Технологія й устаткування основних гідрометалургійних процесів

 

Процеси електролізу водяних розчинів у даний час дуже широко поширені в промисловості, через стадію електролітичного рафінування або екстракції проходить виробництво більшості кольорових металів - міді, олова, цинку, срібла, нікелю та інших. Технологія гідрометалургійних процесів при цьому розпадається на дві частини - підготування електроліту (випал, вилуговування, очищення електроліту) і основний процес - виділення металу.

Конструкції застосовуваних для цього ванн досить близькі (електролізери ящикового типу без кришки) і тому ми розглянемо тільки найбільше типові процеси - рафінування міді й нікелю та екстракцію цинку. Це дозволить виявити вплив особливостей технології рафінування електропозитивних і електронегативних металів на конструкцію електролізерів і порівняти їх з електролізерами для екстракції металів.

 

Рафінування міді

Рафінування полягає в електрохімічному розчиненні чорнового металу або сплаву з переходом домішків у шлам або розчиненні і осадженні на катоді тільки цільового продукту, наприклад:

АНОД: Си₁ - 2e = Си^{2 +}

КАТОД: Си^{2 +} + 2e = С и

Безпосередньо процес рафінування міді полягає в розчиненні анода з чорнової міді з переведенням у розчин і в шлам домішків і осадженні на катоді чистої міді. Цей процес здійснюється у відділенні електролізу

Електролізер являє собою бетонну ємкість прямокутної форми. У похилому днищі зроблено отвір для відведення шламу. Оскільки електролізу піддається сірчанокислий розчин сульфату міді, електролізер зсередини футеровано вініпластом або, рідше, свинцем (рис. 3.2).У електролізері поперемінно завішені аноди і катоди.

Рис. 3.2. Схема ванни для рафінування міді.

1 - анод, 2-головна шина, 3 - ізолятор, 4-корпус, 5-отвір для спуску шламу, 6-бруси-підпірки, 7-проміжна шина, 8-катодна штанга, 9-вініпластова футерівка, 10-катод, 11-штуцери для введення і виведення електроліту

Катодний осад у ваннах рафінування нарощують на катодну основу або маточний катод - лист міді товщиною. Маточний лист одержують електрохімічно, осадженням міді на матрицю з міді або нержавіючої сталі. Для полегшення здирання маточної міді з матричного листа, останній ретельно полірується, обробється сульфідами, гасом. Листи маточної міді одержують у ваннах, конструкція яких не відрізняється від ванн рафінування. Час нарощування катодного осаду вагою 60¸130 кг на основу становить 7-10 діб. Відстань між осями однойменних електродів становить від 100 до 110 мм.

Катодна щільність струму становить приблизно 200 А/м², напруга між анодом і катодом - 0,3 В, загальна напруга на ваннах - 12-20 В, залежно від числа комірок.

Для зручності роботи й підвищення рівномірності розчинення анодів при рафінуванні катодів застосовують на один більше, ніж анодів. Передавання струму від ванни до ванни здійснюється послідовно, від анода до катода. Для зручності роботи й підвищення рівномірності розчинення анодів при рафінуванні катодів застосовують на один більше, ніж анодів. Передавання струму від ванни до ванни здійснюється послідовно, від анода до катода. Перемішування електроліту у ванні здійснюється за протічною схемою: електроліт уводять з одного торцового боку знизу, а виводять з іншого зверху. У процесі електролізу за рахунок хімічного розчинення мідних анодів концентрація сульфату міді в розчині збільшується, а концентрація сірчаної кислоти - зменшується. Для підтримки постійного складу, електроліт вiдправляють на ренерацiю.

Рафінування нікелю

Отриманий методами металургії нікель містить велику кількість домішок і направляється на електрохімічне рафінування. Нікель - електронегативний метал з великою перенапругою розчинення і кристалізації та з невеликою перенапругою виділення водню. Це накладає відбиток на технологію його рафінування

При розчиненні чорнового нікелю в розчин переходять не тільки іони нікелю, але й міді, заліза, кобальту. При анодному процесі всі ці іони спроможні розряджуватися на електроді, тому для досягнення процесу рафінування не можна вести електроліз без відокремлення анодного простору від катодного.

Кожний катод поміщають в окрему комірку - каркас із натягнутою діафрагмою. У катодний простір безупинно подається очищений від домішків електроліт. Фільтруючись через тканину, він потрапляє в анодний простір, забруднюється домішками з анода і витікає з електролізера. Потім він очищується від домішок і знову подається в катодний простір.

Електролізер - прямокутної форми бак із залізобетону

Ванна футерована асфальтом, епоксидною смолою або має багатошарову футерівку з кількох шарів руберойду, поліізобутилену і діабазової плитки

Для видалення аноліту слугує кишеня в одному з торців електролізера. Усередині кишені монтується зливальна коробка, що має штуцери зі шлангами. Нижній кінець зливального шланга опускають у

ванну до нижньої кромки діафрагми. На дні електролізера встановлюють дерев'яну гребінку - підставку з вирізами для фіксування діафрагми

У електролізер поміщують від 30 до 45 анодів (катодів - на один менше)

Число електродів у ванні розраховують, виходячи з обраного струмового навантаження і щільності струму