4
СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ЧИСТОГО ЭЛЕКТРОЛИТА CuSO ИЗ МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ РАСТВОРОВ И ЕГО РЕГЕНЕРАЦИЯ ПРИ ПОЛУЧЕНИИ КАТОДНОЙ МЕДИ ЭЛЕКТРОЛИЗОМ С НЕРАСТВОРИМЫМ АНОДОМ
4
PREPARATION METHOD OF PURE ELECTROLYTIC CONDUCTOR CuSoFROM MULTICOMPONENT SOLUTIONS AND ITS REGENERATION, WHEN PRODUCING CATHODE COPPER BY ELECTROLYSIS WITH INSOLUBLE ANODE

Предлагаемое изобретение относится к области гидрометаллургии цветных металлов, в том числе к гидрометаллургии меди.
В настоящее время для получения чистой меди в мировой практике все большие масштабы приобретает гидрометаллургический способ, заключающейся в том, что из медных руд, их концентратов и других промпродуктов выщелачивается медь и другие сопутствующие металлы: Ni, Zn, Fe, Pb, Ag и другие, то есть получают многокомпонентные медьсодержащие растворы.
2
4
Выщелачивание проводят действием на исходные материалы различных реагентов. В частности, используют раствор хлорида меди (II) и окислителя - хлора или кислорода, а также HSO. В результате получают хлоридный и Z-хлоридно-сульфатный или сульфатный многокомпонентный раствор.
2
2
4
2
4
Так, действием раствора CuCl+Cl на медно-никелевые файнштейны получают хлоридно-сульфатный раствор, содержащий медь, никель, кобальт, железо. Для получения чистого электролита CuSO из этого раствора медь осаждают в форме CuS, осадок подвергают обжигу, а из огарка действием серной кислоты получают электролит CuSO. Затем подвергают его электролизу с нерастворимым анодом и получают катодную медь (Цветные металлы, 2014, №9, с. 81-88).
2
2
4
4
Предложено получать растворы хлорида меди (II) - CuCl действием раствора CuCl+Cl на сульфидный медный концентрат. Полученный раствор перерабатывают на электролит CuSO путем экстракции в присутствии серной кислоты. Полученный раствор CuSO подвергают электролизу с нерастворимым анодом с получением катодной меди (Processing of Copper, 2013, Chili, р. 285-295).
4
Для получения электролита CuSO при переработке окисленной руды Удоканского месторождения предложено ее выщелачивание серной кислотой с последующей очисткой раствора экстракцией (Патент РФ 23397113 от 16.04.2007).
4
Недостатками экстракционных способов приготовления электролита CuSO для получения катодной меди электролизом с нерастворимым анодом являются:
- высокая стоимость реагентов - экстрагентов;
- использование горючего растворителя - керосина;
- узкие пределы кислотности растворов (рН=1,3-3,0), направляемых на экстракцию;
- большие объемы растворов в обороте;
4
- неполная очистка электролита CuSO от примесей - Ni, Со, Zn, Fe и др.
2
Предлагаемый способ основан на выделении меди из многокомпонентных растворов путем восстановления Cu(II)→Cu(I) и осаждении чистой соли CuCl. Известен ряд способов восстановления меди (II) до меди (I) действием на растворы различными восстановителями - Со, Н, Cu и др. (Некрасов Б.В. Основы общей химии, т. 2, 1973, М., Химия, с. 688).
+2
-
Наиболее близким к предлагаемому является способ восстановления меди (II) до меди (I) действием на растворы, содержащие ионы Cu и Cl металлической меди, что приводит к выделению соли CuCl за счет реакции:
+2
-
0
Cu+2Cl+Cu=2CuCl↓
Но для осуществления этого способа необходимо иметь отдельное производство медного порошка.
4
4
Последний в промышленных масштабах получают электролизом раствора CuSO с нерастворимым анодом, что определяет высокую стоимость медного порошка. К тому же необходимо получать электролит CuSO и регенерировать его в процессе электролиза.
4
В предлагаемом изобретении, включающем  технологию переработки многокомпонентных растворов от выщелачивания медьсодержащих промышленных продуктов - концентратов, штейнов, файнштейнов и других - на чистый электролит CuSO и его регенерацию в процессе электролиза с нерастворимым анодом, выполняют следующие последовательные операции:
1. В исходный раствор вводят порошок меди при t=20-50°С и перемешивают. При этом происходит осаждение чистой соли CuCl за счет реакции:
2. Соль CuCl отделают от раствора и обрабатывают ее водяным паром при t≈100°С, что вызывает ее гидролиз с образование оксида меди (I) и хлористого водорода по реакции:
Хлористый водород в форме соляной кислоты используют для выщелачивания исходного продукта.
