Спосіб електрохімічної екстракції компактної міді

Реферат: Спосіб електрохімічної екстракції міді включає електроосадження міді із розчину, що містить іони заліза, в електролізері з почерговим розташуванням плоско-паралельних катодів та анодів, причому нижня частина анода виконана у вигляді виступаючих фрагментів - зубців прямокутної форми, кінці яких розміщують під катодом. UA 112934 U (12) UA 112934 U UA 112934 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель, яка заявляється, належить до області гідроелектрометалургії та може бути використана для отримання високоякісної катодної компактної міді. Відомий спосіб інтенсифікації електроосадження міді, що включає перемішування електроліту киснем, який виділяється на свинцевому аноді, компланарно розташованому під мідним катодом. У відомому способі прямокутні катоди та аноди розташовують почергово компланарно та окремо живлять електричним струмом. Розділення катодів та анодів реалізується за рахунок розміщення між ними пластин із діелектрика [1]. Недоліками відомого способу є складність реалізації: електричного живлення катодів та анодів, обслуговування комірки електрохімічної екстракції. Внаслідок малого зазору між катодами та анодами може відбуватися коротке замикання внаслідок розростання катодного осаду, що знижуватиме ефективність процесу. Найбільш близьким за сукупністю ознак до заявленої корисної моделі є спосіб, що включає електроекстракцію міді з використанням електролізеру з почерговим розташуванням плоскопаралельних катодів та анодів, в яких на анодах здійснюють процес окиснення іонів 2+ 3+ заліза Fe в Fe та використовують систему посиленої циркуляції електроліту [2]. За цим 2 2 способом електроосадження міді здійснюється за густини струму 24 А/фут (2,58 А/дм ), при 3 швидкості циркуляції електроліту 3-11 галон/хв (близько 11-42 дм /хв) з розчину електроліту, що 3 2+ 2+ 3+ містить г/дм : 44 Сu ; 26 Fe ; 2 Fe ; 140 H2SO4. Кінцева концентрація Сu в розчині складає 36 г/дм. Недоліком даного способу є відносно мала густина струму електроосадження, що зумовлює 3 невелику продуктивність процесу. Крім того, наявність в розчині електроекстракції 2 г/дм іонів 3+ Fe може спричиняти значне зниження виходу за струмом міді. В основу корисної моделі поставлена задача інтенсифікації процесу електроекстракції міді шляхом вдосконалення конструкції анода та складу робочого розчину електроліту. Поставлена задача вирішується тим, що спосіб електрохімічної екстракції міді, який включає електроосадження міді із розчину, що містить іони заліза, в електролізері з почерговим розташуванням плоскопаралельних катодів та анодів, який відрізняється тим, що нижня частина анода виконана у вигляді виступаючих фрагментів - зубців прямокутної форми, кінці яких розміщують під катодом. Новим є те, що спосіб електрохімічної екстракції відрізняється взаємним розміщенням катодів та анодів у ванні електроекстракції. Новим є те, що спосіб електрохімічної екстракції відрізняється тим, що в електроліт додають 3 3+ 2+ суміші добавок, до концентрації г/дм : 0-1 іонів Fe ; 0,1-0,5 іонів Со ; 0,005-0,017 желатину. Новим є те, що спосіб електрохімічної екстракції відрізняється тим, що електроосадження міді здійснюють із поетапним ступінчастим або плавним програмнокерованим зниженням робочої густини струму, відповідно до виснаження робочого розчину за іонами міді. Суть корисної моделі пояснюється кресленнями: де на фіг. 1 представлено схематичне зображення конструкції анода. Анод 1, який з'єднується з опорним анодним струмопідводом 2, має ширину робочої поверхні La та