DE2640912A1 - Verfahren zur direkten elektrochemischen gewinnung von kupfer - Google Patents

Verfahren zur direkten elektrochemischen gewinnung von kupfer

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DE2640912A1
DE2640912A1 DE19762640912 DE2640912A DE2640912A1 DE 2640912 A1 DE2640912 A1 DE 2640912A1 DE 19762640912 DE19762640912 DE 19762640912 DE 2640912 A DE2640912 A DE 2640912A DE 2640912 A1 DE2640912 A1 DE 2640912A1
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copper
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Paul Robert Ammann
Glenn Melvin Cook
Charles Portal
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Kennecott Corp
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Kennecott Copper Corp
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    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25CPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25C1/00Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of solutions
    • C25C1/12Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of solutions of copper
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    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
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    • Y02P10/20Recycling

Description

  • Verfahren zur direkten elektrochemischen Gewinnung von Kupfer Die Erfindung betrifft Verfahren für die direkte elektrochemische Gewinnung von Kupfer aus verdünnten ammoniakalischen Lösungen, welche aus wertstoffhaltigen Auslaugungsflüssigkeiten hergestellt worden sind, unter Benutzung einer porösen Kathode mit großer Oberfläche, Es sind bereits verschiedene Verfahren zum Gewinnen von Kupfer aus we rts toffhaltigen ammoniakalis chen Aus laugungslösungen bekannt. Hierzu gehören Verfahren, bei denen mit einem festen oder einem flüssigen lonenaustauschmittel gearbeitet wird.
  • Aus dem festen oder flüssigen lonenaustauschmittel wird Kupfer mit Hilfe einer sauren Lösung entfernt, aus der sich Kupfer auf elektrochemischem Wege in bekannter Weise gewinnen läßt0 Ferner ist bereits bekannt, daß man Kupfer aus kupferhaltigen Ammoniak-Amsoniumsalz-Lösungen mittels einer Zersetzung oder Ausfällung gewinnen kann. Im Anschluß hieran werden verschiedene Verfahren angewendet, um Kupfer von hoher Reinheit aus diesen Kupferquellen zu gewinnen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, das eine direkte elektrochemische Gewinnung von hochwertigem Kupfer aus verdünnten ammoniakalischen Lösungen ermöglicht, die aus we rts toffhaltigen Auslaugungsflüssigkeiten hergestellt sind, und bei dem im Rahmen des gesamten Gewinnungsverfahrens mit einem im Kreis geführten Strom zum Auslaugen zusätzlichen Kupfers gearbeitet wird. Hierbei wird gemäß der Erfindung Kupfer aus großen Mengen verdünnter wertstoffhaltiger Flüssigkeiten unter Verwendung einer porösen Kathode mit großer Oberfläche gewonnen, woraufhin die wertstoffarme Flüssigkeit im Rückfluß umgewälzt und eine weitere Behandlung durchgeführt wird, um das bei dem elektrolytischen Vorgang verbrauchte Ammoniak zu ersetzen und zusätzliches Kupfer zu gewinnen.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe ist durch die Erfindung ein Verfahren geschaffen worden, das es ermöglicht, Kupfer ohne irgendeine chemische oder physikalische Vorbehandlung aus ammoniakalischen Auslaugungslösungen zu gewinnen0 Die Erfindung ist allgemein bei der Gewinnung von Kupfer aus einer beliebigen ammoniakalischen kupferhaltigen Lösung anwendbar, die aus einer beliebigen Quelle stammt, Im folgenden ist jedoch angenommen, daß die wertstoffhaltigen Auslaugungslösungen beim Auslaugen von Kupfererz oder Kupferkonzentraten anfallen.
