Металлопрокат
Металлоконструкции
Обработка металла
Электролитическое рафинирование меди преследует две основные цели: 1) получение меди высокой чистоты (99,90—99,97% меди), удовлетворяющей требованиям электротехнической промышленности и промышленности производства чистых сплавов; 2) извлечение драгоценных и редких металлов, которые присутствуют в большинстве сортов черновой меди.
Все затраты на электролитическое рафинирование меди окупаются стоимостью извлекаемых благородных и редких металлов
Подлежащею электролитическому рафинированию черновую медь предварительно рафинируют огневым способом до содержания меди 99,0—99,5% Литые пластины из такой меди в электролитных ваннах соединяют с положительным источником тока (аноды), в качестве катодов применяют тонкие листы из электролитической меди. Электролиз на всех медеэлектролитных заводах ведут в водном растворе сульфата меди, содержащем свободную серную кислоту.
В результате разности потенциалов между электродами ванны происходит электрохимическое растворение меди на аноде и осаждение чистой меди на катоде. Большая часть примесей, содержащихся в анодной меди, осаждается на дне ванны в виде шлама, меньшая часть переходит в раствор, загрязняя электролит. Разряд ионов водорода на катодах возможен только при весьма малых концентрациях ионов меди в прикатодном слое электролита, что в заводских условиях при достаточной циркуляции электролита и высокой концентрации ионов меди в общей массе электролита никогда не наступает. Например, при 40° возможный совместный разряд ионов водорода и меди наступает при концентрации ионов меди 3,8*10в-25 г-ион/л, а это — весьма малая концентрация, которая в практике трудно достижима.
При электролизе меди желателен процесс растворения меди с образованием двухвалентных ионов меди. Разряд ионов гидроксила и SO4в2- в практике не происходит, так как он возможен при весьма высокой концентрации ионов меди в растворе (CСu2+ = 10в16 г-ион/л), во много раз превосходящей растворимость сульфата меди в воде.
Анодное растворение в сернокислотном растворе дает преимущественно ионы двухвалентной меди, но возможен и электрохимический процесс с образованием иона одновалентной меди:
Cu — е → Cu+.
Повышение температуры электролита способствует образованию одновалентной меди
При охлаждении электролита, насыщенного Cu2SO4 вследствие eго низкой растворимости, выделяется металлическая медь по уравнению
Cu2SO4 → CuSO4 + Cu.
Образование одновалентной меди при электролизе — процесс нежелательный, обогащающий электролит медью и увеличивающий выход порошкообразной меди в шлам.
Поведение примесей при электролизе меди
В анодной меди, поступающей на электролитическое рафинирование, присутствует до 1 % примесей. Это чаше всего элементы: Au, Ag, Pt, Se, Te, As, Sb, Bi, Pb, Sn, Ni, Co, Fe, Zn, Al, а также химические соединения меди; Cu2O, Cu2S, Cu2Se, Cu2Te.
При анодном растворении в сернокислом электролите примеси-металлы ведут себя согласно их нормальным потенциалам. Ниже приведены значения нормальных потенциалов при 25°, в.
Примеси в анодной меди можно разбить на четыре группы: 1) металлы более электроположительные, чем медь: золото, серебро, платина и ее спутники, селен, теллур и др.; 2) металлы, обладающие потенциалами, весьма близкими к потенциалу меди, мышьяк, сурьма, висмут; 3) металлы, имеющие более электроотрицательные потенциалы, чем медь: свинец, олово, никель, кобальт, железо, цинк и др.; 4) различные химические сеединения — пассивные в электрохимическом отношении вещества: Cu2O, Cu2S, Cu2Se, Cu2Te.
Первая группа примесей. Благородные металлы, а также селен и теллур, обладая более положительным потенциалом при анодном растворении, чем медь, почти полностью переходят в шлам. Такое поведение указанных элементов используют для выделения их в процессе электролиза в концентрированном виде в шлам. Из этой группы в электролит переходит лишь серебро в виде Ag2SO4, и то в незначительных количествах. Принятая практикой добавка в электролит ионов хлора способствует выпадению из раствора в шлам серебра в виде хлористого серебра.
