RU2790423C2 - Copper electrorefining improvement - Google Patents

Copper electrorefining improvement Download PDF

Info

Publication number
RU2790423C2
RU2790423C2 RU2020137910A RU2020137910A RU2790423C2 RU 2790423 C2 RU2790423 C2 RU 2790423C2 RU 2020137910 A RU2020137910 A RU 2020137910A RU 2020137910 A RU2020137910 A RU 2020137910A RU 2790423 C2 RU2790423 C2 RU 2790423C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
electrolyte
anode
copper
cell
cathode
Prior art date
Application number
RU2020137910A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2020137910A (en
Inventor
Ив ДЕ ВИССХЕР
Марк ВАНДЕВЕЛДЕ
Рафик ЖЕРРУДИ
Берт КОЛЕТТИ
Жан Дирк А. ГОРИС
Шарль ГЕНЕН
Original Assignee
Металло Белджиум
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Металло Белджиум filed Critical Металло Белджиум
Publication of RU2020137910A publication Critical patent/RU2020137910A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2790423C2 publication Critical patent/RU2790423C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: metallurgy.
SUBSTANCE: group of inventions relates to a method for the production of electrorefined copper by electrolysis and to a molten liquid metal composition for casting anodes to implement the specified method. Metal copper electrorefining is carried out in an electrolytic cell with at least one copper anode for at least one copper cathode, using an electrolyte based on sulfuric acid. The anode contains the most of 98.0 wt.% of copper and less than 1.00 wt.% of iron. During electrorefining, the electrolyte is removed from the electrolytic cell with an average electrolyte regeneration speed of at least 30% and at most of 1900% per hour. Gas is introduced into the electrolytic cell, and gas is sparged through the electrolyte in an interval between the anode and the cathode.
EFFECT: reduction in requirements for the quality of source raw materials at previous pyrometallurgical stages to obtain purified copper for its electrorefining, while saving advantages of electrorefining with long cycles of anode replacement, high performance, and low energy consumption.
17 cl, 1 dwg, 7 tbl, 1 ex

Description

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯFIELD OF THE INVENTION

Настоящее изобретение относится к производству меди из первичных источников, означающих свежую руду, и из вторичного сырья, также известного как повторно используемые материалы, или из их комбинаций, посредством пирометаллургических технологических стадий. Пригодные для повторного использования материалы могут быть, например, побочными продуктами, отходами и отработанными материалами. Более конкретно, настоящее изобретение относится к дополнительной очистке электролитическим рафинированием анодов, сформированных из получаемого с помощью пирометаллургии потока меди, который содержит примеси.The present invention relates to the production of copper from primary sources, meaning fresh ore, and from recycled materials, also known as recycled materials, or combinations thereof, through pyrometallurgical process steps. Recyclable materials can be, for example, by-products, waste and used materials. More specifically, the present invention relates to the further refining by electrolytic refining of anodes formed from a pyrometallurgical copper stream which contains impurities.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯBACKGROUND OF THE INVENTION

В пирометаллургическом производстве меди другие металлы, такие как никель, сурьма, висмут, олово и/или свинец, а также часто небольшие количества драгоценных металлов (ДМ), в частности серебра (Ag), присутствуют во многих представляющих коммерческий интерес исходных материалах, включая как первичное, так и вторичное сырье.In the pyrometallurgical production of copper, other metals such as nickel, antimony, bismuth, tin and/or lead, as well as often small amounts of precious metals (PM), in particular silver (Ag), are present in many raw materials of commercial interest, including both primary and secondary raw materials.

Пирометаллургические технологические стадии не способны экономично очищать поток медного продукта до высокой чистоты ≥99,97 мас.%, которая обычно требуется на рынках в настоящее время, например, чистоты ≥99,995 мас.%, которая необходима для вытягивания очень тонкой медной проволоки для электронных приборов. Процесс производства металлической меди поэтому обычно включает в себя стадию электрорафинирования, обычно в качестве последней стадии в процессе очистки.Pyrometallurgical process steps are not capable of economically purifying a copper product stream to the high purity ≥99.97 wt.% that is commonly required in the markets today, for example, the purity ≥99.995 wt.%, which is necessary for drawing very thin copper wire for electronic devices . The copper metal manufacturing process therefore typically includes an electrorefining step, usually as the last step in the refining process.

При электрорафинировании меди с помощью разности электрических потенциалов медь растворяется (в основном за счет электрохимической «коррозии») из менее чистого медного анода, обычно содержащего примерно 99 мас.% Cu, в электролит (главным образом в соответствии с реакцией Cu → Cu2+ + 2e-) и повторно осаждается на катоде (главным образом в соответствии с реакцией Cu2+ + 2e- → Cu), образуя слой меди более высокой чистоты (по меньшей мере 99,97 мас.% Cu и часто вплоть до 99,99 мас.% Cu). Электролит обычно является электролитом на основе серной кислоты. Эти две химические (полу)реакции характеризуются разностью стандартных потенциалов в идеальных условиях, равной 0,337 В.In the electrorefining of copper using a difference in electrical potentials, copper is dissolved (mainly by electrochemical "corrosion") from a less pure copper anode, usually containing about 99 wt.% Cu, into the electrolyte (mainly in accordance with the reaction Cu → Cu 2+ + 2e - ) and redeposited on the cathode (mainly in accordance with the reaction Cu 2+ + 2e - → Cu), forming a copper layer of higher purity (at least 99.97 wt.% Cu and often up to 99.99 wt. .% Cu). The electrolyte is usually a sulfuric acid based electrolyte. These two chemical (half) reactions are characterized by a standard potential difference under ideal conditions of 0.337 V.

Поддерживая разность потенциалов между анодом и катодом в жестких пределах, можно контролировать осаждение металла на катоде так, чтобы он представлял собой почти исключительно медь. Другие металлы в растворе не должны осаждаться электрохимически.By maintaining the potential difference between the anode and cathode within tight limits, the deposition of metal on the cathode can be controlled so that it is almost exclusively copper. Other metals in solution should not precipitate electrochemically.

В теории, поскольку эти две химические полуреакции имеют противоположные разности потенциалов, ячейке электрорафинирования для работы требуется лишь очень малая результирующая разность потенциалов. Однако из-за различных сопротивлений в полной цепи ячейке электрорафинирования на практике требуется для работы разность потенциалов между катодом и анодом, составляющая по меньшей мере 0,15 вольт (В), или 150 мВ.In theory, since these two chemical half-reactions have opposite potential differences, the electrorefining cell only needs a very small net potential difference to operate. However, due to the varying resistances in the complete circuit, the electrorefining cell in practice requires a potential difference between cathode and anode of at least 0.15 volts (V), or 150 mV, to operate.

Электрорафинирование (ER) меди сильно отличается от «электрохимического извлечения» (EW) меди. При электрохимическом извлечении на первой стадии медь растворяется в кислотном растворе путем выщелачивания меди (строго химической «коррозии») из твердого сырья, такого как медная руда. Медьсодержащий электролит, опционально после повышения концентрации меди, например, посредством экстракции с участием органического растворителя, затем пропускают через электролитическую ячейку с химически инертными анодами, в которой благодаря электрическому току медь осаждается на катоде. На аноде ячейки электрохимического извлечения электрохимически разлагается вода (2H2O → 4H+ + O2 + 4e-), в результате чего ионы водорода (H+) остаются в растворе, а атомы кислорода собираются в пузырьки газа, которые поднимаются к поверхности электролита. Электроны проходят по электрической цепи от анода к катоду, где они становятся доступными для осаждения меди (главным образом в соответствии с реакцией Cu2+ + 2e- → Cu), аналогично тому, что происходит в ячейке ER. Таким образом, при EW эти две полуреакции не являются обратными друг к другу, и имеют различные стандартные потенциалы, что приводит к тому, что ячейка EW требует абсолютной минимальной теоретической результирующей разности потенциалов, равной 0,892 вольт. К этому теоретическому минимуму затем добавляются дополнительные разности потенциалов, необходимые для преодоления перенапряжений на аноде и катоде, а также падений напряжения, связанных с точками контакта и омическим сопротивлением электролита. Следовательно, рабочая разность потенциалов между анодом и катодом в ячейке EW обычно является значительно более высокой, чем в ячейке ER, и составляет порядка 1,8-2,5 В.Electrorefining (ER) of copper is very different from "electrochemical recovery" (EW) of copper. In electrochemical recovery, the first step is to dissolve the copper in an acidic solution by leaching the copper (strictly chemical "corrosion") from a solid raw material such as copper ore. The copper-containing electrolyte, optionally after increasing the concentration of copper, for example by extraction with an organic solvent, is then passed through an electrolytic cell with chemically inert anodes, in which, due to an electric current, copper is deposited on the cathode. At the anode of the electrochemical extraction cell, water is electrochemically decomposed (2H 2 O → 4H + + O 2 + 4e - ), as a result of which hydrogen ions (H + ) remain in solution, and oxygen atoms collect into gas bubbles that rise to the electrolyte surface. The electrons travel through the electrical circuit from the anode to the cathode, where they become available for copper deposition (mainly according to the Cu 2+ + 2e - → Cu reaction), similar to what happens in an ER cell. Thus, at EW, these two half-reactions are not inverse to each other, and have different standard potentials, which results in the EW cell requiring an absolute minimum theoretical net potential difference of 0.892 volts. To this theoretical minimum, additional potential differences are then added to overcome the overvoltages at the anode and cathode, as well as the voltage drops associated with the contact points and the ohmic resistance of the electrolyte. Therefore, the operating potential difference between the anode and the cathode in an EW cell is usually much higher than in an ER cell and is in the order of 1.8-2.5 V.

Ячейкой электрорафинирования металлов обычно управляют так, чтобы в ней поддерживался целевой ток (A) или целевая плотность тока (A/м2) для установленной катодной поверхности, главным образом для поддержания заданной скорости производства массы катода. Однако во время работы возрастают дополнительные электрические сопротивления, прежде всего в ванне электролита. Поскольку этот эффект вызывает, в частности, увеличение электрического сопротивления на поверхности анода, это явление часто называют «анодной пассивацией». При этом могут играть роль несколько факторов: (i) анодные шламы, образующиеся и накапливающиеся на поверхности анода и ухудшающие поток катионов меди от анода к катоду, (ii) эрозия анода, увеличивающая расстояние между электродами, (iii) добавки к электролиту, ухудшающие поток катионов через электролит, и (iv) другие механизмы. К этому следует добавить, что более высокие плотности тока также ускоряют анодную пассивацию.A metal electrorefining cell is typically controlled to maintain a target current (A) or target current density (A/m 2 ) for a given cathode surface, primarily to maintain a given cathode mass production rate. However, additional electrical resistances increase during operation, primarily in the electrolyte bath. Since this effect causes, in particular, an increase in electrical resistance at the anode surface, this phenomenon is often referred to as "anodic passivation". Several factors can play a role here: (i) anode sludge that forms and accumulates on the anode surface and impairs the flow of copper cations from the anode to the cathode, (ii) anode erosion, increasing the distance between the electrodes, (iii) electrolyte additives, impairing the flow cations through the electrolyte, and (iv) other mechanisms. Added to this is that higher current densities also accelerate anodic passivation.

Принимая во внимание обычную эксплуатационную цель поддерживать постоянную плотность тока, проходящего через ячейку, а значит, и постоянную производительность ячейки, обычно разность потенциалов между катодом и анодом (автоматически) увеличивают, чтобы компенсировать любое увеличение электрического сопротивления в ячейке (I=V/R).Considering the normal operational goal of maintaining a constant current density through the cell, and hence a constant cell performance, the potential difference between cathode and anode is usually (automatically) increased to compensate for any increase in electrical resistance in the cell (I=V/R) .

Однако более высокая разность потенциалов и/или более высокая плотность тока могут также создавать другие, менее желательные эффекты в ячейке электрорафинирования, даже если они применяются только локально. При напряжениях, отклоняющихся от оптимума, могут происходить менее желательные (электро)химические реакции, так что на катоде могут начать осаждаться также некоторые другие металлы, приводя к тому, что катод будет иметь более низкую чистоту, и следовательно более низкую экономическую ценность.However, a higher potential difference and/or a higher current density can also create other, less desirable effects in the electrorefining cell, even if they are applied only locally. At voltages that deviate from the optimum, less desirable (electro)chemical reactions may occur, so that some other metals may also begin to deposit on the cathode, resulting in the cathode having a lower purity, and therefore a lower economic value.

В первую очередь из соображений чистоты катода напряжение на ячейке электрорафинирования меди обычно поддерживается в определенном диапазоне, обычно 0,2-0,6 В, и безусловно ниже определенного максимума, например не выше 1,6 В. Разность потенциалов в ячейке электрохимического извлечения является значительно более высокой, чем в ячейке электрорафинирования, потому что разность потенциалов при EW, во-первых, должна преодолеть стандартный электродный потенциал электрохимической реакции меди, составляющий 0,34 В, а, во-вторых, также должна обеспечивать дополнительную движущую силу для электрохимического разложения воды. Поэтому разность потенциалов в ячейке EW обычно находится в диапазоне 1,8-2,5 В.Primarily for reasons of cathode purity, the voltage across the copper electrorefining cell is usually maintained within a certain range, typically 0.2-0.6 V, and certainly below a certain maximum, for example, no higher than 1.6 V. The potential difference in the electrochemical recovery cell is significantly higher than in the electrorefining cell, because the potential difference at EW must firstly overcome the standard electrode potential of the copper electrochemical reaction of 0.34 V, and secondly must also provide additional driving force for the electrochemical decomposition of water . Therefore, the potential difference in the EW cell is usually in the range of 1.8-2.5 V.

Также плотность тока при электрорафинировании обычно ограничивается некоторым верхним пределом, обычно не более чем примерно 400 A/м2, по той же самой причине чистоты катода, а также и для других аспектов качества катода, таких как плоскостность, прочность и ударная вязкость, а также для ограничения анодной пассивации, как объяснялось ранее.Also, the current density in electrorefining is usually limited to some upper limit, usually no more than about 400 A/m 2 , for the same reason of cathode purity, but also for other aspects of cathode quality such as flatness, strength and toughness, as well as to limit anodic passivation, as previously explained.

Металлы, более благородные, чем медь, и присутствующие в гораздо более низких концентрациях в аноде и/или электролите, такие как Pb, а также включая драгоценные металлы, такие как Ag, Au и металлы платиновой группы (МПГ), такие как Pt и Pd, обычно в незначительной степени переходят в раствор. В контексте настоящего изобретения один конкретный металл может назваться «более благородным», чем сравнительный металл (который в этом контексте является медью), если он имеет более положительный стандартный электродный потенциал (E°), то есть минимальное напряжение, требуемое для протекания электрохимической реакции «Me → Men+ + ne-». Электродвижущая сила при электрорафинировании обычно поддерживается недостаточно высокой для «выталкивания» присутствующих в аноде более благородных металлов в раствор электрохимическим путем.Metals nobler than copper and present at much lower concentrations in the anode and/or electrolyte, such as Pb, and also including precious metals such as Ag, Au and platinum group metals (PGMs) such as Pt and Pd , usually go into solution to a small extent. In the context of the present invention, one particular metal may be said to be "more noble" than a reference metal (which in this context is copper) if it has a more positive standard electrode potential (E°), i.e. the minimum voltage required for an electrochemical reaction to occur" Me → Me n + + ne - ". The electromotive force in electrorefining is usually not maintained high enough to "push" the more noble metals present in the anode into solution electrochemically.

Заявители, однако, проводят различие между, с одной стороны, «электрохимическим» растворением, то есть переходом в раствор с использованием электрохимического пути и, следовательно, потреблением электроэнергии, и, с другой стороны, чисто «химическим» растворением, то есть переходом в раствор без какого-либо потребления электроэнергии. Металлы, которые могут перейти в раствор таким чисто химическим путем, включают Sn, As, Sb и Bi.Applicants, however, make a distinction between, on the one hand, "electrochemical" dissolution, i.e. going into solution using the electrochemical pathway and therefore consuming electricity, and, on the other hand, purely "chemical" dissolution, i.e. going into solution without any electricity consumption. Metals that can go into solution in this purely chemical way include Sn, As, Sb and Bi.

Некоторое количество других металлов, в том числе электрохимически «нерастворимых» металлов, все еще может растворяться по чисто «химическому» механизму. Например, Pb может растворяться, но в присутствии сульфат-анионов образует соль PbSO4, которая имеет очень низкую растворимость в электролите и которая поэтому будет стремиться выпадать из раствора и образовывать осаждающиеся соединения Pb. A number of other metals, including electrochemically "insoluble" metals, can still dissolve by a purely "chemical" mechanism. For example, Pb can dissolve, but in the presence of sulfate anions forms a salt PbSO 4 which has a very low solubility in the electrolyte and which therefore will tend to fall out of solution and form precipitating Pb compounds.

Медь вокруг этих довольно «нерастворимых» металлов растворяется, и с исчезновением меди эти металлы остаются в виде рыхлых металлических частиц, плавающих в электролите, и, поскольку они обычно имеют более высокую плотность, чем жидкость, они легко перемещаются ко дну ячейки или приводят к образованию губчатой пленки (например, Pb в виде PbSO4, который является твердым веществом, нерастворимым в электролите), которая образуется на поверхности анода по мере того, когда эта поверхность отступает из-за продолжающегося растворения меди.The copper around these rather "insoluble" metals dissolves, and with the disappearance of copper, these metals remain as loose metal particles floating in the electrolyte, and since they usually have a higher density than liquid, they easily move to the bottom of the cell or lead to the formation a spongy film (eg Pb as PbSO 4 which is a solid insoluble in the electrolyte) that forms on the anode surface as the surface recedes due to continued copper dissolution.

При электрохимическом извлечении медь на аноде не растворяется. Поэтому образование анодного шлама и/или пористой пленки на поверхности анода представляют собой проблемы, которые вряд ли известны при электрохимическом извлечении. Эти проблемы являются типичными для электрорафинирования и по существу возникают только при электрорафинировании.During electrochemical extraction, copper on the anode does not dissolve. Therefore, the formation of anode sludge and/or a porous film on the anode surface are problems that are hardly known in electrochemical recovery. These problems are typical of electrorefining and essentially only occur in electrorefining.

В известном уровне техники электрорафинирования предпочтительно, чтобы анодный шлам просачивался через электролит и собирался на дне ячейки по мере того, как аноды продолжают растворяться, и следовательно отступать, а катоды продолжают расти. Когда аноды будут почти израсходованы, все электроды могут быть вынуты из ванны, электролит над анодным шламом может быть откачан, и дно ячейки может быть очищено путем удаления и извлечения анодного шлама. Чтобы свести к минимуму риск того, что частицы анодного шлама будут заключены в катоде, образуя загрязнение медного катода, предпочтительно, чтобы частицы анодного шлама как можно быстрее перемещались ко дну ячейки под действием силы тяжести. Поэтому в области электрорафинирования является обычным и предпочтительным иметь лишь небольшое и медленное движение электролита в ячейке. Турбулентность в ячейке имеет тенденцию увеличивать риск того, что частицы или соли других металлов, кроме меди, попадут в катод и загрязнят конечный продукт.In prior art electrorefining, it is preferred that anode sludge seeps through the electrolyte and collects at the bottom of the cell as the anodes continue to dissolve, and hence recede, and the cathodes continue to grow. When the anodes are almost used up, all the electrodes can be removed from the bath, the electrolyte above the anode slime can be pumped out, and the bottom of the cell can be cleaned by removing and extracting the anode slime. To minimize the risk of anode sludge particles being trapped in the cathode, forming copper cathode fouling, it is preferable that the anode sludge particles move to the bottom of the cell as quickly as possible by gravity. Therefore, in the field of electrorefining, it is common and preferred to have only a small and slow movement of the electrolyte in the cell. Turbulence in the cell tends to increase the risk that particles or salts of metals other than copper will enter the cathode and contaminate the final product.

Типичное содержание меди в анодах при обычном электрорафинировании меди составляет по меньшей мере 98 мас.%. В публикации «The Purification of Copper Refinery Electrolyte», Journal of Metals (JOM), July 2004, pp. 30-33, консультант Джеймс Э. Хоффман (James E. Hoffmann) показывает в Таблице I своей статьи уровни растворимых элементарных примесей в анодной меди, в миллионных долях (млн-1), для мышьяка, сурьмы, висмута, железа и никеля, во множестве известных ему анодных композиций. Эти количества для индивидуальных элементов могут значительно различаться, но сумма всех перечисленных элементов вместе составляет самое большее 4545 млн-1, или 0,45 мас.%. Эта статья также утверждает, что анодная медь может также содержать вплоть до 0,3% кислорода. Предполагая, что остальное в каждой композиции составляет медь, можно сделать вывод о том, что составы медных анодов, раскрытые этим автором в указанной статье, всегда содержат по меньшей мере 99,2455 мас.% меди, то есть соответствуют вышеупомянутой формулировке чистоты анода для обычного электрорафинирования меди. Эта статья касается управления электролитом при операции электрорафинирования меди. Эта статья кратко обсуждает альтернативы, такие как жидкостная экстракция и ионный обмен, но фокусируется главным образом на обработке непрерывного сливаемого потока, отводимого из циркулирующего электролита. Статья не касается и не дает каких-либо подробностей о самом цикле электролита и о том, как с ним нужно работать.The typical copper content of anodes in conventional copper electrorefining is at least 98% by weight. In "The Purification of Copper Refinery Electrolyte", Journal of Metals (JOM), July 2004, pp. 30-33, consultant James E. Hoffmann shows in Table I of his paper the levels of soluble elemental impurities in anode copper, in parts per million ( ppm ), for arsenic, antimony, bismuth, iron and nickel, in set of anode compositions known to him. These amounts for individual elements can vary considerably, but the sum of all listed elements together is at most 4545 ppm , or 0.45 wt.%. This article also states that anode copper may also contain up to 0.3% oxygen. Assuming that the balance in each composition is copper, it can be concluded that the copper anode compositions disclosed by this author in said article always contain at least 99.2455 wt.% copper, i.e. correspond to the above anode purity formulation for conventional copper electrorefining. This article is about electrolyte management in a copper electrorefining operation. This article briefly discusses alternatives such as liquid extraction and ion exchange, but focuses mainly on the treatment of a continuous effluent from a circulating electrolyte. The article does not touch or give any details about the electrolyte cycle itself and how it should be worked with.

В других документах описаны попытки проведения электрорафинирования меди с использованием анодов более низкой чистоты.Other documents describe attempts to electrorefine copper using lower purity anodes.

Патент US 2286240 касается извлечения металлов с использованием электрорафинирования, начиная с типичного анода, содержащего практически 90% меди, 3,5% олова, 5% свинца, 0,5% цинка, а остаток - другие металлы, такие как сурьма, никель и железо. В качестве примеров приводятся аноды, имеющие самое большее 86,0% меди. Ни для одного из анодов, описанных в этом документе, нет никаких сведений о кислороде. Этот документ предлагает использовать электролит, содержащий сульфокислоту в качестве основного электролитического агента, предпочтительно в отсутствие какого-либо заметного количества серной кислоты или сульфатов, особенно когда присутствует свинец. В этом документе ничего не говорится об удалении анодных шламов из электролитической ячейки.US 2286240 concerns the recovery of metals using electrorefining, starting with a typical anode containing practically 90% copper, 3.5% tin, 5% lead, 0.5% zinc, and the remainder other metals such as antimony, nickel and iron . Anodes having at most 86.0% copper are given as examples. None of the anodes described in this document have any information about oxygen. This document proposes to use an electrolyte containing sulfonic acid as the main electrolytic agent, preferably in the absence of any appreciable amount of sulfuric acid or sulfates, especially when lead is present. This document does not say anything about the removal of anode slimes from the electrolytic cell.

Патент DD 45843 раскрывает периодическую операцию электрорафинирования меди с использованием анода, содержащего 90,00 мас.% Cu. 5-литровый запас электролита находится при температуре 58-59°C и циркулирует по ячейке таким образом, что ванна обновляется каждые 3 часа. Электрорафинирование продолжается до тех пор, пока повышенные концентрации сульфата никеля, олова и/или сурьмы в электролите не сделают жидкость мутной. Обогащенный электролит, содержащий 14,63 г/л Ni, затем нагревается до температуры кипения и обрабатывается окислителем, так что олово и сурьма могут быть удалены в виде смеси белого шлама («Weissschlammenge»), и после того, как удаления меди выпариваются, чтобы кристаллизовать никель в виде безводного сульфата никеля. Анод в DD 45843 содержит большое количество нежелательного железа, вплоть до 1,00% Fe. Процесс по DD 45843 имеет тот дополнительный недостаток, что анодные примеси могут накапливаться в электролите в течение периода, и, следовательно, повышается риск загрязнения катода. DD 45843 не дает информации о качестве получаемых медных катодов. Patent DD 45843 discloses a batch electrorefining operation of copper using an anode containing 90.00 wt.% Cu. A 5 liter supply of electrolyte is at a temperature of 58-59°C and circulates through the cell in such a way that the bath is renewed every 3 hours. Electrorefining is continued until elevated concentrations of nickel sulfate, tin sulfate and/or antimony in the electrolyte make the liquid cloudy. The enriched electrolyte containing 14.63 g/l Ni is then heated to boiling point and treated with an oxidizing agent so that tin and antimony can be removed as a white mud mixture ("Weissschlammenge"), and after the copper removals are evaporated to crystallize nickel as anhydrous nickel sulfate. The anode in DD 45843 contains a large amount of unwanted iron, up to 1.00% Fe. The process according to DD 45843 has the additional disadvantage that anodic impurities can accumulate in the electrolyte over a period and hence the risk of cathode contamination is increased. DD 45843 does not provide information on the quality of the copper cathodes produced.

Патент US 4351705 раскрывает процесс рафинирования медьсодержащего материала, загрязненного никелем, сурьмой и/или оловом. В первой плавильной печи производится черная медь, содержащая 50-80 мас.% меди. Эта черная медь подвергается последовательности стадий окисления до тех пор, пока остаточная медь не станет черновой, образуя конвертерный шлак в качестве побочного продукта. Эта черновая медь далее рафинируется до анодной меди, содержащей примерно 98-99 мас.% меди, которая отливается в аноды, которые затем обрабатываются на стадии 10 электрорафинирования. Выбранные порции конвертерного шлака плавятся на второй стадии 12 плавки при температуре примерно 1200-1300°C в умеренно восстановительной атмосфере для получения шлакового остатка 114 и партий полностью восстановленного металлического продукта 13. Полностью восстановленные металлические продукты, которые приведены в качестве примеров и которые были отлиты в аноды, за исключением продуктов Примера 3, в которые были добавлены дополнительные кобальт и никель перед разливкой, содержали 63,9-82,10 мас.% меди и по меньшей мере 10,50 мас.% никеля. В Примере 4 аноды содержали 2,0 мас.% железа, а в Примере 5 – 0,5% Fe. Для последующей стадии электролиза эти аноды погружались в электролит в электролизном цехе, взятый из секции электролитического рафинирования черновой меди, такой как стадия 10, или в электролит, имеющий аналогичное содержание меди и никеля. В этих Примерах в электролизных ячейках поддерживались средние значения плотности тока 161 A/м2 и 172 A/м2. Об анодной пассивации не сообщается. Шламы во время электролиза образовывались как на аноде, так и на дне ячейки. Электролиз продолжался вплоть до максимум 194 часов (Пример 1, 8 дней), и за это время полное содержание примесей в катоде возросло до 200 млн-1, а значит, чистота катода упала до 99,98 мас.%. Было показано, что электролит со временем меняет состав, то есть содержание в нем меди значительно снижается, а содержание никеля увеличивается. Шламы на анодах и на дне ячейки собирали в Примерах 1 и 3 даже по отдельности, предположительно в конце цикла электролиза. Электролиз в US 4351705 выполняли относительно короткими периодическими циклами, которые необходимо было прекращать из-за накопления шлама, истощения меди и накопления никеля в электролите, а также увеличения уровня загрязняющих веществ в производимых катодах.US 4,351,705 discloses a process for refining copper containing material contaminated with nickel, antimony and/or tin. The first melting furnace produces black copper containing 50-80 wt.% copper. This black copper undergoes a succession of oxidation stages until the residual copper becomes blister, forming converter slag as a by-product. This blister copper is further refined to anode copper containing approximately 98-99 wt % copper, which is cast into anodes which are then processed in the electrorefining stage 10 . Selected portions of converter slag are melted in the second smelting stage 12 at a temperature of about 1200-1300° C. in a moderately reducing atmosphere to obtain a slag residue 114 and batches of fully reduced metal product 13. Fully reduced metal products, which are given as examples and which were cast in the anodes, with the exception of the products of Example 3, to which additional cobalt and nickel were added before casting, contained 63.9-82.10 wt.% copper and at least 10.50 wt.% nickel. In Example 4, the anodes contained 2.0 wt.% iron, and in Example 5 - 0.5% Fe. For the subsequent electrolysis step, these anodes were immersed in an electrolyte in the electrolysis shop taken from a blister copper electrolytic refining section, such as stage 10, or in an electrolyte having a similar content of copper and nickel. In these Examples, the electrolysis cells maintained average current densities of 161 A/m 2 and 172 A/m 2 . No anodic passivation is reported. Sludges formed during electrolysis both at the anode and at the bottom of the cell. The electrolysis continued up to a maximum of 194 hours (Example 1, 8 days), during which time the total impurity content in the cathode increased to 200 ppm , which means that the purity of the cathode fell to 99.98 wt.%. It has been shown that the composition of the electrolyte changes over time, that is, the copper content in it decreases significantly, while the nickel content increases. Sludges on the anodes and on the bottom of the cell were collected in Examples 1 and 3 even separately, presumably at the end of the electrolysis cycle. The electrolysis in US 4,351,705 was performed in relatively short batch cycles that had to be stopped due to sludge buildup, copper depletion and nickel buildup in the electrolyte, and increasing levels of contaminants in the cathodes being produced.