  • Zu dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Gewinnen von Kupfer aus einer kupferhaltigen ammoniakalischen Lösung, die neben einem Kupfergehalt von 0,1 bis 20 g/l Verunreinigungen und zusammen mit Kupfer auftretende solvatierte Metalle enthält, gehören Arbeitsschritte, um die Lösung in eine elektrolytische Zelle einzuleiten, die eine Kathode aus einem porösen Kathodenmaterial und eine Anode enthält, um einen Strom derart durch die Zelle zu leiten, daß sich eine Stromdichte von etwa 0,11 bis 10,75 A Je Quadratdezimeter des Kathodenquerschnitts ergibt, um die Lösung durch die Kathode und über die Anode hinweg zu leiten, und zwar mit einer solchen Geschwindigkeit, daß eine vollständige Reaktion des gelösten kupferhaltigen Materials möglich ist, damit Kupfer in und auf der Kathode niedergeschlagen wird, wobei eine wertstoffarme Auslaugungslösung entsteht, und um das niedergeschlagene Kupfer von der Kathode zu trennen, Die von der elektrolytischen Zelle abgegebene wertstoffarme Lösung ist nach einer minimalen zusätzlichen Behandlung geeignet, im Kreislauf geführt zu werden und weiteres Kupfer aus den kupferhaltigen Stoffen auszulaugen0 Es hat sich gezeigt, daß es unter Verwendung einer porösen Kathode von großer Oberfläche möglich ist, Kupfer unmittelbar aus ammoniakalischen Lösungen zu gewinnen, und daß das Verfahren bei Verwendung von Lösungen, die gewöhnlich mit anderen Metallen verunreinigt sind, Kupfer liefert, das nahezu von gleicher Qualität ist wie Kathodenkupfer. In der Praxis lassen sich sehr stark verdünnte Auslaugungslösungen zur direkten Gewinnung von Kupfer verarbeiten.
  • Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine wertstoffhaltige Auslaugungsflüssigkeit, wie sie beim Auslaugen eines kupferhaltigen Materials mit einer verdünnten ammoniakalischen Lösung anfällt, und die Je Liter etwa 0,1 bis 20 g Kupfer enthält, einer elektrochemischen Behandlung unterzogen, bei der die Auslaugungsflüssigkeit zuerst in Berührung mit einer porösen Kathode von großer Oberfläche und dann mit einer Anode gebracht wird. Hierbei wird das gewonnene Kupfer auf der Kathode niedergeschlagen.
  • Das mit dem Kathodenmaterial gemischte Kupfer wird dann aus der elektrolytischen Zelle entfernt und einer Behandlung zum Abtrennen des Kupfers unterzogen. Zu diesem Zweck wird das Kupfer- und Kathodenmaterial gebrochen, ein Teil des gebrochenen Kathodenmaterials wird von dem gebrochenen Kathoden- und Kupiermaterial getrennt, und schließlich wird das letztere Material einer pyrometallurgischen Behandlung in einem Ofen unterzogen, in dem das Kupfer zum Schmelzen gebracht und von dem noch vorhandenen gebrochenen Kathodenmaterial getrennt wird.
  • Das abgetrennte Kupfer weist einen hohen Reinheitsgrad auf, d.ho man erhält Kupfer mit einem Reinheitsgrad, der sich demwenigen von Kathodenkupfer annähert, und das zurückbleibende gebrochene Kathodenmaterial ist zu einer erneuten Verwendung geeignet. Alternativ zum Brechen des Kathoden- und Kupfermaterials und zum Schmelzen des Kupfers zum Zweck des Trennens von dem damit vermischten Kathodenmaterial kann man das Kupfer einer direkten Elektroraffination unterziehen, indem man das Kupfer- und Kathodenmaterialerzeugnis bei einem sauren Elektroraffinationsverfahren bekannter Art als Anode verwendet.
  • Man kann die wertstoffarme Aus laugungs flüssigkeit im Kreislauf umwälzen, um weiteres Kupfer aus dem kupferhaltigen Material auszulaugen.
  • Durch die Erfindung werden die Nachteile vermieden, die sich bei der bekannten Lösungsmittelextraktion, der Elektroraffination und dem Kupferoxid-Ausfällungs- und Schmelzverfahren ergeben, Weitere Vorteile der Erfindung bestehen darin, daß die löslich gemachten metallischen Verunreinigungsspuren in der Aus laugungsflüssigkeit die Auslaugung des Kupfers mit Hilfe der ammoniakalischen Flüssigkeit nicht stören, Die Verunreinigungsstoffe werden nicht zusammen mit dem Kupfer aus der wertstoffhaltigen ammoniakalischen Aus laugungs flüssigkeit entfernt.
