Электрохимический способ очистки водных растворов меди от марганца

 

Электрохимический способ очистки растворов меди от марганца относится к извлечению веществ электроэкстракцией и может быть использован в цветной и черной металлургии, а также для очистки промышленных и бытовых стоков. Селективное извлечение меди из растворов, содержащих марганец, осуществляется электроэкстракцией из сульфатных и хлоридно-сульфатных растворов с выделением металлической меди на титановом катоде и осаждением марганца в составе анодного шлама, образующегося на свинцовом аноде. В производстве металлической меди электрохимический способ очистки растворов меди от марганца имеет ряд преимуществ, включающих высокую степень очистки меди от марганца, хорошее качество поверхности катодной меди, возможность создания безотходной технологии при утилизации анодного шлама, экологическую безопасность процесса. При электролитическом выделении меди отпадает необходимость в организации специальных стадий очистки растворов меди от примеси марганца, что сокращает количество обслуживающего персонала. 6 табл.

Электрохимический способ очистки растворов меди от марганца относится к области извлечения веществ электроэкстракцией и может быть использован в цветной и черной металлургии, а также для очистки промышленных и бытовых стоков.

Известны способы очистки растворов цветных металлов от марганца [Худяков И. Ф. , Кляйн С.Э., Агеев Н.Г. Металлургия меди, никеля, сопутствующих элементов и проектирование цехов. - М., Металлургия, 1993, С.167] сорбцией металла на анионите с последующей его десорбцией кислым раствором.

Недостатком способа является необходимость обработки большого объема растворов, к тому же необходимо большое число стадий переработки для получения металла, не содержащего примеси марганца.

Наиболее близкими техническими решениями являются способы очистки растворов цветных металлов от марганца [Худяков И.Ф., Кляйн С.Э., Агеев Н.Г. Металлургия меди, никеля, сопутствующих элементов и проектирование цехов. - М. , Металлургия, 1993, С.166-167] осаждением последнего из нагретых кислых растворов в присутствии окислителей.

Недостатки способов - наряду с марганцем соосаждается значительное количество цветного металла, к тому же необходимо большое число стадий переработки для получения металла, не содержащего примеси марганца.

Задачей изобретения является создание эффективного способа очистки растворов меди от марганца в технологии получения металлической меди.

Технический результат, который может быть достигнут при осуществлении изобретения, заключается в получении металлической меди высокой чистоты.

Этот технический результат достигается тем, что в известном способе очистки растворов меди от марганца селективное извлечение меди осуществляется электроэкстракцией из сульфатных и хлоридно-сульфатных растворов с выделением металлической меди на титановом катоде и осаждением марганца в составе анодного шлама, образующегося на свинцовом аноде.

Сущность способа поясняется данными табл.1-6, в которых указаны условия проведения электроэкстракции (табл.1-2), результаты спектрального (табл.3) и рентгенофазового (табл. 4 и 5) анализов катодного кобальта и фазовый состав анодных шламов (табл.6).

Известно, что медь электролитически выделяется из раствора. По справочным данным, стандартный электродный потенциал реакции Cu²⁺+2e-->Cu (1) равен Е⁰=+0,337 В.

Анионы марганца идут к аноду и выделяются на свинцовом аноде в составе анодного шлама. По справочным данным, стандартный электродный потенциал реакции MnO₂+4H⁺+2e-->Mn²⁺+2H₂O (2) равен Е⁰=+1,23 В, реакции MnO₄-->+8H⁺+5e-->Mn²⁺+4H₂O (3) равен Е⁰=+1,51 В, реакции MnO₄-->+2H₂O+3e-->MnO₂+4OH^- (4)
равен Е⁰=+0,588 В.

Электрохимическим способом из сульфатных и хлоридно-сульфатных растворов меди (II) и марганца (II) получен катодный металл высокой степени чистоты, который по данным спектрального и рентгенофазового анализов практически не содержит марганец.

При электрохимическом выделении катодной меди из растворов марганец селективно выделяется в составе анодного шлама.

