Электролитическое рафинирование анодной меди

     Электродами при электролитическом рафинировании  меди служат аноды  и катодные основы. Аноды представляют собой слитки пластинчатой формы, отлитые сушками, которыми они опираются на токоподводящие шины и борта ванн (рис.4, а). Обычно на одном из ушков при отливке, делают углубление для размещения в нем катодной штанги.

     

     а                                                           б

     Рис. 4. Форма медных анодов (а) и катодных основ (б) 

     На  заводах нашей страны медные аноды  выпускают трех марок (СТП 05774969-01, табл. 3.).

     Таблица 3.

     Химический  состав анодов

     Практика  медеэлектролитных заводов свидетельствует  о необходимости использования  высококачественных анодов, что значительно  повышает технико-экономические показатели процесса электролитического рафинирования меди.

     С целью улучшения качества анодов, особенно их физико-механических свойств (таких, как постоянство массы  качество поверхности и др.) применяют  контроль массы при разливке анодов, предварительную правку анодов, фрезерование поверхности контакта, а также производство анодов путем отливки полосы (технология «Контиланод»).

     Основные  операции с анодами (взвешивание  и правка анодов, зачистка контактов, расстановка на требуемое расстояние, загрузка в ванны, выемка анодных  остатков) на большинстве заводов выполняются на автоматических и полуавтоматических линиях. Поэтому продолжается поиск оптимальной формы анода, пригодной для современных условий рафинирования. Так, с целью автоматизации завешивания и выемки анодов предложено их отливать с дополнительным горизонтальным выступом с отростками. Для работы на высоких плотностях тока предложена конструкция анода в виде решетки, укрепленной на медных штырях, для предотвращения коррозии запрессованных в титановую оболочку.

     Вовлечение  в переработку больших объемов бедных полиметаллических руд и вторичной меди обусловило проблему качества анодов: ухудшение состава анодов приводит к изменению химического состава электролита, вызывает пассивацию анода.

     Большинство предприятий стремятся вести  электролитическое рафинирование на высококачественных анодах. Однако черновая медь для приготовления анодов, поступающая от различных поставщиков и различающаяся по составу, смешивается, что затрудняет ее переработку и требует тщательно подбирать технологию электролитического рафинирования.

     Ключевым  вопросом этой проблемы является рациональное распределение сырья по предприятиям в зависимости от ведущих примесей и выбор соответствующей технологии его переработки. Аноды, поступающие  на рафинирование, условно делятся на следующие группы:

– получаемые из первичного сырья с повышенным содержанием платиноидов и никеля;

– из первичного сырья с низким содержанием  примесей;

– из первичного сырья с повышенным содержанием  мышьяка и сурьмы;

– из вторичного сырья с повышенным содержанием никеля, олова,

свинца, мышьяка.

     Специализация заводов или отдельных медерафинировочных переделов на переработке конкретного  вида сырья позволяет проводить  рафинирование в оптимальных  условиях, обеспечивающих максимальный вывод ведущей примеси из процесса.

     В процессе циркуляции электролита происходит накопление в нем меди и электроотрицательных примесей. Медь накапливается в результате образования на аноде некоторого количества ионов Cu⁺ и химического растворения катодов и анодов в присутствии растворенного в электролите кислорода:

     Cu⁺ + 0,5O₂ + H₂SO₄ → CuSO₄ + H₂O (7)

     Регулирование и поддержание оптимального состава  электролита осуществляют путем  вывода части электролита на регенерацию  и своевременными добавками к  нему соответствующих реагентов (воды, серной кислоты, коллоидов и т.д.). Оптимальную температуру (55–65 °С) раствора поддерживают централизованным подогревом электролита в теплообменных аппаратах, обогреваемых острым паром или электрическим токам.[5]

     С повышением температуры электролита  повышается его электропроводность, но возрастает испарение с зеркала раствора, что ведет к усилению загазованности цеха и ухудшению условий труда обслуживающего персонала. Для уменьшения испарения электролита применяют различные способы покрытия зеркала ванн (пластмассовые шарики или полиэтиленовую пленку). Для снижения загазованности необходима улучшенная вентиляция в цехах.

     Расположение  основного оборудования в цехе электролитического рафинирования меди показано на рис. 5.

     

     Рис. 5. Цех электролитического рафинирования меди (поперечный разрез): 1 – напорный бак; 2 – баки для промывки катодов; 3 – рабочая площадка; 4 – ванны; 5 – столбчатые опоры; 6 – желоб для спуска раствора; 7 – сборный бак; 8 – циркуляционный насос; 9 – наклонный пол; 10 – сточный желоб; 11 – сборник стоков. 

     Кроме основного оборудования (электролизные  ванны), в цехе размещаются установки  для приготовления катодных основ, а также транспортное и другое вспомогательное оборудование.