  • Bei dem Verfahren nach der Erfindung wird Kupfer durch eine Elektroraffination aus der wertstoffhaltigen Auslaugungslösung an der Kathode gewonnen, während an der Anode Sauerstoff erzeugt wird.
  • An der Kathode bzw. an der Anode spielen sich die nachstehend aufgeführten Reaktionen ab: Reaktionen an der Kathode +2 Cu(NH3)4 + e- = Cu(NH3)2 + 2 NH3 E°1/2 = -0,542 V (1) + Cu(NH3)2 + e- = Cu°(s) + 2NH3 E°1/2 = -0,126 V (2) Cu(NH3)4+2 + 2e- = Cu°(s) + 4NH3 E°1/2 = -0,334 V (3) +2 2Cu(NH3)4 + 20H + 2e = Cu2O(s) + H2O + 8NH3 E°1/2 = -0,309 V (4) 2H2O + 2e- = H2(g) + 2OH- E°1/2 = -0,828 V (5) NO3- + 2NH4 + 2e = NO2- + 2NH3 + H20 EO 1/2 = +0,286 (6) Reaktionen an der Anode 4OH- = O2(g) +2H2O + 4e- E°1/2 = -0,401 (7) In einem geringen Ausmaß können sich auch die nachstehenden Nebenreaktionen abspielen: NH3 + 7OH- = NO2- + 5H2O + 6e- E°1/2 = +0,161 (8) NH4OH + 50H = NO + 5H20 + Se E°1/2 = +0,102 (9) Die elektrochemische Gesamtreaktion der Zelle spielt sich wie folgt ab: Cu(NH3)4 + 2 OH = Cu°(s) + 1/2 02 + H20 + 4NH3 Zelle= -0,735 V (10) Bei den Reaktionen (1), (2) und (3) handelt es sich um die Hauptreaktionen, und die Reaktion (5) spielt sich bei einem höheren Potential ab. Bei der Reaktion (4) ist das Cu20 gegenüber einer Auflösung zu Cu(NH3)2 unstabil. Die Reaktion (6) läuft trotz des günstigen Potentials nicht mit einer hohen Geschwindigkeit ab. Bei der Erzeugung von Kupfer überschreiten die Stromwirkungsgrade den Wert von 80%.
  • Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt: Fig. 1 ein Gesamtfließbild zur Veranschaulichung der Auslaugung, der Elektroraffination der Rückumwälzung der wertstoffarmen Auslaugungsflüssigkeit, der Behandlung des Kathodenmaterials und der pyrometallurgischen Gewinnung von Kupfer; Fig. 2 eine Anordnung zum Gewinnen von Kupfer unter Anwendung einer Auslaugung in Bottichen; und Fig. 3 eine perspektivische Teildarstellung einer bei dem erfindungsgemäßen Verfahren benutzbaren elektrolytischen Zelle, Zu den kupferhaltigen Materialien, die dem erfindungsgemäßen Verfahren unterzogen werden können, gehören natürliche Kupfererze, kupferhaltige Abfallstoffe aus Zechendeponien, kupferhaltige Nebenprodukte anderer bergmännischer Arbeiten oder Verfahren, Kupferschrott und sonstige kupferhaltige Stoffe. Die Kupfererze können abgebaut und dann behandelt oder an Ort und Stelle einer Behandlung unterzogen werden. Die behandelten Materialien können Je Tonne (ton) etwa 1 bis 895 kg Kupfer enthalten, und je nach der Quelle des Materials enthalten sie gewöhnlich je Tonne (ton) etwa 2,27 bis 545 kg Kupfer.
  • Die Auslaugungslösung enthält je Liter 0,01 bis 1,0 g Kupfer sowie als Hauptlösungsmittel Ammoniak entsprechend einem Gehalt von 4 bis 60 g/l NH4 sowie von 2 bis 30 g/l NH3.
