г золота і до 1000 г срібла на одну тонну анодної міді. Метою електролітичного рафінування є: глибоке очищення від шкідливих домішок, а також попутне вилучення з міді таких цінних компонентів, як селен, телур, срібло і золото.
Сутність електролітичного рафінування міді полягає в тому, що в електролізну ванну, що містить електроліт підвішують литий анод і матрицю з катодного міді і пропускають через систему електричний струм. Анодна мідь розчиняється електрохімічним шляхом і потім осідає на катоді. Домішки, що містяться в анодному міді, або накопичуються в електроліті або переходять в шлам Електрохімічна ланцюг електролізера для електролітичного рафінування міді може бути представлена ??у вигляді схеми:
(-) (катод) Cu/розчин СuSO 4, H 2 SO 4, Н 2 О, добавки/Cu (анод) (+)
Електроліт містить 160-200 г/л Сu і сірчаної кислоти 135-200 г/л. В якості добавок використовують столярний клей і сечовину. Ці добавки вводяться для поліпшення якості (структури) катодного осаду.
При анодному розчиненні міді можливі наступні електрохімічні реакції, які супроводжуються виникненням відповідних електроднихпотенціалів:
Сu - e=Cu +?=0,51 В (1.80)
Cu + - e=C2 +? =0,17 В (1.81)
Cu - 2e=Cu2 +?=0,34 В (1.82)
У першу чергу повинна протікати реакція (1.81). Однак, ця реакція не отримує розвитку так як концентрація іонів Сu + в розчині мізерно мала. Концентрація іонів Сu + в електроліті встановлюється відповідно з рівновагою реакції, яка протікає при контакті металевої міді з іонами Сu2 +:
Сu2 + + Cu=2Cu + (1.83)
Константа рівноваги цієї реакції визначається виразом
К=(1.84)
При 55оС константа рівноваги цієї реакції складає 0,25 · 10-4. Це означає, що концентрація іонів Сu + буде в 200 разів менше концентрації іонів Сu2 +. Таким чином в умовах процесу електролітичного рафінування міді стійким в електроліті іоном буде іон Сu2 +.
Тому розчинення мідного анода буде проходити по реакції (1.82)
Якщо з яких - небудь причин рівновагу реакції (1.83) зсувається вліво, то у поверхні анода утворюється тонкий порошок металевої міді. У процесі електролітичного рафінування міді маса утворюється порошку невелика і складає 0,02 - 0,1% від маси анода.
Оскільки електроліт завжди містить розчинений у ньому кисень повітря, то в процесі рафінування анод частково розчиняється по хімічним реакціям:
Сu + H2SO4 + 0,5O2=CuSO4 + H2O (1.85) 2O + 2H2SO4 + 0,5O2=2CuSO4 + 2H2O (1.86)
Через протікання реакцій (1.85) і (1.86) анодний вихід по току для міді вище 100%. Перехідна в розчин за рахунок хімічного розчинення мідь НЕ осідає на катоді, а накопичується в електроліті. Надлишок такої міді зазвичай не перевищує 3% від маси анода.
Основним процесом, що протікає на катоді, є розряд іонів міді:
Сu2 + + 2e=Cu (1.87)
Всі домішки, перебувають у анодної міді можна умовно розбити на чотири групи.
До першої групи належать більш електронегативний, ніж сама мідь домішки. До них відносяться Na, K, Mg, Ca, Zn, Fe, Ni, Со, Sn, Pb. Ці домішки електрохімічним шляхом переходять в електроліт. На катоді вони розряджатися не можуть. Тому іони лужних і лужноземельних металів, а також іони Zn, Fe, Ni, З накопичуються в електроліті. Їх потрапляння в катодний осад можливо за рахунок межкристаллических включення розчину в катодну мідь. Олово і свинець також розчиняються електрохімічним шляхом, але утворюють нерозчинні сполуки Sn (OH) 2 і PbSO4 і потрапляють в шлам.
Другу групу домішок утворюють As, Sb, і Bi. Їх електродні потенціали близькі до потенціалу міді, тому ймовірність їх переходу в катодний осад висока. Для запобігання їх виділення на катоді необхідно не допускати перевищення їх граничної концентрації в електроліті. На практиці це досягається виведенням миш'яку, сурми і вісмуту з розчину при регенерації електроліту.
Миш'як і сурма, що переходять в електроліт, можуть окислюватися киснем повітря до солей вищих валентностей.
As2 (SO4) 3 + 2H2SO4 + O2=As2 (SO4) 5 + 2H2O (1.88) 2 (SO4) 3 + 2H2SO4 + O2=Sb2 (SO4) 5 + 2H2O (1.89)
оли вищих валентностей миш'яку і сурми схильні до утворення кислот H3SbO4 і H3AsO4.
Крім того, вони піддаються гідролізу, в результаті якого утворюються оксиди цих елементів і основні солі:
As2 (SO4) 5 + 2H2O=As2O3 + 3Н2SO4 (1.90) 2 (SO4) 5 + 2H2O=Sb2O3 + 3Н2SO4 (1.91) 2 (SO4) 3 + 2H2O=2Bi (OH) SO4 + Н2SO4 (1.92)
У підсумку окислилися на аноді електрохімічним шляхом As, Sb, і Bi розподіляються між розчином і шламом.
Тверді частки оксидів і основних солей цих елементів можуть утворювати добре сформувалися кристали, які осідають на дно ванни. Але іноді вони формуються у вигляді ...