Электролиз сульфатных и хлоридно-сульфатных растворов меди (II) и марганца (II) осуществляли в электролизере, в котором анод помещали в ячейку из плотной фильтровальной ткани. Раствор подавали в анодную ячейку и выводили из катодного пространства.

Хлоридно-сульфатные растворы получали добавлением к раствору сульфата меди хлоридов СuСl₂ или NaCl, при этом количество хлор-иона не превышало той концентрации, при которой образующийся при электролизе хлор мог бы выделиться в виде газа; расчет проводили с учетом того, что выделяющийся за время эксперимента хлор находится в электролите в растворенном состоянии.

Концентрация ионов меди (II) в исходном растворе находилась в пределах 35-40 г/дм³ по Сu, ионов марганца (II) - в пределах 0,1-10 г/дм³ по Мn, сила тока 0,5-1,5 А, плотность тока 20-70 А/м², скорость потока 3-7 см³/мин. В процессе электролиза раствор нагревался до температур 50-60^oС.

Примеры практического применения
В табл. 1-6 представлены результаты электроэкстракции из сульфатных и хлоридно-сульфатных растворов меди.

Анод - свинец, содержащий 1% серебра, катод - титан.

В табл. 1 и 2 даны основные параметры процесса электролиза из раствора сульфатов (табл.1) и из растворов сульфатов и хлоридов (табл.2).

Медь, выделяющаяся на катоде при плотности тока 23 А/м², имела блестящую ровную поверхность и практически не содержала примеси марганца и титана. При повышении плотности тока до 46 А/м² наблюдается образование оксидной пленки на поверхности катодной меди, обращенной к раствору. При плотности тока 70 А/м² медь окисляется еще в большей степени и выделяется на катоде в виде порошка меди, частицы которого имели поверхностную оксидную пленку.

Результаты спектрального анализа свидетельствуют о высокой степени селективности извлечения меди на катоде в процессе электрохимической очистки его от ионов марганца (II), содержание марганца не превышало 0,001%, титана не превышало 0,01%. В табл.3 в качестве примера даны результаты спектрального анализа образца катодной меди, полученной в условиях опыта 2 табл.2.

В табл.4 даны фазовые составы поверхностных слоев меди по данным рентгенофазового анализа. Из данных табл.4 следует, что в поверхностном слое в небольшом количестве образуются интерметаллиды меди и титана, меди и марганца, а также оксиды сложного состава, включающие оксиды меди, марганца и титана.

В табл.5 дан количественный фазовый состав оксидной пленки и частиц порошка катодной меди по данным рентгенофазового анализа.

В табл.6 дан фазовый состав анодного шлама, полученного в условиях опытов табл.1-2, по данным рентгенофазового анализа. В анодном шламе обнаружены сульфаты свинца, марганца, меди и серебра, оксиды и гидроксиды этих металлов различной степени окисления, оксидные фазы сложного состава, содержащие различные металлы, находящиеся в различном валентном состоянии. В составе анодного шлама содержатся соединения одновалентной и двухвалентной меди, перманганитов сложного состава с переменной валентностью входящих в них металлов.

В производстве металлической меди электрохимический способ очистки растворов меди от марганца по сравнению с прототипом имеет ряд преимуществ, включающий высокую степень очистки меди от марганца, хорошее качество поверхности катодной меди, возможность создания безотходной технологии при утилизации анодного шлама, экологическую безопасность процесса.

При электролитическом выделении меди отпадает необходимость в организации специальных стадий очистки растворов меди от примеси марганца, что сокращает количество обслуживающего персонала.

При переходе на экстракционную технологию селективного извлечения меди из растворов сложного состава наличие марганца высокой степени окисления, образующегося в электрохимическом процессе, снижает или полностью ликвидирует остатки растворенной органики, попадающей в раствор в процессе экстракции.

Формула изобретения

Способ очистки водных медных растворов от марганца, включающий их обработку для осаждения марганца из раствора, содержащего медь и выделение меди, отличающийся тем, что в качестве растворов используют сульфатные и хлоридно-сульфатные растворы, обработку которых осуществляют электроэкстракцией с селективным выделением металлической меди на титановом катоде, а осаждение марганца производят в составе анодного шлама, образующегося на свинцовом аноде.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6