В области электрохимического извлечения стандартным является применение высокой циркуляции электролита через ячейку, а также внутри нее, потому что это обновляет объемную концентрацию меди в ячейке, сохраняет малыми застойные пленки на электродах, тем самым увеличивая доступность катионов меди на катодных поверхностях и, следовательно, улучшает производительность ячейки. В дополнение к этому, в ячейке электрохимического извлечения образуется газообразный кислород на анодной поверхности, и поднимающиеся пузырьки газообразного кислорода дополнительно улучшают движение жидкости в ячейке. Довольно типичным при электрохимическом извлечении стало вводить в ванну газ, обычно воздух, и пропускать пузырьки газа через электролит. Это усиливает эффект пузырьков газа, увеличивая турбулентность в электролите, и, кроме того, разбавляет кислород в атмосфере над электролитом, уменьшая проблемы, которые могут быть связаны с богатой кислородом атмосферой над ячейкой электрохимического извлечения.In the field of electrochemical recovery, it is standard to use high circulation of the electrolyte through the cell as well as within it, because this renews the volume concentration of copper in the cell, keeps the stagnant films on the electrodes small, thereby increasing the availability of copper cations on the cathode surfaces and hence improves performance. cells. In addition, in the electrowinning cell, oxygen gas is generated at the anode surface, and the rising bubbles of oxygen gas further improve liquid movement in the cell. It has become fairly common in electrochemical recovery to introduce a gas, usually air, into the bath and to bubble the gas through the electrolyte. This enhances the effect of gas bubbles by increasing turbulence in the electrolyte, and further dilutes the oxygen in the atmosphere above the electrolyte, reducing problems that can be associated with an oxygen rich atmosphere above the electrochemical recovery cell.

Несмотря на повышенный риск загрязнения катода, в данной области техники было предложено внедрить барботирование газа через жидкую ванну также и в ячейке электрорафинирования. Патент US 1260830 предлагает вводить газообразный диоксид серы и направлять его на поверхность анода. Также можно сослаться на WO 2011/085824 A1 и несколько процитированных в нем документов. Однако ни в WO 2011/085824 A1, ни в US 4263120 не обсуждается и не раскрывается увеличенный риск загрязнения катода при применении барботирования воздуха в качестве части операции электрорафинирования.Despite the increased risk of cathode contamination, it has been proposed in the art to introduce gas bubbling through the liquid bath also in the electrorefining cell. US 1260830 proposes to introduce gaseous sulfur dioxide and direct it to the surface of the anode. You can also refer to WO 2011/085824 A1 and several documents cited therein. However, neither WO 2011/085824 A1 nor US 4263120 discusses or discloses the increased risk of cathode fouling when air sparging is used as part of the electrorefining operation.

Патент US 3928152, а также члены его патентного семейства US 3875041, US 4033839 и US RE30005 раскрывают барботаж воздуха при электролитическом осаждении (EW) меди при плотностях тока в диапазоне 59-141 ампер на квадратный фут (ASF) катодной поверхности, т.е. 635-1517 A/м2, которые, как утверждается, достигаются благодаря относительно небольшому межэлектродному расстоянию, «оптимально менее одного дюйма между лицевыми поверхностями», в то время как нерастворимые аноды снабжены конвекционными перегородками 18 на их боковых сторонах и продолжениями 20 снизу, сделанными из ПВХ и поэтому электрически изолирующими, в сочетании с дополнительным перемешиванием за счет барботирования воздуха. Поднимающиеся воздушные пузырьки вызывают усиленную конвекцию электролита на катодных поверхностях, предотвращая оседание взвешенных частиц на лицевых поверхностях катодов. Нижние продолжения 20 анодов заходят в донные стойки 54. Вместе с конвекционными перегородками 18 эти элементы поддерживают уменьшенное расстояние нерастворимых анодов от катодных заготовок, нижние края которых поддерживаются на месте за счет их входа в элементы 56, поддерживающие барботажные трубки. Все подробные примеры в US 3928152 и других членах его патентного семейства относятся к электрохимическому извлечению. Этот документ предполагает, что его система газового перемешивания была тщательно проверена в условиях электрорафинирования, в результате чего даже при плотностях тока вплоть до 300 ASF не происходила анодная пассивация, якобы полностью предотвращаемая благодаря высокой конвекции электролита, и катодные отложения якобы не загрязнялись взвешенными анодными шламами. В US 3928152, а также в других членах его патентного семейства нет никакой информации ни о качестве растворимых медных анодов, используемых во время этих неописанных операций электрорафинирования, ни о скорости обновления электролита в ячейке. Также нет никаких упоминаний о мерах, предпринимавшихся для того, чтобы избежать истощения содержания меди в электролите или чрезмерного накопления анодных шламов. Следовательно, необходимо сделать вывод, что аноды имели обычное качество и традиционно содержали по меньшей мере 98,5 мас.% меди, что делает приемлемым для заявителей тот факт, что никакой анодной пассивации не наблюдалось, несмотря на высокие плотности тока.US 3,928,152 and its family members US 3,875,041, US 4,033,839, and US RE30005 disclose air sparging in copper electroplating (EW) at current densities in the range of 59-141 amps per square foot (ASF) of cathode surface, i.e. 635-1517 A/m 2 , which are said to be achieved due to the relatively small interelectrode distance, "optimally less than one inch between the front surfaces", while insoluble anodes are provided with convection baffles 18 on their sides and extensions 20 from below, made made of PVC and therefore electrically insulating, combined with additional mixing due to air sparging. Rising air bubbles cause enhanced convection of the electrolyte on the cathode surfaces, preventing sedimentation of suspended particles on the front surfaces of the cathodes. The lower extensions 20 of the anodes extend into the bottom racks 54. Together with the convection baffles 18, these elements maintain a reduced distance of the insoluble anodes from the cathode preforms, the lower edges of which are held in place by their entry into the elements 56 supporting the bubbling tubes. All detailed examples in US 3928152 and other members of his patent family refer to electrochemical recovery. This document suggests that his gas agitation system was carefully tested under electrorefining conditions, with the result that even at current densities up to 300 ASF, anodic passivation did not occur, supposedly completely preventable due to the high convection of the electrolyte, and cathodic deposits were allegedly not contaminated by suspended anode sludge. In US 3928152, as well as in other members of his patent family, there is no information about either the quality of the soluble copper anodes used during these undescribed electrorefining operations, or the rate of electrolyte renewal in the cell. There is also no mention of measures taken to avoid copper depletion in the electrolyte or excessive accumulation of anode sludge. Therefore, it must be concluded that the anodes were of conventional quality and traditionally contained at least 98.5% by weight of copper, making it acceptable to Applicants that no anode passivation was observed despite the high current densities.

Многие из анодных примесей, которые переходят в раствор, например Ni, Fe, Co и Mn, имеют тенденцию увеличивать плотность и вязкость электролита, что влияет на механизмы массо- и теплопереноса в электролитической ячейке, например, на перемещение катионов меди и скорость осаждения тяжелых частиц анодного шлама на дно ванны. Железо (Fe) в частности является тем элементом, который, находясь в растворе, увеличивает плотность и вязкость электролита, тем самым повышая сопротивление, которое катионы меди должны преодолевать на своем пути к катоду, а также сопротивление, которое анодные шламы должны преодолевать на их пути ко дну ячейки.Many of the anodic impurities that go into solution, such as Ni, Fe, Co, and Mn, tend to increase the density and viscosity of the electrolyte, which affects the mass and heat transfer mechanisms in the electrolytic cell, such as the movement of copper cations and the rate of deposition of heavy particles. anode sludge to the bottom of the bath. Iron (Fe) in particular is the element that, being in solution, increases the density and viscosity of the electrolyte, thereby increasing the resistance that copper cations must overcome on their way to the cathode, as well as the resistance that anode slimes must overcome on their way to the bottom of the cell.

Поскольку аноды содержат больше примесей, образование губчатой пленки на поверхности анода может стать возрастающим фактором, вызывающим «анодное пассивирование», то есть образование дополнительного препятствия/сопротивления, которое катионы Cu должны преодолевать на своем пути от анодной поверхности к катодной поверхности. Для поддержания желаемой плотности тока, проходящего через ячейку, напряжение на ячейке увеличивается по мере того, как анодное пассивирование становится более важным. Губчатая пленка может также распадаться на металлические частицы, которые могут собираться под действием силы тяжести на дне электролитической ячейки, если они являются в достаточной степени тяжелыми, в качестве части так называемых анодных шламов. Тяжелые частицы анодного шлама могут таким образом формировать пылевое облако, которое поднимается со дна ячейки.Since the anodes contain more impurities, the formation of a spongy film on the anode surface can become an increasing factor causing "anodic passivation", that is, the formation of an additional obstacle / resistance that Cu cations must overcome on their way from the anode surface to the cathode surface. To maintain the desired current density through the cell, the cell voltage is increased as anodic passivation becomes more important. The sponge film can also disintegrate into metal particles, which can collect by gravity at the bottom of the electrolytic cell, if they are sufficiently heavy, as part of the so-called anode slimes. Heavy particles of anode sludge can thus form a dust cloud that rises from the bottom of the cell.

Частицы, которые должны собираться в анодном шламе, на своем пути вниз ко дну ячейки движутся вдоль электродов и могут попасть в катоды в виде примесей. Они нарушают кристаллическую решетку Cu и могут вызвать неравномерный рост поверхности катода и последующий рост дендритов, что приведет к короткому замыканию, а значит, и к снижению производительности.Particles to be collected in the anode slime move along the electrodes on their way down to the bottom of the cell and may enter the cathodes as impurities. They disturb the crystal lattice of Cu and can cause uneven growth of the cathode surface and subsequent growth of dendrites, which will lead to a short circuit, and hence to a decrease in performance.

Понятно, что более высокий уровень других металлических примесей в медных анодах может усугубить описанные выше проблемы: проблема пассивации анода может возникнуть и нарастать быстрее, следовательно напряжение на ячейке будет повышаться быстрее, а уровень примесей в катоде может быстрее достичь своего максимально допустимого уровня.It is clear that a higher level of other metal impurities in copper anodes can exacerbate the problems described above: the anode passivation problem can occur and build up faster, therefore the cell voltage will rise faster, and the level of impurities in the cathode can reach its maximum allowable level faster.

Однако может быть установлено максимально допустимое напряжение на ячейке, например из-за ограничений чистоты катода. Другими ограничивающими факторами могут быть тепловыделение в ячейке, которое может вызывать тепловые деформации и даже трещины в стенках ячейки, и/или плавление или выход из строя частей электроизоляции.However, a maximum allowable cell voltage may be set, for example due to cathode purity limitations. Other limiting factors may be heat generation in the cell, which can cause thermal distortion and even cracks in the cell walls, and/or melting or failure of parts of the electrical insulation.

Следовательно, остается потребность в таком способе, в котором эти проблемы были бы смягчены. Настоящее изобретение поэтому относится к обеспечению допустимости более высоких уровней содержания примесей в медных анодах, то есть допустимости медных анодов более низкой чистоты, что приводит к ослаблению требований к параметрам предшествующего технологического процесса и критериев допуска сырья, при сохранении производства медных катодов приемлемого качества с приемлемым и экономически привлекательным выходом, при сохранении высокой производительности ячейки.Therefore, there remains a need for a method in which these problems can be mitigated. The present invention therefore relates to allowing higher impurity levels in copper anodes, i.e., accepting lower purity copper anodes, resulting in relaxation of upstream process parameters and raw material acceptance criteria, while still producing acceptable quality copper cathodes with acceptable and economically attractive output, while maintaining high cell performance.

Публикация Андерсона и др. (C. Anderson et al.), «The application of copper metallurgy in the recovery of secondary precious metals», Proceedings of Copper 99 - Cobre 99 International Conference, Volume III - Electrorefining and Electrowinning of Copper, The Minerals, Metals & Materials Society, 1999, pp. 529-543, описывает три испытания электрорафинирования в 1-литровой ячейке, начинающиеся с анодов, содержащих менее 75,0 мас.% меди и более 0,8 мас.% драгоценных металлов (Ag, Au, Pd, Pt). Целью этой работы было продемонстрировать извлечение меди в товарные медные катоды при извлечении всех драгоценных металлов в анодные шламы. Можно предположить, что объем ячейки в 1 литр относится к объему пустой ячейки, до введения в нее электродов. Во время всех испытаний осуществляли с помощью насоса циркуляцию общего запаса электролита объемом 3 литра с расходом 330 мл/минуту, или 19,8 литра/час, через 1-литровую ячейку и емкость для выдержки с подогревом. В этом документе не указывается, когда и где был собран, отделен, взвешен и проанализирован побочный продукт анодного шлама любого из этих испытаний. Принимая во внимание высокую скорость обновления электролита в ячейке, составляющую 1980% в час (= 19,8 л/ч : 1 л * 100%), маловероятно, что анодный шлам имел возможность оседать в самой ячейке. Некоторое количество анодного шлама могло собираться в емкости для выдержки во время испытания, но, более вероятно, анодный шлам непрерывно циркулировал в течение всего испытания вместе с электролитом до тех пор, пока в конце каждого испытания весь запас электролита не был слит и/или собран, и анодный шлам мог спокойно осесть. Поэтому наиболее вероятно, что анодный шлам извлекался только в конце рабочего цикла электрорафинирования. В этих испытаниях использовали плотности тока, составляющие самое большее 173,65 A/м2. Первая проблема с операцией электрорафинирования, описанной в этой статье, заключается в том, что скорость обновления электролита является высокой, а значит, высоким также является и поток жидкости через ячейку, что сильно затрудняет поддержание заданных расстояний между электродами в ячейке и исключение риска короткого замыкания между смежными электродами при их физическом контакте. Второй проблемой описанной операции электрорафинирования является низкая плотность электрического тока, которая обуславливает довольно низкую производительность ячейки. В этом документе говорится, что анодная пассивация не наблюдалась во время последнего испытания, продолжавшегося всего 3 дня при более высокой плотности тока в 173,65 A/м2. Это наблюдение отсутствия анодной пассивации, несмотря на высокий уровень примесей, присутствующих в анодах, скорее всего можно объяснить применявшимися очень высокой скоростью обновления и низкой плотностью тока.C. Anderson et al., "The application of copper metallurgy in the recovery of secondary precious metals", Proceedings of Copper 99 - Cobre 99 International Conference, Volume III - Electrorefining and Electrowinning of Copper, The Minerals , Metals & Materials Society, 1999, pp. 529-543, describes three 1 liter cell electrorefining tests starting with anodes containing less than 75.0 wt% copper and more than 0.8 wt% precious metals (Ag, Au, Pd, Pt). The purpose of this work was to demonstrate the recovery of copper into commercial copper cathodes while recovering all precious metals into anode slimes. It can be assumed that the cell volume of 1 liter refers to the volume of the empty cell before the introduction of electrodes into it. During all tests, a total supply of 3 liters of electrolyte was pumped circulating at a flow rate of 330 ml/minute, or 19.8 liters/hour, through a 1 liter cell and a heated holding vessel. This document does not specify when or where the anode sludge by-product from any of these tests was collected, separated, weighed and analyzed. Considering the cell's high electrolyte renewal rate of 1980% per hour (= 19.8 l/h : 1 l * 100%), it is unlikely that anode sludge could have settled in the cell itself. Some anode sludge may have collected in the holding tank during the test, but it is more likely that the anode sludge was continuously circulated throughout the test along with the electrolyte until at the end of each test the entire supply of electrolyte was drained and/or collected, and the anode sludge could easily settle. Therefore, it is most likely that the anode sludge was recovered only at the end of the electrorefining cycle. These tests used current densities of at most 173.65 A/m 2 . The first problem with the electrorefining operation described in this article is that the rate of electrolyte renewal is high, which means that the liquid flow through the cell is also high, which makes it very difficult to maintain the specified distances between the electrodes in the cell and eliminate the risk of a short circuit between adjacent electrodes in their physical contact. The second problem of the described electrorefining operation is the low electric current density, which results in a rather low cell productivity. This document states that no anodic passivation was observed during the last test, which lasted only 3 days at a higher current density of 173.65 A/m 2 . This observation of the absence of anodic passivation, despite the high level of impurities present in the anodes, can most likely be explained by the very high refresh rate and low current density used.

Настоящее изобретение ставит своей целью устранить или по меньшей мере смягчить вышеописанную проблему и/или предложить усовершенствования в общем.The present invention aims to eliminate or at least mitigate the problem described above and/or provide improvements in general.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION

В соответствии с изобретением предлагаются способ электрорафинирования меди и композиция для службы в качестве медного анода, охарактеризованные в любом из пунктов приложенной формулы изобретения.According to the invention, there is provided a copper electrorefining process and composition for serving as a copper anode as defined in any one of the appended claims.

В одном варианте осуществления настоящее изобретение предлагает способ производства меди, содержащий электрорафинирование металлической меди в электролитической ванне с по меньшей мере одного медного анода в по меньшей мере один медный катод с использованием электролита на основе серной кислоты, отличающийся тем, чтоIn one embodiment, the present invention provides a copper production process comprising electrorefining copper metal in an plating bath from at least one copper anode to at least one copper cathode using a sulfuric acid based electrolyte, characterized in that

- разность потенциалов между анодом и катодом в электролитической ячейке поддерживают на уровне менее чем 1,6 В,- the potential difference between the anode and cathode in the electrolytic cell is maintained at a level of less than 1.6 V,

- анод содержит самое большее 98,0 мас.% меди,- the anode contains at most 98.0 wt.% copper,

- анод содержит менее 1,00 мас.% железа,- the anode contains less than 1.00 wt.% iron,

- плотность тока через ячейку составляет по меньшей мере 180 A/м2 катодной поверхности,- the current density through the cell is at least 180 A/m 2 of the cathode surface,

- электролит удаляют из ячейки электрорафинирования во время операции электрорафинирования со средней скоростью обновления электролита по меньшей мере 30% и самое большее 1900% в час, и электролит по меньшей мере частично удаляют путем перелива первого потока электролита через по меньшей мере одну стенку ячейки, иthe electrolyte is removed from the electrorefining cell during the electrorefining operation at an average electrolyte renewal rate of at least 30% and at most 1900% per hour, and the electrolyte is at least partially removed by overflowing the first electrolyte stream through at least one wall of the cell, and

- вводят газ в ячейку и барботируют его через электролит в промежутке между анодом и катодом.- introduce gas into the cell and bubbling it through the electrolyte in the gap between the anode and cathode.

В другом варианте осуществления настоящее изобретение предлагает расплавленную жидкую металлическую композицию, пригодную для того, чтобы сделать ее подходящей для электрорафинирования медных анодов в способе (процессе) по настоящему изобретению и содержащей по меньшей мере 90,10 мас.% и самое большее 97 мас.% меди, а остальное – другие элементы в качестве примесей, в качестве части которых эта расплавленная жидкая металлическая композиция содержитIn another embodiment, the present invention provides a molten liquid metal composition suitable for making it suitable for electrorefining of copper anodes in the method (process) of the present invention and containing at least 90.10 wt.% and at most 97 wt.% copper, and the rest - other elements as impurities, as part of which this molten liquid metal composition contains

- по меньшей мере 0,1 мас.% никеля,- at least 0.1 wt.% Nickel,

- по меньшей мере 0,0001 мас.% и менее чем 1,00 мас.% железа, и- at least 0.0001 wt.% and less than 1.00 wt.% iron, and

- по меньшей мере 250 мас. млн-1 и самое большее 3000 мас. млн-1 кислорода.- at least 250 wt. ppm and at most 3000 wt. ppm oxygen.

Примеси в металлической композиции по настоящему изобретению представляют собой в первую очередь другие металлы, кислород и, опционально, также серу и/или фосфор. Под металлами в контексте настоящего изобретения в первую очередь подразумеваются элементы, которые находятся в Периодической таблице элементов по IUPAC от 22 июня 2007 г. слева от элементов углерода, кремния, селена, теллура и полония, включая сами эти элементы. Наиболее часто встречающиеся примеси в металлической композиции по настоящему изобретению выбраны из группы, состоящей из никеля, сурьмы, олова, свинца, висмута, мышьяка, цинка, железа, селена, теллура, серебра, золота, платины, палладия, кислорода, серы и фосфора.The impurities in the metal composition of the present invention are primarily other metals, oxygen, and optionally also sulfur and/or phosphorus. Metals, in the context of the present invention, are primarily meant to be those elements that appear on the June 22, 2007 IUPAC Periodic Table of the Elements to the left of the elements carbon, silicon, selenium, tellurium, and polonium, including those elements themselves. The most common impurities in the metal composition of the present invention are selected from the group consisting of nickel, antimony, tin, lead, bismuth, arsenic, zinc, iron, selenium, tellurium, silver, gold, platinum, palladium, oxygen, sulfur and phosphorus.

Заявители обнаружили, что металлическая композиция по настоящему изобретению, предпочтительно после снижения содержания кислорода в ней до уровня, предпочтительного в контексте настоящего изобретения, подходит для литья анодов для процесса электрорафинирования по настоящему изобретению, которые могут эксплуатироваться с обычным электролитическим циклом, при условии, что будет принят ряд дополнительных мер. Заявители обнаружили, что дополнительные меры, обеспечиваемые в качестве части процесса по настоящему изобретению, являются достаточными для контроля проблем, связанных с более низкой чистотой и более высоким содержанием примесей в анодном материале, например, когда анод делается из металлической композиции по настоящему изобретению, предпочтительно после снижения содержания в ней кислорода, как предписано.Applicants have found that the metal composition of the present invention, preferably after reducing its oxygen content to the level preferred in the context of the present invention, is suitable for casting anodes for the electrorefining process of the present invention, which can be operated with a conventional electrolytic cycle, provided that a number of additional measures have been taken. Applicants have found that the additional measures provided as part of the process of the present invention are sufficient to control problems associated with lower purity and higher impurities in the anode material, for example when the anode is made from the metal composition of the present invention, preferably after reducing its oxygen content, as prescribed.

Заявители обнаружили, что соблюдение содержания кислорода в предписанных верхнем и нижнем пределах является особенно важным, если металлическая композиция по настоящему изобретению производится с помощью ряда пирометаллургических технологических стадий, в котором последняя производственная стадия дает жидкую ванну, состоящую из тяжелой жидкой фазы расплавленного металла, находящейся в равновесии со всплывающей жидкой фазой шлака, как описано в нашей совместно рассматриваемой патентной заявке PCT/EP2018/084374, поданной 11 декабря 2018 г. Заявители обнаружили, что избыточные уровни кислорода, то есть выше указанного верхнего предела, способствуют увеличению содержания меди в жидкой фазе расплавленной металлической меди, предназначенной для литья анодов, но тем самым также приводят к тому, что слишком много других ценных металлов оказываются в фазе шлака. В частности, никель в присутствии избыточно большого количества меди и чрезмерно высоких уровней кислорода склонен к окислению и в конечном итоге оказывается в фазе шлака. Этот никель может затем теряться в конечном шлаке всего процесса, не принося никакой прибыли, и возможно даже порождая проблемы при утилизации. В дополнение к этому, большая часть олова, сурьмы и/или свинца при этих условиях будет вести себя аналогичным образом. Никель и другие металлы могут быть извлечены из этого шлака, но тогда необходимо найти другие пути их выведения из всего процесса. Поскольку никель в металлургических процессах часто ведет себя очень похоже на медь, поиск путей выведения никеля отдельно от меди представляет собой тяжелую, если не вообще невозможную, задачу. Заявители обнаружили, что при указанном управлении уровнем кислорода, в частности, никель может покидать предшествующий металлургический процесс в качестве примеси анода в процессе по настоящему изобретению.Applicants have found that keeping the oxygen content within the prescribed upper and lower limits is particularly important if the metal composition of the present invention is produced by a series of pyrometallurgical process steps, in which the last manufacturing step produces a liquid bath consisting of a heavy liquid phase of molten metal found in equilibrium with the floating slag liquid phase, as described in our co-pending patent application PCT/EP2018/084374, filed December 11, 2018. Applicants have found that excess oxygen levels, i.e. above the specified upper limit, contribute to an increase in the copper content in the liquid phase of the molten metallic copper intended for casting anodes, but thereby also lead to the fact that too many other valuable metals end up in the slag phase. In particular, nickel in the presence of excessive amounts of copper and excessively high levels of oxygen tends to oxidize and eventually ends up in the slag phase. This nickel can then be wasted in the final slag of the entire process, generating no profit, and perhaps even causing disposal problems. In addition, most tin, antimony and/or lead will behave similarly under these conditions. Nickel and other metals can be recovered from this slag, but then other ways must be found to remove them from the whole process. Because nickel often behaves very much like copper in metallurgical processes, finding ways to separate nickel from copper is a difficult, if not impossible, task. Applicants have found that with this control of the oxygen level, in particular, nickel can leave the previous metallurgical process as an anode impurity in the process of the present invention.

Заявители обнаружили, что управление уровнем кислорода в расплавленной жидкой металлической композиции по настоящему изобретению в указанных пределах дает то преимущество, что значительное количество никеля может быть допустимым в качестве части расплавленной жидкой металлической композиции по настоящему изобретению, посредством чего большая часть этого количества никеля может быть извлечена после стадии электролиза процесса по настоящему изобретению и преобразована в имеющий экономическую ценность продукт. Это дает то преимущество, что стадии предшествующего металлургического процесса могут принимать значительное количество никельсодержащего исходного сырья, то есть такого сырья, которое труднее перерабатывать обычным способом производства меди и которое обычно дает в качестве анодного материала медь высокой чистоты, такую как «черновая» медь, содержащая более 98,0 мас.% Cu.Applicants have found that controlling the oxygen level in the molten liquid metal composition of the present invention within these limits has the advantage that a significant amount of nickel can be tolerated as part of the molten liquid metal composition of the present invention, whereby the majority of that amount of nickel can be recovered. after the electrolysis step of the process of the present invention and converted into a product of economic value. This has the advantage that the steps of the upstream metallurgical process can take a significant amount of nickel-containing feedstock, i.e., feedstock that is more difficult to process in the conventional copper production process and that typically produces high purity copper as an anode material, such as "blind" copper containing more than 98.0 wt.% Cu.

Было обнаружено, что чрезмерный уровень кислорода в аноде увеличивает риск неправильного формирования поверхностей анода при охлаждении после литья. Не желая быть связанными этой теорией, заявители полагают, что избыточное присутствие кислорода может на поздней стадии затвердевания приводить к локальному образованию пузырьков газа под поверхностью анода, и давление в этих пузырьках газа вызывает искажения на поверхности, отклоняющиеся от идеально плоской поверхности. Эти отклонения являются нежелательными с точки зрения желания работать с малыми межэлектродными расстояний. Поэтому заявители предпочитают соблюдать верхний предел по кислороду в анодном составе процесса по настоящему изобретению.It has been found that an excessive level of oxygen in the anode increases the risk of anode surfaces not being properly formed upon cooling after casting. Without wishing to be bound by this theory, Applicants believe that the excess presence of oxygen may, in a late stage of solidification, lead to the local formation of gas bubbles below the anode surface, and the pressure in these gas bubbles causes surface distortions that deviate from a perfectly flat surface. These deviations are undesirable from the point of view of the desire to work with small interelectrode distances. Therefore, applicants prefer to comply with the upper limit on oxygen in the anode composition of the process of the present invention.

