Электролиз меди

В результате этих двух реакций раствор  обедняется медью и обогащается  свободной серной кислотой. После  частичного обеднения медью такой электролит можно возвратить в основной электролиз. Осаждение меди электролизом с нерастворимыми

 

анодами характеризуется повышенным расходом электроэнергии на 1 т меди (до 3000-3500 кВт∙ч) вследствие высокого напряжения на ванне, которое составляет около 2-2,5 В и слагается из потенциалов образования меди и кислорода на ионов. Этот способ прост, но дорог¹.            

На многих заводах  регенерацию электролита совмещают  с получением медного купороса. По этому способу отобранный раствор нейтрализуют в присутствии воздуха анодным скрапом или специально приготовленными гранулами меди. В результате протекания реакции Cu + H₂SO₄ + ¹/₂ O₂ = CuSO₄ + H₂O  раствор обогащается медью и обедняется серной кислотой.

Затем полученный раствор  упаривают и направляют в кристаллизаторы, где при охлаждении из него выделяются кристаллы медного купороса (CuSO₄∙5H₂O). Для интенсификации процесс получения медного купороса проводят в вакуумных кристаллизаторах.

Кристаллизацию медного  купороса проводят в три стадии. Раствор после третьей стадии процесса, содержащий около 50-60 г/л Cu, подвергают электролитическому обезмеживанию в ваннах с нерастворимыми анодами. В результате электролиза получают рыхлый катодный осадок меди, загрязненный мышьяком и сурьмой, который отправляют на медеплавильные заводы, и раствор, содержащий около 1 г/л меди.

При электролитическом  осаждении из растворов, содержащих менее 10-12% Cu, может выделяться очень ядовитый газ – мышьяковистый водород (AsH₃).

Катодную медь отправляют в переплав, а раствор – на получение никелевого купороса выпариванием с последующей кристаллизацией. Остаточный раствор после выделения никеля, содержащий серную кислоту, возвращают в электролизный цех для приготовления свежего электролита.

Вторая схема регенерации электролита очень громоздка и оправдывает себя только при попутном получении медного и никелевого купороса.

Получающиеся при электролитическом  рафинировании шламы перерабатывают для извлечения благородных металлов, селена и теллура. Стоимость компонентов шлама окупает в большинстве случаев все затраты на рафинирование меди.

Катодная медь – основной продукт электролиза – не всегда пригодна для непосредственного  использования, особенно в электротехнической промышленности. Поэтому ее расплавляют  и разливают в слитки. Раньше переплавку проводили повсеместно в отражательных печах по методу, близкому к огневому рафинированию черновой меди, с получением слитков стандартной формы – вайербарсов.

В последние годы в  связи с повышением требований к  качеству меди, особенно по содержанию в ней кислорода, начали применять автоматизированные плавильно-литейные или плавильно-литейно-прокатные комплексы непрерывного действия, позволяющие получать вайербарсы непрерывного литья или медную катанку диаметром 8-12 мм. При этом получают бескислородную медь высокой чистоты[1].

Важными направлениями  дальнейшего развития электрохимических  процессов в металлургии меди являются производство медного порошка  и фольги.

               Получение медных порошков основано на проведении электролиза при высокой плотности тока (до 2000 А/м²) и низком содержании меди в электролите (10-13 г/л). В этих условиях разряд ионов меди на катоде происходит с большими скоростями по сравнению со скоростью их поступления в прикатодное пространство и формирование компактного катодного осадка невозможно – получается порошкообразный осадок.

 

______________________

     ¹ Электролитическое осаждение меди в ваннах со свинцовыми анодами находит применение в гидрометаллургии меди для ее выделения из растворов от выщелачивания.

 

Электролитическую медную фольгу получают путем электрохимического осаждения меди на барабанном вращающемся  катоде. Электролит для получения  фольги содержит 45-60 г/л Cu  и 40-60 г/л H₂SO₄. Электролиз ведут при 35-50^оС с интенсивным перемешиванием электролита сжатым воздухом при плотности тока 1800-3000 А/м².