  • Die Auslaugungslösung hat einen Kupfergehalt, der vorzugsweise weniger als 1OSd des Kupfergehalts der wertstoffhaltigen Lösung entspricht, und sie enthält 12 bis 50 g/l an NH4-Ionen sowie 3 bis 10 g/l an gelöstem NH30 Die Auslaugungslösung wird auf bekannte Weise in Berührung mit dem kupferhaltigen Material gebracht, um Kupfer selektiv in Lösung zu bringen.
  • Nach der Auslaugung kann die wertstoffhaltige Aus laugungs lösung Kupfer in einer Menge von 0,1 bis 20,0 g/l oder darüber enthalten, ferner 4 bis 60 g/l NH4, 2 bis 30 g/l an gelöstem Ammoniak sowie kleinere Mengen an Verunreinigungen in Form gelöster Metalle. Vorzugsweise enthält die wertstoffhaltige Auslaugungslösung 0,5 bis 10,0 g/l Kupfer, 12 bis 50 g/l NH4+ sowie 3 bis 10 g/l an gelöstem Ammoniak0 Die hauptsächlich vorhandenen Verunreinigungen richten sich nach der Art des zu verarbeitenden Materials. In erster Linie können Natrium, Kalium, Schwefel, Kalzium, Zinn, Molybdän, Nickel, Silber usw, vorhanden sein.
  • Während der Auslaugung wird die Alkalität der Lösung durch Beifügen von gasförmigem Ammoniak auf einem pH-Wert zwischen 8 und 10 und vorzugsweise zwischen 8,5 und 9,5 gehalten, Die Alkalität der wertstoffhaltigen Lösung kann während der Elektroraffination auf einem beliebigen pH-Wert über 8 gehalten werden, doch soll der pH-Wert bei der direkten Elektroraffination über 8 und vorzugsweise über 9 liegen, Die als Kathode verwendete Elektrode ist porös und weist ein hohes Verhältnis zwischen ihrer Oberfläche und ihrem Volumen auf. Geeignete Elektroden haben eine tatsächliche Oberfläche von 2 bis 1000 cm2/cm3. Vorzugsweise haben die Kathoden eine tatsächliche Oberfläche von über 60 cm2/cm3. Die Kathoden können aus Koksteilchen bestehen, ferner aus Kohlenstoff-Filz, Graphit, Bleiwolle, Kupferwolle, Schrot. Das Hohlraumvolumen kann zwischen 2596 (bei dichter Packung) und 97,' (bei Kohlenstoffilz) variieren und richtet sich nach der jeweiligen Form des Materials und der Packungsart. Im allgemeinen variiert der Hohlraumanteil zwischen 40 und 97,'. Die elektrische Leitfähigkeit kann je nach dem gewählten Kathodenmaterial in weiten Grenzen variieren, doch muß die Leitfähigkeit der Kathode diejenige der Auslaugungslösung, d.h. des Elektrolyten überschreiten. Bei einem typischen Koksbett liegt die Leitfähigkeit zwischen 0,10 und 0,50 S cm 1. Bei einer typischen Auslaugungslösung liegt die Leitfähigkeit zwischen 0,01 und 0,3 S cm 1.
  • In der Praxis hat sich ein Kohlenstoff-Filz mit einer Porosität von 97,' als brauchbar erwiesen. Als bevorzugtes Material zur Verwendung bei der Herstellung einer porösen Kathode wird teilchenförmiger Koks verwendet.
  • Die Korngröße des Kokses richtet sich nach der Konstruktion der Kathode und kann zwischen einem Wert von "minus 10 mesh" und plus 100 mesh1, oder darunter liegen, Die Untergrenze der Korngröße des teilchenförmigen Kokses richtet sich nach der Eignung der Kathodenkonstruktion, den Koks zusammenzuhalten, sowie nach dem zulässigen hydraulischen Druckabfall innerhalb der Kathode, Brauchbare Kathoden lassen sich aus Koksteilchen herstellen, deren Korngröae im Bereich von 4 bis 100 Maschen je Zoll (25,4 mm) liegt0 Die Anoden, die in erster Linie als Gegenelektrode für die Kathode zur Wirkung kommen, sind bezüglich der Erfindung nicht von ausschlaggebender Bedeutung. Geeignete Anoden können aus Graphit, Koks und Stahl hergestellt werden.