висоту На, що вибираються відповідно до розмірів електролізеру. Анод виготовляється з листового чистого або легованого свинцю або титану, вкритого шаром оксидів титану та рутенію. У нижній частині анода містяться виступаючі фрагменти, що виконані у вигляді прямокутних зубців, кінці яких розміщуються під катодом. Довжина зубців f відповідає відстані між центром катода та робочою поверхнею анода, розміщених у гальванічній ванні. Ширина зубців та відстань між ними рівні між собою (q), вибираються відповідно до габаритних розмірів анода та варіюються в межах 5-20 мм. Наявність виступаючих зубців в нижній частині анода забезпечує інтенсивне виділення на них кисню. Бульбашки кисню, що виділяються на зубцях анода, перемішують розчин електроліту поблизу робочої поверхні катода. Здійснення такого перемішування підвищує рівномірність вертикального розподілу густини струму і забезпечує можливість проводити електроекстракцію міді за густин струму, що майже в два рази перевищують технологічно прийняті. На фіг. 2 представлено зображення конструкції катода 3, який з'єднується з катодним опорним струмопідводом 4. Катод 4 виконується з прямокутного металевого листа, виготовленого з міді, титану або нержавіючої сталі. У випадку використання катода з нержавіючої сталі або титану, перед накладанням технологічної густини струму, здійснюють так звану "затяжку" - електроосадження первинного шару міді з робочого розчину за густин струму 0,3-0,5 А/дм. Електроосадження первинного шару міді запобігає формуванню дисперсних осадів на поверхні катода. Ширина L k та висота Нk робочої поверхні катода вибираються відповідно до габаритних розмірів гальванічної ванни. На краях робочої поверхні катода міститься захисний екран 5, що 1 UA 112934 U 5 10 15 20 25 30 35 виготовляється з діелектричних хімічно стійких матеріалів. Висота захисного екрана складає z, ширина 2z. Величина z вибирається відповідно до розмірів електролізера і складає 5-10 мм. Наявність захисного екрана у нижній частині катодного тіла, по-перше, запобігає можливості короткого замикання через направлений до низу ріст осаду, по-друге, гальмує утворення дисперсних осадів у нижній частині катода. Взаємне розміщення анодів 1 та катодів 3 в електролізері представлено на фіг. 3. Катоди та аноди розміщуються у корпусі електролізера 6 співвісно, причому відстань від зубця катода до екрана в нижній частині d має складати 10 мм, а сума z+d=15…20 мм. Саме такий інтервал величин z+d забезпечує необхідну інтенсивність виділення кисню на зубці анода, що в свою чергу забезпечує відповідний режим перемішування. Відповідно до даного способу ширина анода має бути рівною або менше за ширину катода, . а саме La = (0,97…1) Lk, що запобігає крайовому ефекту біля бокових країв анода. Струм на анод подають через опорний анодний струмопідвід 2 від анодної шини 7. Струм на катод подається через опорний катодний струмовідвід 4 від катодної шини 8. Спосіб виконують наступним чином: електрохімічну екстракцію здійснюють в електролізері з почерговим розташуванням плоскопаралельних анодів (фіг. 1) та катодів (фіг. 2), з відповідним їх розташуванням (фіг. 3) із різного роду мідьвмісних розчинів, зокрема сульфатних, отриманих при вилуговуванні природних оксидних чи карбонатних руд. З метою отримання компактних осадів міді електрохімічна екстракція здійснюється зі зменшення у часі робочої густини струму відповідно до зниження концентрації іонів міді. Зменшення робочої густини струму реалізується або поетапно ступінчасто (див. приклад), або плавно за програмно-керованим режимом. З метою покращення