Серная кислота

Ион хлора

Желатин

Высокомолекулярные алифатические амины фракции С, 0,012-0, 072

Синтетический стиральный порошок

0,010-0,064

1О

На 1 т полученной катодной меди расходуется, г: соляная кислота 240, желатин 79, алифатические амины 20 н синтетические моющие средства 40.

Недостатком известного способа

tS является то, что электролит данного состава не цозволяет получать плотные с гладкой поверхностью катоды при плотности тока выве 400 А/и .

Кроме того, повышение темпера20 .Р. туры раствора в электролиэере (до о

65 С) ведет к перерасходу. энергии, идущей на подогрев растворов, к понижению выхода по току эа счет корродирования анодов и ухудшению условий окружающей среды, а повышенная скорость циркуляции электролита приводит к вэмучиванио электролитного шлама и ухудшению качества катодных осадков.

ЗО

Известный способ характеризуется повышенным расходом используемых поверхностно-активных веществ, большим ассортиментом ПАВ: хлорионы, желатин, алифатические амины и синтетические СП.

Цель изобретения — повышение качества катодной меди и понижение расхода реагентов.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу электролнтического рафинирования меди в присутствии поверхностно-активных веществ, в качестве поверхностноактивного вещества используют моно45 и диалкилфениловые эфиры олиэтиленгликоля и электролиз ведут при 51-55 С.

Электролит для электролитического рафинирования меди, содержащий сернокислую медь и серную кислоту, дополнительно содержит моно- н диалкнлфениловые эфиры полиэтиленглнколя прн следующем соотнс шенин компонентов, г/л:

Сернокислая медь 35-40 (по меди)

Серная кислота 120-180

1154378

10

1 20-180

10-40

Моно- и диалкилфениловые эфиры полиэтиленгликоля 0,005-0,070

С целью улучшения микроструктуры катодното осадка, электролит дополнительно содержит триамины при следующем соотношении компонентов, г/л:

Сернокислая медь 35-48 (по меди)

Серная кислота

Моно- и диалкилфениловые эфиры нолиэтиленгликоля 0 005-0,070

N -Алкил(-Еэс-N,N— и

-(3-аминопропил)амин .0,004-0,930

Расход реагентов в предлагаемом способе в отличие от известного понижен и составляет, г/т:

Моно- и диалкилфениловые эфиры полиэтиленгликоля

N -Алкил-SecI (((-N N -(3-аминонропнл) амин 8-1 О

При плотности тока ниже 400 А/м снижается скорость процесса электролиза, à 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 (400-5503 A/è 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 а о

Ф выше 55 С заметно ухудшается структура катодных осадков, растут теп15

ЗО

35.

45 ловые потери и ухудшаются условия окружающей среды.

Поверхностно-активное вещество: моно- и диалкилфениловые эфиры полиэтиленгликоля общей формулы (СН ) С) Сь Н 40 (С Н40)„, Н, где m

= 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 черезмерно пластичными, растет вязкость электролита.

Концентрацию триамина необходимо поддерживать в пределах 0,0040,030 г/л по тем же причинам, что.и смачивателя ДБ. При концентрации триаиина ниже 0,004 г/л положительное влияние на микроструктуру катодного 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 при 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 промыпленного. электролизера.

Дозирование ПАВ проводят путем введения в состав электролита соответствующего количества предварительно растворенного в дистиллированной воде смачивателя ДБ (исходная концентрация 10 г/л) и триамина.(10 г/л).

1 1 54378

Пример 2. Электрорафинирование меди проводят при следующих условиях:

Плотность така на катоде А/м 400

Температура электролита, С 51

Скорость циркуляции электролита, л/мин

Продолжительность . электролиза, ч

Напряжение на ванне,В

6

0,36

Электролит готовят следующим о6разом.

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 120

Смачиватель ДБ 0,005

Пример 1. Электрарафини рование проводят при следующих условиях:

Плотность тока на катоде, А/м 500

Температуры электролита, С

Скорость. циркуляции электролита, л/мин 28

Продолжительность электролиза, ч 1

Напряжение на ванне,В 0,41

Электролит готовят следующим образом.

156,25 r 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 электролит следующего состава, г/л:

Сернокислая медь 40 (по меди)

Серная кислота 170

Смачиватель ДБ . 0,05

Выход меди па току 97,?Х, про.изводительность электролизера

17,0 r/÷, получена медь чистой

99,993Х. Осадок крупнокристаллический (KK), полублестящий {ПБ), плотный (пл). Расход реагента, 31,4 г/т.

Сернокислая медь 48 {по меди)

Серная кислота 180

Смачиватель

ДБ 0,07

Выход меди по току 97,1Х, получена медь чистой 99,99Х. Осадок крупнокристаллический, полублестящий, плотный. Расход реагента, 40 г/т. Производительность электролизера 18,7 г/ч.

Пример 4. Электрорафинирование меди проводят при следующих условиях:

Плотность тока на катоде, А!м 500

Температура электролита, С 55

Скорость циркуляции электролита, л/мин 28

Продолжительность электролиза, ч 1

Напряжение на ванне, В 0,39

Электролит готовят следующим образом.

