FI83886C - Foerfarande foer stoppande och aoterstartande av en elektrolytisk raffineringsanlaeggning. - Google Patents

Description

1 83886

Menetelmä elektrolyyttiseen raffinointiin käytettävän laitteiston seisauttamiseen ja uudelleenkäynnistämiseen

Keksinnön kohteena on menetelmä kuparin elektrolyyttiseen raffinointiin käytettävän laitteiston pidennettyyn seisauttamiseen ja myöhemmin suoritettavaan uudelleenkäynnistykseen, jossa menetelmässä kuparin puhdistamiseen käytetyissä altaissa saadaan kaupallista laatua olevaa kuparia heti ensimmäisellä puhdistuskerralla uudelleenkäynnistyksen jälkeen.

Suurin osa kuparista, joka on tarkoitettu käytettäväksi sähkö- ja elektroniikkateollisuudessa, raffinoidaan niin, että sen puhtausaste on vähintään 99,90 % ( ns. HC-laatu: high conductivity, läh. johtokupari). Tämä jalostus, jonka avulla saadaan poistetuksi tavallisimmat epäpuhtaudet kuten Ag, As, Au, Pb, Ni, Co, Sn, Se, Te, Zn, Bi ja Fe, suoritetaan elektrolyysillä liukenevaa anodia käyttäen elektrolyytissä, jossa on kuparisulfaattia ja rikkihappoa, lämpötila noin 60 °C lisälämmityksen ansiosta ja virran tiheys noin 300 A/ma. Osa epäpuhtauksista siirtyy anodi-liejuun (Ag, Au, Pb, Sn, Se, Te jne), osa taas, kuten Ni, As ja Co pysyvät liuenneina elektrolyyttiin ja vain kupari kerrostuu katodille kuparin puhtausasteen ollessa jopa 99,95 %. Katodille kerrostuvan kuparin laatu paranee huomattavasti kun elektrolyyttiin saatetaan jatkuvalla syötöllä orgaanisia aineita, erityisesti gelatiinia ja tio- 2 83886 karbamidia tai klooria (HCl:n muodossa).

Puhdistettava raakakupari saatetaan altaisiin usean senttimetrin paksuisien anodilaattojen muodossa; niiden elinikä voi olla esimerkiksi kolmisen viikkoa.

Puhdistunut kupari asettuu ohuille katodilaatoi1le (ns. siemenlevyt) paksuna tiiviinä kerrostumana, jonka läpimitta kasvaa jatkuvasti. Kun anodien elinikä on noin puolessa (esimerkiksi 10 päivän kuluttua), katodit nostetaan altaasta ja siemenlevyt uudistetaan. Käytetyt anodit pannaan uudestaan kiertoon valimoon.

Katodilevyt saadaan elektrolyysin erityisissä altaissa (ns. emälevyaltaat) joissa katodit ovat valssattuja kuparilevyjä (emälevyjä), joiden molemmille puolille synnytetään ohut (0,8 mm) kuparikerros.

Noin kahdenkymmenen tunnin altaassaolon jälkeen kerrostuma irrotetaan (ns. strippaus) ja saadaan ohuita levyjä, jotka tasoitetaan ja kiinnitetään niin, että ne voidaan ripustaa altaisiin.

ELektrolyyttiliuosta kierrätetään altaissa. Nesteet tulevat altaisiin etupäästä alhaalta ja poistuvat takapäästä ylhäältä. Lämpötilaa pidetään yllä höyrylämmityksellä, sillä Joule-Thomsonin efekti ei elektrolyysin heikon jännitteen (n. 0,3 volttia) vuoksi riitä pitämään yllä kylvyn 3 83886 optimaalista lämpötilaa, 50- 60 °C.

Lisäksi varataan käyttöön ns. kuparinpoistoaltaita.

Elektrolyysin aikana elektrolyyttiin alkaa kerääntyä liukenevia epäpuhtauksia (Ni, As) ja kuparisulfaatin pitoisuus kasvaa. Jotta elektrolyysi onnistuisi, kylvyn kuparipitoisuuden on pysyttävä tietyllä tasolla (40-45 g/1 Cu) eikä epäpuhtauksien pitoisuuskaan saa nousta tietyn tason yläpuolelle (10 g/1 As ja Ni). Elektrolyytti liuosta joudutaan siis jatkuvasti puhdistamaan ja säätämään sen Cu-pitoisuutta.

Sen vuoksi eletrolyytin kokonaismäärästä poistetaan joka päivä tietty osa, esimerkiksi 2 %, joka sitten puhdistetaan.