Чрезмерный уровень кислорода в аноде также означает, что больше меди присутствует в аноде в виде оксида меди(I), который растворяется в электролите химическим путем и увеличивает в нем уровень меди. Извлечение этой меди обычно выполняется с помощью дополнительной стадии электрохимического извлечения из сливаемого потока электролита, что является сложным и представляет собой значительное дополнительное бремя. Высокие уровни кислорода в аноде также способствуют анодной пассивации, в частности при высоких плотностях тока, как описано в статье С. A. Mцller et al, «Effect of As, Sb, Bi and Oxygen in Copper Anodes During Electrorefining», Proceedings of Copper 2010, pp. 1495-1510.An excessive oxygen level in the anode also means that more copper is present in the anode in the form of copper(I) oxide, which dissolves chemically in the electrolyte and increases the level of copper in it. The recovery of this copper is typically accomplished with an additional electrochemical recovery step from the drained electrolyte stream, which is complex and represents a significant additional burden. High anode oxygen levels also promote anodic passivation, particularly at high current densities, as described in C. A. Möller et al, "Effect of As, Sb, Bi and Oxygen in Copper Anodes During Electrorefining", Proceedings of Copper 2010 , pp. 1495-1510.

Таким образом, заявители обнаружили, что по ряду причин выгодно поддерживать уровень кислорода в расплавленной жидкой металлической композиции по настоящему изобретению в указанных пределах, особенно в комбинации с уровнем немедных примесей в композиции, в частности с присутствующим никелем. Одна из таких веских причин заключается в том, что меньшее количество кислорода в расплавленной жидкой металлической композиции приводит к меньшему количеству газовых карманов в отлитых из нее анодах. В результате поверхности анодов становятся более гладкими, а аноды более плоскими, причем и то, и другое улучшает выставление анодов в ячейке и обеспечивает более равномерное расстояние между электродами в ячейке во время операции электрорафинирования. Заявители обнаружили, что можно легко снизить уровень кислорода известными средствами, такими как «дразнение», до уровней, предпочтительных для процесса по настоящему изобретению, преобразуя тем самым оксиды металла в элементарный металл, в частности преобразуя оксид меди в металлическую медь, причем последняя легко электрохимически растворяется в электролите и переносится к катоду в процессе по настоящему изобретению. Thus, Applicants have found that for a number of reasons it is advantageous to maintain the oxygen level in the molten liquid metal composition of the present invention within the stated limits, especially in combination with the level of non-copper impurities in the composition, in particular nickel present. One such good reason is that less oxygen in the molten liquid metal composition results in fewer gas pockets in the anodes cast from it. As a result, the anode surfaces become smoother and the anodes flatter, both of which improve the alignment of the anodes in the cell and provide a more uniform spacing between the electrodes in the cell during the electrorefining operation. Applicants have found that it is possible to easily reduce oxygen levels by known means such as teasing to levels preferred by the process of the present invention, thereby converting metal oxides to elemental metal, in particular converting copper oxide to metallic copper, the latter being easily electrochemically dissolves in the electrolyte and is transferred to the cathode in the process of the present invention.

Заявители обнаружили, что расплавленная жидкая металлическая композиция по настоящему изобретению является предпочтительным выходом для никеля на предшествующих пирометаллургических технологических стадиях, производящих расплавленную жидкую металлическую композицию по настоящему изобретению. Никель является вполне приемлемым в процессе по настоящему изобретению, потому что он концентрируется в электролите, и из цикла электролита может быть отведен сливаемый поток, а содержащийся в нем никель может быть выборочно извлечен и обогащен до элементарного никеля. Applicants have found that the molten liquid metal composition of the present invention is the preferred outlet for nickel in prior pyrometallurgical process steps producing the molten liquid metal composition of the present invention. Nickel is quite acceptable in the process of the present invention because it is concentrated in the electrolyte and an overflow stream can be withdrawn from the electrolyte cycle and the nickel contained therein can be selectively recovered and upgraded to elemental nickel.

В статье «The Purification of Copper Refinery Electrolyte», JOM, July 2004, pp. 30-33, Джеймс Э. Хоффман описывает ряд методов управления составом электролита в операции электрорафинирования меди, в первую очередь путем обработки такого сливаемого потока, отводимого из цикла электролита. Обсуждаемые примеси включают Sb, Bi, As, Ni, Ca, аммиак и органические фрагменты, образующиеся из-за гидролиза модифицирующих рост катода обычных добавок. Как уже было обсуждено выше, уровень примесей в растворимых медных анодах в этой статье является низким, и чистота меди в анодах в этой статье намного превышает уровни, описываемые как часть настоящего изобретения.In "The Purification of Copper Refinery Electrolyte", JOM, July 2004, pp. 30-33, James E. Hoffman describes a number of methods for controlling the composition of the electrolyte in a copper electrorefining operation, primarily by treating such a bleed stream from the electrolyte cycle. Impurities discussed include Sb, Bi, As, Ni, Ca, ammonia, and organic fragments resulting from the hydrolysis of conventional cathode growth modifying additives. As discussed above, the level of impurities in the soluble copper anodes in this article is low, and the purity of the copper in the anodes in this article far exceeds the levels described as part of the present invention.

Заявители обнаружили, что поведение никеля в цикле электролиза является довольно уникальным среди металлических примесей, которые могут присутствовать в значительных концентрациях в расплавленной жидкой металлической композиции по настоящему изобретению, а также в составе анода в процессе по настоящему изобретению. Заявители обнаружили, что никель способен растворяться в электролите на основе серной кислоты в виде сульфата никеля и накапливаться до интересных высоких концентраций, прежде чем эта соль может вызвать проблемы в работе и/или проблемы качества катода. Заявители также обнаружили, что никель в электролите может быть довольно легко извлечен из электролита, предпочтительно из сливаемого потока, который выводится из цикла электролита, и что этот никель можно легко обогатить до коммерческой ценности. Заявители обнаружили, что никель может быть извлечен и обогащен, и при этом большая часть меди, растворенной в отведенном электролите, может быть извлечена и обогащена, а кислота может быть возвращена на электрорафинирование.Applicants have found that the behavior of nickel in the electrolysis cycle is quite unique among the metallic impurities that may be present in significant concentrations in the molten liquid metal composition of the present invention, as well as in the composition of the anode in the process of the present invention. Applicants have found that nickel is able to dissolve in a sulfuric acid electrolyte as nickel sulfate and accumulate to interesting high concentrations before the salt can cause performance problems and/or cathode quality problems. Applicants have also found that the nickel in the electrolyte can be recovered fairly easily from the electrolyte, preferably from a bleed stream that is withdrawn from the electrolyte cycle, and that this nickel can be easily upgraded to commercial value. Applicants have found that the nickel can be recovered and enriched, while most of the copper dissolved in the withdrawn electrolyte can be recovered and enriched, and the acid can be returned to electrorefining.

Заявители обнаружили, что этот способ извлечения и обогащения никеля представляет собой предпочтительный способ обеспечения вывода никеля, который входит в предшествующий пирометаллургический процесс производства расплавленной жидкой металлической композиции по настоящему изобретению и/или в анод для процесса по настоящему изобретению.Applicants have found that this nickel recovery and beneficiation method is the preferred nickel recovery method that is included in the prior pyrometallurgical process for producing the molten liquid metal composition of the present invention and/or in the anode for the process of the present invention.

Допущение значительных уровней никеля в расплавленной жидкой металлической композиции по настоящему изобретению и/или в аноде для процесса по настоящему изобретению расширяет критерии приемлемости исходного сырья в предшествующем процессе рафинирования меди с получением металлической композиции. Это дает преимущество, заключающееся в том, что оператор предшествующего процесса может принимать в более значительных количествах сырье с высоким содержанием никеля, которое по этой причине может быть менее приемлемым или приемлемым только в ограниченных количествах для операторов других процессов, которые не связаны с процессом по настоящему изобретению. Следовательно, такое сырье может быть доступным на более привлекательных условиях и в более привлекательных количествах, чем сырье, содержащее меньше никеля.Allowing for significant levels of nickel in the molten liquid metal composition of the present invention and/or in the anode for the process of the present invention broadens the criteria for accepting feedstock in the prior process of refining copper to form a metal composition. This has the advantage that the upstream process operator can accept larger amounts of high nickel content feedstock, which may therefore be less acceptable or acceptable only in limited quantities to operators of other processes who are not involved in the present process. invention. Therefore, such feedstock may be available at more attractive terms and in more attractive quantities than feedstock containing less nickel.

Заявители обнаружили, что более высокие уровни никеля в электролите, возникающие в результате более высокого уровня никеля в расплавленной жидкой металлической композиции по настоящему изобретению и/или в аноде для процесса по настоящему изобретению, а значит, также и в электролите, который выводится из цикла электролита для извлечения никеля, улучшают эффективность и действенность стадий извлечения и обогащения никеля, поскольку больше никеля может быть извлечено и обогащено с меньшим количеством оборудования и с меньшим потреблением энергии и/или технологических химикатов.Applicants have found that higher levels of nickel in the electrolyte resulting from higher levels of nickel in the molten liquid metal composition of the present invention and/or in the anode for the process of the present invention, and thus also in the electrolyte that is withdrawn from the electrolyte cycle for nickel recovery improve the efficiency and effectiveness of the nickel recovery and beneficiation steps because more nickel can be recovered and beneficiated with less equipment and with less energy and/or process chemicals.

Заявители также обнаружили, что имеется значительное преимущество при ограничении содержания железа в анодах указанным образом. Заявители обнаружили, что растворенное в электролите железо приводит к значительному снижению эффективности использования энергии, поскольку оно заставляет часть электрического тока, проходящего через ячейку, не вносить вклад в перенос катионов меди от анода к катоду. Не желая быть связанными этой теорией, заявители полагают, что катионы железа в электролите легко могут изменять валентность, предположительно за счет полуреакции Fe2+ -> Fe3+ + e-, происходящей на аноде, и после того, как катион Fe3+ переместится к катоду, происходит обратная полуреакция Fe3+ + e- -> Fe2+ на катоде, после которой катион Fe2+ может вернуться к аноду. Этот механизм может объяснить то наблюдение, что при наличии значительного количества железа в электролите часть электрического тока может проходить через ячейку, не внося вклада в перенос катионов меди. Следовательно, эта часть электрического тока представляет собой непродуктивное использование дорогостоящего ресурса.Applicants have also found that there is a significant advantage in limiting the iron content of the anodes in this manner. Applicants have found that iron dissolved in the electrolyte leads to a significant reduction in energy efficiency because it causes some of the electrical current passing through the cell not to contribute to the transfer of copper cations from the anode to the cathode. Without wishing to be bound by this theory, Applicants believe that the iron cations in the electrolyte can easily change valence, presumably due to the Fe 2+ -> Fe 3+ + e - half-reaction occurring at the anode, and after the Fe 3+ cation has moved to the cathode, the reverse half-reaction Fe 3+ + e - -> Fe 2+ at the cathode occurs, after which the Fe 2+ cation can return to the anode. This mechanism may explain the observation that, in the presence of a significant amount of iron in the electrolyte, part of the electric current can pass through the cell without contributing to the transport of copper cations. Therefore, this part of the electric current represents an unproductive use of an expensive resource.

Заявители также обнаружили, что из-за наличия железа в анодах, а значит, также и в электролите, для поддержания одинаковой производительности по катодной меди необходим дополнительный, но не вносящий вклада электрический ток, что увеличивает проблемы, которые решает настоящее изобретение. Этот увеличенный ток приводит к увеличению напряжения на ячейке, а также к еще более быстрому росту, что приводит к повышенным уровням загрязняющих веществ в катоде и к более быстрому достижению максимально допустимого уровня, как объяснялось ранее в данном документе. Более высокий ток также создает больше тепла в ячейке, и, возможно, горячие точки, что вызывает другие проблемы, описанные в другом месте в данном документе. Это также увеличивает плотность тока при той же производительности по меди, что увеличивает его вклад в загрязнение катода, что будет объяснено ниже. Applicants have also found that due to the presence of iron in the anodes, and thus also in the electrolyte, additional but non-contributing electrical current is needed to maintain the same copper cathode performance, which increases the problems that the present invention solves. This increased current results in an increase in the cell voltage as well as an even faster rise, resulting in higher levels of contaminants in the cathode and faster reaching of the maximum allowable level, as explained earlier in this document. The higher current also creates more heat in the cell, and possibly hot spots, which causes other problems described elsewhere in this document. It also increases the current density for the same copper performance, which increases its contribution to cathode fouling, which will be explained below.

Железо, когда оно растворяется из анода в электролит, увеличивает плотность и вязкость электролита, что влияет на механизмы массо- и теплопередачи в электролитической ячейке, например на движение катионов меди на их пути к катоду и скорость оседания тяжелых частиц анодного шлама на дно ванны. Высокое содержание Fe в аноде, а значит, также и в электролите, повышает сопротивление, которое катионы меди должны преодолевать на пути к катоду, а также сопротивление, которое анодные шламы должны преодолевать на пути к дну ячейки.Iron, when it is dissolved from the anode into the electrolyte, increases the density and viscosity of the electrolyte, which affects the mechanisms of mass and heat transfer in the electrolytic cell, for example, the movement of copper cations on their way to the cathode and the rate of settling of heavy particles of anode sludge to the bottom of the bath. A high Fe content in the anode, and thus also in the electrolyte, increases the resistance that copper cations must overcome on their way to the cathode, as well as the resistance that anode slimes must overcome on their way to the bottom of the cell.

Именно по этой причине аноды в процессе по настоящему изобретению, а также расплавленная жидкая металлическая композиция по настоящему изобретению, должны содержать железо на уровне, который ниже заданного верхнего предела.It is for this reason that the anodes in the process of the present invention, as well as the molten liquid metal composition of the present invention, must contain iron at a level that is below a predetermined upper limit.

Расплавленная жидкая металлическая композиция по настоящему изобретению, а предпочтительно также и медный анод в процессе по настоящему изобретению, опционально содержит по меньшей мере 0,0001 мас.% железа, предпочтительно по меньшей мере 0,0005 мас.%, более предпочтительно по меньшей мере 0,0010 мас.%, еще более предпочтительно по меньшей мере 0,0025 мас.%, предпочтительно по меньшей мере 0,0050 мас.%, более предпочтительно по меньшей мере 0,0075 мас.%, еще более предпочтительно по меньшей мере 0,010 мас.%, предпочтительно по меньшей мере 0,015 мас.%, более предпочтительно по меньшей мере 0,020 мас.%, и еще более предпочтительно по меньшей мере 0,025 мас.% железа. Заявители обнаружили, что нет необходимости удалять железо из состава анода и/или расплавленной жидкой металлической композиции по настоящему изобретению до уровней ниже предела обнаружения, равного 1 мас. млн-1 (массовой миллионной доле), но предпочтительно оставлять небольшое количество железа. Это снижает ограничения, жесткость и рабочую нагрузку на предшествующих стадиях процесса, на которых производится металл, который составляет основу анодов в процессе по настоящему изобретению. Поэтому следует отметить, что нижний предел содержания железа, предписанный для расплавленной жидкой металлической композиции по настоящему изобретению, а также предписанный для состава медного анода, используемого в процессе по настоящему изобретению, не является существенным признаком изобретения, который был бы необходим для получения желаемого результата. Это не имеет никакого технического отношения к техническим эффектам, на которых основано настоящее изобретение. Соблюдение нижнего предела является предпочтительным из-за связанных с этим преимуществ, которые проявляются перед стадией электрорафинирования.The molten liquid metal composition of the present invention, and preferably also the copper anode in the process of the present invention, optionally contains at least 0.0001 wt% iron, preferably at least 0.0005 wt%, more preferably at least 0 .0010 wt.%, even more preferably at least 0.0025 wt.%, preferably at least 0.0050 wt.%, more preferably at least 0.0075 wt.%, even more preferably at least 0.010 wt. .%, preferably at least 0.015 wt.%, more preferably at least 0.020 wt.%, and even more preferably at least 0.025 wt.% iron. Applicants have found that it is not necessary to remove iron from the anode composition and/or molten liquid metal composition of the present invention to levels below the detection limit of 1 wt. ppm (ppm by mass), but it is preferable to leave a small amount of iron. This reduces the constraints, stiffness and workload of the upstream process steps that produce the metal that forms the basis of the anodes in the process of the present invention. Therefore, it should be noted that the lower limit of iron content prescribed for the molten liquid metal composition of the present invention, as well as prescribed for the composition of the copper anode used in the process of the present invention, is not an essential feature of the invention, which would be necessary to obtain the desired result. It has no technical bearing on the technical effects on which the present invention is based. Compliance with the lower limit is preferable because of the associated advantages that appear before the stage of electrorefining.

Заявители утверждают, что пирометаллургические процессы, которые производят жидкие расплавленные медные продукты, подходящие для их разливки в аноды для электрорафинирования, обычно используют металлическое железо в качестве восстановителя и/или в качестве источника энергии. Присутствие измеримого количества железа в расплавленной жидкой металлической композиции по настоящему изобретению и/или в составе анода такого процесса, как указанный, является поэтому полезным маркером, который указывает на то, что композиция и/или анод были изготовлены пирометаллургическим способом и не были результатом искусственного, обычно в лабораторном масштабе, объединения чистой меди с другими металлами высокой чистоты с целью получения анода, имеющего особенно желательный состав для экспериментальных целей и строго контролируемых испытаний.Applicants state that pyrometallurgical processes that produce liquid molten copper products suitable for casting into electrorefining anodes typically use metallic iron as a reducing agent and/or as an energy source. The presence of a measurable amount of iron in the molten liquid metal composition of the present invention and/or in the anode composition of a process such as this is therefore a useful marker that indicates that the composition and/or anode was produced by a pyrometallurgical process and was not the result of an artificial, usually on a laboratory scale, combining pure copper with other high purity metals to produce an anode having a particularly desirable composition for experimental purposes and highly controlled testing.

Заявители обнаружили, что электрорафинирование медных анодов, которые содержат меньше меди и, следовательно, содержат высокие уровни примесей, обычно других металлов, при указанных высоких плотностях тока становится все более и более проблематичным, поскольку уровень примесей в аноде увеличивается, потому что загрязняющие анод вещества и высокие плотности тока взаимодействуют, усугубляя проблему анодной пассивации. Заявители обнаружили, что эта проблема может быть решена с помощью признаков настоящего изобретения, в частности, в комбинации друг с другом.Applicants have found that the electrorefining of copper anodes, which contain less copper and therefore contain high levels of impurities, typically other metals, at these high current densities becomes more and more problematic as the level of impurities in the anode increases because the anode contaminants and high current densities interact to exacerbate the problem of anodic passivation. Applicants have found that this problem can be solved by the features of the present invention, in particular in combination with each other.

Заявители обнаружили, что введение газа и барботирование этого газа через электролит в промежутке между анодом и катодом при операции электрорафинирования, предпочтительно с анодной стороны промежутка, приводит к улучшенному перемешиванию электролита. При условии, что это введение газа выполняется должным образом, как описано ниже в данном документе, оно достигает этого эффекта локально, в промежутке между электродами, где его воздействие является наибольшим, в то время как оно почти не влияет на потоки жидкости в других местах ячейки, например на ее дне, где собирается значительная часть анодных шламов. Это улучшенное перемешивание жидкости, во-первых, улучшает физический перенос катионов Cu2+ от анода к катоду за счет конвекции. Это достигается за счет увеличения турбулентности в жидкости между электродами, ускорения переноса за счет конвекции, а также за счет уменьшения диффузионного пограничного слоя на поверхности анода и/или катода, который является застойным, и через который перенос осуществляется за счет диффузии. Еще одним преимуществом является более однородное распределение температуры и концентрации технологических химикатов по всей ячейке, что также улучшает однородность распределения тока. Эти эффекты дают преимущество, заключающееся в обеспечении высокой производительности ячейки, позволяя при этом поддерживать более низкую разность потенциалов в ячейке и получать катод более высокой чистоты по сравнению с отсутствием перемешивания или с меньшим перемешиванием ванны. Более низкая разность потенциалов в ячейке дает выгоду снижения потребляемой мощности при том же самом выходе продукта.Applicants have found that introducing a gas and bubbling that gas through the electrolyte between the anode and cathode in the electrorefining operation, preferably from the anode side of the gap, results in improved mixing of the electrolyte. Provided that this gas injection is performed properly, as described later in this document, it achieves this effect locally, in the gap between the electrodes, where its effect is greatest, while it has almost no effect on liquid flows elsewhere in the cell. , for example, at its bottom, where a significant part of the anode slimes is collected. This improved liquid mixing first improves the physical transport of Cu 2+ cations from the anode to the cathode by convection. This is achieved by increasing turbulence in the liquid between the electrodes, accelerating the transfer due to convection, and also by reducing the diffusion boundary layer on the surface of the anode and/or cathode, which is stagnant and through which transfer occurs due to diffusion. Another benefit is a more uniform distribution of temperature and process chemical concentrations throughout the cell, which also improves the uniformity of the current distribution. These effects have the advantage of providing high cell performance while allowing the cell to maintain a lower potential difference and obtain a higher purity cathode compared to no or less bath agitation. A lower cell potential difference has the benefit of lower power consumption for the same product yield.

Не желая быть связанными такой теорией, заявители полагают, что это происходит из-за физического уменьшения и механического разрушения губчатой пленки, которая непрерывно образуется на поверхности анода, а также за счет улучшенной гомогенизации концентрации электролита с точки зрения уровней меди и/или загрязняющих металлов, температуры и добавок. Это уменьшает риск возникновения в ванне локальных «горячих точек» в отношении любого из этих параметров.While not wishing to be bound by such a theory, applicants believe that this is due to the physical reduction and mechanical breakdown of the spongy film that continuously forms on the anode surface, as well as improved electrolyte concentration homogenization in terms of levels of copper and/or contaminant metals, temperatures and additives. This reduces the risk of local "hot spots" in the bath with respect to any of these parameters.

Такие горячие точки с точки зрения температуры и/или концентраций меди, загрязняющих металлов и добавок могут быть вредными. Загрязняющие металлы могут локально накапливаться и повышать разность потенциалов в ячейке или даже локально между одной конкретный парой электродов или между различными точками на одном и том же электроде, и следовательно могут снижать производительность ячейки, а также качество катода. Нехватка меди на катодном конце может снижать скорость осаждения. Локальные горячие точки растворимого металла, такого как никель, могут приводить к локальному отложению солей такого металла. Локальные скачки температуры могут вызывать повреждение стенок ячейки и/или путей изоляции, обеспечивающих электрическую изоляцию в промежутке между различными частями или элементами ячеек. Локальные скачки температуры могут также ускорять разрушение некоторых технологических химикатов или добавок и могут даже привести к преждевременному «раздеванию» катода, то есть к преждевременному, уже во время электрорафинирования, отделению слоя катодной меди от его подложки. Это преждевременное раздевание легко приводит к короткому замыканию и потере продукции.Such hot spots can be detrimental in terms of temperature and/or concentrations of copper, metal contaminants and additives. Contaminating metals can locally accumulate and increase the potential difference in the cell, or even locally between one particular pair of electrodes or between different points on the same electrode, and therefore can reduce cell performance as well as cathode quality. The lack of copper at the cathode end can reduce the rate of deposition. Localized hot spots of a soluble metal such as nickel can lead to localized deposition of salts of that metal. Local temperature fluctuations can cause damage to the cell walls and/or insulation paths providing electrical insulation between different parts or elements of the cells. Localized temperature spikes can also accelerate the degradation of certain process chemicals or additives and can even lead to premature "stripping" of the cathode, i.e. premature separation of the cathode copper layer from its substrate already during electrorefining. This premature stripping easily leads to short circuits and loss of production.

Заявители утверждают, что заданный верхний предел содержания железа в аноде способствует получению обсужденных здесь преимуществ, таких как более низкое напряжение, более низкая потребляемая мощность и более низкое возникновение горячих точек. Ограничение содержания железа в электролите увеличивает выход по току и улучшает массо- и теплопередачу через электролит.Applicants claim that a given upper limit of anode iron content contributes to the benefits discussed here, such as lower voltage, lower power consumption, and lower occurrence of hot spots. Limiting the iron content in the electrolyte increases the current efficiency and improves mass and heat transfer through the electrolyte.

Заявители обнаружили, что признак, определяющий то, что скорость удаления электролита из электролитической ячейки должна соответствовать указанному нижнему пределу, дополнительно способствует увеличению перемешивания ванны. Это дополнительно увеличивает преимущества, описанные выше в связи с введением и барботированием газа через электролитическую ванну. Applicants have found that the feature that determines that the rate of removal of the electrolyte from the electrolytic cell must meet the specified lower limit, further contributes to the increase in the agitation of the bath. This further enhances the benefits described above in connection with the introduction and bubbling of gas through the electrolytic cell.

Заявители обнаружили, что высокие скорости электролита в ванне, вызванные высокой скоростью удаления электролита из ванны и/или дополнительной турбулентностью, вызываемой барботированием газа через ванну, дают неожиданно значительные эффекты, поскольку они ограничивают накопление, а значит, и толщину любой губчатой пленки и/или риск отложения частиц шлама на поверхности анода и/или катода. Заявители заметили, что губчатая пленка является довольно хрупкой, и полагают, что пузырьки газа могут также механически воздействовать на губчатую пленку. Заявители полагают, что высокие скорости жидкости в электролите также сильно способствуют разрушению губчатой пленки на аноде, а также отодвиганию взвешенных частиц анодного шлама от электродов. Applicants have found that high bath electrolyte velocities, caused by a high electrolyte removal rate from the bath and/or additional turbulence caused by bubbling gas through the bath, have surprisingly significant effects as they limit buildup and hence the thickness of any sponge film and/or risk of deposition of sludge particles on the surface of the anode and/or cathode. Applicants have observed that the sponge film is quite brittle and believe that gas bubbles can also mechanically attack the sponge film. Applicants believe that high fluid velocities in the electrolyte also greatly contribute to the destruction of the sponge film on the anode, as well as the removal of suspended particles of anode sludge from the electrodes.

Высокая скорость удаления электролита из ванны также ограничивает накопление твердых частиц в электролите, присутствующем в пространстве между анодом и катодом. Высокая скорость удаления дает возможность удалять по меньшей мере часть сформировавшихся частиц анодного шлама из удаленного электролита перед возвращением очищенного электролита обратно в ячейку электрорафинирования в качестве части настоящего изобретения. Признаки настоящего изобретения оказались значительно ограничивающими эффект «анодной пассивации», как объяснено в другом месте в настоящем документе.The high rate of electrolyte removal from the bath also limits the accumulation of solid particles in the electrolyte present in the space between the anode and cathode. The high removal rate allows at least a portion of the formed anode sludge particles to be removed from the removed electrolyte before returning the purified electrolyte back to the electrorefining cell as part of the present invention. The features of the present invention have proven to significantly limit the effect of "anodic passivation" as explained elsewhere herein.