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 ТЕХНИЧЕСКИЙ  КОНТРОЛЬ И АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА

 

Для получения высоких  технико-экономических показателей  при электролизе меди необходим  высокий уровень технологического процесса, который не может быть достигнут без систематического и точного контроля.

Технологический процесс  в электролитных цехах контролируется по следующим параметрам[2].

Температура электролита, давление и  расход пара. Температура электролита на входе в ванны и выходе из них должна непрерывно контролироваться, Ее измеряют либо термометрами, либо специальными приборами – электронными мостами с самопищущими устройствами, На паропроводе контролируют давление и расход пара.

Состав электролита. Электролит анализируют на содержание CuSo₄* 5H₂O и H₂SO₄ три раза в сутки, на содержание CI – два раза неделю. Полный анализ электролита осуществляют один раз в три месяца, Пробу для анализа берут на выходе электролита из обратной трубы в сборный бак.

Скорость циркуляции электролита определяют, либо набирая его из сливной трубки в мерную емкость и отмечая время, либо пропуская раствор через калиброванную щель сосуда. Замер скорости циркуляции следует производить не реже одного раза в смену.

Сила тока. Сопротивление в электрической цепи довольно часто колеблется при изменении условий электролиза : при повышении или понижение температуры электролита и изменении его состава, при коротких замыканиях электродов, при различных соотношениях продолжительности работы анодов и катодов между отдельными сериями электрической цепи и пр.

Резкое изменение сопротивления  электрической цепи происходит периодически, когда отдельные серии отключаются  на обработку и ремонты.

С изменением омического сопротивления  цепи должна была бы измениться и сила тока, но на преобразовательных подстанциях сила тока регулируют по заданной программе, Однако в некоторых случаях невозможно поддерживать заданную силу тока. Если, например, мотор-генератор работает на полную мощность, то при увеличении сопротивления цепи он не сможет обеспечить заданную силу тока.

Контроль силы тока необходим  для регулирования технологического процесса и определения коэффициента использования тока.

На предприятие Пышминского  завода на преобразовательных подстанциях установлены приборы, записывающие силу тока в электрической цепи.

Напряжение на сериях. Контроль напряжения на сериях имеет большое практическое значение: при возникновении коротких замыканий напряжение падает, и дежурные по электролизу принимают соответствующие меры; чрезмерно высокое напряжение указывает на ненормальное растворение анодов; величина напряжения свидетельствует также о состоянии контактов.

Напряжение на сериях замеряются вольтметром  обычно 2-3 раза в смену. Кроме того, напряжение замеряет дежурный  по электролизу, чтобы проверить эффективность проведенной очередной операции на серии (правка катодов, проверка работы ванн, чистка контактов и др.).

На Пышминском заводе вольтметры подключены к каждой серии и сконцентрированы на общем щите, что дает возможность проверять напряжение накаждой серии в любой момент.

Контроль продукции. Контроль готовой продукции – катодной меди- состоит в наружном осмотре и химическом анализе на содержание меди и примесей.

 

Побу готовят следующим образом, За одни сутки выгрузки катодов из серии отбирают три катода и высверливают из них пробу. Точки опробывания располагают по диагоналям полотна катода.

Анализ катодной меди ведут по ГОСТу.

Автоматизация процесса.

Современное состояние техники производства электролиза меди таково, что комплексная автоматизация неосуществима; в имеющихся условиях невозможна полная механизация основных рабочих операция. На данном этапе и в ближайшее время может быть осуществлена лишь автоматизация основных параметров процесса, благодаря чему создается возможность стабилизации режима технологии.

Разработкой схем автоматизации процесса электролитического рафинирования  меди занимается научно-исследовательские  и проектные институты ,а также экспериментальные цехи и лаборатории предприятий. К настоящему времени имеется несколько разработанных схем частичной автоматизации технологического процесса, но ни одна еще не внедрена.