     Совершенствование оборудования цехов предполагает современное механизированное и автоматизированное производство, что должно обеспечить более высокую производительность труда. Особого внимания заслуживают операции, связанные с заменой электродов, транспортные операции, промывка катодов и анодных остатков, выгрузка шлама из ванн, подготовка катодных основ, контроль состояния ванн.[3]

     Загрузку  в ванны анодов, удаление анодных  остатков и выгрузку готовых катодов  производят мостовым краном с использованием специальной траверсы с фиксированным  положением на ней электродов, называемой «бороной» (рис. 6.). Это обеспечивает постоянство межэлектродных расстояний по всей длине ванны и упрощает ее обслуживание при загрузке и выгрузке электродов. Катодные основы чаще всего завешивают вручную, строго фиксируя вертикальность их подвески. 

     

     Рис. 6. Борона для захвата и переноса электродов 

     Линия (стрипп-машина) выполняет следующие  операции: промывку катодной меди и  регенерацию воска; сдирку катодной меди; стопирование катодной меди; взвешивание  и упаковку катодной меди.

     Матрицы автоматически транспортируются к станциям стрипп-машины, где они фиксируются стопорами. Приемный транспортер доставляет матрицы с катодным осадком в промывочную камеру машины, где происходит отмывка катодной меди. Отработанные промывные воды фильтруют и направляют в систему кислых растворов и на корректировку электролита.

     После промывки матрицы направляются на узел сдирки, где на первой стадии, путем  изгиба матрицы, происходит локальное, а затем на второй стадии с помощью  ножей – полное отделение осадков  от матрицы (рис. 7.). На очередных станциях стрипп-машины, опрокидывателе и опускающих вилах – катоды формируются в стопы. Стопы взвешивают на вмонтированных в транспортер стрипп-машины весах и направляют на стадию упаковки, которую производят на прессе и обвязочном устройстве.

     Стрипп-машина имеет также узел разбраковки, где  матрицы, непригодные к дальнейшей эксплуатации, выводят из технологического цикла для ремонта. Годные матрицы  транспортируют в электролизные  ванны.

     После выгрузки катодов из ванн рафинирования и выпуска большей части электролита анодные остатки промывают в два этапа: сначала их моют прямо в ванне электролитом и очищают щетками от шлама, а потом – водой из катодной промывочной машины. Завершают промывку в душ-камерах, куда анодные остатки доставляют краном со специальными захватами. При промывке используют горячую воду, подаваемую высоконапорным насосом. Анодные остатки разгружают на площадках, где их складируют в стопки.  

     

     Рис. 7. Линия стрипп-машины: 1 – приемный конвейер; 2 – изгибочное устройство; 3 – надрывающее устройство; 4 – сдирочное устройство; 5 – разгрузочный конвейер; 6 – подающий конвейер; 7 – мойка  

     

     Рис. 8. Скрапоукладчик: 1 – подъемник; 2 –  тележка; 3 – конвейер; 4 –  скрап; 5 – гидроцилиндр; 6 – направляющая; 7 – поворотная рамка; 8 – упор 

     На  современных предприятиях применяют  установки, обеспечивающие полную механизацию  промывки и упаковки анодных остатков. Они включают цепной транспортер  с зубьями для приема анодных  остатков, душ-камеру, механизм для  упаковки анодных остатков. Последний состоит из укрепленной между двумя кронштейнами рамы, несущей опорные балки, на которые анодные остатки опираются ушками. При повороте рамы с помощью привода анодные остатки укладываются в чередующемся порядке с ушками, направленными в разные стороны, и прижимаются друг к другу (рис. 8).

     Для освобождения ванн от шлама применяют  два способа: выпуск шлама через  специальные отверстия, расположенные  в дне ванны, и отсос шлама  через борт ванны с помощью  вакуума. Вакуумная выгрузка шлама  более предпочтительна, поскольку отверстие в дне электролизера приводит к утечке электролита. Чтобы не перегружать шламовые трубопроводы и отстойники большими объемами пульпы, проводят вакуумную выгрузку в два этапа: верхний слой чистого электролита осторожно откачивают в соседние ванны или циркуляционный трубопровод, после чего богатый шламом электролит взмучивают и с помощью вакуумной откачки отправляют на разделение или в цех переработки шлама. Перед загрузкой ванны новой порцией анодов, катодов и электролита ванну моют водой.

     При электролитическом рафинировании  осуществляются операции контроля. Наиболее важен контроль состава и температуры  электролита, его скорости циркуляции и обнаружение коротких замыканий  между анодами и катодами.

     Регулярный  контроль за состоянием электродов чрезвычайно важен, поскольку нарушения электроцепи в электролизере, проявляющиеся в виде коротких замыканий, вызывают нарушение нормального подвода тока к электродам и снижают выход по току.

     Совершенствование системы контроля за работой ванн ведется в направлении использования систем обнаружения коротких замыканий, систем непрерывного контроля напряжения на ваннах с обработкой данных на ЭВМ и возможностью анализа долговременных статистических данных. Государственный стандарт на медь приведен в табл. 4. 
 
 
 
 
 
 

       Таблица 4.

     Государственный стандарт на медь по ГОСТ 859-2001