Электролит, который удаляется из ячейки электрорафинирования, содержит взвешенные частицы анодных шламов. В то время как тяжелые частицы анодного шлама все еще могут легко опускаться через электролит, вопреки перемещению пузырьков газа через электролит, при этом более легкие частицы анодного шлама могут оседать не так легко и, скорее всего, будут стремиться двигаться вверх к поверхности, где они уносятся и удаляются из ячейки за счет перелива электролита. Таким образом, высокая скорость удаления электролита также означает высокую скорость удаления по меньшей мере части более легких анодных шламов. Это дает выгоду высокой скорости удаления анодных шламов из ячейки. Это придает то преимущество, что общее количество анодных шламов, которые могут накапливаться в ячейке с течением времени, остается ограниченным. При частом или непрерывном удалении анодных шламов, например путем уноса с удаляемым электролитом, вероятность попадания загрязняющих металлов в катоды уменьшается. Другое преимущество наличия более частого доступа к анодным шламам, чем только в конце цикла электрорафинирования, то есть только после того, как аноды израсходуются, состоит в том, что доступность анодных шламов распределяется на более широкий период времени. Это дает то преимущество, что любая дальнейшая обработка анодных шламов может быть распределена более равномерно во времени, что дает преимущества меньшего размера оборудования и более низких инвестиционных затрат в сочетании с более простой работой и ее планированием, даже до такой степени, что обработка анодного шлама может осуществляться в непрерывном режиме. Дополнительным преимуществом является то, что из-за значительной ценности, которую могут представлять эти анодные шламы, в значительной степени из-за присутствия ДМ, включая МПГ, улучшенный доступ к анодным шламам снижает количество оборотных средств, которые в среднем могут быть вовлечены в незавершенную продукцию из анодного шлама на эксплуатирующихся установках.The electrolyte that is removed from the electrorefining cell contains suspended particles of anode sludge. While heavy anode sludge particles can still easily sink through the electrolyte, despite the movement of gas bubbles through the electrolyte, lighter anode sludge particles may not settle as easily and are likely to tend to move up to the surface where they are carried away. and are removed from the cell by electrolyte overflow. Thus, a high rate of electrolyte removal also means a high rate of removal of at least a portion of the lighter anode slimes. This benefits from a high rate of removal of anode slimes from the cell. This has the advantage that the total amount of anode sludge that can accumulate in the cell over time remains limited. With frequent or continuous removal of anode slimes, for example by entrainment with the electrolyte being removed, the likelihood of contaminating metals entering the cathodes is reduced. Another advantage of having more frequent access to anode sludge than only at the end of the electrorefining cycle, ie only after the anodes are used up, is that the availability of anode sludge is spread over a wider period of time. This has the advantage that any further anode slime treatment can be spread out more evenly over time, which offers the benefits of smaller equipment and lower investment costs combined with easier operation and planning, even to the extent that anode slime treatment can carried out continuously. An additional benefit is that, due to the significant value that these anode slimes can represent, largely due to the presence of DM, including PGM, improved access to anode slimes reduces the amount of working capital that, on average, can be involved in work in progress. from anode sludge at operating plants.

Заявители однако обнаружили, что чрезмерно высокий поток электролита через ячейку электрорафинирования может создавать другие проблемы. Обычно аноды и катоды в ячейке свисают свободно и строго вертикально под действием собственного веса, бок о бок и в чередующемся порядке на своем расчетном расстоянии от их ближайших соседей. Физическое расстояние между поверхностями анодов и катодов задает то расстояние, которое катионы должны проходить через электролит. Сопротивление, с которым этот физический поток катионов сталкивается при прохождении через электролит, является важным элементом общего электрического сопротивления в ячейке и, следовательно, вносит значительный вклад в разность потенциалов, которая требуется для преодоления общего электрического сопротивления и обеспечения желаемой плотности тока, а значит, и производительности ячейки. Физическое перемещение или смещение электродов в ячейке может привести к тому, что расстояние между электродами больше не будет равномерным, что приведет к неравномерному распределению плотности тока, локальному увеличению скорости роста катода и к неприемлемому локальному уровню добавок, а значит, и к сниженному качеству катода. Смежные электроды не должны также входить в физический контакт друг с другом, потому что это означает электрическое короткое замыкание. Короткое замыкание между анодом и катодом при электрорафинировании обнуляет разность электрических потенциалов между ними, которая является движущей силой электролиза, а значит, останавливает электрохимическое растворение анода и осаждение меди на катоде, и это при том, что большая часть электроэнергии преобразуется в локальное рассеяние тепла, что может даже привести к тому, что два электрода станут прочно соединенными друг с другом.Applicants have however found that excessively high electrolyte flow through the electrorefining cell can create other problems. Usually the anodes and cathodes in the cell hang freely and strictly vertically under the influence of their own weight, side by side and in an alternating manner at their calculated distance from their nearest neighbors. The physical distance between the surfaces of the anodes and cathodes sets the distance that the cations must pass through the electrolyte. The resistance that this physical flow of cations encounters as it passes through the electrolyte is an important element of the overall electrical resistance in the cell and therefore contributes significantly to the potential difference that is required to overcome the overall electrical resistance and provide the desired current density, and hence cell performance. Physical movement or displacement of the electrodes in the cell can cause the distance between the electrodes to no longer be uniform, resulting in an uneven distribution of current density, a local increase in the cathode growth rate and an unacceptable local level of additives, and hence a reduced quality of the cathode. Adjacent electrodes must also not come into physical contact with each other, because this means an electrical short circuit. A short circuit between the anode and cathode during electrorefining nullifies the electrical potential difference between them, which is the driving force of electrolysis, and therefore stops the electrochemical dissolution of the anode and the deposition of copper on the cathode, and this despite the fact that most of the electricity is converted into local heat dissipation, which may even cause the two electrodes to become firmly connected to each other.

Движение жидкости в ячейке может подталкивать один электрод к его соседу и, следовательно, вызвать описанные выше проблемы, включая повышенный риск физического контакта. Эта проблема усложняется тем, что рост металла на катоде может быть неравномерным. Могут образовываться дендриты, которые могут выступать перпендикулярно поверхности катода. Также на поверхности анода могут образовываться неровности, такие как губчатая пленка, описанная в другом месте в настоящем документе. Поэтому расстояние между электродами, на которое рассчитана конкретная электролитическая ячейка, обычно является приемлемым балансом между, с одной стороны, желанием уменьшить требуемую разность потенциалов в ячейке, а, с другой стороны, желанием ограничить риск физического контакта между смежными электродами, а значит, и короткого замыкания на протяжении длительности полного электролитического цикла. Электродами, более склонными к перемещению из-за перемещения электролита при электрорафинировании, являются, в частности, катоды в начале электролитического цикла и/или находящимися ближе всего к входу электролита, поскольку они являются самыми легкими по весу и/или могут столкнуться с более высоким давлением потока жидкости. Аналогичным образом, аноды в конце цикла, называемые здесь отработанными анодами, также представляют значительный риск из-за своего уменьшенного веса.Fluid movement in the cell can push one electrode towards its neighbor and therefore cause the problems described above, including an increased risk of physical contact. This problem is complicated by the fact that the growth of the metal on the cathode can be uneven. Dendrites may be formed which may protrude perpendicular to the cathode surface. Also, irregularities, such as the sponge film described elsewhere herein, can form on the anode surface. Therefore, the distance between the electrodes for which a particular electrolytic cell is designed is usually an acceptable balance between, on the one hand, the desire to reduce the required potential difference in the cell, and, on the other hand, the desire to limit the risk of physical contact between adjacent electrodes, and hence a short short circuits during the duration of a complete electrolytic cycle. The electrodes more prone to movement due to electrolyte movement during electrorefining are in particular the cathodes at the beginning of the electrolytic cycle and/or closest to the electrolyte inlet, as they are the lightest in weight and/or may face higher pressure. fluid flow. Similarly, end-of-cycle anodes, referred to here as spent anodes, also pose a significant risk due to their reduced weight.

В данной области техники, а также в некоторых из обсужденных выше документов, было предложено ограничивать перемещение электродов в электролитической ячейке физическими средствами, такими как направляющие у стенки или дна ячейки, в которые помещаются электроды при их опускании в электролитическую ячейку. Однако проблема заключается в том, что рост металла на катоде может прикреплять катод к направляющей или стойке, так что в конце электролитического цикла становится трудно или даже невозможно освободить катод из направляющих и/или стоек в ячейке. Проблема становится еще более трудноразрешимой при электрорафинировании, когда свежие аноды являются менее чистыми, то есть когда образуется больше анодного шлама и больше губчатой пленки, которая может образовываться на поверхности анода, а также из-за наличия большего количества загрязняющих частиц, которые могут попадать в катод. Поверхность катода может расти неравномерно, и рост катода может предпочтительно продолжаться на этих выступах из-за уменьшенного расстояния до анода, формируя тем самым «дендриты», которые все дальше отходят от остальной поверхности катода. В частности, когда аноды относительно богаты оловом и сурьмой, могут образовываться интерметаллические соединения Sn/Sb и/или оксиды, которые имеют тенденцию к сильному росту на стенках ячейки и боковых полосах заготовок и ухудшают высвобождение готового катода из каких-либо соединений или зажимов, предусмотренных на стенке или дне ячейки.It has been proposed in the art, as well as in some of the documents discussed above, to limit the movement of the electrodes in the electrolytic cell by physical means, such as guides at the wall or bottom of the cell, into which the electrodes are placed as they are lowered into the electrolytic cell. However, the problem is that metal growth on the cathode can attach the cathode to the guide or stand so that at the end of the electrolytic cycle it becomes difficult or even impossible to release the cathode from the guides and/or stands in the cell. The problem becomes even more intractable in electrorefining, when fresh anodes are less clean, i.e. when there is more anode sludge and more spongy film that can form on the surface of the anode, and also because of the presence of more contaminant particles that can enter the cathode. . The cathode surface may grow unevenly, and the growth of the cathode may preferentially continue on these protrusions due to the reduced distance from the anode, thereby forming "dendrites" that move further and further away from the rest of the cathode surface. In particular, when the anodes are relatively rich in tin and antimony, Sn/Sb intermetallic compounds and/or oxides can form, which tend to grow strongly on the cell walls and side stripes of the blanks and impair the release of the finished cathode from any joints or clamps provided on the wall or bottom of the cell.

Другая проблема, связанная с обеспечением направляющих или зажимов для ограничения движения электрода относительно стенки или дна ячейки, состоит в том, что это препятствует удалению тяжелого анодного шлама из ячейки, в частности, когда это предпочтительно выполнять во время электролитического цикла. Эти направляющие электродов могут создавать препятствия для движения, например, всасывающей головки для удаления шлама со дна ячейки. Любое физическое крепление ко дну ячейки исключает извлечение шлама из ячейки до тех пор, пока оно не будет сначала снято. В свою очередь, вертикальные направляющие электродов вдоль стенок ячейки могут быть препятствиями для любых горизонтальных настенных приспособлений, направляющих всасывающую головку для извлечения шлама. Поэтому возможности снабжения направляющими электродов ограничены сочетанием с обеспечением возможности удаления тяжелых анодных шламов во время электролитического цикла.Another problem with providing guides or clamps to restrict movement of the electrode relative to the wall or bottom of the cell is that it prevents heavy anode sludge from being removed from the cell, particularly when it is preferred to do so during an electrolytic cycle. These electrode guides can obstruct the movement of, for example, a suction head to remove sludge from the bottom of the cell. Any physical attachment to the bottom of the cell prevents sludge from being removed from the cell until it is first removed. In turn, the vertical guides of the electrodes along the walls of the cell can interfere with any horizontal wall fixtures that guide the suction head to extract the slurry. Therefore, the possibilities of supplying guide electrodes are limited in combination with the possibility of removing heavy anode slimes during the electrolytic cycle.

Заявители обнаружили, что процесс электрорафинирования по настоящему изобретению из-за высокого содержания примесей в анодах ограничивает возможные варианты обеспечения направляющих для ограничения движения электродов в ячейке. Таким образом, цель верхнего предела, который задается для скорости удаления электролита из ячейки в процессе по настоящему изобретению, состоит в том, чтобы ограничить перемещение электродов во время работы и, следовательно, риск короткого замыкания, в то же время избегая потребности в значительном снабжении физическими направляющими электродов, например, вдоль стенок ячейки или на дне ячейки, чтобы не нарушалось извлечение шлама. Ограничение скорости обновления электролита в ячейке также экономит капитальные и эксплуатационные затраты на оборудование и энергию, требуемые для циркуляции электролита.Applicants have found that the electrorefining process of the present invention, due to the high content of impurities in the anodes, limits the options for providing guides to restrict movement of the electrodes in the cell. Thus, the purpose of the upper limit that is given to the rate of removal of electrolyte from the cell in the process of the present invention is to limit the movement of the electrodes during operation and therefore the risk of short circuits, while avoiding the need for a significant supply of physical guide electrodes, for example, along the walls of the cell or at the bottom of the cell, so that the extraction of the sludge is not disturbed. Limiting the rate of electrolyte renewal in the cell also saves the capital and operating costs of the equipment and energy required to circulate the electrolyte.

Таким образом, заявители обнаружили, что электрорафинирование может успешно применяться для производства высококачественных катодов, начиная с анодов более низкой чистоты, при условии, что газ вводится и барботируется через электролит, а поток электролита через электролитическую ячейку является достаточно высоким для того, чтобы контролировать концентрацию более легкого анодного шлама в ячейке, но при этом остается достаточно низким для того, чтобы движение электродов, вызываемое давлением потока жидкости, оставалось низким и устраняло необходимость в обеспечении физических направляющих для ограничения движения электродов, так что извлечение тяжелого анодного шлама из ячейки не нарушается.Thus, Applicants have found that electrorefining can be successfully used to produce high quality cathodes, starting from anodes of lower purity, provided that gas is introduced and bubbled through the electrolyte and the flow of electrolyte through the electrolytic cell is high enough to control the concentration of more of light anode sludge in the cell, but still low enough that electrode movement caused by fluid flow pressure remains low and eliminates the need to provide physical guides to restrict electrode movement so that removal of heavy anode sludge from the cell is not impaired.

Таким образом, настоящее изобретение снижает отрицательные влияния на качество катода, которые могут быть вызваны повышенным уровнем примесей в медных анодах. В результате настоящее изобретение позволяет перерабатывать менее чистые медные аноды, то есть аноды, имеющие значительно более высокий уровень примесей.Thus, the present invention reduces the negative effects on cathode quality that can be caused by increased levels of impurities in copper anodes. As a result, the present invention allows the processing of less pure copper anodes, ie anodes having a significantly higher level of impurities.

Заявители обнаружили, что процесс по настоящему изобретению значительно ослабляет требования к чистоте медного потока, который может быть подходящим для разливки в аноды, которые далее могут быть рафинированы в катоды из коммерческой высокочистой меди посредством электрорафинирования. Процесс по настоящему изобретению допускает намного более высокие концентрации загрязняющих металлов в анодах по сравнению с текущим уровнем техники. Это означает, что предшествующий процесс, с помощью которого производятся аноды, может эксплуатироваться с меньшей строгостью, например с менее жесткими ограничениями по качеству, что может дать выгоду более высокой производительности.Applicants have found that the process of the present invention greatly reduces the purity requirements of the copper stream, which may be suitable for casting into anodes, which can then be refined into commercial high purity copper cathodes via electrorefining. The process of the present invention allows for much higher concentrations of contaminant metals in the anodes compared to the current state of the art. This means that the upstream process by which anodes are produced can be operated with less stringency, such as less stringent quality restrictions, which can benefit from higher productivity.

Заявители обнаружили, что процесс по настоящему изобретению позволяет получать эту выгоду без какого-либо значительного компромисса по отношению к извлечению меди в медный катод.Applicants have found that the process of the present invention allows these benefits to be obtained without any significant compromise with respect to the recovery of copper into the copper cathode.

Заявители дополнительно обнаружили, что процесс по настоящему изобретению позволяет получать эту выгоду одновременно с ограничением количества других попадающих в медный катод металлов коммерчески допустимыми уровнями.Applicants have further found that the process of the present invention allows these benefits to be obtained while limiting the amount of other metals entering the copper cathode to commercially acceptable levels.

Заявители дополнительно обнаружили, что процесс по настоящему изобретению открывает опциональную возможность для максимально возможного извлечения многих из металлических загрязняющих примесей в анодном металле, который включает в себя Bi, Sn, Pb, As и Sb, а также драгоценные металлы, такие как Ag, Au, Pd, Pt, в качестве части побочного продукта анодного шлама.Applicants have further found that the process of the present invention provides the option to recover as much as possible of the metallic contaminants in the anode metal, which includes Bi, Sn, Pb, As, and Sb, as well as precious metals such as Ag, Au, Pd, Pt, as part of the anode sludge by-product.

Заявители дополнительно обнаружили, что процесс по настоящему изобретению открывает необязательную возможность для максимально возможного извлечения никеля, который может присутствовать в анодном металле, из электролита.Applicants have further found that the process of the present invention provides an optional opportunity to maximize the recovery of nickel that may be present in the anode metal from the electrolyte.

Преимущества более низких требований к качеству анодного металла состоят в том, что (а) на предшествующих пирометаллургических стадиях извлечения меди можно использовать сырье, имеющее гораздо более низкую чистоту, и/или что расширяется рабочее окно для производства рафинированной меди, подходящее для стадии электрорафинирования, и (b) ослабляются ограничения по составу, налагаемые на сырье, которое считается приемлемым для этого первичного извлечения меди с помощью пирометаллургических стадий. The advantages of lower anode metal quality requirements are that (a) the prior pyrometallurgical copper recovery steps can use feedstocks of much lower purity and/or that the operating window for refined copper production is extended, suitable for the electrorefining step, and (b) relaxation of compositional restrictions placed on feedstock deemed acceptable for this primary copper recovery by pyrometallurgical stages.

Поэтому настоящее изобретение также дает преимущества (а) ослабления требований к приемлемому качеству исходного сырья на предшествующих пирометаллургических технологических стадиях, так что может обрабатываться сырье, которое более сильно загрязнено перечисленными металлами и, следовательно, может быть более доступным при более выгодных с экономической точки зрения условиях, и (b) сокращения эксплуатационных проблем и затрат на предшествующих пирометаллургических стадиях для получения потока очищенной меди, который подходит для электрорафинирования меди из менее богатого медью сырья. Therefore, the present invention also has the advantage of (a) relaxing the requirements for acceptable feedstock quality in prior pyrometallurgical processing steps so that feedstock that is more heavily contaminated with the listed metals can be processed and therefore can be more readily available under more economically favorable conditions. , and (b) reducing operational problems and costs in upstream pyrometallurgical steps to produce a purified copper stream that is suitable for copper electrorefining from less copper-rich feedstocks.

Было найдено, что настоящее изобретение придает эти преимущества при сохранении преимуществ операции электрорафинирования, которая позволяет работать с длинными циклами замены анода, с высокой производительностью и при высокой плотности тока и низком потреблении энергии. Заявители обнаружили, что процесс по настоящему изобретению может быть обеспечен таким образом, что он должен прерываться только для замены анодов, но, как будет объяснено далее в этом документе, концентрацию электролита, а также накопление анодного шлама в ячейке и в электролите, можно хорошо контролировать, и даже катоды могут заменяться без остановки процесса электролиза.The present invention has been found to provide these benefits while maintaining the benefits of an electrorefining operation that allows long anode change cycles, high productivity, and high current density and low power consumption to be operated. Applicants have found that the process of the present invention can be provided in such a way that it only needs to be interrupted to replace the anodes, but as will be explained later in this document, the concentration of the electrolyte, as well as the accumulation of anode sludge in the cell and in the electrolyte, can be well controlled. , and even cathodes can be replaced without stopping the electrolysis process.

Настоящее изобретение достигает этой цели за счет уменьшения эффекта анодной пассивации и накопления загрязняющих веществ в электролите. Также получаются и другие преимущества, такие как возможное селективное извлечение Ni из Cu, а также других металлов посредством анодных шламов.The present invention achieves this goal by reducing the effect of anodic passivation and the accumulation of contaminants in the electrolyte. Other advantages are also obtained, such as the possible selective recovery of Ni from Cu as well as other metals by means of anode slimes.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Фиг. 1 показывает блок-схему основной части одного варианта осуществления процесса по настоящему изобретению.Fig. 1 shows a block diagram of the main part of one embodiment of the process of the present invention.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕDETAILED DESCRIPTION

Настоящее изобретение будет далее описано в виде конкретных вариантов осуществления с возможными ссылками на конкретные чертежи, но изобретение ограничивается не ими, а только формулой изобретения. Описанные чертежи являются лишь схематичными и неограничивающими. На чертежах размер некоторых из элементов может быть преувеличен и изображен не в масштабе для иллюстративных целей. Размеры и относительные размеры на чертежах не обязательно соответствуют фактическим.The present invention will be described in the following by way of specific embodiments, with possible reference to specific drawings, but the invention is not limited thereto, but only by the claims. The drawings described are only schematic and non-limiting. In the drawings, some of the elements may be exaggerated and not to scale for illustrative purposes. The dimensions and relative dimensions in the drawings do not necessarily correspond to the actual ones.

Кроме того, термины «первый», «второй», «третий» и т.п. в описании и в формуле изобретения используются для различения подобных элементов, а не обязательно для того, чтобы описать последовательный или хронологический порядок. Эти термины являются взаимозаменяемыми при подходящих обстоятельствах, и варианты осуществления изобретения могут работать в других последовательностях, отличающихся от описанных и/или проиллюстрированных здесь.In addition, the terms "first", "second", "third", etc. in the description and in the claims are used to distinguish between like elements, and not necessarily to describe sequential or chronological order. These terms are interchangeable under appropriate circumstances, and embodiments of the invention may operate in other sequences than those described and/or illustrated here.

Кроме того, термины «верх», «низ», «над», «под» и т.п. в описании и в формуле изобретения используются для описательных целей, а не обязательно для описания относительных положений. Эти термины являются взаимозаменяемыми при подходящих обстоятельствах, и описанные здесь варианты осуществления изобретения могут работать в других ориентациях, отличающихся от описанных или проиллюстрированных здесь.In addition, the terms "top", "bottom", "above", "under", etc. in the description and in the claims are used for descriptive purposes and not necessarily to describe relative positions. These terms are interchangeable under appropriate circumstances, and the embodiments of the invention described herein may operate in other orientations than those described or illustrated herein.

Термин «содержащий», используемый в формуле изобретения, не должен рассматриваться как ограничиваемый теми элементами, которые перечислены в контексте с ним. Он не исключает наличия других элементов или стадий. Он должен рассматриваться как характеризующий наличие заявленных признаков, предметов, стадий или компонентов, но не исключает присутствия или добавления одного или более других признаков, предметов, стадий или компонентов, или их групп. Так, объем «изделия, содержащего средства A и B,» не может быть ограничен объектом, который состоит исключительно из средств А и B. Это означает лишь то, что A и B являются единственными элементами, представляющими интерес в предмете, связанном с настоящим изобретением. В соответствии с этим термины «содержащий» и «включающий в себя» охватывают более ограничивающие термины «состоящий по существу из» и «состоящий из». Следовательно, при замене формулировок «содержащий» и «включающий в себя» на «состоящий из» эти термины создают основу предпочтительных, но суженных вариантов осуществления, которые также предлагаются как часть содержания настоящего документа относительно настоящего изобретения.The term "comprising" as used in the claims is not to be construed as being limited to those elements listed in context with it. It does not exclude the presence of other elements or steps. It should be considered as characterizing the presence of the claimed features, items, steps or components, but does not preclude the presence or addition of one or more other features, items, steps or components, or groups thereof. Thus, the scope of "an article containing means A and B" cannot be limited to an object that consists solely of means A and B. It only means that A and B are the only elements of interest in the subject matter associated with the present invention. . Accordingly, the terms "comprising" and "including" encompass the more restrictive terms "consisting essentially of" and "consisting of". Therefore, when the phrases "comprising" and "comprising" are replaced by "consisting of", these terms form the basis of preferred but narrowed embodiments, which are also offered as part of the content of this document in relation to the present invention.

Если явно не указано иное, все приведенные здесь значения включают в себя конечные точки указанных интервалов, а значения содержания ингредиентов или компонентов композиций выражены в массовых процентах, или в мас.% каждого ингредиента в композиции. Unless explicitly stated otherwise, all values given here include the end points of the specified ranges, and the values of the content of ingredients or components of the compositions are expressed in mass percent, or in wt.% of each ingredient in the composition.

Дополнительно, каждое используемое здесь соединение может взаимозаменяемо упоминаться с использованием его химической формулы, химического названия, сокращения и т.д.Additionally, each compound used herein may be referred to interchangeably using its chemical formula, chemical name, abbreviation, and so on.

Настоящее изобретение направлено на электрорафинирование меди, то есть очистку медного потока, содержащего примеси, в частности другие металлы, из которого делаются аноды, в медные катоды, имеющие более высокую чистоту меди. Это существенно отличается от электрохимического извлечения меди. При гидрометаллургическом извлечении меди из руд или другого сырья металлы выщелачиваются из исходного твердого вещества в жидкий выщелачивающий раствор, растворяя металлы с помощью растворов сильной кислоты (такой как серная кислота или соляная кислота). На последующей стадии электрохимического извлечения медь может быть извлечена из жидкого выщелачивающего раствора или из его концентрата путем выборочного выталкивания катионов меди из раствора и осаждения меди на катоде под действием разности потенциалов между катодом и химически инертным анодом, обычно выполненным из свинца, на котором поверхностная вода электрохимически разлагается на газообразный кислород (O2, выходящий из ячейки) и протоны (H+), которые остаются в растворе. На каждый образованный протон высвобождается один электрон. Эти электроны проходят через электрическую цепь от анода к катоду и собираются на катоде для осаждения металлической меди (в первую очередь за счет реакции Cu2+ + 2e- → Cu), аналогично тому, что происходит на катоде во время электрорафинирования. The present invention is directed to the electrorefining of copper, that is, the purification of a copper stream containing impurities, in particular other metals, from which anodes are made, into copper cathodes having a higher copper purity. This differs significantly from the electrochemical extraction of copper. In the hydrometallurgical recovery of copper from ores or other raw materials, metals are leached from the original solid into a liquid leach solution by dissolving the metals with strong acid solutions (such as sulfuric acid or hydrochloric acid). In a subsequent electrochemical recovery step, copper can be recovered from the liquid leach solution or from its concentrate by selectively pushing the copper cations out of the solution and depositing the copper on the cathode under the action of a potential difference between the cathode and a chemically inert anode, usually made of lead, on which surface water is electrochemically decomposes into gaseous oxygen (O 2 leaving the cell) and protons (H + ), which remain in solution. For every proton produced, one electron is released. These electrons travel through an electrical circuit from the anode to the cathode and are collected at the cathode to deposit metallic copper (primarily by the Cu 2+ + 2e - → Cu reaction), similar to what happens at the cathode during electrorefining.

Поскольку электрохимическое извлечение должно также разлагать воду на кислород и протоны, выше в данном документе было объяснено, что теоретически минимальная требуемая разность потенциалов в ячейке электрохимического извлечения меди является значительно более высокой, чем у ячейки электрорафинирования меди. Практическая разность потенциалов в ячейке электрохимического извлечения меди составляет по меньшей мере 1,6 В, а на практике используется разность потенциалов в диапазоне 1,6-2,5 В для того, чтобы также преодолеть дополнительные сопротивления в электролите электрохимического извлечения.Because electrowinning must also decompose water into oxygen and protons, it has been explained earlier in this document that the theoretically minimum required potential difference in an electrowinning copper cell is significantly higher than that of a copper electrorefining cell. The practical potential difference in the electrochemical copper recovery cell is at least 1.6 V, and in practice a potential difference in the range of 1.6-2.5 V is used to also overcome additional resistances in the electrochemical recovery electrolyte.

В контексте настоящего изобретения под скоростью обновления электролита в электролитической ячейке понимается скорость удаления электролита в процентах относительно объема жидкости пустой электролитической ячейки в единицу времени, обычно в час. Под пустой электролитической ячейкой понимается количество жидкости, которую может содержать ячейка, когда она еще пуста, то есть до введения в нее электродов, других элементов или погружного вспомогательного оборудования, такого как направляющие для электродов и/или всасывающие патрубки, и/или трубопроводы и/или распределительные устройства для входящих и/или выходящих текучих сред, газа и/или жидкости. Скорость обновления в контексте настоящего изобретения представляет собой скорость обновления электролитической ячейки, точнее одной или более ячеек, принадлежащих одной и той же установке электрорафинирования, и поэтому является полностью независимой от объема какого-либо сливаемого потока, который обычно непрерывно отбирается из циркулирующего электролита, который также можно рассматривать как «скорость обновления», но уже относительно всего цикла электролита в целом, и который не имеет никакого отношения к скорости обновления, определенной в контексте настоящего изобретения.In the context of the present invention, the rate of electrolyte renewal in an electrolytic cell refers to the rate of electrolyte removal as a percentage relative to the liquid volume of an empty electrolytic cell per unit of time, typically per hour. By empty electrolytic cell is meant the amount of liquid that the cell can contain when it is still empty, i.e. before the introduction of electrodes, other elements or submersible accessories such as electrode guides and/or suction pipes and/or piping and/or or distributors for incoming and/or outgoing fluids, gas and/or liquid. The renewal rate in the context of the present invention is the renewal rate of an electrolytic cell, more specifically one or more cells belonging to the same electrorefining unit, and is therefore completely independent of the volume of any drain stream, which is usually continuously withdrawn from the circulating electrolyte, which is also can be considered as a "renewal rate", but in relation to the entire electrolyte cycle as a whole, and which has nothing to do with the renewal rate defined in the context of the present invention.