Замечено, что благородные металлы частично все же попадают в катодную медь. По мнению большинства исследователей, это происходит механически в результате увлечения частичек шлама на поверхность катода, что подтверждается наблюдающимся на практике возрастанием концентрации благородных металлов в катодной меди при увеличении скорости циркуляции и при ухудшении поверхности катодного осадка. Содержание золота и серебра в дендритообразных наростах («шишках») на нижней поверхности полотна катода во много раз превышает среднее содержание этих металлов в катоде.
Возможно также и электрохимическое осаждение благородных металлов (особенно серебра) за счет образования сильно электроположительных ионов, однако ввиду весьма малых концентраций их количество оседающих благородных металлов должно быть значительно меньше того, что получается практически.
Вторая группа примесей. Потенциалы примесей этой группы весьма близки к потенциалу меди, а это значит, что при увеличении концентраций примесей в электролите возможен совместный разряд их с медью на катоде. Сурьма, мышьяк и висмут — наиболее вредные примеси; даже незначительное содержание мышьяка (не более 0,001%) сильно снижает электропроводность рафинированной меди, делая ее не пригодной для электротехнических целей. Висмут ухудшает механические свойства меди, вызывая хладноломкость уже при содержании 0,05%, что затрудняет ее обработку.
При повышенной плотности тока, низком содержании меди в прикатодном слое из-за слабой циркуляции электролита увеличивается вероятность электроосаждения этих примесей на катоде.
Нормальным считается содержание менее 0,002% примесей второй группы, что можно достичь только при малом содержании этих примесей в анодной меди из-за близости их потенциалов к потенциалу меди. Поэтому необходимо эти примеси полнее удалять при огневом рафинировании меди.
Нa практике для того, чтобы свести к минимуму попадание примесей в медь, проводят следующие мероприятия:
1) регенерируют электролит за счет вывода части его (как правило, наиболее загрязненной) из производственного цикла;
2) работают на повышенных концентрациях серной кислоты, так как концентрации ионов Sb3+ и Bi3+ сильно понижаются с увеличением концентрации SO4в2-;
3) вводят в электролит ион хлора, добавляя соляную кислоту или поваренную соль, чтобы уменьшить концентрацию ионов As3+;
4) работают при достаточно энергичной циркуляции электролита, чтобы устранить обеднение концентрации ионов меди в прикатодном слое.
Третья группа примесей. Металлы, относящиеся к примесям этой группы, имеют повышенный электроотрицательный потенциал, поэтому при электролизе ионы этих металлов не разряжаются на катоде. Никель, кобальт, цинк, железо накапливаются в растворе в виде сернокислых соединений, свинец дает труднорастворимую сернокислую соль PbSO4 и почти целиком попадает в шлам; образующийся при электрохимическом растворении олова сульфат SnSO4 легко подвергается гидролизу, давая основные малорастворимые соли, также выпадающие в шлам.
В практике электролиза часто приходится встречаться со значительным количеством никеля в анодной меди, содержание которого в электролите достигает 15—30 г/л (цехи Норильского и Московского медеэлектролитных заводов). Присутствие столь значительных количеств никеля в растворе резко ухудшает катодные осадки, потому что снижается содержание сульфата меди в растворе, так как в силу большой растворимости сульфата никеля в электролите в присутствии значительных количеств его понижается растворимость сульфата меди. Кроме того, если никель накапливается в электролите, то он появляется в катодной меди. Это объясняется не совместным разрядом ионов никеля и меди, а захватом части электролита при кристаллизации катодного осадка. Количество никеля, попадающего в катод, бывает столь значительное, что снижается сортность меди.
Для удаления сульфата никеля приходится долго промывать катодную медь проточной горячей водой.
Следует учитывать также, что с переходом металлов третьей группы в раствор в сернокислой форме уменьшается концентрация свободной серной кислоты в электролите, значит увеличивается ее расход.
