Файл: Набойченко, С. С. Гидрометаллургия меди.pdf

роста площади катодных участков’ и способствует большему выходу рыхлых дисперсных частиц меди.

Природа осадителя. Как уже отмечалось, для цементации меди в основном используется железо, характеризуемое достаточно высо­ кой электрохимической активностью. Кроме того, железосодержащий скрап представляет собой достаточно распространенный и дешевый осадитель. Активность его в значительной степени зависит от со­ става, удельной поверхности, окисленности и чистоты поверхности. В табл. 13 приведены данные по влиянию состава осадителя на ско­ рость цементации [170] меди из раствора, содержащего 1 г/л Си (поверхность образца 6,45 м2). Большая скорость достигается при использовании более чистых сортов железа, при этом требуется’го­ раздо меньшая интенсивность ■перемешивания.

Наименьшая сцепляемость осадка меди с поверхностью испыты­ ваемых сортов осадителей оказалась также у наиболее чистых об­ разцов. При чистой, неблокированной медыо-поверхности у осади­ теля сохраняется хорошая осаждающая способность в процессе цементации.

При цементации гранулированным чугуном практически полно­ стью используется’ железо при крупности частиц мельче 0,21 мм. Частицы цементного осадка имеют сферическую форму с включе­ ниями графита. Поверхность более крупных гранул быстро блоки­ руется осажденной медью, прекращая дальнейшее развитие про­ цесса.

Скорость цементации возрастает пропорционально поверхности осадителя, величина которой зависит от крупности и геометрической формы его частиц. На рис. 22 показано влияние крупности частиц чугунной стружки на извлечение.меди (7, с. 106). При использова­ нии осадителя с геометрически неправильной формой частиц за счет дополнительных завихрений раствора у поверхности показатели цементации улучшаются.

Наличие масла, лака и ржавчины на поверхности осадителя сни­

66

Гидродинамический режим. Цементация меди протекает в диф­ фузионном режиме: при недостаточной интенсивности перемешива­ ния скорость реакции зависит от скорости внешней диффузии, а при интенсивном перемешивании — от скорости диффузии в граничном слое, которая в ряде случаев осложняется из-за присутствия осаж­ денной меди на поверхности осадителя.

С увеличением интенсивности гидродинамического режима це­ ментация меди ускоряется. Это объясняется не только улучшением условий массопередачи, устранением концентрационной поляриза­

температуры скорость цементации несколько возрастает вследствие изменения равновесных потен­

циалов, снижения концентрационной поляризации и равновесной' растворимости кислорода.

Величина Еа процесса цементации меди, по данным различных авторов, колеблется в пределах 12,5—25 кДж/моль (3—6 ккал/моль). Температура является наименее действенным параметром в промыш­ ленных условиях в связи с экономической нецелесообразностью организации специального подогрева огромных объемов перераба­ тываемых растворов. Поскольку цементация — экзотермический процесс, большего внимания заслуживают мероприятия по сниже­ нию потерь тепла прежде всего в результате совершенствования конструкции используемого аппарата.

Таким образом, для обеспечения качественных показателей про­

хлора, растворенного кислорода) и илов в исходном растворе; 2) минимальная кислотность раствора, достаточная для предот­

вращения гидролиза солей трехвалентного железа алюминия;

3) оптимальный гидродинамический режим и достаточная про­ должительность контакта раствора с осадителем;

4)высокая чистота осадителя, представляющего собой одно­ родные по крупности частицы с развитой поверхностью;

5)возможно быстрое удаление металлической меди из реакцион­ ного пространства аппарата.

Кинетика цементации меди другими осадителями (цинком, кад­ мием, алюминием) [151—52] имеет много общего с цементацией железом. При использовании некоторых разновидностей осадителей удается более надежно сохранять его поверхность в процессе цементации свободной от осаждаемой меди, чем при применении железа.

Сорбция

Из известных разновидностей сорбентов в гидрометаллургии меди наибольшее значение имеют синтетические смолы на основе высоко­ молекулярных полимерных материалов.

К ионообменным смолам предъявляют следующие требования: высокая емкость, селективность извлечения нужного металла, хо­ рошая механическая прочность и химическая устойчивость, невысо­ кая стоимость.