Предписания для скорости обновления в контексте настоящего изобретения относятся к средней скорости обновления в течение всего электролитического цикла, то есть периода работы между двумя последовательными заменами анода. Далее в этом документе мы обсудим, что из ячейки может удаляться более одного потока электролита и что такой удаляемый поток не обязательно должен быть непрерывным, но может быть прерывистым. Поэтому может случиться так, что во время определенных периодов работы скорость удаления электролита из ячейки может периодически значительно увеличиваться. Поэтому предписание для средней скорости обновления в контексте настоящего изобретения представляет собой среднее значение на протяжении всего электролитического цикла, включая любые периоды, во время которых скорость удаления электролита является более высокой. Период времени для средней скорости обновления относится только ко времени работы, то есть к тому времени, когда ячейка по меньшей мере частично находится в рабочем режиме с проходящим через ячейку электрическим током.The requirements for the renewal rate in the context of the present invention refer to the average renewal rate over the entire electrolytic cycle, ie the period of operation between two successive anode changes. We will discuss later in this document that more than one electrolyte stream may be removed from a cell and that such removal stream need not be continuous, but may be discontinuous. Therefore, it may happen that during certain periods of operation, the rate of electrolyte removal from the cell may periodically increase significantly. Therefore, the prescription for the average renewal rate in the context of the present invention is the average value throughout the entire electrolytic cycle, including any periods during which the electrolyte removal rate is higher. The time period for the average update rate refers only to the time of operation, that is, to the time when the cell is at least partially in operation with an electric current passing through the cell.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения разность потенциалов между катодом и анодом в электролитической ячейке составляет самое большее 1,5 В, предпочтительно самое большее 1,4 В, более предпочтительно самое большее 1,3 В, еще более предпочтительно самое большее 1,2 В, предпочтительно самое большее 1,1 В, более предпочтительно самое большее 1,0 В, еще более предпочтительно самое большее 0,9 В, предпочтительно самое большее 0,88 В, более предпочтительно самое большее 0,85 В, еще более предпочтительно самое большее 0,83 В, предпочтительно самое большее 0,80 В, более предпочтительно самое большее 0,7 В, и еще более предпочтительно самое большее 0,6 В. Предпочтительно, заданный верхний предел напряжения соблюдается на протяжении всего электролитического цикла, включая конец цикла, когда аноды становятся по существу израсходованными и подлежат замене, а напряжение на ячейке обычно является самым высоким. Заявители предпочитают поддерживать напряжение в ячейке ниже заданного верхнего предела, потому что оно уменьшает загрязнение катода и улучшает его качество, и при этом оно уменьшает риск чрезмерного увеличения сопротивления в ячейке, что может привести к скачкам температуры, которые могут вызывать термические напряжения, аддитивный пробой и другие нежелательные эффекты.In one embodiment of the present invention, the potential difference between the cathode and the anode in the electrolytic cell is at most 1.5 V, preferably at most 1.4 V, more preferably at most 1.3 V, even more preferably at most 1.2 V, preferably at most 1.1V, more preferably at most 1.0V, even more preferably at most 0.9V, preferably at most 0.88V, more preferably at most 0.85V, even more preferably at most 0 .83V, preferably at most 0.80V, more preferably at most 0.7V, and even more preferably at most 0.6V. the anodes become essentially used up and must be replaced, and the cell voltage is usually the highest. Applicants prefer to keep the cell voltage below a predetermined upper limit because it reduces cathode fouling and improves cathode quality, and in doing so it reduces the risk of cell resistance becoming too high, which can lead to temperature spikes that can cause thermal stresses, additive breakdown, and other unwanted effects.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения анод содержит самое большее 97,5 мас.% меди, предпочтительно самое большее 97,0 мас.%, более предпочтительно самое большее 96,5 мас.%, еще более предпочтительно самое большее 96,0 мас.%, предпочтительно самое большее 95,5 мас.%, более предпочтительно самое большее 95,0 мас.%, еще более предпочтительно самое большее 94,5 мас.%, предпочтительно самое большее 94,0 мас.%, более предпочтительно самое большее 93,5 мас.%, еще более предпочтительно самое большее 93,0 мас.%, предпочтительно самое большее 92,5 мас.%, более предпочтительно самое большее 92,0 мас.%, и еще более предпочтительно самое большее 91,5 мас.% меди. Заявители обнаружили, что некоторые из выгод настоящего изобретения становятся еще более значительными, когда аноды являются менее чистыми, то есть содержат больше иных металлов, отличающихся от меди. Например, это расширяет требования к приемлемому качеству сырья для предшествующих пирометаллургических стадий процесса, а также рабочее окно для предшествующих пирометаллургических стадий, с помощью которых производится анодный металл.In one embodiment of the present invention, the anode contains at most 97.5 wt.% copper, preferably at most 97.0 wt.%, more preferably at most 96.5 wt.%, even more preferably at most 96.0 wt.% , preferably at most 95.5 wt.%, more preferably at most 95.0 wt.%, even more preferably at most 94.5 wt.%, preferably at most 94.0 wt.%, more preferably at most 93, 5 wt%, even more preferably at most 93.0 wt%, preferably at most 92.5 wt%, more preferably at most 92.0 wt%, and even more preferably at most 91.5 wt% copper. Applicants have found that some of the benefits of the present invention become even more significant when the anodes are less pure, ie contain more other metals than copper. For example, this expands the acceptable raw material quality requirements for upstream pyrometallurgical process steps, as well as the operating window for upstream pyrometallurgical stages from which anode metal is produced.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения анод и/или расплавленная жидкая металлическая композиция по настоящему изобретению содержит самое большее 0,90 мас.% железа, предпочтительно самое большее 0,80 мас.%, более предпочтительно самое большее 0,70 мас.%, еще более предпочтительно самое большее 0,60 мас.%, предпочтительно самое большее 0,50 мас.%, более предпочтительно самое большее 0,40 мас.%, еще более предпочтительно самое большее 0,30 мас.%, предпочтительно самое большее 0,25 мас.%, более предпочтительно самое большее 0,20 мас.%, еще более предпочтительно самое большее 0,15 мас.%, предпочтительно самое большее 0,10 мас.%, и еще более предпочтительно самое большее 0,050 мас.% железа. Это дает то преимущество, что электролит будет также содержать меньше железа и что проблемы, связанные с присутствием катионов железа в электролите, будет легче удержать на низком уровне, вплоть до приемлемого, или даже практически исключить.In one embodiment of the present invention, the anode and/or molten liquid metal composition of the present invention contains at most 0.90 wt.% iron, preferably at most 0.80 wt.%, more preferably at most 0.70 wt.%, still more preferably at most 0.60 wt%, preferably at most 0.50 wt%, more preferably at most 0.40 wt%, even more preferably at most 0.30 wt%, preferably at most 0.25 wt.%, more preferably at most 0.20 wt.%, even more preferably at most 0.15 wt.%, preferably at most 0.10 wt.%, and even more preferably at most 0.050 wt.% iron. This has the advantage that the electrolyte will also contain less iron and that the problems associated with the presence of iron cations in the electrolyte can be more easily kept low, down to an acceptable level, or even virtually eliminated.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения плотность тока через ячейку составляет по меньшей мере 190 A/м2, предпочтительно по меньшей мере 200 A/м2, более предпочтительно по меньшей мере 210 A/м2, еще более предпочтительно по меньшей мере 220 A/м2, предпочтительно по меньшей мере 230 A/м2, более предпочтительно по меньшей мере 240 A/м2, еще более предпочтительно по меньшей мере 250 A/м2, предпочтительно по меньшей мере 260 A/м2, более предпочтительно по меньшей мере 270 A/м2, и еще более предпочтительно по меньшей мере 280 A/м2. Более высокая плотность тока через ячейку обычно дает преимущество, заключающееся в увеличении производительности ячейки, в частности, если вклад тока в перенос катионов меди поддерживается на высоком уровне, а часть тока, которая используется механизмами, не вносящими вклад в перенос катионов меди от анода к катоду, поддерживается на низком уровне, например путем поддержания низкого количества катионов железа в электролите, например при использовании анодов, содержащих железо на уровне ниже заданного предела.In one embodiment of the present invention, the current density through the cell is at least 190 A/m 2 , preferably at least 200 A/m 2 , more preferably at least 210 A/m 2 , even more preferably at least 220 A/m 2 m 2 , preferably at least 230 A/m 2 , more preferably at least 240 A/m 2 , even more preferably at least 250 A/m 2 , preferably at least 260 A/m 2 , more preferably at least at least 270 A/m 2 , and even more preferably at least 280 A/m 2 . Higher current density through the cell usually has the advantage of increasing cell performance, in particular if the current contribution to copper cation transport is kept high and the portion of the current that is used by mechanisms not contributing to copper cation transport from anode to cathode , is kept low, for example by keeping the amount of iron cations in the electrolyte low, for example when using anodes containing iron below a predetermined limit.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения плотность тока через ячейку составляет самое большее 400 A/м2, предпочтительно самое большее 390 A/м2, более предпочтительно самое большее 380 A/м2, еще более предпочтительно самое большее 370 A/м2, предпочтительно самое большее 360 A/м2, более предпочтительно самое большее 350 A/м2, еще более предпочтительно самое большее 340 A/м2, предпочтительно самое большее 330 A/м2, более предпочтительно самое большее 320 A/м2, еще более предпочтительно самое большее 310 A/м2, предпочтительно самое большее 300 A/м2, более предпочтительно самое большее 290 A/м2, и еще более предпочтительно самое большее 280 A/м2. Заявители обнаружили, что соблюдение предписанного верхнего предела плотности тока через ячейку дает преимущество, заключающееся в том, что проблемы, которые усугубляются более высокой плотностью тока, остаются управляемыми, и полезные эффекты настоящего изобретения достигаются легче. Эти проблемы были описаны в другом месте в настоящем документе, и анодная пассивация представляет собой яркий пример такой проблемы.In one embodiment of the present invention, the current density through the cell is at most 400 A/m 2 , preferably at most 390 A/m 2 , more preferably at most 380 A/m 2 , even more preferably at most 370 A/m 2 , preferably at most 360 A/m 2 , more preferably at most 350 A/m 2 , still more preferably at most 340 A/m 2 , preferably at most 330 A/m 2 , more preferably at most 320 A/m 2 , still more preferably at most 310 A/m 2 , preferably at most 300 A/m 2 , more preferably at most 290 A/m 2 , and even more preferably at most 280 A/m 2 . Applicants have found that adhering to the prescribed upper limit of cell current density has the advantage that problems exacerbated by higher current density remain manageable and the beneficial effects of the present invention are more easily achieved. These problems have been described elsewhere in this document, and anodic passivation is a prime example of such a problem.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения электролит удаляют из ячейки со средней скоростью обновления более чем 30%, предпочтительно по меньшей мере 35%, более предпочтительно по меньшей мере 40%, еще более предпочтительно по меньшей мере 45%, предпочтительно по меньшей мере 50%, более предпочтительно по меньшей мере 55%, еще более предпочтительно по меньшей мере 60% в час, предпочтительно по меньшей мере 70%, более предпочтительно по меньшей мере 75%, еще более предпочтительно по меньшей мере 80%, предпочтительно по меньшей мере 85%, более предпочтительно по меньшей мере 90%, еще более предпочтительно по меньшей мере 95%, предпочтительно по меньшей мере 100%, более предпочтительно по меньшей мере 105%, и еще более предпочтительно по меньшей мере 110% в час. Скорость обновления и ее среднее значение были определены выше. Указанная скорость обновления учитывает только объем первого потока электролита, покидающего ячейку путем перелива. Любой другой покидающий ячейку поток электролита, такой как второй поток электролита, содержащий анодные шламы, который описывается позже в этом документе, является дополнением к скорости обновления первым потоком. Заявители обнаружили, что более высокая скорость обновления электролита является важным фактором в управлении количеством анодного шлама в ячейке. Это является важным элементом, способствующим поддержанию высокого качества катода, несмотря на высокий уровень примесей в анодах. Это дополнительно дает другие преимущества, такие как более быстрый доступ к ценному анодному шламу для его дальнейшего обогащения. Более высокая скорость обновления также способствует увеличенному перемешиванию в жидкой ванне, находящейся в электролитической ячейке. Более высокие потоки жидкости сами по себе могут вызвать некоторую степень турбулентности жидкости, по меньшей мере локально, сверх вклада введения газа и барботажа, и, следовательно, действительно помогают в уменьшении толщины застойных пленок жидкости, которые неизбежно образуются на поверхностях анода и/или катода и облегчают перемещение катионов меди от анода к катоду. Благодаря верхнему пределу содержания железа, заданному для состава анода, более высокая скорость обновления не приводит к значительному увеличению нагрузки, вызываемой катионами железа в электролите.In one embodiment of the present invention, the electrolyte is removed from the cell at an average renewal rate of greater than 30%, preferably at least 35%, more preferably at least 40%, even more preferably at least 45%, preferably at least 50%, more preferably at least 55%, even more preferably at least 60% per hour, preferably at least 70%, more preferably at least 75%, even more preferably at least 80%, preferably at least 85%, more preferably at least 90%, even more preferably at least 95%, preferably at least 100%, more preferably at least 105%, and even more preferably at least 110% per hour. The update rate and its average have been defined above. The indicated refresh rate takes into account only the volume of the first electrolyte flow leaving the cell by overflow. Any other electrolyte stream leaving the cell, such as the second electrolyte stream containing anode slimes, which is described later in this document, is in addition to the first stream's refresh rate. Applicants have found that a faster rate of electrolyte renewal is an important factor in controlling the amount of anode sludge in the cell. This is an important element in maintaining the high quality of the cathode despite the high level of impurities in the anodes. This additionally provides other benefits such as faster access to valuable anode sludge for further enrichment. The higher refresh rate also promotes increased agitation in the liquid bath present in the electrolytic cell. Higher liquid flows by themselves can cause some degree of liquid turbulence, at least locally, over and above the contribution of gas injection and bubbling, and hence do aid in reducing the thickness of stagnant liquid films that inevitably form on anode and/or cathode surfaces and facilitate the movement of copper cations from the anode to the cathode. Due to the upper limit of the iron content set for the anode composition, a higher renewal rate does not lead to a significant increase in the load caused by iron cations in the electrolyte.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения электролит удаляют из ячейки со средней скоростью обновления самое большее 1700% в час, предпочтительно самое большее 1500%, более предпочтительно самое большее 1200%, еще более предпочтительно самое большее 1000%, предпочтительно самое большее 800%, более предпочтительно самое большее 600%, еще более предпочтительно самое большее 400%, предпочтительно самое большее 300%, более предпочтительно самое большее 290%, еще более предпочтительно самое большее 250%, предпочтительно самое большее 200%, более предпочтительно самое большее 175%, еще более предпочтительно самое большее 150%, предпочтительно самое большее 125% в час. Заявители обнаружили, что соблюдение предписанного верхнего предела скорости обновления электролита дает то преимущество, что давление жидкости на электроды может оставаться ограниченным. Это дает то преимущество, что может не потребоваться обеспечение направляющих для всех электродов в ванне, чтобы ограничить перемещение электродов в ячейке и поддерживать расстояние между соседними электродами в жестких пределах от желаемых (и обычно проектных) значений. Ограничение скорости обновления электролита указанным верхним пределом дает то преимущество, что тяжелые анодные шламы получают больше шансов осесть на дне ячейки, из которой они могут быть удалены во время работы, как поясняется далее в этом документе.In one embodiment of the present invention, the electrolyte is removed from the cell at an average renewal rate of at most 1700% per hour, preferably at most 1500%, more preferably at most 1200%, even more preferably at most 1000%, preferably at most 800%, more preferably at most 600%, even more preferably at most 400%, preferably at most 300%, more preferably at most 290%, even more preferably at most 250%, preferably at most 200%, more preferably at most 175%, still more preferably at most 150%, preferably at most 125% per hour. Applicants have found that compliance with the prescribed upper limit on the rate of electrolyte renewal has the advantage that fluid pressure on the electrodes can remain limited. This has the advantage that it may not be necessary to provide guides for all the electrodes in the bath to limit movement of the electrodes in the cell and to keep the spacing between adjacent electrodes within tight limits of desired (and usually design) values. Limiting the rate of electrolyte renewal to a specified upper limit has the advantage that heavy anode slimes are more likely to settle to the bottom of the cell, from which they can be removed during operation, as explained later in this document.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения количество газа, вводимого в ячейку и барботируемого через электролит между анодом и катодом, является по меньшей мере эффективным количеством, то есть таким количеством, которое эффективно приводит к усиленному перемешиванию электролита. Эффективное количество газа обеспечивает заметное снижение напряжения ячейки при желаемой плотности тока по сравнению с напряжением, устанавливаемым без введения газа. Газ необходимо подавать под давлением, которое является по меньшей мере достаточным для преодоления гидростатического давления столба жидкости в ячейке над уровнем подачи газа, и предпочтительно еще более высоким. Заявители предпочитают применять давление, которое по меньшей мере на 0,1 бар выше этого минимально необходимого давления, предпочтительно по меньшей мере на 0,3 бар, более предпочтительно по меньшей мере на 0,5 бар выше гидростатического давления, вместе с множеством ограничений потока, таких как небольшие отверстия или сопла, через которые газ барботируется в ячейку, так что падение давления устанавливается сверх ограничений потока, и поток газа лучше распределяется по множеству ограничений потока, и, следовательно, образующиеся пузырьки газа также более равномерно распределяются по ячейке.In one embodiment of the present invention, the amount of gas introduced into the cell and bubbled through the electrolyte between the anode and cathode is at least an effective amount, that is, an amount that effectively results in enhanced mixing of the electrolyte. The effective amount of gas provides a marked reduction in the cell voltage at the desired current density compared to the voltage set without the introduction of gas. The gas must be supplied at a pressure that is at least sufficient to overcome the hydrostatic pressure of the liquid column in the cell above the gas supply level, and preferably even higher. Applicants prefer to apply a pressure that is at least 0.1 bar above this minimum required pressure, preferably at least 0.3 bar, more preferably at least 0.5 bar above the hydrostatic pressure, together with a variety of flow restrictions, such as small holes or nozzles through which the gas is bubbled into the cell so that the pressure drop is set above the flow restrictions and the gas flow is better distributed over the plurality of flow restrictions and hence the resulting gas bubbles are also more evenly distributed throughout the cell.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения металлическая композиция содержит по меньшей мере 90,5 мас.% меди, предпочтительно по меньшей мере 91,0 мас.%, более предпочтительно по меньшей мере 91,5 мас.%, предпочтительно по меньшей мере 92,0 мас.%, более предпочтительно по меньшей мере 92,5 мас.%, и еще более предпочтительно по меньшей мере 93,0 мас.% меди.In one embodiment of the present invention, the metal composition contains at least 90.5 wt.% copper, preferably at least 91.0 wt.%, more preferably at least 91.5 wt.%, preferably at least 92.0 wt.%, more preferably at least 92.5 wt.%, and even more preferably at least 93.0 wt.% copper.

Предпочтительно, расплавленная жидкая металлическая композиция по настоящему изобретению также соответствует, где это возможно, пределам концентрации, предписанным для состава анода в качестве части процесса по настоящему изобретению, и предпочтительно также предпочтительным пределам концентрации для состава анода, но за исключением содержания кислорода. Преимущества, связанные с этими признаками концентрации, предписанными для расплавленной жидкой металлической композиции по настоящему изобретению, являются теми же самыми, что и описанные в контексте состава анода в качестве части процесса по настоящему изобретению.Preferably, the molten liquid metal composition of the present invention also complies, where possible, with the concentration limits prescribed for the anode composition as part of the process of the present invention, and preferably also with the preferred concentration limits for the anode composition, but excluding the oxygen content. The benefits associated with these concentration features prescribed for the molten liquid metal composition of the present invention are the same as those described in the context of the anode composition as part of the process of the present invention.

В одном варианте осуществления расплавленная жидкая металлическая композиция по настоящему изобретению содержит по меньшей мере 0,25 мас.% никеля, предпочтительно по меньшей мере 0,50 мас.%, более предпочтительно по меньшей мере 0,75 мас.%, еще более предпочтительно по меньшей мере 1,00 мас.%, предпочтительно по меньшей мере 1,25 мас.%, более предпочтительно по меньшей мере 1,50 мас.%, еще более предпочтительно по меньшей мере 2,00 мас.%, предпочтительно по меньшей мере 2,10 мас.%, более предпочтительно по меньшей мере 2,25 мас.%, и еще более предпочтительно по меньшей мере 2,50 мас.% никеля. Более высокий уровень никеля в металлической композиции позволяет предшествующему процессу принимать больше сырья, содержащего значительные количества никеля. Такое исходное сырье является трудным в обращении для большинства операций электрорафинирования, и поэтому оно является более доступным на более экономически выгодных условиях. Опционально металлическая композиция содержит самое большее 10,0 мас.% никеля, предпочтительно самое большее 9,0 мас.%, более предпочтительно самое большее 8,0 мас.%, еще более предпочтительно самое большее 7,00 мас.%, предпочтительно самое большее 6,00 мас.%, более предпочтительно самое большее 5,50 мас.%, предпочтительно самое большее 5,00 мас.%, более предпочтительно самое большее 4,50 мас.%, предпочтительно самое большее 4,00 мас.%, и более предпочтительно самое большее 3,50 мас.% никеля. При более низких уровнях никеля в составе анода сливаемый поток может поддерживаться меньшим, что упрощает его дальнейшую обработку и связанные с этим эксплуатационные расходы. Более низкие уровни никеля также уменьшают необходимость добавления дополнительных катионов меди в электролит. Меньшее количество никеля также уменьшает анодную пассивацию, что позволяет осуществлять принимаемые для борьбы с анодной пассивации меры с меньшей жесткостью и/или интенсивностью.In one embodiment, the molten liquid metal composition of the present invention contains at least 0.25 wt% nickel, preferably at least 0.50 wt%, more preferably at least 0.75 wt%, even more preferably at least 1.00 wt.%, preferably at least 1.25 wt.%, more preferably at least 1.50 wt.%, even more preferably at least 2.00 wt.%, preferably at least 2 10 wt.%, more preferably at least 2.25 wt.%, and even more preferably at least 2.50 wt.% nickel. The higher level of nickel in the metal composition allows the upstream process to accept more feedstock containing significant amounts of nickel. Such a feedstock is difficult to handle for most electrorefining operations and is therefore more readily available on more cost effective terms. Optionally, the metal composition contains at most 10.0 wt.% nickel, preferably at most 9.0 wt.%, more preferably at most 8.0 wt.%, even more preferably at most 7.00 wt.%, preferably at most 6.00 wt%, more preferably at most 5.50 wt%, preferably at most 5.00 wt%, more preferably at most 4.50 wt%, preferably at most 4.00 wt%, and more preferably at most 3.50 wt% nickel. At lower levels of nickel in the anode composition, the drain flow can be kept smaller, making it easier to further process and the associated operating costs. Lower nickel levels also reduce the need to add additional copper cations to the electrolyte. Less nickel also reduces anodic passivation, which allows measures to be taken to combat anodic passivation with less severity and/or intensity.

Заявители обнаружили, что важно иметь содержание кислорода в расплавленной жидкой металлической композиции по настоящему изобретению в соответствии с заданным верхним пределом, предпочтительно менее чем 3000 мас. млн-1, более предпочтительно самое большее 2800 мас. млн-1, еще более предпочтительно самое большее 2600 мас. млн-1, предпочтительно самое большее 2500 мас. млн-1, более предпочтительно самое большее 2400 мас. млн-1, еще более предпочтительно самое большее 2300 мас. млн-1, более предпочтительно самое большее 2200 мас. млн-1, еще более предпочтительно самое большее 2100 мас. млн-1, предпочтительно самое большее 2000 мас. млн-1, более предпочтительно самое большее 1800 мас. млн-1, еще более предпочтительно самое большее 1600 мас. млн-1, и еще более предпочтительно самое большее 1400 мас. млн-1. С другой стороны, заявители утверждают, что также важно поддерживать содержание кислорода в соответствии с заданным нижним пределом, предпочтительно по меньшей мере 300 мас. млн-1, более предпочтительно по меньшей мере 400 мас. млн-1, еще более предпочтительно по меньшей мере 500 мас. млн-1, еще более предпочтительно по меньшей мере 600 мас. млн-1, предпочтительно по меньшей мере 700 мас. млн-1, более предпочтительно по меньшей мере 800 мас. млн-1, еще более предпочтительно по меньшей мере 1000 мас. млн-1, предпочтительно по меньшей мере 1250 мас. млн-1, более предпочтительно по меньшей мере 1500 мас. млн-1, еще более предпочтительно по меньшей мере 1750 мас. млн-1, и еще более предпочтительно по меньшей мере 2000 мас. млн-1.Applicants have found that it is important to have the oxygen content of the molten liquid metal composition of the present invention in accordance with a predetermined upper limit, preferably less than 3000 wt. ppm , more preferably at most 2800 wt. ppm , even more preferably at most 2600 wt. ppm , preferably at most 2500 wt. ppm , more preferably at most 2400 wt. ppm , even more preferably at most 2300 wt. ppm , more preferably at most 2200 wt. ppm , even more preferably at most 2100 wt. ppm , preferably at most 2000 wt. ppm , more preferably at most 1800 wt. ppm , even more preferably at most 1600 wt. ppm , and even more preferably at most 1400 wt. ppm . On the other hand, the applicants state that it is also important to maintain the oxygen content in accordance with the given lower limit, preferably at least 300 wt. ppm , more preferably at least 400 wt. ppm , even more preferably at least 500 wt. ppm , even more preferably at least 600 wt. ppm , preferably at least 700 wt. ppm , more preferably at least 800 wt. ppm , even more preferably at least 1000 wt. ppm , preferably at least 1250 wt. ppm , more preferably at least 1500 wt. ppm , even more preferably at least 1750 wt. ppm , and even more preferably at least 2000 wt. ppm .