Четвертая группа примесей. Соединения меди: Сu2О, Cu2S, Cu2Se, Cu2Te, являясь в электрохимическом отношении пассивными, при анодном растворении отрываются в виде мельчайших частиц от анода и попадают в шлам. Закись меди, кроме этого, частично растворяется серной кислотой, обогащая электролит медью, отчего увеличивается расход серной кислоты.
Конструкция электролитных ванн и показатели их работы
Электролитическое рафинирование меди ведут в деревянных и железобетонных ваннах прямоугольной формы. На отечественных заводах Пышминском, Кыштымском, Московском — применяют деревянные ванны, а на Балхашском и Норильском заводах — железобетонные. Для футеровки ванн на всех заводах, кроме Норильского, применяется винипласт. На Норильском заводе ванны футеруются кислотоупорным бетоном.
На зарубежных заводах Эль-Пасо, Перт Амбой, Муфулира ванны железобетонные, футерованные свинцом, содержащим 6% сурьмы. На заводах Нкана, Такома, Балтимора, Болиден установлены комбинированные ванны из дерева и бетона дно ванны и торцовые стенки деревянные, перегородки бетонные. Ванны футерованы различными кислотоупорными веществами — асфальтом, смолой, кислотоупорной плиткой и т. п.
Ширина и глубина ванны зависят от размеров анодов и катодов, длина — от их количества. Между краями электродов и боковыми стенками оставляют свободное пространство 70—90 мм для предупреждение коротких замыканий с футеровкой ванны, от нижней кромки электродов до дна ванны — 150—200 мм — для накопления шлама. Основные размеры ванн, установленных на заводах, приведены ниже, м.
По конструктивным соображениям и для экономии места ванны соединяют в отдельные группы — серии, например на Пышминском медеэлектролитном заводе серия состоит из 24 ванн.
Ванны установлены на кирпичных опорах или массивных железобетонных балках, покрытых сверху для изоляции толстыми стеклянными или фарфоровыми пластинами. Днище каждой ванны снабжено ворон кой для спуска шлама, впаянной в футеровку ванны. На торцовой стенке каждой ванны имеется карман для подвода электролита, на противоположной торцовок стенке — специальный лоток для отвода электролита в желоб, общий для ряда серий (рис. 15).
На наружных бортах крайних ванн серии (блока) уложены медные токоподводящие шины, примерное сечение которых 200X50 мм; средние ванны имеют промежуточные тонкие трехгранные шины Токоподводящие шины изолированы от бортов ванны резиной, трехгранные шины — деревянными планками. На ряде заводов за последнее время болтовые соединения токоподводящих шин заменены сварными что снизило падение напряжения в контактах.
Аноды обычно отливают из рафинированной огневым методом меди в виде квадратных пластин размером не более 1000x1000 мм с ушками вверху для подвешивания анода и для подвода тока. Толщина анода в верхней части от 30 до 40 мм, внизу на 10—15% меньше. Вес анода примерно 200—300 кг, обычно не превышает 350 кг. Продолжительность растворения анодов в зависимости от плотности тока и толщины анодов составляет в среднем 20—30 дней. После растворения анода остается скрап — ушки и часть пластины; выход скрапа 10—20%. Примерные анализы анодной меди различных заводов приведены в табл. 29.
Характеристика анодов различных заводов приведена в табл. 30.
Работа на тяжелых анодах и удлинение срока растворения их позволили, например, на Пышминском заводе сократить выход анодного скрапа, уменьшить число перегрузок и затраты труда на эти операции, а также снизить себестоимость передела и сократить время простоев серий ванн.
Катодами служат листы меди, полученные электролитическим осаждением — маточные листы. Начальная толщина катода 0,6—0,8 мм, после наращивания меди в процессе электролитического рафинирования — 10—15 мм, вес его при этом достигает 70—100 кг. К маточному листу, предварительно выпрямленному, приклепывают одно широкое или два узких ушка, и за них его подвешивают на медную штангу, по которой подводится ток.
Заготовку маточных листов производят в электролитных ваннах обычной конструкции.