  • Die wertstoffhaltige Auslaugungsflüssigkeit wird zuerst der Kathode zugeführt, wo das Kupfer in und auf dem porösen Kathodenmaterial niedergeschlagen wird, woraufhin die Flüssigkeit zu der Anode strömt, um dann aus der elektrolytischen Zelle abgeführt zu werden0 Die Durchsatzgeschwindigkeit der Auslaugungsflüssigkeit kann bei der Kathode etwa 0,000041 bis 0,203 l/dm2 (.0001 bis 0.50 gpn/ft2) und vorzugsweise etwa 0,00028 bis 0,0325 1/dm2 (0.0007 bis 0.08 gpm/ft2) betragen und richtet sich zum Teil nach der Konzentration des Kupfers in der zugeführten Lösung.
  • Die mittlere wirksame Stromdichte kann etwa 0,11 bis 10,75 A/dm2 betragen und vorzugsweise zwischen etwa 0,54 und 4,3 A/dm2 liegen. Die Zellenspannung kann 1 bis 10 V und vorzugsweise 1 bis 4 V betragen. Hierbei wird in der Kathode Kupfer mit einer Geschwindigkeit von etwa 0,000127 bis 0,0127 kg/dm2 bezogen auf den Kathodenquerschnitt und vorzugsweise zwischen etwa 0,000637 und 0,0049 kg/dm2 niedergeschlagen.
  • Die elektrolytische Zelle entfernt aus der wertstoffhaltigen Auslaugungslösung während eines einzigen Durchgangs 20 bis 99,9,' und vorzugsweise über 9096 des vorhandenen Kupfers, und die wertstoffarme Auslaugungsflssigkeit wird im Kreislauf erneut der Auslaugungsstufe zugeführt.
  • Die Auslaugung und die Elektroraffination werden bei Raumtempe ratur und Umgebungsdrücken durchgeführt, doch könnte man auch mit etwas höheren oder etwas niedrigeren Werten sowohl der Temperaturen als auch der Drücke arbeiten, Im folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand von Fig. 1 beschrieben, wo der Gesamtprozeß in einem vereinfachten Fließbild dargestellt ist. Eine wertstoffarme, wässrige ammoniakalische Auslaugungslösung mit einem pH-Wert zwischen 8 und 10, die Je Liter etwa 4 bis 60 g NH4+ sowie 2 bis 30 g an gelöstem NH3 enthält, wird einer Auslauf gungseinrichtung 1 zur Behandlung kupferhaltiger Stoffe zugeführt. Der pH-Wert der Auslaugungslösung wird dadurch aufrechterhalten, daß nach Bedarf zur Ergänzung gasförmiges Ammoniak beigefügt wird, Die wertstoffhaltige Auslaugungslösung, die je Liter 0,5 bis 6 g Kupfer enthält, wird mittels einer Kläreinrichtung 2 gereinigt, bevor sie in die elektrolytische Zelle 3 mit einer Durchsatzgeschwindigkeit von etwa 0,41 bis 8,14 lih bezogen auf 1 Quadratdezimeter der Kathodenfläche eingeleitet wird. Hierbei wird die Lösung auf jeder Kathode mit einer linearen Geschwindigkeit von etwa 0,03 bis 0,55 m/h verteilt. Die Spannung an jeder einzelnen Zelle wird zwischen 3 und 7 V gehalten, so daß sich an der Oberfläche der Kathoden eine Stromdichte von etwa 1,1 bis 3,22 A/dm2 ergibt.