В одном варианте осуществления настоящего изобретения анод содержит по меньшей мере 75,0 мас.% меди, предпочтительно по меньшей мере 77,5 мас.%, более предпочтительно по меньшей мере 80,0 мас.%, еще более предпочтительно по меньшей мере 82,5 мас.%, предпочтительно по меньшей мере 85,0 мас.%, более предпочтительно по меньшей мере 87,5 мас.%, еще более предпочтительно больше чем 90,0 мас.%, предпочтительно по меньшей мере 90 мас.%, более предпочтительно по меньшей мере 91,0 мас.%, еще более предпочтительно по меньшей мере 91,5 мас.%, предпочтительно по меньшей мере 92,0 мас.%, более предпочтительно по меньшей мере 92,5 мас.%, и еще более предпочтительно по меньшей мере 93,0 мас.% меди. Это дает то преимущество, что производство меди в ячейке является более высоким и что меры, которые реализуются для облегчения проблем, вызванных примесями анода, становится легче обеспечивать и контролировать. Таким образом, это дает преимущество, заключающееся в меньшем количестве анодных шламов, подлежащих удалению и переработке, меньшей анодной пассивации, а также в более высоком качестве катода как с точки зрения состава, так и с точки зрения физических аспектов и простоты «раздевания».In one embodiment of the present invention, the anode contains at least 75.0 wt.% copper, preferably at least 77.5 wt.%, more preferably at least 80.0 wt.%, even more preferably at least 82, 5 wt.%, preferably at least 85.0 wt.%, more preferably at least 87.5 wt.%, even more preferably more than 90.0 wt.%, preferably at least 90 wt.%, more preferably at least 91.0 wt.%, even more preferably at least 91.5 wt.%, preferably at least 92.0 wt.%, more preferably at least 92.5 wt.%, and even more preferably at least 93.0 wt.% copper. This has the advantage that the production of copper in the cell is higher and that the measures that are put in place to alleviate the problems caused by anode impurities are easier to provide and control. Thus, this offers the advantage of less anode slime to be removed and recycled, less anodic passivation, as well as higher cathode quality both in terms of composition, physical aspects and ease of stripping.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения по меньшей мере часть анодных шламов в ячейке удаляют из ячейки с первым потоком электролита. Заявители обнаружили, что первый поток электролита за счет перелива через стенку ячейки является весьма подходящим для уноса части анодных шламов, которые постоянно образуются во время электролитического цикла по ряду причин, в первую очередь из-за примесей в аноде, как было объяснено выше. Заявители обнаружили, что с первым потоком электролита в первую очередь уносятся частицы шлама с более низкой плотностью, и, следовательно, более легкие. In one embodiment of the present invention, at least a portion of the anode slimes in the cell is removed from the cell with the first electrolyte stream. Applicants have found that the first flow of electrolyte by overflowing the cell wall is very suitable for carrying away some of the anode sludge that is constantly formed during the electrolytic cycle for a number of reasons, primarily due to impurities in the anode, as explained above. Applicants have found that with the first flow of electrolyte, the lower density, and therefore lighter, sludge particles are carried first.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения первый поток электролита поддерживается положительным во всем электролитическом цикле. Заявители предпочитают поддерживать положительный перелив жидкости на протяжении всего электролитического цикла, так что в любой момент в ходе операции электрорафинирования ячейка поддерживается полной жидкости. Это снижает и, возможно, позволяет избежать рисков, связанных с потерей уровня жидкости в электролитической ячейке, когда становится возможным возникновение электрической дуги, например, между оголенными электродами или между электродом и мостовым краном над ячейкой, что может вызвать повреждение оборудования или создать угрозу безопасности.In one embodiment of the present invention, the first electrolyte flow is maintained positive throughout the entire electrolytic cycle. Applicants prefer to maintain a positive liquid overflow throughout the electrolytic cycle so that at any time during the electrorefining operation the cell is kept full of liquid. This reduces and possibly avoids the risks associated with loss of liquid level in an electrolytic cell where an electrical arc becomes possible, for example between bare electrodes or between an electrode and an overhead crane above the cell, which could cause damage to equipment or pose a safety hazard.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения стенка ячейки с переливом первого потока электролита представляет собой боковую стенку, которая пересекает плоскости наибольших поверхностей электродов, при этом ячейка предпочтительно имеет прямоугольную форму в плане (на виде сверху), и боковая стенка с переливом проходит примерно перпендикулярно к ориентации электродов. Такая боковая стенка обычно является самой длинной, что дает то преимущество, что поток жидкости на единицу длины стенки ячейки в переливе можно уменьшить. Этот признак также дает то преимущество, что направление потока электролита, покидающего ячейку через перелив, оказывает меньшее влияние на поверхности электродов, что снижает риск перемещения электродов под воздействием потока выходящего электролита. Предпочтительно, направление течения выходящего электролита является параллельным поверхностям электродов, и поперечное давление течения выходящего электролита на электроды может по существу отсутствовать. По этой причине заявители предпочитают, чтобы электролит перетекал практически по всей длине по меньшей мере одной боковой стенки ячейки, возможно прерываясь на ограниченные расстояния для прохождения конструктивных элементов для поддержки верхней конструкции ячейки. Заявители дополнительно обнаружили, что этот признак дает преимущество более однородного распределения добавок к электролиту по всей ячейке по сравнению с подачей электролита с одной короткой стороны ячейки и перелива с противоположной короткой стороны ячейки, то есть такой компоновки, в которой весь электролит проходит всю длину ячейки и концентрация добавок постепенно снижается из-за потребления от входа к выходу. Концентрацией этих добавок обычно управляют в точке входа электролита в ячейку. Поскольку эти добавки постепенно потребляются и/или разрушаются на поверхностях катодов по мере того, как электролит перемещается через ячейку от входа к выходу, такая компоновка перелива электролита улучшает распределение этих добавок по ванне.In one embodiment of the present invention, the cell wall with overflow of the first electrolyte stream is a side wall that intersects the planes of the largest surfaces of the electrodes, with the cell preferably having a rectangular shape in plan (as viewed from above), and the side wall with overflow extending approximately perpendicular to the orientation electrodes. Such a side wall is usually the longest, which has the advantage that the fluid flow per unit length of the cell wall at the overflow can be reduced. This feature also has the advantage that the direction of the flow of electrolyte leaving the cell through the overflow has less effect on the electrode surfaces, which reduces the risk of movement of the electrodes under the influence of the flow of the outgoing electrolyte. Preferably, the direction of flow of the outgoing electrolyte is parallel to the surfaces of the electrodes, and there may be substantially no lateral pressure of the flow of the outgoing electrolyte on the electrodes. For this reason, Applicants prefer that the electrolyte flow over substantially the entire length of at least one sidewall of the cell, possibly interrupted for limited distances to pass structural members to support the top structure of the cell. Applicants have further found that this feature has the advantage of a more uniform distribution of electrolyte additives throughout the cell compared to supplying electrolyte from one short side of the cell and overflowing from the opposite short side of the cell, i.e., an arrangement in which all of the electrolyte runs the entire length of the cell and the concentration of additives gradually decreases due to consumption from entry to exit. The concentration of these additives is usually controlled at the entry point of the electrolyte into the cell. Since these additives are gradually consumed and/or destroyed on the surfaces of the cathodes as the electrolyte moves through the cell from inlet to outlet, this arrangement of electrolyte overflow improves the distribution of these additives throughout the bath.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения первый поток электролита пропускают через по меньшей мере один отстойник, обеспечивающий достаточно высокое время пребывания при достаточно низкой скорости жидкости для оседания анодных шламов на дне отстойника. Заявители обнаружили, что отстойник является весьма подходящим для сбора и удаления большей части анодных шламов, уносимых из ячейки переливающимся потоком, прежде чем этот электролит сможет быть возвращен в электролитическую ячейку. Эта стадия удаления анодного шлама из перелива электролита, особенно когда очищенный электролит рециркулируют, является первой стадией в управлении концентрацией анодного шлама в электролитической ячейке, в частности мелких и/или легких частиц анодного шлама, которые образуются во время электролитического цикла. Это в значительной степени способствует тому, чтобы аноды могли содержать более высокие уровни примесей. Заявители предпочитают предусматривать множество отстойников. In one embodiment of the present invention, the first electrolyte stream is passed through at least one settler providing a residence time high enough at a low enough liquid velocity to allow the anode sludge to settle to the bottom of the settler. Applicants have found that the sump is very suitable for collecting and removing most of the anode slimes carried away from the cell by the overflow before that electrolyte can be returned to the electrolytic cell. This step of removing anode sludge from the electrolyte overflow, especially when the purified electrolyte is recycled, is the first step in controlling the concentration of anode sludge in the electrolytic cell, in particular the fine and/or light particles of anode sludge that are formed during the electrolytic cycle. This greatly contributes to the fact that the anodes can contain higher levels of impurities. Applicants prefer to provide multiple settling tanks.

В одном варианте осуществления добавляют флокулянт к электролиту на его пути к отстойнику. Это облегчает коагуляцию частиц и оседание анодных шламов на дне отстойника. Это дает то дополнительное преимущество, что в электролитическую ячейку возвращаются менее тонкодисперсные анодные шламы, улучшая тем самым управление присутствием анодных шламов в ячейке, а значит, также и качество производимых катодов. In one embodiment, a flocculant is added to the electrolyte on its way to the settler. This facilitates the coagulation of the particles and the settling of the anode slimes at the bottom of the sump. This has the additional advantage that less fine anode slimes are returned to the electrolytic cell, thereby improving the control of the presence of anode slimes in the cell and thus also the quality of the produced cathodes.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения, в котором процесс содержит отстойник на первом потоке электролита, третий поток электролита, содержащий анодные шламы, удаляют со дна отстойника. Создание этого третьего потока электролита представляет собой вторую стадию в управлении концентрацией анодного шлама в электролитической ячейке, в частности мелких и/или легких частиц анодного шлама, которые образуются во время электролитического цикла. Эта вторая стадия обеспечивает непрерывную работу отстойника, что облегчает его работу, и в то же самое время обеспечивает более частый доступ к анодным шламам, собирающимся на дне отстойника, с соответствующими преимуществами, обсуждаемыми в другом месте в данном документе в отношении более свободного доступа к анодным шламам. Заявители предпочитают создавать этот третий поток содержащего анодные шламы электролита прерывисто от одного и того же отстойника. При обеспечении некоторого времени для образования слоя анодных шламов на дне отстойника, третий поток электролита может быть более богатым анодными шламами, и его дальнейшая обработка может быть более эффективной, простой, действенной и выгодной.In one embodiment of the present invention, in which the process comprises a settler on the first electrolyte stream, a third electrolyte stream containing anode sludges is removed from the bottom of the settler. The creation of this third electrolyte stream represents the second step in controlling the concentration of anode sludge in the electrolytic cell, in particular the fine and/or light particles of anode sludge that are generated during the electrolytic cycle. This second stage ensures continuous operation of the sump, making it easier to operate, and at the same time provides more frequent access to the anode sludges collected at the bottom of the sump, with the corresponding benefits discussed elsewhere in this document in relation to easier access to the anode slimes. Applicants prefer to create this third stream containing anode slimes electrolyte discontinuously from the same sump. By allowing some time for an anode slime layer to form at the bottom of the settler, the third electrolyte stream can be richer in anode slime and its further processing can be more efficient, simple, efficient and beneficial.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения второй поток электролита, содержащий анодные шламы, удаляют со дна по меньшей мере одной электролитической ячейки. Заявители обнаружили, что часть анодных шламов успешно опускается на дно ячейки и достигает пространства в ячейке ниже того уровня, на котором вводится газ. В этой нижней области жидкость перемещается намного слабее, и достигающие этой области частицы анодного шлама легко формируют весьма богатый анодными шламами слой электролита на дне ячейки. Заявители предпочитают также удалять этот анодный шлам путем извлечения содержащего анодные шламы второго потока электролита со дна электролитической ячейки.In one embodiment of the present invention, a second electrolyte stream containing anode slimes is removed from the bottom of at least one electrolytic cell. Applicants have found that some of the anode sludge successfully sinks to the bottom of the cell and reaches the space in the cell below the level at which the gas is introduced. In this lower region, the liquid moves much more slowly, and the particles of anode slime reaching this region easily form an electrolyte layer very rich in anode slimes at the bottom of the cell. Applicants also prefer to remove this anode sludge by withdrawing the second electrolyte stream containing the anode sludge from the bottom of the electrolytic cell.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения второй поток электролита удаляют во время операции электрорафинирования из нижней (придонной) секции ячейки, предусмотренной ниже электродов и предназначенной для сбора анодного шлама. Заявители обнаружили, что выгодно удалять второй поток из ячейки во время электролитического цикла, а более предпочтительно – в то время, как электрорафинирование находится в рабочем режиме, то есть при прохождении электрического тока через ячейку. Заявители обнаружили, что можно удалять второй поток из ячейки, не прерывая ее работу. Это дает преимущество по сравнению со многими описанными в уровне техники процессами, заключающееся в том, что ячейку не нужно выводить из эксплуатации для удаления слоя анодного шлама, собирающегося на дне ячейки, и что легче контролировать наличие анодных шламов в ячейке на протяжении всего электролитического цикла. Заявители предпочитают предусматривать в ячейке пространство под электродами, более предпочтительно также под любым оборудованием, предусматриваемым для ввода газа в ячейку. В этом нижнем пространстве жидкость течет медленнее и с меньшей турбулентностью из-за отсутствия газовых пузырьков. Заявители предпочитают предусматривать подачу электролита в ячейку на уровне, который выше этой нижней секции, чтобы кратчайший путь жидкости между этой точкой входа жидкости и переливом электролита через по меньшей мере одну стенку ячейки не проходил через и поэтому не возмущал нижнее пространство, предусматриваемое для сбора тяжелой части образующегося анодного шлама.In one embodiment of the present invention, the second electrolyte stream is removed during the electrorefining operation from the bottom (bottom) section of the cell below the electrodes and designed to collect the anode sludge. Applicants have found that it is advantageous to remove the second stream from the cell during the electrolytic cycle, and more preferably while the electrorefining is in operation, i.e., while an electric current is passing through the cell. Applicants have found that it is possible to remove a second thread from a cell without interrupting its operation. This has the advantage over many processes described in the art that the cell does not need to be taken out of service to remove the layer of anode sludge that collects at the bottom of the cell, and that it is easier to control the presence of anode sludge in the cell throughout the entire electrolytic cycle. Applicants prefer to provide space in the cell below the electrodes, more preferably also below any equipment provided for injecting gas into the cell. In this lower space, the fluid flows more slowly and with less turbulence due to the absence of gas bubbles. Applicants prefer to provide electrolyte supply to the cell at a level which is higher than this lower section, so that the shortest liquid path between this liquid entry point and the electrolyte overflow through at least one wall of the cell does not pass through and therefore does not disturb the lower space provided for collecting the heavy part generated anode sludge.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения второй и/или третий поток электролита, содержащего анодные шламы, отсасывают со дна ячейки и/или со дна отстойника, предпочтительно посредством отсасывающей головки, перемещающейся над дном ячейки и/или отстойника. Заявители, предпочтительно через равные промежутки времени в течение электролитического цикла и пока электролитическая ячейка находится в рабочем режиме, пропускают всасывающий патрубок через ячейку в пространстве, предусматриваемым под электродами, а также под любым оборудованием, предусматриваемым для ввода газа в ячейку, но над пространством, предусматриваемым в нижней секции ячейки для сбора частиц анодного шлама. In one embodiment of the present invention, a second and/or third stream of electrolyte containing anode slimes is sucked from the bottom of the cell and/or from the bottom of the sump, preferably by means of a suction head moving over the bottom of the cell and/or sump. Applicants, preferably at regular intervals during the electrolytic cycle and while the electrolytic cell is in operation, pass the suction pipe through the cell in the space provided below the electrodes, as well as under any equipment provided for introducing gas into the cell, but above the space provided in the lower section of the cell for collecting particles of anode sludge.

Подходящим способом удаления второго и/или третьего потока электролита, содержащего анодные шламы, является отсасывание потока с помощью всасывающего патрубка, который перемещается над дном ячейки и/или отстойника, предпочтительно над пространством, предназначенным для сбора слоя анодного шлама. Подходящий способ для этого признака описан в WO 00/79025 A1. A suitable way to remove the second and/or third stream of electrolyte containing anode sludge is to suck the stream with a suction pipe that moves above the bottom of the cell and/or sump, preferably above the space intended to collect the layer of anode sludge. A suitable method for this feature is described in WO 00/79025 A1.

Заявители предпочитают удалять донный слой анодных шламов в ячейке до того, как верхняя часть этого слоя достигнет того уровня в ячейке, на котором вводится газ, предпочтительно до того, как верхняя часть слоя достигнет уровня, на котором всасывающий патрубок перемещается через ячейку для всасывания второго потока электролита из нижней части ячейки, предпочтительно богатого анодными шламами.Applicants prefer to remove the bottom layer of anode slimes in the cell before the top of this layer reaches the level in the cell at which gas is introduced, preferably before the top of the layer reaches the level at which the suction pipe moves through the cell to draw in the second stream electrolyte from the bottom of the cell, preferably rich in anode slimes.

Заявители предпочитают также предусматривать аналогичные средства и меры предосторожности в отстойниках, через которые проходит первый поток электролита, его анодные шламы должны в основном оседать на дне отстойника, с помощью которого производится электролит, обедненный анодными шламами по сравнению с первым потоком электролита, покидающим электролитическую ячейку.Applicants also prefer to provide similar means and precautions in the settling tanks through which the first electrolyte stream passes, its anode sludges should generally settle at the bottom of the settling tank, which produces an electrolyte depleted in anode sludges compared to the first electrolyte stream leaving the electrolytic cell.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения второй поток электролита объединяют с первым и/или с третьим потоком электролита в объединенный поток электролита, содержащего анодные шламы. Это дает то преимущество, что эти потоки могут обрабатываться вместе, что упрощает дальнейшую работу.In one embodiment of the present invention, the second electrolyte stream is combined with the first and/or third electrolyte stream into a combined electrolyte stream containing anode slimes. This has the advantage that these streams can be processed together, making further work easier.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения процесс содержит рециркуляцию в электролитическую ячейку электролита, который был удален из ячейки. Эта рециркуляция дает значительные преимущества. Рециркуляция электролита дает то преимущество, что технологические химикаты в электролите, такие как серная кислота, используются повторно. Дополнительное преимущество состоит в том, что соединения, которые остаются растворенными в электролите, но имеют тенденцию к накоплению во время операции электрорафинирования, могут концентрироваться до более высоких концентраций, что делает последующее извлечение этих соединений более эффективным.In one embodiment of the present invention, the process comprises recycling to the electrolytic cell the electrolyte that has been removed from the cell. This recycling provides significant benefits. Recycling the electrolyte has the advantage that process chemicals in the electrolyte, such as sulfuric acid, are reused. An additional advantage is that compounds that remain dissolved in the electrolyte but tend to accumulate during the electrorefining operation can be concentrated to higher concentrations, making subsequent recovery of these compounds more efficient.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения процесс содержит удаление сливаемого потока электролита из рециркулирующего электролита. Такой сливаемый поток дает то преимущество, что скорость его удаления способна управлять концентрацией тех соединений в электролите, которые имеют тенденцию накапливаться в электролите и оставаться в растворе. Одним таким соединением является сульфат никеля, для которого предел растворимости значителен.In one embodiment of the present invention, the process comprises removing a drain stream of electrolyte from a recycled electrolyte. Such a drain stream has the advantage that its removal rate is able to control the concentration of those compounds in the electrolyte that tend to accumulate in the electrolyte and remain in solution. One such compound is nickel sulfate, for which the solubility limit is significant.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения сливаемый поток подвергается по меньшей мере одной стадии электрохимического извлечения. Заявители обнаружили, что выгодно извлекать конкретные металлы от этого сливаемого потока. Сливаемый поток содержит значительные уровни меди, и ее большая часть может легко быть выборочно восстановлена с помощью электрохимического извлечения меди. Сливаемый поток может также содержать значительные уровни никеля. Этот никель также может быть выборочно восстановлен с помощью электрохимического извлечения никеля, процесса, который подобен электрохимическому извлечению меди, но несколько отличается от него, и который функционирует лучше, когда содержание меди в электролите уменьшено до самое большее 20 грамм/литр, предпочтительно самое большее 15 грамм/литр, более предпочтительно самое большее 10 грамм/литр, еще более предпочтительно самое большее 5 грамм/литр, еще более предпочтительно самое большее 1 грамма на литр, предпочтительно самое большее 750 миллиграмм/литр, более предпочтительно самое большее 500 миллиграмм/литр, еще более предпочтительно самое большее 250 миллиграмм/литр, предпочтительно самое большее 100 миллиграмм/литр, более предпочтительно самое большее 50 миллиграмм/литр, и еще более предпочтительно самое большее 10 миллиграмм/литр.In one embodiment of the present invention, the effluent undergoes at least one electrochemical recovery step. Applicants have found that it is advantageous to recover specific metals from this effluent stream. The effluent contains significant levels of copper, and much of it can easily be selectively recovered by electrochemical copper recovery. The effluent may also contain significant levels of nickel. This nickel can also be selectively reduced by electrowinning nickel, a process that is similar to, but somewhat different from, electrowinning copper, and which functions better when the copper content of the electrolyte is reduced to at most 20 grams/litre, preferably at most 15 gram/liter, more preferably at most 10 gram/liter, even more preferably at most 5 gram/liter, even more preferably at most 1 gram per liter, preferably at most 750 milligrams/liter, more preferably at most 500 milligrams/liter, even more preferably at most 250 milligrams/liter, preferably at most 100 milligrams/liter, more preferably at most 50 milligrams/liter, and even more preferably at most 10 milligrams/liter.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения большинство металлов удаляют из сливаемого потока, формируя тем самым поток «черной кислоты», то есть поток концентрированной кислоты. Этот поток черной кислоты обычно и предпочтительно является более концентрированным по кислоте, чем электролит. Заявители предпочитают удалять металлы, в частности никель, путем выпаривания воды из сливаемого потока, предпочтительно после уменьшения содержания меди, как было описано выше. За счет этого выпаривания сульфат никеля концентрируется до уровня выше его предела растворимости и кристаллизуется. Кристаллы сульфата никеля могут быть затем извлечены путем осаждения, фильтрации, центрифугирования или комбинаций перечисленного.In one embodiment of the present invention, most of the metals are removed from the overflow stream, thereby forming a "black acid" stream, ie a concentrated acid stream. This black acid stream is usually and preferably more concentrated in acid than the electrolyte. Applicants prefer to remove metals, in particular nickel, by evaporating the water from the effluent, preferably after reducing the copper content as described above. Due to this evaporation, the nickel sulfate is concentrated to a level above its solubility limit and crystallized. The nickel sulfate crystals can then be recovered by precipitation, filtration, centrifugation, or combinations of the above.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения поток черной кислоты рециркулируют в электролитическую ячейку, причем предпочтительно поток черной кислоты возвращают после добавления к черной кислоте дополнительных катионов меди. Это дает то преимущество, что большая часть кислоты в сливаемом потоке может повторно использоваться, и требуется меньше освежающей кислоты для того, чтобы поддерживать ее концентрацию в электролите на желаемом уровне. Заявители дополнительно обнаружили, что черная кислота, из-за ее высокой концентрации кислоты, особенно когда она выше концентрации в электролите, находящемся в ячейке, является весьма подходящей для растворения меди, что будет обсуждено далее в настоящем документе. Наряду с поддержанием концентрации кислоты в электролите рецикл черной кислоты, включающий дополнительные катионы меди, способствует поддержанию желаемой рабочей концентрации катионов меди в электролите.In one embodiment of the present invention, the black acid stream is recycled to the electrolytic cell, preferably the black acid stream is recycled after additional copper cations have been added to the black acid. This has the advantage that most of the acid in the effluent can be reused and less refreshing acid is required to maintain its concentration in the electrolyte at the desired level. Applicants have further found that black acid, due to its high acid concentration, especially when it is higher than the concentration in the electrolyte present in the cell, is very suitable for dissolving copper, which will be discussed later in this document. Along with maintaining the acid concentration in the electrolyte, the black acid recycle, including additional copper cations, helps to maintain the desired working concentration of copper cations in the electrolyte.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения анодные шламы отделяют от по меньшей мере одного из первого, второго и/или третьего потоков электролита, предпочтительно от объединенного потока электролита, содержащего анодные шламы, предпочтительно перед удалением сливаемого потока электролита из рециркулирующего электролита, причем предпочтительно анодные шламы удаляют в виде твердого вещества, более предпочтительно с использованием фильтр-пресса или трубчатого пресса. Это дает преимущество управления концентрацией анодных шламов в электролитической ячейке. Заявители предпочитают, чтобы это отделение анодных шламов от электролита было как можно более чистым, чтобы уменьшить в побочном продукте анодных шламов содержание меди и/или никеля, по меньшей мере меди и/или никеля, которые присутствуют в электролите в растворенном виде.In one embodiment of the present invention, the anode sludge is separated from at least one of the first, second and/or third electrolyte streams, preferably from the combined electrolyte stream containing the anode sludge, preferably before the drain electrolyte stream is removed from the recirculating electrolyte, preferably the anode sludge is removed as a solid, more preferably using a filter press or a tube press. This has the advantage of controlling the concentration of anode slimes in the electrolytic cell. Applicants prefer this separation of the anode slime from the electrolyte to be as clean as possible in order to reduce the by-product of the anode slime by containing copper and/or nickel, at least copper and/or nickel, which are present in dissolved form in the electrolyte.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения, в котором анодные шламы удаляют в виде твердого вещества и в котором твердые анодные шламы промываются водой перед извлечением побочного продукта анодного шлама из общего процесса, промывочную воду рециркулируют в процесс электрорафинирования. Эта же промывочная вода может быть дополнительно использована после описанной стадии промывки и/или может использоваться до описанной стадии промывки для других полезных функций, таких как промывка отработанных анодов и/или катодов после их удаления из электролитической ячейки, и/или для растворения ингредиентов, которые должны быть добавлены в электролитический цикл, таких как добавки или дополнительные катионы меди, перед их повторным использованием в процессе электрорафинирования.In one embodiment of the present invention, in which the anode sludge is removed as a solid and in which the solid anode sludge is washed with water prior to removing the anode sludge by-product from the overall process, the wash water is recycled to the electrorefining process. The same wash water may be additionally used after the described washing step and/or may be used prior to the described washing step for other useful functions such as washing spent anodes and/or cathodes after they have been removed from the electrolytic cell, and/or for dissolving ingredients that must be added to the electrolytic cycle, such as additives or additional copper cations, before being reused in the electrorefining process.

Промывка твердых анодных шламов дает то преимущество, что меньшее количество растворимых металлов, в частности меди и/или никеля, покидает процесс вместе с побочным продуктом анодных шламов, в котором они не приносят большой ценности, но обычно представляют собой лишние накладные расходы. За счет рециркуляции этой использованной промывочной воды в процессе может оставаться больше этих растворимых металлов, а затем их можно более удобно удалить как часть сливаемого потока, из которого их легче извлечь.Washing the hard anode slimes has the advantage that less soluble metals, in particular copper and/or nickel, leave the process along with the anode slime by-product, where they are of little value but usually represent an extra overhead. By recycling this used wash water, more of these soluble metals can remain in the process and can then be more conveniently removed as part of the overflow from which they can be more easily recovered.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения, в котором твердые анодные шламы промывают водой, водная промывка анодных шламов проводится при температуре по меньшей мере 40°C, предпочтительно по меньшей мере 50°C, более предпочтительно по меньшей мере 60°C, еще более предпочтительно по меньшей мере 65°C, и самое большее 90°C, предпочтительно самое большее 85°C, более предпочтительно самое большее 80°C, и еще более предпочтительно самое большее 75°C. Заявители обнаружили, что более высокая температура промывки водой помогает вымывать сульфатные соли из твердых анодных шламов, в частности сульфат меди и/или сульфат никеля. Поскольку использованная промывочная вода возвращается в цикл электролита, выгодно, чтобы эта промывочная вода имела температуру, близкую к желаемой температуре электролита, потому что это уменьшает потребность в нагреве и/или охлаждении для того, чтобы гарантировать надлежащее тепло в цикле электролита. Заявители также обнаружили, что соблюдение заданного верхнего предела температуры уменьшает риск повреждения конструкционного материала оборудования. Фильтровальные пластины фильтра или фильтр-пресса, используемые для удержания анодных шламов во время промывки водой, могут быть изготовлены, например, из полипропилена, и заявители обнаружили, что этот материал менее подвержен износу при температуре, соответствующей указанному верхнему пределу.In one embodiment of the present invention, in which the solid anode slimes are washed with water, the aqueous washing of the anode slimes is carried out at a temperature of at least 40°C, preferably at least 50°C, more preferably at least 60°C, even more preferably at at least 65°C, and at most 90°C, preferably at most 85°C, more preferably at most 80°C, and even more preferably at most 75°C. Applicants have found that a higher water flush temperature helps flush out sulfate salts from solid anode slimes, in particular copper sulfate and/or nickel sulfate. Since the used wash water is returned to the electrolyte cycle, it is advantageous for this wash water to be at a temperature close to the desired electrolyte temperature because it reduces the need for heating and/or cooling in order to ensure proper heat in the electrolyte cycle. Applicants have also found that compliance with a predetermined upper temperature limit reduces the risk of damage to the structural material of the equipment. The filter plates of the filter or filter press used to contain the anode slimes during water washing can be made of, for example, polypropylene, and applicants have found that this material is less susceptible to wear at a temperature corresponding to the specified upper limit.

В одном варианте осуществления процесса по настоящему изобретению анодные шламы, которые были извлечены, предпочтительно после промывки водой, обрабатывают достаточным количеством основания, предпочтительно NaOH, для превращения большей части сульфатов металлов в растворимую сульфатную соль, такую как Na2SO4, и нерастворимые гидроксиды металлов. Таким образом содержание серы в анодных шламах может быть уменьшено, что делает их более приемлемыми для последующего извлечения металлов, в т.ч. потому, что их концентрация становится более высокой. Процессы извлечения металлов обычно лучше подходят для обработки оксидов и/или гидроксидов металлов. Часто другие типы исходного сырья предпочтительно обжигают для получения оксидов перед тем, как можно будет извлечь металлы.In one embodiment of the process of the present invention, the anode sludge that has been recovered, preferably after washing with water, is treated with a sufficient amount of base, preferably NaOH, to convert most of the metal sulfates to a soluble sulfate salt such as Na 2 SO 4 and insoluble metal hydroxides . Thus, the sulfur content in anode slimes can be reduced, which makes them more suitable for the subsequent extraction of metals, incl. because their concentration becomes higher. Metal recovery processes are generally better suited for treating metal oxides and/or hydroxides. Often, other types of feedstock are preferably calcined to produce oxides before the metals can be recovered.