Ванны для заготовки маточных листов имеют свою систему циркуляции электролита и питаются более чистым раствором, чем рафинировочные (коммерческие). Матричные ванны включаются последовательно в общую электрическую сеть с рафинировочными ваннами. Матричный передел на заводах составляет 5—10% от общего количества ванн в цехе. Аноды — медь того же состава, а катодами служат матрицы — медные листы холодной прокатки толщиной 4—5 мм или листы из нержавеющей стали. Для облегчения сдирки маточных листов на рабочих поверхностях вдоль краев матрицы прорезаны узкие желобки. Чтобы на кромках матрицы не осаждалась медь, практикуется их защита деревянными планками, резиной, фаолитом. Обычно перед пуском в эксплуатацию новые матрицы шлифуют, протравливают, а иногда амальгамируют. На некоторых заводах вредная для здоровья операция амальгамации матриц заменена операцией нанесения сульфидной пленки посредством погружения матрицы в 0,6—0,8%-ный раствор сернистого натрия.
Перед загрузкой в ванны поверхность медных матриц смазывают смесью керосина с небольшим количеством солидола.
Практикой Пышминского завода установлено, что срок службы матриц из меди марки M1 не превышает четырех лет, а матрицы из меди марки М2 служат всего 1,5—2 года. Матрицы изнашиваются в результате коррозии их на наиболее опасном участке — у зеркала электролита, контактирующего с воздухом.
Для увеличения срока службы матриц в 1957 г. рационализаторами разработан и внедрен в производство электролитический способ покрытия свинцом верхней части матриц. На рис. 16 изображена ванна по электролитическому свинцеванию головок матриц.
На некоторых отечественных заводах вместо медных матриц успешно применяют матрицы из нержавеющей стали Характеристика катодов, маточных листов и матриц различных заводов приведена в табл. 31.
На заводах применяют две схемы включения электродов в ванне: параллельную (схема мультипль) и последовательную (схема серий).
До настоящего времени применяется почти исключительно параллельная схема, последовательная схема употребляется при электролизе меди, содержащей незначительное количество благородных металлов, потому что преимущество этой схемы в отношении экономии энергии полностью теряется вследствие значительных потерь благородных металлов, так как шлам из-за малых расстояний между электродами не успевает полностью осесть на дно ванны, часть его механически прилипает к катоду и включается в осадок меди.
На большинстве заводов, работающих по системе мультипль, при меняют непосредственное соединение катодных штанг с анодами. В этом способе соединения (контакте) конец катодной штанги положен на ушко анода предыдущей ванны, для чего в ушке имеется соответствующее углубление. Промежуточная шина (трехгранная) служит для более равномерного распределения тока по всем электродам.
Для рафинирования меди применяют, как правило, растворы сернокислой меди с высоким содержанием серной кислоты. Такие растворы обладают хорошей электропроводностью, очень устойчивы, нелетучи, что позволяет вести электролиз при высокой температуре, благоприятствующей повышению электропроводности электролита. Кроме того, в сернокислых растворах выделение благородных металлов происходит гораздо полнее, чем, например, в солянокислых. Как правило, заводы работают на электролите, содержащем от 32 до 45 г/л меди (125—180 г/л медного купороса) и 150—220 г/л серной кислоты. Если концентрация серной кислоты в электролите более 220 г/л, то уменьшается растворимость медного купороса, а если содержание медного купороса меньше 120—125 г/л, то на катоде могут осесть вредные при меси (мышьяк и сурьма) и ухудшиться качество катодной меди. Растворимость сернокислой меди в зависимости от содержания серной кислоты при 25° приведена ниже.
Выше было сказано, что в результате растворения примесей, содержащихся в анодах, в электролите накапливаются сернокислые соли никеля, цинка, железа, сурьмы, висмута и мышьяковистые соединения. Чем больше этих примесей, тем меньше растворимость сернокислой меди. Принимают, что 1 г никеля в электролите оказывает такое же влияние на уменьшение растворимости сернокислой меди, как 1,67 г серной кислоты. Поэтому при большом содержании примесей в растворе концентрация серной кислоты должна быть уменьшена во избежание выпадения кристаллов медного купороса.