156,25 г медного купороса растворяют в 1 л серной кислоты концентрации 170 г/л. В приготовленную таким образом основу электролита

Выход меди по току 96,8Х, производительность электролизера

13,6 г/ч. Получена медь чистотой.

99,99Х. Осадок крупнакристалличес5 кий (КК), полублестящий (ПБ), плотный (пл). Расход реагента, 10 г/т.

Пример 3. Электрорафинирование меди проводят при следующих условиях:

10 Плотность тока на катоде, А/м 550

Температура электролита, С 55

Скорость циркуляции

15 электролита, л/мин

Продолжительность электролиза, ч 6

Напряжение на ванне,В 0,43

Электролит готовят следующим

20 образом.

187,5 г медного купороса растворяют в 1 л серной кислоты концентрации 180 г/л. В приготовленную таким образом основу электролита добавляют 0,07 г смачивателя ДБ, в результате получают электролит следующего состава, г/л:

1154378

55 добавляют 0 05 г смачивателя ДБ и

0,008 г триамина, в результате получают электролит следующего состава, г/л:

Сернокислая медь 40 (по меди)

Серная кислота 170

Смачиватель ДБ 0,05

Триамин 0,008

Выход меди по току 98,1Х получена медь чистой 99,99Х. Осадок мелкокристаллический, полублестящий, плотный, Расход реагентов, г/т:

ДБ 31,4, триамин 11. Производительность электролизера 17,2 r/÷.

Пример 5. ЭлектрораФинирование меди ведут при следующих условиях:

Плотность тока на катоде, А/м 400

Температура электролита, С 51

Скорость циркуляции электролита, л/мин

Продолжительность электролиза, ч 1

Напряжение на ванне, В 0,42

Электролит 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 120

Смачиватель ДБ 0,005

Триамин 0,004

Выход меди по току 97,6Х, получена медь чистотой 99,99Х. 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 550

Температура электролита, С о

Скорость циркуляции электролита, л/мин 30

Продолжительность электролиза, ч 6

Напряжение на ванне, В 0,46.

Электролит готовят следующим образом.

187,5 r пятиводной сернокислой

5 меди растворяют в 1 л серной кислоты концентрации 180 г/л. В приготовленную таким образом основу электр «лига добавляют 0,07 г смачивателя ДБ и 0,03 г триамина, в ре зультате получают электролит следующего состава, г/л:

Сернокислая медь 48 (по меди)

Серная кислота 180

Смачиватель ДБ 0,07

0,03

Выход меди по току 97,7Х, получена медь чистотой 99,99Х.. Осадок мелкокристаллический, полублестящий, плотный . Расход реагентов, г/т:

ДБ 40, триамин 16. Производительность электролизера 18,8 г/ч.

Пример 7. Электрорафинирование меди ведут при следующих условиях:

Плотность тока, А/м 500

Температура электролита, С

Скорость циркуляции электролита,л/мин 29

Продолжительность эяектролиза, ч

Напряжение на ванне, В 0,45

Электролит готовят. следующим образом.

196,7 г пятиводной сернокислой меди растворяют в 1 л серной кислоты концентрации 140 г/л. В приготовленную таким образом основу электролита добавляют 0,05 r смачи40 вателя ДБ и 0,09 r триаиина, в результате получают электролит следующего состава, г/л:

Сернокислая медь 35 (по меди)

Серная кислота - 140

Смачиватель ДБ 0 05

Триамин 0,03

Выход меди по току 97,6Х, получена медь чистотой 99,99Х.Осадок мелкокристаллический, полублестящий

$0

Э В плотный. Расход реагентов, г/т:

ДВ 37,4 триамин 16,0. Производительность электролизера 17,0 г/ч.

Осадки полученные по предлагаемому способу отличаются тонкокристалли55 ческой структурой, являютСя плотны" ми и ровными.

Таким образом. увеличение плотности тока до 500 А/м с применени1154378

Составитель Л. Рякина

Техред A.Êèêåìåçåé Корректор С. Черни

Редактор А. Шандор

Заказ 2641/27

Тираж 637 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная,4 ем известных поверхностно-активных веществ (электролита) приводит к резкому ухудшению качества осадка.

Применение изобретения обеспечивает повышение производительности процесса (до 18,8 г/ч по предложенному способу и до 11,6 r/÷ по известному) в 1,6 раза, значительную экономию энергии, расходуемой на подогрев растворов в электролизерах, так как температура снижается до о

5 1 С; улучшение условий окружающей среды за счет сокращения испарений серной кислоты при понижении температуры электролита, повышение качества катодной меди.

Дополнительный ввод в состав электролита М -алкил-бя -N,,N --(3It

-аминопропил) амина .улучшает микроструктуру катодной меди, получаются мелкокристаллические, компактные и полублестящие катодные осадки.

Кроме того, понижается расход используемых поверхностно-активных веществ на единицу веса получаемой

10 катодной меди, например расход моно- и диалкИлфениловых эфиров полиэтиленгликоля составляет 1040 г/т, а N -алкил-Бис-N,N -(3l II

-аминопропил) амина 8-16 г/т. Пони15 жение расхода реагентов может дать значительную экономию в условиях многотоннажного электролитного производства.