Гидроксиды предпочтительно нагревают для образования оксидов, и на пирометаллургической технологической стадии, выполняемой в печи, с использованием восстановителя, такого как железо, из анодных шламов может быть извлечен полиметаллический припой, а шлак, содержащий оксид железа, - в качестве побочного продукта. Для того, чтобы извлечь больше Sn из шлака в металлическую фазу и улучшить физическое разделение фаз между фазой припоя и фазой шлака, может добавляться дополнительный свинец, предпочтительно до тех пор, пока массовое соотношение олово/свинец в металлической фазе не станет близким к 1/3.The hydroxides are preferably heated to form oxides, and the pyrometallurgical process step carried out in the furnace using a reducing agent such as iron can recover polymetallic solder from anode slimes and iron oxide containing slag as a by-product. In order to extract more Sn from the slag into the metal phase and improve the physical phase separation between the solder phase and the slag phase, additional lead may be added, preferably until the tin/lead weight ratio in the metal phase is close to 1/3 .

В одном варианте осуществления настоящего изобретения вводят дополнительные катионы меди в электролит в ячейке. Заявители обнаружили, что несколько загрязняющих металлов в аноде потребляют электрический ток при их переходе в раствор в электролите, сверх того тока, который потребляется переходящей в раствор анодной медью. На катоде этот избыточный ток вызывает осаждение большего количества меди, чем растворяется на аноде. Таким образом, на катоде осаждается больше меди, чем на аноде переходит в раствор. Этот дисбаланс представляет собой чистого потребителя меди из электролита. Для того, чтобы компенсировать это чистое потребление, добавляют дополнительные катионы меди в электролит в электролитической ячейке. Заявители обнаружили, что дисбаланс меди становится более важным по мере того, как уровень примесей в аноде увеличивается. В то время как обычные операции электрорафинирования, которые начинаются с анодов, содержащих 98-99 мас.% меди, обычно работают без добавления дополнительных катионов меди к электролиту, заявители обнаружили, что это добавление является очень полезным в процессе по настоящему изобретению, в котором аноды содержат меньше меди и больше других металлов. Заявители обнаружили, что это добавление позволяет процессу работать в течение длительного периода времени с интенсивной рециркуляцией электролита и с высокой концентрацией катионов меди в электролите, что является особенно выгодным на катоде, где высокая концентрация способствует высокой производительности процесса при уменьшенном потреблении энергии и лучшем качестве катода. На самом деле, заявители обнаружили, что добавление добавочных катионов меди к электролиту помогает поддерживать концентрацию катионов меди на желаемых уровнях, что является важным для поддержания в течение длительного времени производства медных катодов высокого качества, не создавая дополнительных рабочих проблем. Заявители обнаружили, что эта проблема имеет большее значение для таких составов анода, которые содержат более высокий уровень примесей. Заявители также обнаружили, что этот признак позволяет избежать потребности в остановке работы из-за снижения концентрации меди в электролите ниже минимального желаемого уровня, как, например, в некоторых процессах, раскрытых в данной области техники.In one embodiment of the present invention, additional copper cations are introduced into the electrolyte in the cell. Applicants have found that several contaminant metals in the anode draw an electrical current when they go into solution in an electrolyte, in excess of the current drawn by the anode copper going into solution. At the cathode, this excess current causes more copper to be deposited than is dissolved at the anode. Thus, more copper is deposited on the cathode than goes into solution on the anode. This imbalance represents a net consumer of copper from the electrolyte. To make up for this net consumption, additional copper cations are added to the electrolyte in the electrolytic cell. Applicants have found that copper imbalance becomes more important as the level of impurities in the anode increases. While conventional electrorefining operations that start with anodes containing 98-99 wt.% copper usually work without adding additional copper cations to the electrolyte, Applicants have found that this addition is very useful in the process of the present invention, in which the anodes contain less copper and more other metals. Applicants have found that this addition allows the process to operate for a long period of time with high electrolyte recirculation and a high concentration of copper cations in the electrolyte, which is particularly advantageous at the cathode where the high concentration promotes high process performance with reduced power consumption and better cathode quality. In fact, Applicants have found that adding additional copper cations to the electrolyte helps to maintain the concentration of copper cations at desired levels, which is important to maintain high quality copper cathode production over a long period of time without creating additional operational problems. Applicants have found that this problem is more important for anode compositions that contain higher levels of impurities. Applicants have also found that this feature avoids the need to stop operation due to a decrease in the concentration of copper in the electrolyte below the minimum desired level, as, for example, in some processes disclosed in the art.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения, в котором добавляют дополнительные катионы меди в электролит, дополнительные катионы меди вводятся в электролит, подаваемый в ячейку, предпочтительно в электролит, возвращаемый в электролитическую ячейку. Заявители обнаружили, что это является очень удобным способом поддержания концентрации меди в электролите на желаемом уровне.In one embodiment of the present invention, in which additional copper cations are added to the electrolyte, additional copper cations are introduced into the electrolyte supplied to the cell, preferably into the electrolyte returned to the electrolytic cell. Applicants have found that this is a very convenient way to maintain the concentration of copper in the electrolyte at the desired level.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения, в котором добавляют дополнительные катионы меди в электролит, поток жидкости, содержащий по меньшей мере часть рециркулируемого электролита, и/или поток, который является еще более концентрированным по кислоте, такой как по меньшей мере часть рециркулируемой черной кислоты, или по меньшей мере часть сливаемого потока после удаления меди путем электрохимического извлечения, если оно присутствует, или по меньшей мере часть свежей кислоты, добавляемой в процесс, приводят в контакт с медьсодержащим твердым веществом для растворения большего количества меди в потоке жидкости, предпочтительно в емкости для выщелачивания, прежде чем поток жидкости с дополнительными катионами меди будет передан в электролитическую ячейку. Заявители считают эти потоки очень подходящими для растворения меди из медьсодержащего твердого вещества и, следовательно, для захвата дополнительных катионов меди, которые являются полезными для регулирования концентрации меди в электролите, находящемся в электролитической ячейке. Заявители предпочитают использовать поток, который является доступным и который является более концентрированным по кислоте, чем электролит. Подходящим потоком является, например, возвращаемый поток черной кислоты, потому что этот поток является более кислотным и поэтому более легко растворяет медь из твердого источника. Объемы этого возвращаемого потока черной кислоты однако являются относительно малыми по сравнению с запасом электролита в процессе, а также он может быть доступным лишь время от времени. Процесс обычно также нуждается в подпитке кислотой, например для того, чтобы компенсировать потерю кислоты на образование сульфата никеля и/или сульфата свинца. Такой подпиточный поток кислоты также может быть потоком высококонцентрированной кислоты, такой как серная кислота с концентрацией по меньшей мере 50 мас.%, возможно даже 96 мас.%, которая в этом случае также способна более легко растворять медь из твердого источника по сравнению с электролитом, который возвращается в ячейку. Объемы подпитки также являются относительно малыми и не могут добавляться непрерывно. Заявители поэтому предпочитают использовать кислотный поток, который является более концентрированным, чем возвращающийся в ячейку электролит, такой как возвращаемый поток черной кислоты и/или подпиточный поток серной кислоты, когда они являются доступными, но еще они предпочитают использовать возвращаемый поток электролита для забора некоторого количества дополнительных катионов меди по пути в ячейку.In one embodiment of the present invention, in which additional copper cations are added to the electrolyte, a liquid stream containing at least a portion of the recycled electrolyte, and/or a stream that is even more concentrated in acid, such as at least a portion of the recycled black acid, or at least a portion of the effluent stream after copper removal by electrowinning, if present, or at least a portion of the fresh acid added to the process is contacted with a copper-bearing solid to dissolve more copper in the liquid stream, preferably in a vessel for leaching before the liquid stream with additional copper cations is transferred to the electrolytic cell. Applicants find these streams very suitable for dissolving copper from a copper-bearing solid and, therefore, for capturing additional copper cations, which are useful for controlling the concentration of copper in the electrolyte located in the electrolytic cell. Applicants prefer to use a stream that is available and that is more acidic than the electrolyte. A suitable stream is, for example, a black acid return stream because this stream is more acidic and therefore more readily dissolves copper from a solid source. The volumes of this returned black acid stream, however, are relatively small compared to the supply of electrolyte in the process, and it may also be available only occasionally. The process usually also needs to be fed with acid, for example, to compensate for the loss of acid to form nickel sulfate and/or lead sulfate. Such an acid make-up stream can also be a highly concentrated acid stream, such as sulfuric acid at a concentration of at least 50 wt.%, possibly even 96 wt.%, which in this case is also capable of more easily dissolving copper from a solid source compared to the electrolyte, which is returned to the cell. Make-up volumes are also relatively small and cannot be added continuously. Applicants therefore prefer to use an acidic stream that is more concentrated than the electrolyte returning to the cell, such as a black acid return stream and/or a sulfuric acid make-up stream, when available, but they also prefer to use the electrolyte return stream to take some additional copper cations on their way to the cell.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения медьсодержащее твердое вещество имеет форму гранул, предпочтительно являющихся полыми и открытыми, опционально гранул, произведенных на предшествующей пирометаллургической технологической стадии процесса. Заявители обнаружили, что предпочтительно, чтобы медьсодержащее твердое вещество находилось в тонко измельченной форме по сравнению с большими блоками, потому что тонко измельченная форма обеспечивает большую поверхность соприкосновения экстрагирующей жидкости при том же самом количестве твердого вещества. Заявители обнаружили, что с гранулами легче обращаться, чем с порошком. Гранулы могут быть легко уложены в емкости для выщелачивания и могут удерживаться в емкости простой ловушкой с сеткой, предусмотренной на выходном патрубке для жидкости. Предпочтительно, гранулы являются полыми, что обеспечивает больше поверхности соприкосновения при той же самой массе твердого вещества. Заявители обнаружили, что очень удобно, чтобы гранулы медьсодержащего вещества производились на пирометаллургической технологической стадии, находящейся перед процессом по настоящему изобретению. Наиболее удобно, чтобы эта предшествующая технологическая стадия была частью процесса, производящего медный промежуточный продукт, используемый для литья анодов, которые используются на электролитической стадии процесса по настоящему изобретению. Вещество гранул может быть идентичным материалу, используемому для анодов, или может иметь другое качество. Предпочтительно, гранулы состоят из медного материала более высокой чистоты, чем аноды.In one embodiment of the present invention, the copper-containing solid is in the form of granules, preferably hollow and open, optionally granules produced in a prior pyrometallurgical process step. Applicants have found that it is preferable for the copper-containing solid to be in finely divided form compared to large blocks, because the finely divided form provides a large contact surface of the extracting liquid for the same amount of solid. Applicants have found that granules are easier to handle than powder. The pellets can be easily placed in the leaching tank and can be held in the tank by a simple mesh trap provided on the liquid outlet. Preferably, the granules are hollow, which provides more contact surface for the same weight of solids. Applicants have found that it is very convenient for the copper-bearing material pellets to be produced in a pyrometallurgical process step prior to the process of the present invention. Most conveniently, this prior process step is part of the process producing the copper intermediate used to cast the anodes that are used in the electrolytic step of the process of the present invention. The substance of the pellets may be identical to that used for the anodes or may be of a different quality. Preferably, the pellets consist of copper material of higher purity than the anodes.

Заявители предпочитают получать мелкие медные гранулы с высокой площадью поверхности путем разбрызгивания жидкой расплавленной меди на огнеупорный кирпич выше уровня большого резервуара, содержащего холодную жидкость, такую как вода. Поток жидкой расплавленной меди разбивается на огнеупорном кирпиче и попадает в холодную жидкость. Это дает преимущество локального высокого парообразования, подобного взрыву, и действительно формирует мелкие медные гранулы с высокой площадью поверхности, или «дробь», которые являются весьма подходящими для растворения в кислотной жидкости.Applicants prefer to produce fine high surface area copper pellets by spraying liquid molten copper onto a refractory brick above the level of a large reservoir containing a cold liquid such as water. The flow of liquid molten copper breaks on the refractory brick and enters the cold liquid. This has the advantage of localized high vaporization similar to an explosion, and indeed forms fine high surface area copper pellets or "shot" which are very suitable for dissolution in an acidic liquid.

Заявители предпочитают предусматривать по меньшей мере одну емкость или башню для выщелачивания и добавления дополнительных катионов меди в процесс. Такая емкость может быть вертикальной цилиндрической емкостью. Эта емкость может быть открыта сверху для атмосферы, так что медьсодержащие твердые частицы могут быть легко введены в эту емкость. Твердые частицы могут формировать слой на основании в нижней части емкости, над входом для подачи жидкости. Вход для жидкости удобно предусмотреть ниже основания для этого слоя. Жидкость течет вверх через слой твердых частиц и покидает емкость через переливной трубопровод. Емкость предпочтительно проектируется таким образом, чтобы скорость течения жидкости вверх была низкой, и плотность медьсодержащих твердых частиц была достаточной для того, чтобы избежать их уноса из емкости для выщелачивания потоком жидкости. Предпочтительно, медьсодержащие твердые частицы имеют высокую чистоту, такую как черновая медь, по меньшей мере 98 мас.% Cu. По мере того, как медь растворяется, высота слоя уменьшается, и запас твердых частиц меди может быть пополнен через открытый верх емкости.Applicants prefer to provide at least one vessel or tower for leaching and adding additional copper cations to the process. Such a container may be a vertical cylindrical container. This container can be opened at the top to the atmosphere, so that copper-containing solids can be easily introduced into this container. The solids may form a layer on the base at the bottom of the vessel, above the liquid inlet. The liquid inlet is conveniently provided below the base for this layer. The liquid flows upward through the layer of solids and leaves the tank through the overflow line. The vessel is preferably designed such that the upward flow rate of the liquid is low and the density of the copper containing solids is sufficient to avoid being carried away from the leaching vessel by the liquid flow. Preferably, the copper-containing solids are of high purity, such as blister copper, at least 98 wt% Cu. As the copper dissolves, the layer height decreases and the copper solids can be replenished through the open top of the vessel.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения добавляют кислородсодержащий газ на стадии контактирования потока жидкости с медьсодержащим твердым веществом. Заявители обнаружили, что медь из гранул более легко переходит в раствор в кислой выщелачивающей жидкости под окислительной атмосферой. Предпочтительно, заявители впрыскивают воздух или обогащенный воздух, еще более предпочтительно коммерчески доступный газообразный кислород, в нижнюю секцию емкости для выщелачивания, предпочтительно ниже основания слоя, на котором удерживаются твердые частицы. Заявители обнаружили, что присутствие кислорода на стадии выщелачивания сильно облегчает захват катионов меди выщелачивающей жидкостью.In one embodiment of the present invention, an oxygen-containing gas is added at the stage of contacting the liquid stream with a copper-containing solid. Applicants have found that copper from pellets more easily goes into solution in an acidic leach liquid under an oxidizing atmosphere. Preferably, Applicants inject air or enriched air, even more preferably commercially available oxygen gas, into the bottom section of the leach vessel, preferably below the bottom of the bed on which the solids are held. Applicants have found that the presence of oxygen in the leaching step greatly facilitates the capture of copper cations in the leaching liquid.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения в процесс вводят дополнительную серную кислоту, предпочтительно в рециркулируемый электролит, если он присутствует, предпочтительно вместе с или перед введением дополнительных катионов меди, если оно присутствует. Этот признак обеспечивает пополняющий поток серной кислоты, полезный для управления содержанием серной кислоты в электролите, который в противном случае может быть истощен из-за потребления сульфат-аниона в сульфате свинца и/или никеля. Как было обсуждено выше, заявители предпочитают использовать источник концентрированной серной кислоты для этого пополнения, такой как серная кислота с концентрацией 96 мас.%, и предпочитают вводить эту подпиточную кислоту там, где она вступает в контакт с медьсодержащими твердыми частицами для захвата дополнительных катионов меди. Преимущество подпитки кислотой с высокой концентрацией заключается в том, что она представляет малый риск введения в процесс нежелательных элементов. Дополнительное преимущество состоит в том, что требуется намного меньше объема и создается меньше трудностей при обращении по сравнению с менее концентрированным потоком, а также в том, что медь более легко растворяется.In one embodiment of the present invention, additional sulfuric acid is introduced into the process, preferably in the recycled electrolyte, if present, preferably with or before the addition of additional copper cations, if present. This feature provides a replenishing flow of sulfuric acid, useful for managing the sulfuric acid content of the electrolyte, which may otherwise be depleted due to consumption of the sulfate anion in lead and/or nickel sulfate. As discussed above, applicants prefer to use a source of concentrated sulfuric acid for this replenishment, such as 96 wt% sulfuric acid, and prefer to introduce this make-up acid where it comes into contact with copper-bearing solids to capture additional copper cations. The advantage of high concentration acid make-up is that it poses little risk of introducing unwanted elements into the process. An additional advantage is that much less volume is required and there are fewer handling difficulties compared to a less concentrated stream, and that the copper dissolves more easily.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения газ, который вводится в ячейку, является воздухом. Заявители предпочитают использовать воздух для барботирования через электролитическую ячейку, а не его возможные альтернативы - азот, диоксид углерода или даже диоксид серы (SO2), как предлагается в патенте US 1260830 и в статье E. N. Petkova in «Mechanisms of floating slime formation and its removal with the help of sulphur dioxide during the electrorefining of anode copper», Hydrometallurgy, Vol. 46, Issue 3, October 1997, pp. 277-286. Заявители предпочитают воздух из-за его удобства и улучшенных аспектов безопасности и промышленной гигиены. Использование азота и/или диоксида углерода может привести к риску непреднамеренного воздействия на персонал облаков атмосферы с дефицитом кислорода. Диоксид серы является токсичным газом с резким раздражающим запахом и, следовательно, требует еще более строгих мер безопасности и промышленной гигиены. Воздух дает дополнительное преимущество в том, что он является окислителем, что очень удобно, поскольку он способен окислять As3+ до As5+ и/или Sb3+ до Sb5+, в результате чего эти металлы становятся способными образовывать соединения, обычно соли, такие как арсенаты, или оксиды, которые легче опускаются на дно ячеек и/или отстойников и собираются в слое анодных шламов. Эти явления более подробно описаны в статье С. A. Mцller et al, «Effect of As, Sb, Bi and Oxygen in Copper Anodes During Electrorefining», Proceedings of Copper 2010, pp. 1495-1510. Воздух для заявителей является гораздо более удобным окислителем, чем диоксид серы, по причинам, изложенным выше. In one embodiment of the present invention, the gas that is introduced into the cell is air. Applicants prefer to use air to sparge through the electrolytic cell, rather than its possible alternatives - nitrogen, carbon dioxide or even sulfur dioxide (SO 2 ), as suggested in US patent 1260830 and in the article EN Petkova in "Mechanisms of floating slime formation and its removal with the help of sulfur dioxide during the electrorefining of anode copper", Hydrometallurgy, Vol. 46, Issue 3, October 1997, pp. 277-286. Applicants prefer air because of its convenience and improved aspects of safety and industrial hygiene. The use of nitrogen and/or carbon dioxide may result in the risk of inadvertent exposure of personnel to oxygen deficient atmosphere clouds. Sulfur dioxide is a toxic gas with a pungent, irritating odor and therefore requires even more stringent safety and industrial hygiene measures. Air has the added advantage of being an oxidizing agent, which is very convenient as it is able to oxidize As 3+ to As 5+ and/or Sb 3+ to Sb 5+ , whereby these metals become capable of forming compounds, usually salts. , such as arsenates, or oxides, which sink more easily to the bottom of the cells and/or settling tanks and collect in the anode sludge layer. These phenomena are described in more detail in C. A. Mcller et al, "Effect of As, Sb, Bi and Oxygen in Copper Anodes During Electrorefining", Proceedings of Copper 2010, pp. 1495-1510. Air is a much more convenient oxidant for applicants than sulfur dioxide for the reasons outlined above.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения вводимый в ячейку газ находится при температуре в диапазоне температура электролита +/-30 градусов Цельсия. Это уменьшает любые температурные эффекты, которые введение газа может локально создавать в ячейке. Предпочтительно, температура газа отличается от температуры электролита в ячейке самое большее на 25 градусов Цельсия, более предпочтительно самое большее на 20 градусов Цельсия, и еще более предпочтительно самое большее на 15 градусов Цельсия. Локальные падения температуры являются нежелательными, потому что это может вызывать локальную кристаллизацию некоторых солей, например вокруг отверстий в газораспределителе, что может ослабить поток газа через эти отверстия. Локальное повышение температуры также нежелательно, потому что оно может вызывать более быстрое разложение некоторых из технологических добавок. Заявители предпочитают вводить газ в ячейку при температуре приблизительно 45°C. Заявители предпочитают поддерживать электролит в ячейке при температуре в диапазоне 65-70°C, предпочтительно примерно 68°C.In one embodiment of the present invention, the gas introduced into the cell is at a temperature in the electrolyte temperature range of +/-30 degrees Celsius. This reduces any thermal effects that the introduction of the gas may locally create in the cell. Preferably, the temperature of the gas differs from the temperature of the electrolyte in the cell by at most 25 degrees Celsius, more preferably at most 20 degrees Celsius, and even more preferably at most 15 degrees Celsius. Local temperature drops are undesirable because it may cause local crystallization of some salts, for example around openings in a gas distributor, which may impair gas flow through these openings. Local temperature rise is also undesirable because it may cause some of the processing aids to decompose more quickly. Applicants prefer to introduce gas into the cell at a temperature of approximately 45°C. Applicants prefer to maintain the electrolyte in the cell at a temperature in the range of 65-70°C, preferably about 68°C.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения вводимый в ячейку газ является по меньшей мере насыщенным водой при температуре введения газа. Это уменьшает риск кристаллизации в и вокруг отверстия, через которое газ входит в электролит. In one embodiment of the present invention, the gas introduced into the cell is at least saturated with water at the gas injection temperature. This reduces the risk of crystallization in and around the opening through which the gas enters the electrolyte.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения впрыскивают воду, предпочтительно в виде аэрозоля, в газ перед тем, как он будет введен в ячейку. Заявители предпочитают впрыскивать воду с низким содержанием натрия, предпочтительно ниже предела обнаружения, предпочтительно впрыскиваемую воду получают с помощью обратного осмоса. Заявители обнаружили, что этот признак уменьшает образование солей на точках ввода газа в электролит, а также на любой микропористой полимерной гильзе, которая может быть предусмотрена вокруг трубок газового диффузора.In one embodiment of the present invention, water, preferably in the form of an aerosol, is injected into the gas before it is introduced into the cell. Applicants prefer to inject water with a low sodium content, preferably below the detection limit, preferably the injected water is produced by reverse osmosis. Applicants have found that this feature reduces the formation of salts at the points of entry of gas into the electrolyte, as well as any microporous polymer sleeve that may be provided around the tubes of the gas diffuser.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения пузырьки газа, проходящие через электролит, имеют средний диаметр в диапазоне 1-3 мм. Заявители обнаружили, что пузырьки газа с диаметром самое большее 3 мм являются более эффективными при удалении смежного с поверхностями катодов обедненного электролита для того, чтоб позволить свежему электролиту входить в контакт с катодами. Мелкие пузырьки также имеют тенденцию минимизировать образование кислотного тумана над электролизной ячейкой. Более мелкие пузырьки также предпочтительны, потому что они создают в ячейке режим, который становится похожим на режим так называемой «флотации растворенным воздухом» (DAF), так что мелкие частицы анодных шламов легко поднимаются на поверхность столба жидкости и легко покидают ячейку через перелив. Размер пузырьков газа может быть определен, например, в соответствии с публикацией Reza Al Shakarji et al, in «The sizing of oxygen bubbles in copper electrowinning», Hydrometallurgy, 109 (2011), pp. 168-174.In one embodiment of the present invention, the gas bubbles passing through the electrolyte have an average diameter in the range of 1-3 mm. Applicants have found that gas bubbles with a diameter of at most 3 mm are more effective in removing depleted electrolyte adjacent to cathode surfaces in order to allow fresh electrolyte to come into contact with the cathodes. Fine bubbles also tend to minimize the formation of acid mist over the electrolysis cell. Smaller bubbles are also preferred because they create a regime in the cell that becomes similar to the so-called "dissolved air flotation" (DAF) regime, so that fine particles of anode slimes easily rise to the surface of the liquid column and easily leave the cell through the overflow. The size of the gas bubbles can be determined, for example, according to Reza Al Shakarji et al, in "The sizing of oxygen bubbles in copper electrowinning", Hydrometallurgy, 109 (2011), pp. 168-174.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения газ вводят в ячейку через газовый диффузор, предусматриваемый ниже электродов, но выше пространства, которое предусмотрено на дне ячейки для сбора слоя анодных шламов, предпочтительно газовый диффузор, содержащий выборочно перфорированные диффузорные трубки, соединенные с трубой подачи газа. Местоположение газового диффузора делит вертикальную высоту объема электролита на две части: верхнюю часть, через которую поднимаются пузырьки газа, которые дают больше турбулентности, и нижнюю часть без пузырьков газа, которая является более застойной, в особенности если также подача электролита предусмотрена примерно на высоте газового диффузора. Дополнительная турбулентность в верхней части дает преимущества, подробно обсужденные выше. Более плавное движение текучей среды в нижней части облегчает оседание частиц анодных шламов на дно ячейки. Заявители предпочитают использовать диффузор, описанный в WO 2005/019502 A1, использующий множество шлангов, выполненных из и/или включающих в себя микропористый материал, позволяющий барботируемому газу проходить через этот микропористый материал с образованием множества мелких пузырьков в электролите, находящемся в ячейке.In one embodiment of the present invention, gas is introduced into the cell through a gas diffuser provided below the electrodes but above the space provided at the bottom of the cell to collect the anode sludge layer, preferably a gas diffuser comprising selectively perforated diffuser tubes connected to the gas supply pipe. The location of the gas diffuser divides the vertical height of the electrolyte volume into two parts: the upper part, through which gas bubbles rise, which give more turbulence, and the lower part without gas bubbles, which is more stagnant, especially if the electrolyte supply is also provided approximately at the height of the gas diffuser . The additional turbulence at the top provides the benefits discussed in detail above. The smoother movement of the fluid at the bottom makes it easier for the anode sludge particles to settle to the bottom of the cell. Applicants prefer to use a diffuser as described in WO 2005/019502 A1 using a plurality of hoses made of and/or incorporating microporous material to allow bubbled gas to pass through the microporous material to form a plurality of fine bubbles in the electrolyte present in the cell.

Заявители обнаружили, что диффузор предпочтительно обеспечивает равномерно распределенное присутствие пузырьков газа во всей верхней части объема электролита. Неоднородность в присутствии пузырьков газа может приводить к разности гидростатического давления на электрод, что создает риск того, что электрод может отклониться в сторону и войти в контакт и, следовательно, вызвать электрическое короткое замыкание с соседним противоэлектродом.Applicants have found that the diffuser preferably provides an evenly distributed presence of gas bubbles throughout the top of the electrolyte volume. The inhomogeneity in the presence of gas bubbles can lead to a difference in hydrostatic pressure across the electrode, which creates the risk that the electrode can be deflected to the side and come into contact and therefore cause an electrical short circuit with an adjacent counter electrode.

Заявители предпочитают обеспечивать градиент плотности введения газа, чтобы меньше газа вводилось ближе к стенке ячейки с переливом и больше газа ближе к противоположной стенке ячейки. Это дает то преимущество, что градиент газа создает дополнительную движущую силу для потока жидкости в направлении перелива.Applicants prefer to provide a gas injection density gradient such that less gas is injected closer to the overflow cell wall and more gas is injected closer to the opposite cell wall. This has the advantage that the gas gradient provides additional driving force for the liquid flow in the direction of the overflow.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения газ вводят в ячейку с использованием давления в линии подачи, на высоте уровня жидкости в ячейке, составляющего по меньшей мере 0,5 бар манометрического давления (бар ман.), предпочтительно по меньшей мере 0,6 бар ман., и более предпочтительно по меньшей мере 0,7 бар ман. Это избыточное давление необходимо для преодоления гидростатического давления в точке ввода газа в ячейку, предпочтительно под электродами. Заявители предпочитают обеспечивать более высокое избыточное давление, чем только гидростатическое давление, чтобы улучшить барботаж газа в жидкость и образование более мелких пузырьков. Давление в указанной точке в линии подачи предпочтительно составляет самое большее 3,5 бар ман., предпочтительно самое большее 3,0 бар ман., более предпочтительно самое большее 2,5 бар ман., еще более предпочтительно самое большее 2,0 бар ман., предпочтительно самое большее 1,75 бар ман., более предпочтительно самое большее 1,50 бар ман., и еще более предпочтительно самое большее 1,25 бар ман. Соблюдение этого верхнего предела уменьшает риск выброса электролита из ячейки, а также образования аэрозолей никеля. Выброс электролита может вызвать повреждение оборудования, а образование аэрозолей никеля создает проблему с промышленной гигиеной.In one embodiment of the present invention, gas is introduced into the cell using supply line pressure at a liquid level in the cell of at least 0.5 barg (barg), preferably at least 0.6 barg. , and more preferably at least 0.7 bar man. This overpressure is necessary to overcome the hydrostatic pressure at the point of gas entry into the cell, preferably below the electrodes. Applicants prefer to provide higher overpressure than hydrostatic pressure alone in order to improve the bubbling of the gas into the liquid and the formation of smaller bubbles. The pressure at said point in the supply line is preferably at most 3.5 barg, preferably at most 3.0 barg, more preferably at most 2.5 barg, even more preferably at most 2.0 barg. , preferably at most 1.75 barg, more preferably at most 1.50 barg, and even more preferably at most 1.25 barg. Compliance with this upper limit reduces the risk of electrolyte ejection from the cell, as well as the formation of nickel aerosols. Electrolyte release can cause damage to equipment and nickel aerosols create an industrial hygiene problem.