Принято считать максимальным следующее содержание примесей в электролите: 12—20 г/л Ni, 1—3 г/л Fe, 10—15 г/л As, 5—6 г/л Sb.
Кроме указанных примесей, в электролите содержится небольшое количество хлора, вводимого для осаждения в шлам серебра, и сурьма, а также поверхностно активные вещества и коллоиды, вводимые для улучшения качества катодного осадка (см. ниже)
Каждый завод в зависимости от местных условий, качества анодов и требований, предъявляемых к катодной меди, выработал свой состав электролита, который дает удовлетворительные технические и экономические показатели электролиза. В табл. 32 дан состав электролита различных заводов.
Плотность промышленных электролитов 1,18—1,28 г/см3, некоторые данные об удельном сопротивлении электролита в зависимости от кислотности и температуры приведены в табл. 33.
Обычно для расчета сопротивления медного электролита применяют метод Сковронского, который подробно описан в литературе.
В настоящее время все медеэлектролитные заводы применяют подогрев электролита (50—65°), в результате которого сопротивление электролита понижается в 2,5 раза по сравнению с сопротивлением при 25°. При дальнейшем повышении температуры электролита сильно увеличивается его испарение и ухудшаются условия труда, а также повышается химическое растворение электродов в электролите.
На большинстве заводов электролит подогревается паром в специальных баках-подогревателях, снабженных свинцовыми змеевиками. В настоящее время на Пышминском заводе баки-подогреватели электролита сварные, из 6-мм нержавеющей листовой стали марки 1Х18Н9Т, а не железобетонные, футерованные на 8 мм свинцом На некоторых заводах для уменьшения испарения электролита либо зеркало электролита покрывают маслом, либо ванны накрывают стеклополотном или различными пластиками.
Для выравнивания состава электролита по всей ванне применяют переточную систему циркуляции электролита: подогретый раствор вводят с одного конца ванны и удаляют с другого (обычно электролит вводят со дна ванны и отводят сверху). На некоторых заводах (например, на Норильском) применяется обратная система циркуляции — ввод электролита сверху и отвод снизу. Обратная циркуляция целесообразна при высоком содержании благородных металлов в анодной меди, так как поток электролита создает некоторое взмучивание шлама, увеличивая при этом переход благородных металлов в катодную медь.
Скорость циркуляции электролита выбирают в зависимости от плотности тока и состава анодной меди. Чем выше плотность тока и температура электролита, тем интенсивнее должна быть его циркуляция. На различных заводах в зависимости от плотности тока применяют различную скорость циркуляции электролита, что видно из следующих данных:
Для поддержания постоянного состава электролита и для предупреждения накопления в нем вредных примесей определенную часть его постоянно выводят из процесса и направляют в так называемые регенеративные ванны для извлечения меди. В этих ваннах применяют нерастворимые аноды, чаще всего свинцовые. Как и при электролизе с растворимыми медными анодами, в регенеративных ваннах на катодах происходит разряд ионов меди и осаждение металла, на аноде выделяется кислород и образуется серная кислота в количествах, эквивалентных осажденной меди. Выделение кислорода сопровождается вспениванием и разбрызгиванием электролита. Для устранения подобного явления зеркало электролита регенеративных ванн покрывают защитной масляной пленкой толщиной 0,5—1,5 мм.
Падение напряжения в регенеративной ванне изменяется в пределах 2,3—2,5 в; вследствие высокого вольтажа расход электроэнергии на осаждение меди в регенеративных ваннах достигает 2500—4000 квт*ч на 1 т катодной меди.
Катоды из регенеративных ванн содержат 99,5—99,9% Cu и иногда значительное количество мышьяка, сурьмы и других примесей. Как правило, такие катоды направляют в анодную плавку. Обычно в электролитных цехах на каждые 100 ванн в одной или двух ваннах ведут извлечение меди из электролита.