  • Wird die wertstoffarme Aus laugungs lösung wieder aus der elektrolytischen Zelle 3 abgezogen, hat sie einen Kupfergehalt von 0,02 bis 0,5 g/l. Sobald sich in und auf der Kathode 4 eine ausreichende Kupfermenge abgelagert hat, was sich anhand des Druckabfalls längs der Zelle 3 erkennen läßt, wird gemäß Fig. 1 die das niedergeschlagene Kupfer enthaltende Kathode 4' der Zelle 3 entnommen, um dann einer Behandlung zur Gewinnung des Kupfers unterzogen zu werden. Das verbrauchte Koksmaterial wird durch frisches Koksmaterial ersetzt, und die Kathode 4' mit dem frischen Koksmaterial wird wieder in der elektrolytischen Zelle 3 angeordnet, woraufhin der Prozeß fortgesetzt wird0 Das Koksmaterial für die Kathoden wird dadurch vorbereitet, daß man rohen Koks in einer Mühle 5, z.B. einer Stabmühle, in Gegenwart von Wasser zerkleinert0 Die feinen Koksteilchen werden entfernt, und eine Aufschlämmung aus Koks in Wasser wird zu der Kathodenzelle 4' gepumpt. Der in der Aufschlämmung enthaltene frische Koks wird anstelle des verbrauchten Kupfer-Koks-Produktes verwendet, die überschüssige Flüssigkeit wird zum Ablaufen gebracht, und die abgelaufende Flüssigkeit wird erneut der Mühle 5 zugeführt oder als Ergänzungswasser verwendet. Die Kathoden- und Anodenzelle ist mit weiteren Einzelheiten in Fig. 3 dargestellt. Die Kokskathode ist in hohem Maße porös und hat eine große Oberfläche.
  • Sobald die Kathode 4 in einer in Betrieb befindlichen Zelle ihr Fassungsvermögen an niedergeschlagenem Kupfer erreicht hat, wird sie der Zelle entnommen, und der kupferhaltige Koks wird gebrochen; ein von dem Kupfer und Koks enthaltenden Produkt getrennter Teil des Kokses wird gewaschen, und die Waschflüssigkeit wird von dem Kupfer-Koks-Produkt z.B. mittels eines Abscheiders 6 getrenni. Das Kupfer-Koks-Produkt, dessen Gewicht 25 Gew0-,' der Kokskathode entspricht, wird einem Ofen 7 zugeführt, in dem das Kupfer zum Schmelzen gebracht wird. In einem Feuerraffinations- und Warmhalteofen 8 werden das geschmolzene Kupfer und die Koksschlacke voneinander getrennt.
  • Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, bei der ein Satz von Auslaugungsbottichen eine kupferhaltige ammoniakalische Lösung liefert, die den elektrolytischen Zellen zugeführt wird; bei Fig. 2 handelt es sich um ein vereinfachtes Fließbild mit Beschriftungen zur Erläuterung der verschiedenen Prozeßschritte sowie mit Angaben über die Konzentrationswerte der wertstoffhaltigen bzw. wertstoffarmen Lösungen. In solchen Bottichen lassen sich verschiedene kupferhaltige Materialien unter Verwendung von Ammoniak aus laugen. Hierzu gehören Kupferoxide, natürliche kupferhaltige Erze und Abfallprodukte, oxidierte Sulfiderze, Kupferschrott und Metallschrottgemische. In Figo 2 ist der Kupfergehalt des Ausgangsmaterials nicht angegeben, denn für den Einsatz dieser Kupfergewinnungsanlage sind gegenwärtig nicht etwa technologische, sondern wirtschaftliche Gesichtspunkte maßgebende Figo 3 ist eine perspektivische Teildarstellung einer Anordnung von Kathoden und Anoden in einer elektrolytischen Zelle, wobei Pfeile andeuten, in welcher Richtung die Flüssigkeit zuerst den Kathodenteil 10 unddann den Anodenteil 11 durchströmt0 Der Kathodenteil ist durch Haltesiebe 12 abgegrenzt, die aus Polytetrafluoräthylen, Polypropylen ododgl. bestehen können.