Кинетика, механизм сорбционных процессов, вопросы синтеза

иструктурные свойства ионообменных смол обстоятельно изложены

вработах [153— 163].

Спомощью ионообменной технологии в гидрометаллургии меди стремятся селективно извлекать медь из бедных растворов сложного солевого состава. Показатели процесса существенно зависят от свойств смолы и технологического режима сорбции. В ряде случаев селективное извлечение меди основано на способности меди и со­ путствующих элементов' образовывать с десорбентом соединения, имеющие различную растворимость или устойчивость.

Сорбцию меди с целью ее отделения от ряда сопутствующих элементов из азотнокислых растворов на карбоксильных (СГ-1, СГ-2, КБ-2, КБ-4а-2) катионитах в Н-форме и на сульфокатионитах (КУ-1, КУ-2) исследовали в работах [164— 167].

Наибольшая емкость при pH =4,8=4,9 по меди не превышала 51—64 мг/г для карбоксильных ионитов и 72,5 мг/г для сульфокатионитов. Медь десорбировали однонормальным раствором хлорида или нитрата аммония.

Селективная сорбция меди из сернокислых железосодержащих растворов с использованием анионитов АН-1, АН-2, ЭДЭ-10п, АВ-16 впервые описана в работе [168]. Более детальные исследования сорб­ ционных свойств различных смол по отношению к меди и определе­ ние оптимальных режимов процесса были проведены в последние годы [169—173].

Емкость по меди почти всех типов исследованных ионитов, за исключением сульфокатионитов, зависит от кислотности раствора. Например, при увеличении pH с 2 до 4,0—4,5 емкость ионитов по

68

меди возрастает с 10—12 мг/г до 130 мг/г (для СГ-I) и с 11—13 до 38 мг/г (для КБ-4п); особенно это заметно для среднеосновных смол. Наибольшую емкость по меди смолы АН-31, АВ-16г и ЭДЭ-10п имеют при pH—3,5; соответственно ПО мг/г, 103 мг/г, 95 мг/г. По­ вышенная сорбционная емкость по меди характерна для ионитов, сочетающих в своей структуре амино- и карбоксильные группы (ам­ фолиты, иониты серии АНКБ). Некоторые данные [171] по сорбируемости меди из сернокислых растворов различными ионитами при­ ведены на рис. ■23.

Двухвалентное железо в отличие от трехвалентного практи­

Не менее важной операцией является десорбция, при которой достигается не только извлечение меди в богатый раствор, но и осу­ ществляется подготовка смолы к новому циклу сорбции меди. При подборе режима десорбции учитывают возможность использования дешевых реагентов, селективность выделения меди в богатый растт вор, полноту регенерации смолы.

К основным параметрам, позволяющим управлять процессом десорбции, можно отнести концентрацию кислоты, солевой состав раствора, используемого для промывки смолы, расход и температуру промывного раствора. ■

Применение концентрированных растворов серной кислоты по­ зволяет ускорить десорбцию, существенно уменьшить объем товар­

69

ной фракции десорбированного раствора и повысить содержание в нем меди. При выборе оптимальной кислотности наряду с кинети­ ческими факторами учитывают химическую стойкость сорбента, способ последующей переработки элюатов. В присутствии сульфата натрия или сульфата аммония в растворе серной кислоты показа­ тели десорбции меди, например, из смолы АН КБ-7, практически не ухудшаются.

С повышением температуры десорбирующего раствора снижается

меди при ограниченном объеме получаемых элюатов.

В качестве примера на рис. 24, 25 показана кинетика десорбции меди из насыщенных ионитов АНКБ-1 и АНКБ-7.Кинетику десорб­

В последние годы ионообменные смолы находят широкое приме­ нение для изготовления мембран, используемых при электродиализе. Мембраны, помимо основных требований, предъявляемых к иони­ там, должны иметь хорошую электропроводность (быть эластичными, гибкими, водонепроницаемыми).

Электродиализ наиболее часто применяют для селективного вы­ деления меди или сульфатов сопутствующих металлов из растворов с повышенной кислотностью. Эффективность электродиализа харак­ теризуется коэффициентом обмена, величину которого можно опре­

70