На многих электролитных заводах наряду с выводом электролита в регенеративные ванны применяют ежесуточный вывод части электролита из общего цикла в купоросный цех для производства медного и никелевого купоросов. Вместо выведенного электролита добавляют необходимое количество серной кислоты и воды (обычно используется вода от промывки катодов, производственный конденсат и т. п.). При этом в электролите снижается содержание меди и примесей.
Падение напряжения при электролизе слагается из разности электродных потенциалов, вызываемой концентрационной поляризацией, омического падения напряжения в электролите и потерь во всевозможных контактах и металлических проводниках тока, включая потери в шламе.
Падение напряжения в электролите зависит от силы тока и сопротивления раствора. При мультипльной системе из обшей величины падения напряжения на ванне порядка 0,22—0,4 в около 70—88% падает на преодоление сопротивления электролита, до 15% — на преодоление сопротивления металлических проводников и шлама, 5—6% — на преодоление обратной электродвижущей силы, обусловленной концентрационной поляризацией. Примерный баланс напряжения электролитной ванны следующий:
Расход энергии зависит от большого количества факторов, в первую очередь от омического сопротивления ванны и плотности тока Количество затрачиваемой энергии на весовую единицу катодов увеличивается прямо пропорционально увеличению плотности тока (силы тока, отнесенной к 1 м2 поверхности катодов в ванне).
Практически расход, энергии постоянного тока колеблется от 200 до 450 квт*ч, обычно 250—300 квт*ч на 1 т катодной меди. Из отечественных заводов наименьший расход электроэнергии достигнут на Пышминском заводе, на котором по сравнению с 1947 г. расход электроэнергии снизился на 45%.
Вопрос экономии электроэнергии является чрезвычайно важным, поскольку затраты на электроэнергию при электролизе меди составляют 30—40% стоимости передела. Чтобы добиться уменьшения удельного расхода электроэнергии при постоянной плотности тока, необходимо следующее. 1) увеличение концентрации серной кислоты в ваннах для повышения электропроводности электролита и снижения напряжения; 2) повышение температуры, благодаря чему понижается поляризация электродов и увеличивается удельная электропроводность электролита; 3) уменьшение расстояния между электродами; 4) применение наиболее совершенной конструкции контактных устройств и поддержание их в чистоте.
Плотность тока служит одним из основных технических показателей, выбор которого определяется техническими и экономическими условиями. При данных размерах ванны с повышением плотности тока растет и его сила, а следовательно, увеличивается производительность ванны и снижается стоимость оборудования и анодной меди, находящейся в обороте, на единицу мощности. Уменьшается также расход пара на подогрев электролита, так как увеличивается количество джоулева тепла, выделяющегося в ванне. Однако, повышение плотности тока вызывает повышение напряжения на ванне, а значит и расхода электроэнергии, а также повышение потерь благородных металлов.
Существуют специальные формулы для расчета наивыгоднейшей экономической плотности тока в зависимости от конкретных условий. Часто применяют формулу, предложенную в 1909 г П.М. Аваевым, впоследствии несколько усовершенствованную А.И. Гаевым.
К техническим показателям электролиза относится также степень использования тока или выход по току, определяемый как отношение между весом выделившейся меди и теоретическим количеством, которое должно было быть выделено прошедшим через ванну током. На современных заводах выход по току достигает 95—96%, чаще всего он равен 92—94%.
Причины, уменьшающие выход по току, следующие: 1) утечка тока в землю через циркуляционную систему и между стенками ванны; 2) побочные реакции; 3) короткие замыкания вследствие образования на катоде шишек, веточек (дендритов) и т. п. наростов, а также вследствие неравномерного растворения анода (падение крупных кусков металла). В достижении высокого выхода по току решающее значение имеет тщательный надзор за работой электролитных ванн и квалифицированное их обслуживание (тщательная установка электродов в ванне, систематическое обнаружение и устранение коротких замыканий, правка катодов). При плохом обслуживании ванн выход по току падает до 85—90%, при хорошем — его можно устойчиво поддерживать на уровне 95%. Технические показатели работы ванн различных заводов приведены в табл. 34.