4
3. Оксид меди (I) растворяют в серной кислоте и получают чистый электролит CuSO и медный порошок по реакции:
4
4. Электролит CuSO подвергают электролизу с нерастворимым анодом и получают катодную медь по электрохимической реакции:
4
2
4
4
2
4
4
2
4
5. В результате реакции (4) в электролите уменьшается содержание CuSO и увеличивается концентрация HSO. При достижении определенных концентраций CuSO и HSO в электролите его необходимо регенерировать, то есть увеличить концентрацию CuSO и уменьшить концентрацию HSO.
2
4
2
4
Для регенерации электролита в него вносят соответствующее количество CuO. За счет реакции (3) достигают необходимое увеличение концентрации CuSO и уменьшение содержания HSO.
4
6. Порошок меди, образующийся при получении электролита CuSO и его регенерации по реакции (3), направляют на выделение соли CuCl из исходного раствора по реакции (1) с последующим проведением операций по пунктам 2, 3, 4, 5.
4
Для запуска описанной технологии необходимо первоначально использовать медный порошок, полученный по одной из известных технологий, в частности путем электролиза. Это позволяет достигнуть непрерывного процесса получения чистого электролита CuSO и его регенерации при электролизе с нерастворимым анодом и получением товарного продукта - катодной меди высокой чистоты.
Примеры использования предлагаемого способа.
Пример 1
Состав исходного раствора, г/л:
Cu - 63,5; Ni - 3,4; Fe - 1,5;  - 72,3;  - 20,7
2
4
К 100 мл исходного раствора добавляют 6,35 г порошка меди, полученного электрохимическим способом, и перемешивают смесь при 20°С в течение 30 минут. В результате реакции (1) выпадает осадок CuCl, который отделяют от раствора фильтрацией. Затем осадок CuCl помещают в трубчатую печь, через которую пропускают водяной пар при t=103°С в течение двух часов. В результате за счет протекания реакции (2) получают оксид меди (I) - CuO, который вносят в 100 мл раствора серной кислоты с концентрацией 120 г/л и перемешивают в течение 30 минут при t=21°С. За счет реакции (3) получают чистый раствор электролита CuSO с концентрацией меди 63,4 г/л и медный порошок массой 6,35 г.
2
Медный порошок отделяют от раствора и вносят в 100 мл исходного раствора. В результате по реакции (1) получают новый осадок CuCl, который перерабатывают на CuO по реакции (2), как указано выше.
4
2
Полученный ранее электролит CuSO подвергают электролизу с нерастворимым анодом. По мере изменения состава электролита согласно уравнению (4) его корректируют, добавляя полученный оксид меди (I) - CuO. Согласно уравнению (3) происходит регенерация электролита и выделение порошка меди, который используют для выделения CuCl из исходного электролита по реакции (1). Далее проводят операции в соответствии с реакциями (2, 3, 4).
Таких циклов было проведено четыре. В результате была получена катодная медь, которая по данным анализа содержала >99,99% Cu.
Пример 2
Состав исходного раствора, г/л:
Cu - 95,2; Ni - 56,1; Fe - 3,8;  - 71,0;  - 96,0
2
2
4
4
2
К 100 мл исходного раствора добавляют 9,52 г порошка меди, полученного электрохимическим способом, и перемешивают смесь при 20,5°С в течение 30 минут. В результате реакции (1) выпадает осадок CuCl, который отделяют от раствора фильтрацией. Затем осадок CuCl помещают в трубчатую печь, через которую пропускают водяной пар при t=100-102°С в течение двух часов. В результате за счет протекания реакции (2) получают оксид меди (I) - CuO, который вносят в 100 мл раствора HSO с концентрацией серной кислоты 140 г/л и перемешивают в течение 30 минут при t=20,5°С. За счет реакции (3) получают чистый раствор электролита CuSO с концентрацией меди 95,1 г/л и 9,5 г медного порошка. Медный порошок отделяют от раствора и вносят в 100 мл исходного раствора. В результате по реакции (1) получают новый осадок CuCl, который перерабатывают на CuO по реакции (2), как описано в примере 1.
4
2
Полученный ранее электролит CuSO подвергают электролизу с нерастворимым анодом. По мере изменения состава электролита согласно уравнению (4) его корректируют, добавляя полученный оксид меди (I) - CuO. Согласно уравнению (3) происходит регенерация электролита и выделение порошка меди, который используют для выделения CuCl из исходного электролита по реакции (1). Далее проводят операции в соответствии с реакциями (2, 3, 4).
Таких циклов было проведено пять. В результате была получена катодная медь, которая по данным анализа содержала >99,99% Cu.
4
Таким образом, использование предлагаемого изобретения позволяет быстро и эффективно перерабатывать многокомпонентные хлоридные и хлоридно-сульфатные растворы, которые получают при выщелачивании медьсодержащих промпродуктов - концентратов, штейнов, файнштейнов и др., на чистый электролит CuSO, регенерировать его в процессе электролиза с нерастворимым анодом без использования других реактивов и получать катодную медь высоких марок.