Ensimmäisessä allasryhmässä kupari erotetaan elektrolyysillä liukenematonta anodia käyttäen (lyijyanodi, josta 6 % on antimonia). Se on kuparinpoistoa. Saadaan ei-kau-pallista laatua olevia katodeita, jotka pannaan uudestaan kiertoon valimoon anodilevyjen aikaansaamiseksi.

Toisissa altaissa suoritetaan arsenikin ja sen jälkeen nikkelin poisto.

Kuparin elektrolyyttiseen raffinointiin tarkoitettu laitteisto toimii keskeytymättömästi. Silloin tällöin tulee kuitenkin seisahduksia, niin suunniteltuja kuin tahatto- 4 83886 miakin: sähkön syöttö saattaa katketa, tasasuuntaajaan saattaa tulla häiriö tai tapahtuu jokin muu tekninen tai inhimillinen virhe.

On tunnettua, että pitkittyneen täydellisen seisokin jälkeen elektrolyyttiseen raffinointiin käytettävien laitteiden uudellenkäynnistys on hyvin ongelmallista, ja että huolimatta kaikista varotoimenpiteistä ensimmäiseltä katodi jaksolta saatava tuote on heikkolaatuista ja joudutaan ilman muuta kierrättämään uudestaan valimoon, mikä tietysti on käyttäjälle huomattava taloudellinen tappio.

Tämän keksinnön kohteena onkin menetelmä elektrolyysial-taiden pidennettyyn seisautukseen ja myöhemmin suoritettavaan uudelleenkäynnistykseen, jolla menetelmällä saadaan aikaan kauppalaatua olevaa puhdistettua kuparia heti ensimmäisen katodijakson jälkeen kaiken tapahtuessa olosuhteissa, jotka ovat turvalliset sekä työntekijöitä että laitteistoa ajatellen.

Menetelmä on tunnettu seuraavista vaiheista.

A SEISAUTUS

1. Mikäli seisautus on suunniteltu, on parasta laskea hieman jo muutamaa päivää aikaisemmin elektrolyytin kuparipitoisuutta. Normaalin pitoisuuden ollessa esimerkiksi 45 g Cu2+ litraa kohden, pitoisuus lasketaan tasolle 40 g/1 {joko laimentamalla tai panemalla elektrolyytti altai- 5 83886 siin, joissa on liukenematon anodi esimerkiksi kovalyijys-tä), näin erottunut kupari asettuu katodeille, joista se voidaan kerätä talteen ja lisäksi HaSO^-pitoisuus säädetään noin 180 g:aan per litra. Lisättävien 1isäaineitten (gelatiini, tiokarbamidi, kloori) pitoisuus sen sijaan pidetään normaalina aina seisautukseen asti.

2. Elektrolyysivirta, lämmitys ja elektrolyytin kierrätys pysäytetään kaikki samaan aikaan.

3. Altaista poistetaan imulla elektrolyyttiä niin että sen taso jokaisessa altaassa sijoittuu hieman katodien yläreunan alapuolelle. Katodikiskot, joihin altaitten katodit on kiinnitetty ja joka yhdistää niitä, pestään vedellä. Sen jälkeen kaikki altaat peitetään NyloniK> muovikalvolla, joka toimii lämpöeristimenä. Elektrolyytin annetaan kiteytyä altaisiin.

4. Erilliset kuparinpoistoaltaat irrotetaan virtapiiristä niin ettei yksikään niistä ole toiminnassa uudelleenkäyn-nistyshetkellä.

5. Kierrätyspumput huuhdotaan vedellä.

6. Altaat, joissa valmistuu katodiemälevyjä, pysäytetään kuparikerrostuma emälevyjen pinnalla. Emälevyt saostumi-neen (niitä ei irroteta) pestään kuumalla vedellä ja säilytetään muualla kuin elektrolyytissä koko seisauksen ajan.

β 83886 7. Koko seisauksen ajan tarkkaillaan, että anodit pysyvät upoksissa elektrolyytissä ja kaikki altaat, jossa näin ei ole, oikosuljetaan.

Näin menetellen seisaus voi kestää noin neljästä kuuteen viikkoa ilman pienintäkään vahingon uhkaa laitteistolle.

B UUDELLEENKÄYNNISTYS

Uudelleenkäynnistys jakautuu 4-6 päivälle. Toisiaan seu-raavat vaiheet ovat järjestyksessä: 1. Elektrolyytti pannaan taas kiertoon, mikä kestää noin 24 tuntia, ilman lämmitystä, ja jonka ansiosta kiteisyys poistuu.