  • Innerhalb jeder Zelle sind die Kathoden parallel zueinander angeordnet, und sämtliche Zellen sind in Reihe geschaltet. Die in Fig. 1 angedeuteten Gleichrichter 9 zum Umwandeln von Wechselstrom in Gleichstrom sind als Siliziumdioden ausgebildet, bei denen die Spannung einstellbar ist, und die einen konstanten Strom liefern. Die in Fig. 3 angedeuteten Verteiler- und Sammelschienen 13 bestehen aus gewalztem Hartkupfer und sind für eine Stromstärke von etwa 115 A/cm2 bemessen.
  • Beispiel Um die Erfindung weiter zu veranschaulichen, wurden mehrere Versuchsläufe durchgeführt, bei denen typische handelsübliche ammoniakalische Auslaugungslösungen verwendet wurden, die aus einer Versuchsanlage stammten. Die Zusammensetzung der Auslaugungslösungen ist aus der folgenden Aufstellung ersichtlich: Wertstoffhaltize Lösung Konzentration Bestandteil g/l Cu 0,40 - 2920 NH4+ 14,40 - 46,00 NH3 7,80 - 25,50 Verunreinigungen Zn 0,00 - 0,70 Mo 0,00 - 0,16 Ca 0,30 - 0,90 Mg 0,04 - 0,06 K 0,07 - 0,75 Na 0,54 - 1,03 NO3 0,10 - 167,00 504 0,70 - 101,00 Cl 0,00 - 0,27 Die Alkalität der Auslaugungslösung entsprach einem pH-Wert zwischen 8,8 und 9,2. Die Durchsatzgeschwindigkeit der den elektrolytischen Zellen zugeführten Auslaugungslösung betrug etwa 0,012 bis 0,089 l/dm2 je Minute bezogen auf den Kathodenquerschnitt. Die Stromdichte lag zwischen etwa 0,752 und etwa 2,52 A/dm2, die Zellenspannungen betrugen 2,7 bis 5,5 V, und es wurden Stromwirkungsgrade zwischen 27 und 83,' erreicht.
  • Der Energieverbrauch betrug etwa 3,3 bis 10,3 kWh/kg Kupfer.
  • In der nachstehenden Tabelle I sind die Betriebsbedingungen für die verschiedenen Versuchsläufe angegeben.
  • Tabelle I Zellen-Betriebsbedingungen Versuchsbezeichnung A B C D E F G H I Lösungsdurchsatz, l/min, dm2 0,089 0,073 0,065 0,020 0,024 0,020 0,028 0,020 0,028 Kupferkonzentration im Zufluß g/l 0,48 0,56 0,58 2,1 1,46 1,60 1,35 0,86 0,5 Kupferkonzentration im Ausfluß, g/l 0,15 0,11 0,15 0,07 0,66 0,63 0,08 0,46 0,15 Kupferextraktionsgrad, % 69 80 74 97 55 61 94 46 70 Kathodenfläche, m2 0,042 0,042 0,042 0.042 0.251 0,251 0,251 9,3 4,65 Spannung, V 5,4 3,8 3,8 3,3 3,7 4,5 3,3 3,3 3,5 Stromdichte, A/dm2 2,15 2,26 2,14 2,52 2,16 2,15 2,32 1,93 0,75 Energieverbrauch, kWh/kg Kupfergewinnung 6,6 4,4 4,84 3,3 6,82 8,14 3,52 10,34 4,4 Stromwirkungsgrad, % 70 74 66 83 45 47 79 27 67 Die Korngröße des bei Jedem Versuch verwendeten Koksmaterials für die Kathoden lag zwischen etwa 10 und etwa 50 Maschen je Zoll, Bei einigen Versuchen wurde frischer Koks verwendet, während bei anderen Versuchen der Koks kleine Kupfermengen enthielt. Jedoch waren keine bemerkbaren Unterschiede bezüglich der Aktivität der Kokskathoden zu beobachten.
  • Bei allen Versuchen bestand die Anode aus nichtrostendem Stahl.
