RU2326950C1

RU2326950C1 - Sulphuric-acid leaching method of metallic cooper

Info

Publication number: RU2326950C1
Application number: RU2006140821A
Authority: RU
Inventors: Алексей Александрович Палант (RU); Алексей Александрович Палант; Владимир Александрович Брюквин (RU); Владимир Александрович Брюквин; Оксана Михайловна Грачева (RU); Оксана Михайловна Грачева; Леонид Алексеевич Палант (RU); Леонид Алексеевич Палант; Дмитрий Владимирович Брюквин (RU); Дмитрий Владимирович Брюквин
Original assignee: Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН
Priority date: 2006-11-20
Filing date: 2006-11-20
Publication date: 2008-06-20

Abstract

FIELD: chemistry.

SUBSTANCE: method includes copper leaching in sulphuric acid solution during heating and aeration. Leaching is followed by imposition of symmetrical alternate current of industrial frequency at electric current density of 3 A/cm² and higher.

EFFECT: copper extraction in solution in the conditions comparable with basic technology is enhanced.

1 dwg, 1 tbl, 2 ex

Description

Изобретение относится к гидрометаллургии меди и может быть использовано для получения оборотных растворов медного купороса из вторичного медьсодержащего сырья (цементная медь, сплавы на основе меди и т.п.).The invention relates to copper hydrometallurgy and can be used to obtain working solutions of copper sulfate from secondary copper-containing raw materials (cement copper, copper-based alloys, etc.).

Вторичная металлургия меди играет значительную роль в промышленном производстве этого важнейшего цветного металла. При этом более 50% объема переработки различных Cu-содержащих отходов приходится на гидрометаллургические процессы. В первую очередь, это относится к так называемым осадкам цементной меди, которые получают в широком масштабе в гидрометаллургии цветных металлов при очистке от меди ряда технологических растворов цинка, никеля, кобальта и т.п.Secondary copper metallurgy plays a significant role in the industrial production of this critical non-ferrous metal. Moreover, more than 50% of the processing volume of various Cu-containing wastes falls on hydrometallurgical processes. First of all, this refers to the so-called precipitation of cement copper, which is obtained on a large scale in the hydrometallurgy of non-ferrous metals when copper is purified from a number of technological solutions of zinc, nickel, cobalt, etc.

Как правило, подобные полупродукты являются оборотными и их растворяют в кислых или аммиачных средах с получением соответствующих богатых по меди растворов [И.Ф.Худяков и др. Металлургия вторичных тяжелых металлов, М., Металлургия, 1987, 523 с.]. Окисление металлической меди проводят барботажем воздухом (часто это обогащенный по кислороду воздух) при нагревании до 45-85°С в зависимости от природы растворителя.As a rule, such intermediates are negotiable and they are dissolved in acidic or ammonia media to obtain the corresponding solutions rich in copper [I.F. Khudyakov et al. Metallurgy of secondary heavy metals, M., Metallurgy, 1987, 523 S.]. The oxidation of metallic copper is carried out by bubbling air (often it is oxygen-enriched air) when heated to 45-85 ° C, depending on the nature of the solvent.

Описанные процессы характеризуются многостадийностью и длительностью производственного цикла (до 6-8 часов и выше).The described processes are characterized by multi-stage and the duration of the production cycle (up to 6-8 hours and above).

Наиболее близким техническим решением является способ получения растворов медного купороса выщелачиванием цементной меди в растворах серной кислоты при нагреве и аэрации воздухом, описанный в монографии [С.С.Набойченко, В.И.Смирнов. Гидрометаллургия меди, М., Металлургия, 1974, 271 с.]. Согласно этому методу количественное выщелачивание медных порошков проводят серной кислотой (~130 г/л H₂SO₄) в каскаде реакторов при температуре >80°С в течение 4 часов и подаче воздуха, обогащенного кислородом. Недостатки процесса (высокая температура, продолжительность растворения и т.п.) определяются известной высокой коррозионной устойчивостью металлической меди и связанной с этим замедленной кинетикой растворения.The closest technical solution is a method for producing solutions of copper sulfate by leaching cement copper in solutions of sulfuric acid during heating and aeration with air, described in the monograph [S. S. Naboychenko, V. I. Smirnov. Hydrometallurgy of copper, M., Metallurgy, 1974, 271 pp.]. According to this method, the quantitative leaching of copper powders is carried out with sulfuric acid (~ 130 g / l H ₂ SO ₄ ) in a cascade of reactors at a temperature of> 80 ° C for 4 hours and the supply of oxygen-enriched air. The disadvantages of the process (high temperature, duration of dissolution, etc.) are determined by the known high corrosion resistance of metallic copper and the associated slow kinetics of dissolution.

Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в интенсификации процесса растворения меди в растворах серной кислоты при нагреве и аэрации воздухом. Для решения поставленной задачи процесс серно-кислотного выщелачивания меди при нагреве и аэрации воздухом проводят при наложении симметричного переменного тока промышленной частоты. Плотность тока поддерживают на уровне 3 А/см² и выше.The technical problem solved by the invention is to intensify the process of dissolution of copper in solutions of sulfuric acid during heating and aeration with air. To solve this problem, the process of sulfuric acid leaching of copper during heating and aeration with air is carried out by applying a symmetrical alternating current of industrial frequency. The current density is maintained at 3 A / cm ² and above.

Сущность предложенного технического решения состоит в том, что применение симметричного переменного тока промышленной частоты интенсифицирует окисление меди за счет каталитического влияния переменного тока на процесс выщелачивания меди. Физико-химическая основа каталитического влияния переменного тока согласно имеющимся теоретическим представлениям заключается в снижении энергии активации электродных реакций за счет изменения механизма самого электродного акта. Это приводит, как правило, к повышению скорости конкретного электродного процесса [Современные гидроэлектрохимические технологии комплексной переработки нетрадиционных видов сырья / Палант А.А., Брюквин В.А. и др. // В сб. научные труды «Институту металлургии и материаловедения им. А.А.Байкова 60 лет», М.: Элиз, 1998, С.91-101].The essence of the proposed technical solution is that the use of symmetric alternating current of industrial frequency intensifies the oxidation of copper due to the catalytic effect of alternating current on the leaching of copper. The physicochemical basis of the catalytic effect of alternating current according to the available theoretical concepts is to reduce the activation energy of electrode reactions by changing the mechanism of the electrode act itself. This usually leads to an increase in the speed of a specific electrode process [Modern hydroelectrochemical technologies for the complex processing of unconventional types of raw materials / Palant A.A., Bryukvin V.A. et al. // In Sat. scientific works "Institute of Metallurgy and Materials Science named. A.A. Baykova is 60 years old ”, Moscow: Eliz, 1998, pp. 91-101].

Применительно к выщелачиванию металлической меди в растворах серной кислоты положительная роль наложения симметричного переменного тока сказывается в более активном растворении меди по сравнению с прототипом в сопоставимых условиях. Так, из данных табл.1 видно, что при плотности тока 3,0 А/см² извлечение меди в раствор увеличивается примерно на 25% по сравнению с извлечением при обычном режиме.In relation to the leaching of metallic copper in sulfuric acid solutions, the positive role of applying a symmetrical alternating current affects the more active dissolution of copper compared to the prototype under comparable conditions. So, from the data of table 1 it is seen that at a current density of 3.0 A / cm ^{2 the} extraction of copper in solution increases by about 25% compared with the extraction under normal conditions.

Таблица 1.Table 1. Влияние наложения симметричного переменного тока на степень серно-кислотного выщелачивания меди (100 г/л H₂SO₄, продолжительность 90 минут, температура 60°С, аэрация воздухом).The effect of applying a symmetrical alternating current on the degree of sulfuric acid leaching of copper (100 g / l H ₂ SO ₄ , duration 90 minutes, temperature 60 ° C, air aeration). Плотность тока, А/см² Current density, A / cm ² Напряжение, ВVoltage Извлечение меди в раствор, %The extraction of copper in solution,% -- -- 66,766.7 2,02.0 5,05,0 84,084.0 3,03.0 10,010.0 92,892.8

Следует также отметить, что предлагаемое техническое решение позволяет осуществлять количественное растворение металлической меди в растворах серной кислоты в более «мягком» температурном режиме (~60°С) и за сокращенное время выщелачивания (до 1,5 часов против 3-6 часов по известному методу).It should also be noted that the proposed technical solution allows the quantitative dissolution of metallic copper in sulfuric acid solutions in a softer temperature mode (~ 60 ° C) and for a reduced leaching time (up to 1.5 hours against 3-6 hours according to the known method )