2. Elektrolyytin lämmitys, jossa saavutetaan 50 °C noin 48 tunnissa.

3. Elektrolyytin aineitten pitoisuuden säätäminen sopivaksi analyyttisin kokein ja mahdollisin korjauksin.

4. Sähköjännitteen kytkeminen voimakkuutta progressiivisesti nostaen kunnes saavutetaan nimellisvoimakkuus noin 48 tunnin kuluttua. Näitä neljää toisiaan seuraavaa vaihetta suoritettaessa tarvitaan erilaisia teknisiä toimenpiteitä: - tiokarbamidin ja kloorin pitoisuudet säädetään normaa- 7 83886 leiksi samaan aikaan kuin lämmitys käynnistetään - gelatiinin pitoisuus säädetään normaaliksi samaan aikaan kuin sähkövirta kytketään päälle uudestaan - altaita, joissa anodit eivät ole olleet jatkuvasti elektrolyytissä, ei käynnistetä. Ne otetaan vähitellen käyttöön sen jälkeen kun niissä on saavutettu tasapaino.

- Ennen sähkövirran kytkemistä kaikki sähkön kosketuskohdat pestään kuumalla vedellä kosketuksen aikaansaamiseksi uudestaan - Sähköjännite kytketään vasta, kun seuraavat ehdot on täytetty samanaikaisesti: - elektrolyytin koostumus täysin homogeeninen - elektrolyytin lämpötila 45 °C.

- Sähkön alkuvoimakkuus säädetään alle 10 %:iin, esimerkiksi 5-6 %:iin nimellisvoimakkudesta, eli 500 ampeeriin, jos nimellisvoimakkuus on 9-10 KA

- voimakkutta kasvatetaan lineaarisesti 500 A kerrallaan muutaman tunnin väliajoin - kuparinpoistoaltaat voidaan tarvittaessa kytkeä takaisin virtapiiriin heti kun tasasuuntaimen jännite sen sallii - emälevyistä irrotetaan saostumat ja levyt otetaan käyttöön heti kun elektrolyytin ja sähkön ominaisuudet ovat tasapainossa - koko sähkönvoimakkuuden lisäämisen ajan suoritetaan systemaattista saostumien silmämääräistä valvontaa. Joitakin katodeja, joissa saostuma on vaikeahkoa, voidaan tarvittaessa pestä.

Näin saadaan 5. päivänä ja viimeistään 6. päivänä uudel- 8 83886 leenkäynnistyksen jälkeen kaupallista laatua olevia kato-deita, joita ei ole kierrätetty uudestaan valimossa, kuten aina tähän asti.

Tätä pitkitetyn seisautuksen ja uudelleenkäynnistyksen menetelmää voidaan yksikertaistaa sellaisia seisautuksia varten, jotka eivät kestä yli kahta viikkoa.

Sellaisessa tapauksessa:

A SEISAUTUKSESSA

Sähkövirta katkaistaan ja elektrolyytin kierrätystä jatketaan, elektrolyytin koostumus ja lämpötila pidetään ennallaan - lisäaineita lisätään (tiokarbamidi, kloori, gelatiini) normaalisti sähkön katkaisemiseen asti, samoin taas sitten kun sähkövirta kytketään - seisauksen aikana gelatiinin lisäys lopetetaan ja tio-karbamidin ja kloorin lisäys alennetaan 2/3-aan mormaalis-ta - heti seisauksen alussa katodiryhmät nostetaan telineelle niin että elektrolyytin pinta tulee katodin niittauskohti-en alapuolelle, siis kohtien, jossa varsinaiset katodile-vyt kiinnittyvät vaakasuoraan kulkeviin katodikiskoihin, jotka kannattelevat katodeita ja johtavat niihin sähköä - altaat, joissa katodiemälevyt valmistetaan, pysäytetään saostunut kuparikerros levyjen pinnoilla. Emälevyt saos-tumineen (joita ei ole irrotettu) pestään kuumalla vedellä 9 83886 ja säilytetään poissa elektrolyytistä koko seisauksen a-jan. Kun sähköt taas kytketään, saostumat irrotetaan emä-levyistä, jotka otetaan taas käyttöön.

B UUDELLEENKÄYNNISTYKSESSÄ Sähkövirran voimakkuutta lisätään aina 500 A kerrallaan (kunnes nimellisvoimakkuus on 9-10 KA), lisäysten välillä muutama tunti. Kuparinpoistoaltaat neutralisoidaan sähkön voimakkuuden lisäyksen ajaksi.

Koko sähkönvoimakkuuden lisäyksen ajan saostumia tarkkaillaan systemaattisesti silmämääräisesti. Katodit, joissa saostuma on vaikeahkoa, voidaan tarvittaessa pestä.