Проведенные исследования показывают, что в современных условиях осуществимо следующее:

1) автоматический контроль и  поддержание температуры электролита  на заданном уровне путем автоматического  регулирования количества поступающего  в подогревательные аппараты  пара;

2)    автоматический контроль  и регулирование скорости циркуляции в заданном режиме;

3)  непрерывное корректирование  состава электролита с целью  сохранения постоянной концентрации  сульфата меди и свободной  серной кислоты;

4)     дозировка коллоидных  добавок по заданному количеству;

5)     блокировка циркуляционных насосов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 ОХРАНА ТРУДА

Охрана труда - это  система сохранения жизни и здоровья работников в процессе трудовой деятельности, включающая в себя правовые, социально-экономические, организационно-технические, санитарно-гигиенические, лечебно-профилактические, реабилитационные и иные мероприятия (ст.209 ТК РФ в редакции Федерального закона N 90-ФЗ от 30.06.2006 г.).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.1 Основные вредности и опасности производства

Научно-исследовательская работа соответствует категории 1а, к которой относятся работы, производимые сидя и сопровождающиеся незначительными напряжениями. Несмотря на то, что  показатели условий труда соответствуют установленным нормам по охране труда и, следовательно, не могут отрицательно влиять на здоровье человека, существуют опасные факторы, которые могут привести к внезапному резкому ухудшению здоровья – травме, ожогу. Например, при неосторожном обращении с кислотой можно получить химический ожог, а при неаккуратном обращении с электроплиткой- термический ожог. Наиболее опасными факторами являются поражения электрическим током. К вредным факторам относится работа с опасными для здоровья человека веществами, шумы.

Таблица 6

                                Показатели условий труда

Инженер-химик	Название профессии
1а	Категория тяжести работы
22/20-25	Температура, С
60\40-60(при 20С)	Относительная влажность, %
0,1/0,1-0,2	Скорость воздуха, м/с
300-300	Освещенность Факт/норм, лк
H2SO4         CuSO4	Наименование вредных веществ
0,5/5	Концентрация вредных веществ  факт/норм, мг/м3
6/4-6	Площадь, приходящаяся на одного работающего
13/10-15	Объем помещения, приходящийся на 1-го работающего, факт/норм, м3
-	Наименование энергетического воздействия на среду
-	Уровень энергетического воздействия

  

                                           Защита от шума

Шум- совокупность апериодических звуков различной интенсивности и частоты. Шум угнетает центральную нервную  систему, вызывает изменения скорости дыхания и пульса, способствует нарушению обмена веществ, возникновению сердечно- сосудистых заболеваний. Уровень шума до 30-35 дБ не беспокоит, а свыше 140 дБ вызывает контузию.

Основным источником шума в лаборатории  является вентиляция. Уровень шума не известен, но не превышает 50-60 дБ (разговорная речь). Не требуется мероприятий по защите от шума.

                                           Защита от вредных веществ

При работе в основном использовались сульфат меди и серная кислота.

Сульфат меди. Придает воде неприятный вкус при концентрации 1,5 мг/л, окрашивает воду при концентрации 0,5 мг/л и снижает ее прозрачность при концентрации 1,0 мг/л. Смертельная доза для человека составляет 10 г/кг массы, доза60-100мг/кг массы вызывает тошноту, рвоту, гастроэнтерит, а доза 10-30 мг/кг массы не оказывает токсического действия при потреблении меди внутрь в течении нескольких дней.

ЛД 50 теплокровных животных составляет 300 мг/кг массы. ЛД 50 для рыб 0,002 мг/л. при концентрации меди 0,01 мг/л тормозятся процессы самоочищения водоемов. Поступая со сточными водами в почву при проливе, медь куммулируется почвой и растениями, оказывает на них вредное действие, начиная с концентрации 0,1 мг/л. ПДК для питьевой воды 1 мг/л. Класс опасности 4.