Другим важным позитивным моментом использования переменного тока является возможность реализации электродных реакций при высоких плотностях тока без заметной пассивации электродов [Шульгин Л.П. Принципы осуществления электрохимических реакций при симметричном переменном токе / Химия, химическая технология и металлургия редких металлов. Апатиты: КОФАН, 1982, С.114-125]. Поэтому рекомендуемое значение плотности тока, равное 3,0 А/см², следует считать минимальным, так как при дальнейшем повышении плотности тока эффективность растворения меди в изученных условиях закономерно увеличивается. Это подтверждается влиянием наложения симметричного переменного тока на эффективность выщелачивания меди растворами серной кислоты 100 г/л (см. чертеж).Another important positive aspect of using alternating current is the possibility of implementing electrode reactions at high current densities without noticeable passivation of the electrodes [Shulgin L.P. The principles of the implementation of electrochemical reactions with symmetric alternating current / Chemistry, chemical technology and metallurgy of rare metals. Apatity: KOFAN, 1982, S.114-125]. Therefore, the recommended value of the current density equal to 3.0 A / cm ² should be considered minimal, since with a further increase in the current density, the efficiency of copper dissolution under the studied conditions naturally increases. This is confirmed by the effect of applying a symmetrical alternating current on the efficiency of copper leaching with solutions of sulfuric acid of 100 g / l (see drawing).

Пример 1. На серно-кислотное растворение в реактор с механической мешалкой загружается 100 г цементной меди. Режим выщелачивания: температура 60°С, продолжительность 90 минут, отношение Ж:Т=25, скорость перемешивания 750 об/мин, постоянный барботаж воздухом при расходе 20 л/час, концентрация раствора серной кислоты 100 г/л H₂SO₄.Example 1. For sulfuric acid dissolution in a reactor with a mechanical stirrer is loaded with 100 g of cement copper. Leaching mode: temperature 60 ° C, duration 90 minutes, ratio W: T = 25, stirring speed 750 rpm, constant air sparging at a flow rate of 20 l / h, sulfuric acid solution concentration of 100 g / l H ₂ SO ₄ .

По окончании растворения в кеке осталось 33,0 г меди, т.е. извлечение металла в раствор в данном режиме составило 66,7%.Upon completion of dissolution, 33.0 g of copper remained in the cake, i.e. metal recovery in solution in this mode was 66.7%.

Пример 2. Серно-кислотное выщелачивание меди проводили в реакторе с механической мешалкой (загрузка - 100 г цементной меди) при наложении симметричного переменного тока промышленной частоты (50 Гц), при плотности тока 3 А/см². В качестве электродов использовали графитовые стержни. Режим растворения аналогичен примеру 1: температура 60°С, продолжительность 90 минут, отношение Ж:Т=25, скорость перемешивания 750 об/мин, постоянный барботаж воздухом при расходе 20 л/час, концентрация раствора серной кислоты 100 г/л H₂SO₄.Example 2. Sulfuric acid leaching of copper was carried out in a reactor with a mechanical stirrer (loading - 100 g of cement copper) by applying a symmetrical alternating current of industrial frequency (50 Hz), at a current density of 3 A / cm ² . Graphite rods were used as electrodes. The dissolution mode is similar to example 1: temperature 60 ° C, duration 90 minutes, ratio W: T = 25, stirring speed 750 rpm, constant sparging with air at a flow rate of 20 l / h, concentration of sulfuric acid solution 100 g / l H ₂ SO ₄ .

После растворения в кеке и выщелачивания осталось 7,3 г меди, т.е. извлечение металла в раствор в данных условиях равно 92,8%.After dissolution in the cake and leaching, 7.3 g of copper remained, i.e. metal recovery in solution under these conditions is 92.8%.

Таким образом, приведенные примеры подтверждают достижение поставленной технической задачи предложенным способом.Thus, the above examples confirm the achievement of the technical task of the proposed method.

Claims

The method of sulfuric acid leaching of metallic copper during heating and aeration with air, which is carried out by applying a symmetrical alternating current of industrial frequency with a density of 3 A / cm ² and above.