структури компактних осадів міді та запобігання росту поодиноких дендритів у 3 3+ розчин для електроекстракції міді додатково вводиться суміш добавок г/дм : 0-1 іонів Fe ; 0,12+ 0,5 іонів Со ; 0,005-0,017 желатину. Приклад Для електрохімічної екстракції застосовували електролізер з такими параметрами відповідно до фіг. 1, 2, 3: f=50 мм; z=5 мм; d=10 мм; Hk=390 мм; Lk=370 мм; На = 407 мм; La=363 мм; q=12 мм. Електрохімічну екстракцію міді здійснювали з розчину вилуговування карбонатної руди 3 3 2+ 3+ об'ємом 9,6 дм , склад розчину був наступним г/дм : Сu -200; H2SO4-22,7; Fe - 0,48. 3 2+ Додатково у розчин ввели такі компоненти г/дм : Со - 0,5; желатину - 0,015. Як матеріал анода використовували чистий свинець, катода - нержавіючу сталь, вкриту первинним шаром міді. За даним прикладом електроосадження здійснювали з поетапним ступінчастим зниження робочої густини струму. Параметри процесу електроосадження наведені в таблиці 1. Таблиця 1 2+ № етапу Тривалість, год. 1 2 0,53 3 0,55 4 0,57 5 0,57 6 40 0,53 0,58 Вміст Сu , 3 г/дм Вміст H2SO4, г/дм 50,00 44,58 44,58 39,83 39,83 35,48 35,48 31,59 31,59 28,03 28,03 24,84 22,74 31,23 31,23 38,68 38,68 45,51 45,51 51,68 51,68 57,19 57,19 62,19 Густина струму, 2 А/дм Сила струму, Середня А напруга, В 5,70 82,20 4,45 5,00 72,10 3,76 4,44 64,10 3,39 3,90 56,20 3,11 3,48 50,20 2,94 3,06 44,20 2,80 Реалізація, за заявленим способом, електрохімічної екстракції міді, дозволила отримати компактну мідь з виходом за струмом (99 %) без дендритів та наростів. Середня густина струму 2+ 3 становила 4,23 А/дм при зниженні концентрації Сu в розчині від 50 до 24,84 г/дм за 3,33 год. Питомі витрати електроенергії при цьому склали 2,98 кВт·год/кг. 2 UA 112934 U 5 10 Отже, використання запропонованого способу електроекстракції поліпшує розподіл густини струму і металу по поверхні катода та підвищує швидкість електроосадження міді, при зниженні 2+ 3 концентрації Сu від 44,58 до 35,48 г/дм , як заявлено в прототипі. Середня робоча густина 2 струму при використанні даного способу становить 4,72 А/дм , що в 1,83 разу більше, ніж в прототипі. Джерела інформації: 1. Mass transfer characteristics of a novel gas-evolving electrochemical reactor / G. H. Sedahmedt, L. W. Shemilt / Journal of applied electrochemistry, Vol. 11 (1981)537-542. 6 2. Патент США № 5492608 US, МПК С25С 7/00 "Electrolyte circulation manifold for copper electrowinning cells which use the ferrous/ferric anode reaction"; заявл. 14.03.1994; опубл. 20.02.1996. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 15 20 25 1. Спосіб електрохімічної екстракції міді, який включає електроосадження міді із розчину, що містить іони заліза, в електролізері з почерговим розташуванням плоско-паралельних катодів та анодів, який відрізняється тим, що нижня частина анода виконана у вигляді виступаючих фрагментів - зубців прямокутної форми, кінці яких розміщують під катодом. 2. Спосіб електрохімічної екстракції міді за п. 1, який відрізняється тим, що катоди та аноди в електролізері розміщені взаємно. 3. Спосіб електрохімічної екстракції міді за п. 1, який відрізняється тим, що в електроліт 3 3+ 2+ додають суміші добавок, до концентрації г/дм : 0-1 іонів Fe ; 0,1-0,5 іонів Со ; 0,005-0,017 желатину. 4. Спосіб електрохімічної екстракції міді за п. 1, який відрізняється тим, що електроосадження міді здійснюють із поетапним ступінчастим або плавним програмнокерованим зниженням робочої густини струму, відповідно до виснаження робочого розчину за іонами міді. 3 UA 112934 U Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4