Пути улучшения качества катодного осадка
Медь выделяется на катодах в виде прочного осадка. Осадок хорошего качества должен иметь достаточно гладкую поверхность и плотную мелкокристаллическую структуру с характерной вертикальной штриховатостью, цвет осадка должен быть бледно-розовый с шелковистым оттенком.
Общее содержание примесей в катодной меди обычно не превышает 0,05%, причем содержание каждой в отдельности выражается тысячными и десятитысячными долями процента. Эти примеси, как было указано выше, заносятся в катодный осадок в процессе электролиза в основном механически в виде анодного шлама и частично электролита, в связи с чем среди них находится также некоторое количество благородных металлов, обычно золота десятые доли грамма на тонну катодной меди и нисколько больше серебра (в зависимости от отношения его к золоту в анодной меди).
Чем лучше качество катодного осадка, плотнее его структура и глаже поверхность, тем он чище, меньше им захвачено шлама и электролита и совершеннее его отмывка.
Осаждению гладкого, плотного осадка меди способствует добавка в электротит поверхностно активных веществ и коллоидов: сульфитцеллюлозных щелоков (отходы бумажного производства), столярного клея, желатины, солидола, козеина и др. При исследовании факторов, улучшающих качество катодной меди при введении добавок, было выяснено, что наряду с кристаллохимическими особенностями здесь особую роль играют адсорбционные явления, приводящие к полной или к частичной пассивации катода.
Работы А.И. Левина и T.H. Рогаткиной показали, что только определенные группы поверхностно активных веществ способствуют образованию на катоде мелкокристаллических осадков. Например, было выяснено, что тормозящий эффект при использовании технических продуктов, представляющих собой сложные смеси поверхностно активных агентов, всегда проявляется значительно сильнее, чем при использовании индивидуальных веществ. С увеличением концентрации добавки в растворе так заметно тормозится реакция, что наряду с разрядом ионов меди на катоде в некоторых случаях начинает выделяться водород. Экспериментальные данные показывают, что общая концентрация добавочных агентов, вводимых в электролит, должна находиться в определенных пределах, установленных практикой; при избытке добавки осадки получаются низкого ,качества: губчатые, полосчатые.
Рационализаторами Пышминского завода в 1957 г. был предложен измененный режим электролиза с целью получения более качественных осадков катодной меди и снижения удельного расхода электроэнергии. Ниже приводятся данные, характеризующие существо внесенных изменений.
Катоды, получаемые при измененном режиме электролиза, выгодно отличаются по качеству от обычных катодный осадок менее шишковатый и более плотный. Кроме того, в результате изменения режима расход электроэнергии снизился на 20%.
В целях интенсификации процесса электролиза на Пышминском заводе были проведены опыты по применению высоких плотностей тока, показавшие возможность применения плотности тока до 330 а/м2 с получением катодной меди, кондиционной по содержанию мышьяка и сурьмы и с нормальным содержанием благородных металлов. При указанной плотности тока напряжение ванны при благоприятных условиях составляет 0,42 в и расход электроэнергии 380 квт*ч на 1 т катодной меди.
Таким образом, применяемые в настоящее время плотности тока при электролитическом рафинировании меди не являются предельными, возможна значительная интенсификация .процесса без заметного ухудшения его показателей, но для этого требуется подбор оптимальных условий процесса (оптимального состава электролита, скорости его циркуляции, величины межэлектродного расстояния и т. д.).
Дальнейшее улучшение качества катодной меди возможно в результате подбора и введения в электролит эффективно действующих поверхностно активных веществ, улучшения регенерации электролита и организации непрерывного фильтрования циркулирующего раствора через фильтр-прессы.
Материальный баланс по меди при электролитическом рафинировании
При составлении баланса по меди приняты данные Пышминского завода, пересчитанные на условную производительность 100 000 т катодной меди в год (табл. 35).
Потери меди вследствие утечки растворов обычно составляют 0,05—0,1% от веса поступающих на рафинирование анодов; выход шлама зависит от чистоты анодной меди и содержания благородных металлов и составляет 0,2—0,5%, иногда до 1% от веса анодов.