  • Ein Kupferprodukt, das aus dem bei den Versuchen G und H erhaltenen Koks erschmolzen worden war, wurde auf trockenem Wege raffiniert; die qualitative Analyse zeigte, daß der Kupfergehalt über 99,8,' lag, und daß das Kupfer die in der nachstehenden Tabelle II genannten Spuren an Verunreinigungen enthielt Tabelle II Versuch oz/T ppm Ag S O Sn Pb Bi Ni Sb Fe As Se G 1,2 12 2 1 1 0,5 40 0,5 16 0,3 0,5 H 4,0 8 350 0,2 1,7 0,05 33 0,03 6,0 2,6 6,0 Patentansrüche: L e e r s e i t e

Claims (1)

  1. PATENTANSPRUCHE lo Verfahren zur direkten elektrochemischen Gewinnung von Kupfer aus einer verdünnten ammoniakalischen Lösung, die je Liter 0,1 bis 20 g Kupfer, zufällige Verunreinigungen und mit Kupfer vergesellschaftete solvatisierte Metalle enthält, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die genannte Lösung in eine elektrolytische Zelle eingeleitet wird, in der sich eine Kathode aus einem porösen Kathodenmaterial und eine Anode befinden,daß ein Strom derart durch die Zelle geleitet wird, daß sich in der Kathode eine Stromdichte von etwa 0,11 bis 10,75 A/dm2 bezogen auf den Kathodenquerschnitt ergibt, daß die Lösung mit einer solchen Geschwindigkeit durch die Kathode und über die Anode hinweg geleitet wird, daß eine vollständige Reaktion des gewünschten gelösten kupferhaltigen Materials möglich ist, so daß Kupfer in und auf der Kathode niedergeschlagen wird und eine wertstoffarme Auslaugungslösung entsteht, und daß das niedergeschlagene Kupfer aus der Kathode gewonnen wird.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die wertstoffarme Auslaugungslösung im Kreislauf erneut einer Auslaugungseinrichtung zugeführt wird, um zusätzliches Kupfer zu gewinnen.
    3o Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ammoniakalische Lösung auf einen pH-Wert von 8 bis 10 eingestellt wird.
    4O Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der pH-Wert der Lösung dadurch auf den gewünschten Wert eingestellt wird, daß der Lösung vor ihrem Einleiten in die elektrolytische Zelle Ammoniak beigefügt wird0 5 Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ammoniakalische Lösung der elektrolytischen Zelle mit einer Durchsatzgeschwindigkeit von etwa 0,000041 bis 0,204 l/mbn je Quadratdezimeter der Kathodenquerschnittsfläche zugeführt wird0 6o Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode der elektrolytischen Zelle feinkörniges Koksmaterial mit einer Korngröße zwischen "-10 und +100 UOS. standard mesh" enthält.
    7o Verfahren nach Anspruch~1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kupfer-Kathoden-Produkt nach dem Entnehmen aus der elektrolytischen Zelle gebrochen und in kupferfreie Koksteilchen sowie Kupfer- und Koksteilchen zerlegt wird, daß der kupferfreie Koks erneut zur Verwendung zusätzlichen Kathodenmaterials verwendet. wird, und daß die Kupfer- und Koksteilchen zum Zweck der Gewinnung von Kupfer einem Ofen zugeführt werden0 8o Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Kupfer aus dem Kathodenmaterial dadurch gewonnen wird, daß das Kupfer zum Schmelzen gebracht und das geschmolzene Kupfer von dem Kathodenmaterial getrennt wird.
    9o Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Kupfer aus dem Kathodenmaterial durch eine direkte Elektroraffination unter Benutzung des Kathoden-Kupfer-Produktes als Anode in der elektrolytischen Zelle gewonnen wird.
    10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß weniger als 25 Gew.-0/o des in dem Kathoden-Kupfer-Produkt enthaltenen Koksmaterials zur Raffination des Kupfers verwendet wird0
DE19762640912 1975-10-28 1976-09-10 Verfahren zur direkten elektrochemischen gewinnung von kupfer Withdrawn DE2640912A1 (de)

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US4911804A (en) * 1988-01-21 1990-03-27 Celec Inc. Electrochemical reactor for copper removal from barren solutions

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