Tätäkin menetelmää käyttäen saadaan kaupallista laatua olevia katodeita heti ensimmäisen puhdistusjakson jälkeen myös silloin, kun seisaus kestää vain muutaman päivän.

Claims (3)

1. Menetelmä kuparin elektrolyyttiseen raffinointiin käytetyn laitteiston pidennettyyn seisautukseen ja myöhemmin tapahtuvaan uudelleenkäynnistykseen, johon laitteistoon kuuluu raffinoitavia liukenevia kuparianodeita, katodile-vyjä, joiden pinnoille puhdistunut kupari kerrostuu, vesi-liuoksena oleva kuparisulfaatti- ja rikkihappoperustainen elektrolyytti ja lisäaineita, joiden lämpötila pidetään noin 50-60 °C:ssa ylimääräisen lämmityksen avulla ja joita kierrätetään jatkuvasti; lisäksi laitteistoon luetaan altaat, joissa emälevyistä valmistetaan katodilevyjä, menetelmän ollessa tunnettu siitä, että siinä on seuraavanlaiset toisiaan seuraavat vaiheet: a) seisautuksessa - elektrolyytin kuparipitoisuutta lasketaan kunnes se on noin 40 g litrassa lisäaineiden, kuten gelatiinin, tiokar-bamidin ja kloorin, lisäyksen pysyessä ennallaan. - elektrolyysivirta, lämmitys ja elektrolyytin kierrätys lopetetaan kaikki yhtaikaa. - elektrolyytin pintaa alennetaan hieman katodi levyjen yläreunan alapuolelle. - altaat peitetään lämpöä eristävällä päällysteellä ja e-lektroyytin annetaan kiteytyä altaissa, se tapahtuu CuSO*-kiteitten muodostumisella. b) uudelleenkäynnistyksessä: - elektrolyyttiä aletaan jälleen kierrättää. - noin 24 tunnin kuluttua aloitetaan elektrolyytin lämmitys ja tiokabamidin ja kloorin lisäykset normaalipitoisuu- n 83886 den aikaansaamiseksi. - noin 48 tunnin kuluttua, kun elektrolyytin lämpötila on vähintään 45 °C, elektrolyytti 1iuoksen koostumus ja homogeenisuus tarkistetaan ja tarvittaessa suoritetaan korjaukset; - elektrolyysivirta kytketään päälle alkuvoimakkuuden ollessa alle 10 % nimellisvoimakkuudesta, mieluiten 5-6 % nimellisvoimakkuudesta ja samaan aikaan aloitetaan gelatiinin lisääminen. - elektrolyysivirran voimakkuutta lisätään progressiivisesti, asteittain, voimakkuuden lisäysten välillä on muutama tunti, jokaisen lisäyksen ollessa selvästi sama kuin alkuvoimakkuus, niin että nimellisvoimakkuus saavutetaan noin 48 tunnissa.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä että pidennetyn seisautuksen aikana lähtökato-dilevyjen (emälevyjen) muodostamiseen käytettävät altaat pysäytetään kuparisaostuma emälevyjen pinnalla, emälevyt pestään kuumalla vedellä ja säilytetään poissa elektrolyytistä koko seisautuksen ajan.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että seisautuksessa, joka ei kestä kahta viikkoa kauempaa, sähkövirta katkaistaan ja elektrolyytin kierrätystä jatketaan elektrolyytin koostumuksen ja lämpötilan pysyessä ennallaan. - lisäaineiden (tiokarbamidi + kloori + gelatiini) lisäystä jatketaan normaalisti aina sähkövirran katkaisemiseen 12 83886 asti ja taas heti uudelleenkäynnistyksen jälkeen - seisautusvaiheen aikana gelatiinin lisääminen lopetetaan ja tiokarbamidin + kloorin lisäys pidetään 2/3:ssa normaalista. - heti seisautuksen alussa katodiryhmät nostetaan telineelle niin, että elektrolyytin pinta tulee katodin niit-tauskohdan alapuolelle. - katodilevyjenmuodostusaltaat pysäytetään kuparisaostuma levyjen pinnoilla; katodilevyt pestään kuumalla vedellä ja niitä säilytetään poissa elektrolyytistä koko seisautuksen ajan. - uudelleenkäynnistyksessä sähkövirran voimakkuutta lisätään lineaarisesti asteittain 500 A kerrallaan (kunnes nimellis voimakkuus on 9-10 KA) lisäysten tapahtuessa muutaman tunnin väliajoin. i3 83886