Прежде всего по причинам промышленной гигиены заявители предпочитают предусматривать над ячейкой колпак, снабженный вытяжным патрубком и каплеуловителем, чтобы избежать попадания на рабочее место капель кислоты, возможно содержащих металлические частицы.First of all, for reasons of industrial hygiene, applicants prefer to provide a hood over the cell, equipped with an exhaust pipe and a droplet eliminator, in order to avoid droplets of acid, possibly containing metal particles, from entering the workplace.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения электролит в ячейке поддерживают при температуре в диапазоне от 20°C до 75°C. Предпочтительно, температура электролита в ячейке составляет по меньшей мере 25°C, более предпочтительно по меньшей мере 30°C, еще более предпочтительно по меньшей мере 35°C, предпочтительно по меньшей мере 40°C, более предпочтительно по меньшей мере 45°C, еще более предпочтительно по меньшей мере 50°C, предпочтительно по меньшей мере 55°C, более предпочтительно по меньшей мере 60°C, еще более предпочтительно по меньшей мере 65°C, предпочтительно выше 65°C. При более высоких температурах улучшается скорость диффузии меди, и это особенно полезно для диффузии катионов меди через застойные или ламинарно текущие пленки, которые обычно присутствуют на поверхностях анода и/или катода. Более высокие температуры также увеличивают растворимость сульфатов в электролите, а значит, уменьшают риск кристаллизации, особенно в чувствительных местоположениях. Заявители предпочитают поддерживать электролит при температуре ниже 75°C, предпочтительно самое большее 72°C, и более предпочтительно самое большее 70°C. Это дает то преимущество, что добавки, которые являются чувствительными к температуре, такие как желатин и/или многие флокулянты, становятся более устойчивыми и менее подверженными разложению. Более низкая температура также снижает риск предварительного отслоения катода, то есть того, что осажденный слой меди отделится от заготовки из нержавеющей стали, пока катод все еще находится в электролитической ячейке. Более низкая температура также уменьшает затраты на поддержание температуры электролита, которая обычно превышает окружающую температуру, а значит, требует подвода тепла.In one embodiment of the present invention, the electrolyte in the cell is maintained at a temperature in the range of 20°C to 75°C. Preferably, the temperature of the electrolyte in the cell is at least 25°C, more preferably at least 30°C, even more preferably at least 35°C, preferably at least 40°C, more preferably at least 45°C, even more preferably at least 50°C, preferably at least 55°C, more preferably at least 60°C, even more preferably at least 65°C, preferably above 65°C. Higher temperatures improve the diffusion rate of copper and this is particularly useful for the diffusion of copper cations through stagnant or laminar flow films that are typically present on anode and/or cathode surfaces. Higher temperatures also increase the solubility of sulfates in the electrolyte and therefore reduce the risk of crystallization, especially in sensitive locations. Applicants prefer to maintain the electrolyte at a temperature below 75°C, preferably at most 72°C, and more preferably at most 70°C. This has the advantage that additives that are temperature sensitive, such as gelatin and/or many flocculants, become more stable and less prone to degradation. The lower temperature also reduces the risk of cathode pre-peeling, that is, that the deposited copper layer will separate from the stainless steel workpiece while the cathode is still in the electrolytic cell. The lower temperature also reduces the cost of maintaining the temperature of the electrolyte, which is usually higher than the ambient temperature and therefore requires heat.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения состав анода и/или расплавленной жидкой металлической композиции по настоящему изобретению содержит по меньшей мере 0,25 мас.% никеля, предпочтительно по меньшей мере 0,50 мас.%, более предпочтительно по меньшей мере 0,75 мас.%, еще более предпочтительно по меньшей мере 1,00 мас.%, предпочтительно по меньшей мере 1,25 мас.%, более предпочтительно по меньшей мере 1,50 мас.%, еще более предпочтительно по меньшей мере 2,00 мас.%, предпочтительно по меньшей мере 2,10 мас.%, более предпочтительно по меньшей мере 2,25 мас.%, еще более предпочтительно по меньшей мере 2,50 мас.%, предпочтительно по меньшей мере 2,75 мас.%, и более предпочтительно по меньшей мере 3,00 мас.% никеля. Более высокий уровень никеля в аноде позволяет предшествующему процессу принимать больше сырья, содержащего значительные количества никеля. Такое сырье является трудным в обращении для большинства операций электрорафинирования, и поэтому оно является более доступным на более экономически выгодных условиях. Опционально, состав анода содержит самое большее 10,0 мас.% никеля, предпочтительно самое большее 9,0 мас.%, более предпочтительно самое большее 8,0 мас.%, еще более предпочтительно самое большее 7,00 мас.%, предпочтительно самое большее 6,00 мас.%, более предпочтительно самое большее 5,50 мас.%, предпочтительно самое большее 5,00 мас.%, более предпочтительно самое большее 4,50 мас.%, предпочтительно самое большее 4,00 мас.%, и более предпочтительно самое большее 3,50 мас.% никеля. При более низких уровнях никеля в составе анода сливаемый поток может поддерживаться меньшим, что упрощает его дальнейшую обработку и связанные с этим эксплуатационные расходы. Более низкие уровни никеля также уменьшают необходимость добавления дополнительных катионов меди в электролит. Меньшее количество никеля также уменьшает анодную пассивацию, что позволяет осуществлять принимаемые для борьбы с анодной пассивацией меры с меньшей жесткостью и/или интенсивностью. Меньшее количество никеля также уменьшает проблемы промышленной гигиены, связанные с аэрозолями никеля.In one embodiment of the present invention, the composition of the anode and/or molten liquid metal composition of the present invention contains at least 0.25 wt.% nickel, preferably at least 0.50 wt.%, more preferably at least 0.75 wt. .%, even more preferably at least 1.00 wt.%, preferably at least 1.25 wt.%, more preferably at least 1.50 wt.%, even more preferably at least 2.00 wt. %, preferably at least 2.10 wt.%, more preferably at least 2.25 wt.%, even more preferably at least 2.50 wt.%, preferably at least 2.75 wt.%, and more preferably at least 3.00 wt% nickel. The higher level of nickel in the anode allows the upstream process to accept more feeds containing significant amounts of nickel. Such feedstocks are difficult to handle for most electrorefining operations and are therefore more readily available on more cost effective terms. Optionally, the anode composition contains at most 10.0 wt% nickel, preferably at most 9.0 wt%, more preferably at most 8.0 wt%, even more preferably at most 7.00 wt%, preferably at most more than 6.00 wt%, more preferably at most 5.50 wt%, preferably at most 5.00 wt%, more preferably at most 4.50 wt%, preferably at most 4.00 wt%, and more preferably at most 3.50 wt% nickel. At lower levels of nickel in the anode composition, the drain flow can be kept smaller, making it easier to further process and the associated operating costs. Lower nickel levels also reduce the need to add additional copper cations to the electrolyte. Less nickel also reduces anodic passivation, which allows measures to be taken to combat anodic passivation with less severity and/or intensity. Less nickel also reduces the industrial hygiene problems associated with nickel aerosols.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения состав анода и/или расплавленной жидкой металлической композиции по настоящему изобретению содержит по меньшей мере 0,25 мас.% свинца, предпочтительно по меньшей мере 0,50 мас.%, более предпочтительно по меньшей мере 0,75 мас.%, еще более предпочтительно по меньшей мере 1,00 мас.%, предпочтительно по меньшей мере 1,25 мас.%, и более предпочтительно по меньшей мере 1,50 мас.% свинца. Допущение более высокого уровня свинца в аноде позволяет предшествующему процессу работать с меньшей жесткостью по отношению к разделению между свинцом и медью, а также принимать больше сырья, содержащего значительные количества свинца. Такое сырье является трудным в обращении для многих операций по производству меди, и поэтому оно является более доступным на более экономически выгодных условиях. Опционально, состав анода содержит самое большее 6,00 мас.% свинца, предпочтительно самое большее 5,00 мас.%, более предпочтительно самое большее 4,00 мас.%, еще более предпочтительно самое большее 3,00 мас.%, еще более предпочтительно самое большее 2,50 мас.%, еще более предпочтительно самое большее 2,00 мас.%, еще более предпочтительно самое большее 1,80 мас.%, еще более предпочтительно самое большее 1,60 мас.%, и еще более предпочтительно самое большее 1,50 мас.% свинца. При более низком содержании свинца в аноде в ячейке образуется меньше сульфата свинца. Поэтому потребление кислоты на образование сульфата свинца уменьшается. Сульфат свинца имеет очень низкую растворимость в электролите и поэтому легко кристаллизуется в ячейке. Эти кристаллы обладают риском попадания в катод. Следовательно, более низкий уровень свинца в аноде уменьшает риск попадания свинца в катод в виде примеси. Осадки свинца предпочтительно удаляются из ячейки как часть анодных шламов в первом потоке электролита и/или во втором потоке электролита. Поскольку присутствие свинца не оказывает значительного влияния на стоимость анодных шламов, получаемых в процессе, но вносит свой вклад в рабочую нагрузку по переработке анодных шламов, более низкое присутствие свинца в аноде является выгодным, поскольку оно уменьшает объем анодных шламов и, следовательно, эксплуатационную нагрузку без снижения стоимости побочного продукта анодных шламов. Более низкий уровень свинца в составе анода также снижает вероятность выброса свинца на рабочее место во время вмешательства человека, например когда анодные шламы выпускаются из фильтр-пресса, что связано с проблемами промышленной гигиены.In one embodiment of the present invention, the composition of the anode and/or molten metal composition of the present invention contains at least 0.25 wt.% lead, preferably at least 0.50 wt.%, more preferably at least 0.75 wt. .%, even more preferably at least 1.00 wt.%, preferably at least 1.25 wt.%, and more preferably at least 1.50 wt.% lead. Allowing a higher level of lead in the anode allows the upstream process to operate with less harshness in relation to the separation between lead and copper, as well as accept more raw materials containing significant amounts of lead. Such raw materials are difficult to handle for many copper production operations and are therefore more readily available on more cost effective terms. Optionally, the anode composition contains at most 6.00 wt.% lead, preferably at most 5.00 wt.%, more preferably at most 4.00 wt.%, even more preferably at most 3.00 wt.%, even more preferably at most 2.50 wt.%, even more preferably at most 2.00 wt.%, even more preferably at most 1.80 wt.%, even more preferably at most 1.60 wt.%, and even more preferably at most 1.50 wt.% lead. With a lower lead content in the anode, less lead sulfate is formed in the cell. Therefore, the consumption of acid for the formation of lead sulfate is reduced. Lead sulfate has a very low solubility in the electrolyte and therefore easily crystallizes in the cell. These crystals have the risk of falling into the cathode. Therefore, a lower level of lead in the anode reduces the risk of lead entering the cathode as an impurity. Lead deposits are preferably removed from the cell as part of the anode slimes in the first electrolyte stream and/or in the second electrolyte stream. Since the presence of lead does not significantly affect the cost of the anode slime produced in the process, but contributes to the anode slime processing workload, a lower lead content in the anode is advantageous as it reduces the volume of anode slime and therefore the operating load without reducing the cost of the anode sludge by-product. The lower lead content of the anode also reduces the likelihood of lead being released into the workplace during human intervention, such as when anode sludge is discharged from a filter press, which is associated with industrial hygiene concerns.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения состав анода и/или расплавленной жидкой металлической композиции по настоящему изобретению содержит по меньшей мере 0,25 мас.% олова, предпочтительно по меньшей мере 0,50 мас.%, более предпочтительно по меньшей мере 0,75 мас.%, еще более предпочтительно по меньшей мере 1,00 мас.%, предпочтительно по меньшей мере 1,25 мас.%, и более предпочтительно по меньшей мере 1,50 мас.% олова. Допущение более высокого уровня олова в аноде позволяет предшествующему процессу работать с меньшей жесткостью по отношению к разделению между оловом и медью, а также принимать больше сырья, содержащего значительные количества олова. Такое сырье является трудным в обращении для многих операций по производству меди, и поэтому оно является более доступным на более экономически выгодных условиях. В дополнение к этому, олово в анодных шламах довольно легко извлекается из них и представляет значительную часть коммерческой ценности, получаемой от побочного продукта анодных шламов из процесса по настоящему изобретению. Опционально, состав анода содержит самое большее 6,00 мас.% олова, предпочтительно самое большее 5,00 мас.%, более предпочтительно самое большее 4,00 мас.%, еще более предпочтительно самое большее 3,00 мас.%, еще более предпочтительно самое большее 2,50 мас.%, предпочтительно самое большее 2,00 мас.%, более предпочтительно самое большее 1,80 мас.%, и еще более предпочтительно самое большее 1,60 мас.% олова. При более низких уровнях олова в составе анода уменьшается объем анодных шламов, потому что олово главным образом покидает процесс в виде оксида олова или олова и сурьмы, которые, как ожидается, окажутся в анодных шламах. Следовательно, меньшее количество олова в аноде снижает затраты на переработку анодных шламов. Более низкий уровень олова в аноде уменьшает риск попадания олова в катод в виде примеси. Меньшее количество олова также уменьшает риск роста твердых соединений SnSb на смачиваемых поверхностях электролитического цикла, в частности внутри и вокруг электролитических ячеек.In one embodiment of the present invention, the composition of the anode and/or molten liquid metal composition of the present invention contains at least 0.25 wt.% tin, preferably at least 0.50 wt.%, more preferably at least 0.75 wt. .%, even more preferably at least 1.00 wt.%, preferably at least 1.25 wt.%, and more preferably at least 1.50 wt.% tin. Allowing a higher level of tin in the anode allows the upstream process to operate with less harshness in relation to the separation between tin and copper, as well as accept more raw materials containing significant amounts of tin. Such raw materials are difficult to handle for many copper production operations and are therefore more readily available on more cost effective terms. In addition, the tin in the anode slimes is quite easily recovered from them and represents a significant portion of the commercial value derived from the by-product of the anode slimes from the process of the present invention. Optionally, the anode composition contains at most 6.00 wt.% tin, preferably at most 5.00 wt.%, more preferably at most 4.00 wt.%, even more preferably at most 3.00 wt.%, even more preferably at most 2.50 wt.%, preferably at most 2.00 wt.%, more preferably at most 1.80 wt.%, and even more preferably at most 1.60 wt.% tin. At lower levels of tin in the anode formulation, the volume of anode slimes decreases because the tin mostly leaves the process as tin oxide or tin and antimony, which is expected to end up in the anode slimes. Therefore, less tin in the anode reduces the cost of processing anode slimes. A lower level of tin in the anode reduces the risk of tin entering the cathode as an impurity. Less tin also reduces the risk of growth of solid SnSb compounds on the wetted surfaces of the electrolytic cycle, in particular in and around the electrolytic cells.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения состав анода и/или расплавленной жидкой металлической композиции по настоящему изобретению содержит по меньшей мере 0,10 мас.% сурьмы, предпочтительно по меньшей мере 0,15 мас.%, более предпочтительно по меньшей мере 0,20 мас.%, еще более предпочтительно по меньшей мере 0,25 мас.%, предпочтительно по меньшей мере 0,30 мас.%, более предпочтительно по меньшей мере 0,35 мас.%, предпочтительно по меньшей мере 0,40 мас.%, и более предпочтительно по меньшей мере 0,50 мас.% сурьмы. Допущение более высокого уровня сурьмы в аноде позволяет предшествующему процессу работать с меньшей жесткостью по отношению к разделению между сурьмой и медью, а также принимать больше сырья, содержащего значительные количества сурьмы. Такое сырье является трудным в обращении для многих операций по производству меди, и поэтому оно является более доступным на более экономически выгодных условиях. Опционально, состав анода содержит самое большее 3,00 мас.% сурьмы, предпочтительно самое большее 2,50 мас.%, более предпочтительно самое большее 2,00 мас.%, еще более предпочтительно самое большее 1,50 мас.%, еще более предпочтительно самое большее 1,25 мас.%, предпочтительно самое большее 1,00 мас.%, более предпочтительно самое большее 0,90 мас.%, и еще более предпочтительно самое большее 0,80 мас.% сурьмы. Более низкие уровни сурьмы в составе анода уменьшают риск образования оксидных соединений SnSb, которые могут выпадать из раствора и образовывать твердые отложения и расти на смачиваемых поверхностях электролитического цикла, в частности внутри и вокруг электролитических ячеек. Более низкий уровень сурьмы в аноде уменьшает риск попадания сурьмы в катод в виде примеси. Сурьма предпочтительно удаляется из ячейки как часть анодных шламов в первом потоке электролита и/или во втором потоке электролита, обычно в виде интерметаллического оксида, например, оксида олова с сурьмой. Поскольку присутствие сурьмы практически не оказывает влияния на стоимость анодных шламов, получаемых в процессе, но вносит свой вклад в рабочую нагрузку по переработке анодных шламов, более низкое присутствие сурьмы в аноде является выгодным, поскольку оно уменьшает объем анодных шламов и, следовательно, эксплуатационную нагрузку без снижения стоимости побочного продукта анодных шламов.In one embodiment of the present invention, the composition of the anode and/or molten liquid metal composition of the present invention contains at least 0.10 wt.% antimony, preferably at least 0.15 wt.%, more preferably at least 0.20 wt. .%, even more preferably at least 0.25 wt.%, preferably at least 0.30 wt.%, more preferably at least 0.35 wt.%, preferably at least 0.40 wt.%, and more preferably at least 0.50 wt.% antimony. Allowing a higher level of antimony in the anode allows the upstream process to operate with less harshness to the separation between antimony and copper, as well as accept more feeds containing significant amounts of antimony. Such raw materials are difficult to handle for many copper production operations and are therefore more readily available on more cost effective terms. Optionally, the anode composition contains at most 3.00 wt.% antimony, preferably at most 2.50 wt.%, more preferably at most 2.00 wt.%, even more preferably at most 1.50 wt.%, even more preferably at most 1.25 wt.%, preferably at most 1.00 wt.%, more preferably at most 0.90 wt.%, and even more preferably at most 0.80 wt.% antimony. Lower levels of antimony in the anode composition reduce the risk of formation of oxide SnSb compounds, which can fall out of solution and form solid deposits and grow on the wetted surfaces of the electrolytic cycle, in particular in and around the electrolytic cells. A lower level of antimony in the anode reduces the risk of antimony entering the cathode as an impurity. Antimony is preferably removed from the cell as part of the anode slimes in the first electrolyte stream and/or in the second electrolyte stream, usually in the form of an intermetallic oxide such as antimony tin oxide. Since the presence of antimony has little to no effect on the cost of the anode slime produced in the process, but contributes to the anode slime processing workload, a lower antimony presence in the anode is advantageous as it reduces the volume of anode slime and thus the operating load without reducing the cost of the anode sludge by-product.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения состав анода и/или расплавленной жидкой металлической композиции по настоящему изобретению содержит по меньшей мере 0,010 мас.% висмута, предпочтительно по меньшей мере 0,015 мас.%, более предпочтительно по меньшей мере 0,020 мас.%, еще более предпочтительно по меньшей мере 0,025 мас.%, предпочтительно по меньшей мере 0,030 мас.%, и более предпочтительно по меньшей мере 0,035 мас.% висмута. Допущение более высокого уровня висмута в аноде позволяет предшествующему процессу работать с меньшей жесткостью по отношению к разделению между висмутом и медью, а также принимать больше сырья, содержащего значительные количества висмута. Такое сырье является трудным в обращении для многих операций по производству меди, и поэтому оно является более доступным на более экономически выгодных условиях. Опционально, состав анода содержит самое большее 0,50 мас.% висмута, предпочтительно самое большее 0,25 мас.%, более предпочтительно самое большее 0,200 мас.%, еще более предпочтительно самое большее 0,150 мас.%, еще более предпочтительно самое большее 0,100 мас.%, предпочтительно самое большее 0,090 мас.%, более предпочтительно самое большее 0,080 мас.%, и еще более предпочтительно самое большее 0,070 мас.% висмута. Более низкий уровень висмута в аноде уменьшает риск попадания висмута в катод в виде примеси. Висмут предпочтительно удаляется из ячейки как часть анодных шламов в первом потоке электролита и/или во втором потоке электролита, предположительно в виде металлического висмута и/или в виде арсената, такого как BiAsO4, если присутствует достаточное количество мышьяка. Поскольку присутствие висмута практически не оказывает влияния на стоимость анодных шламов, получаемых в процессе, но вносит свой вклад в рабочую нагрузку по переработке анодных шламов, более низкое присутствие висмута в аноде является выгодным, поскольку оно уменьшает объем анодных шламов и, следовательно, эксплуатационную нагрузку без снижения стоимости побочного продукта анодных шламов.In one embodiment of the present invention, the composition of the anode and/or molten liquid metal composition of the present invention contains at least 0.010 wt.% bismuth, preferably at least 0.015 wt.%, more preferably at least 0.020 wt.%, even more preferably at least 0.025 wt.%, preferably at least 0.030 wt.%, and more preferably at least 0.035 wt.% bismuth. Allowing a higher level of bismuth in the anode allows the upstream process to operate with less harshness in relation to the separation between bismuth and copper, as well as accept more feeds containing significant amounts of bismuth. Such raw materials are difficult to handle for many copper production operations and are therefore more readily available on more cost effective terms. Optionally, the anode composition contains at most 0.50 wt.% bismuth, preferably at most 0.25 wt.%, more preferably at most 0.200 wt.%, even more preferably at most 0.150 wt.%, even more preferably at most 0.100 % wt., preferably at most 0.090 wt.%, more preferably at most 0.080 wt.%, and even more preferably at most 0.070 wt.% bismuth. A lower level of bismuth in the anode reduces the risk of bismuth entering the cathode as an impurity. Bismuth is preferably removed from the cell as part of the anode slimes in the first electrolyte stream and/or in the second electrolyte stream, presumably as bismuth metal and/or as an arsenate such as BiAsO 4 if sufficient arsenic is present. Since the presence of bismuth has little to no effect on the cost of the anode slime produced in the process, but contributes to the anode slime processing workload, a lower presence of bismuth in the anode is advantageous as it reduces the volume of anode slime and thus the operating load without reducing the cost of the anode sludge by-product.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения состав анода и/или расплавленной жидкой металлической композиции по настоящему изобретению содержит по меньшей мере 0,0010 мас.% цинка, предпочтительно по меньшей мере 0,0050 мас.%, более предпочтительно по меньшей мере 0,0075 мас.%, еще более предпочтительно по меньшей мере 0,010 мас.%, предпочтительно по меньшей мере 0,015 мас.%, и более предпочтительно по меньшей мере 0,020 мас.% цинка. Допущение более высокого уровня цинка позволяет предшествующему процессу работать с меньшей жесткостью по отношению к удалению цинка из содержащих медь потоков, приводящих к составу анода, а также принимать больше сырья, которое содержит значительные количества цинка. Такое сырье является трудным в обращении для многих операций по производству меди, и поэтому оно является более доступным на более экономически выгодных условиях. Опционально, состав анода содержит самое большее 0,50 мас.% цинка, предпочтительно самое большее 0,25 мас.%, более предпочтительно самое большее 0,200 мас.%, еще более предпочтительно самое большее 0,150 мас.%, еще более предпочтительно самое большее 0,100 мас.%, более предпочтительно самое большее 0,090 мас.%, предпочтительно самое большее 0,080 мас.%, более предпочтительно самое большее 0,070 мас.%, предпочтительно самое большее 0,050 мас.%, и более предпочтительно самое большее 0,025 мас.% цинка. Более низкий уровень цинка в аноде уменьшает риск попадания цинка в катод в виде примеси. Цинк предпочтительно удаляется из процесса как часть слива из цикла электролита и/или как часть анодных шламов в первом потоке электролита и/или во втором потоке электролита. Поскольку присутствие цинка практически не оказывает влияния на стоимость анодных шламов и/или сливаемого потока, производимых в процессе, но вносит свой вклад в рабочую нагрузку по переработке анодных шламов и/или сливаемого потока, более низкое присутствие цинка в аноде является выгодным, поскольку оно уменьшает объем анодных шламов и, следовательно, эксплуатационную нагрузку без снижения стоимости побочного продукта анодных шламов. То же самое относится и к ценности сливаемого потока и затрат на его переработку.In one embodiment of the present invention, the composition of the anode and/or molten liquid metal composition of the present invention contains at least 0.0010 wt.% zinc, preferably at least 0.0050 wt.%, more preferably at least 0.0075 wt. .%, even more preferably at least 0.010 wt.%, preferably at least 0.015 wt.%, and more preferably at least 0.020 wt.% zinc. Allowing for a higher level of zinc allows the upstream process to be less stringent in removing zinc from the copper containing streams resulting in an anode composition, as well as accepting more feed which contains significant amounts of zinc. Such raw materials are difficult to handle for many copper production operations and are therefore more readily available on more cost effective terms. Optionally, the anode composition contains at most 0.50 wt. % zinc, preferably at most 0.25 wt. %, more preferably at most 0.200 wt. wt%, more preferably at most 0.090 wt%, preferably at most 0.080 wt%, more preferably at most 0.070 wt%, preferably at most 0.050 wt%, and more preferably at most 0.025 wt% zinc. A lower level of zinc in the anode reduces the risk of zinc entering the cathode as an impurity. Zinc is preferably removed from the process as part of the drain from the electrolyte cycle and/or as part of the anode slimes in the first electrolyte stream and/or in the second electrolyte stream. Since the presence of zinc has little to no effect on the cost of the anode sludge and/or effluent produced in the process, but does contribute to the anode sludge and/or effluent processing workload, a lower presence of zinc in the anode is advantageous as it reduces the volume of anode sludge and therefore the operating load without reducing the cost of the anode sludge by-product. The same applies to the value of the drained stream and the costs of its processing.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения состав анода содержит по меньшей мере 0,005 мас.% мышьяка, предпочтительно по меньшей мере 0,010 мас.%, более предпочтительно по меньшей мере 0,020 мас.%, еще более предпочтительно по меньшей мере 0,025 мас.%, предпочтительно по меньшей мере 0,050 мас.%, более предпочтительно по меньшей мере 0,060 мас.%, еще более предпочтительно по меньшей мере 0,070 мас.%, и еще более предпочтительно по меньшей мере 0,075 мас.% мышьяка. Допущение более высокого уровня мышьяка в аноде позволяет предшествующему процессу работать с меньшей жесткостью по отношению к удалению мышьяка из содержащих медь потоков, приводящих к составу анода, а также принимать больше сырья, которое содержит значительные количества мышьяка. Такое сырье является трудным в обращении для многих операций по производству меди, и поэтому оно является более доступным на более экономически выгодных условиях. Также утверждается, что мышьяк уменьшает анодную пассивацию и способен образовывать интерметаллические соединения, такие как арсенаты, такие как SbAsO4 и BiAsO4, которые легко выпадают из раствора и переводят другие металлические примеси в анодные шламы. Следовательно, соединение с более высоким содержанием мышьяка может также дать преимущество в виде уменьшенной анодной пассивации и более быстрого удаления других примесных металлов, заставляя их стать частью анодных шламов. Опционально, состав анода содержит самое большее 0,40 мас.% мышьяка, предпочтительно самое большее 0,30 мас.%, более предпочтительно самое большее 0,250 мас.%, еще более предпочтительно самое большее 0,200 мас.%, еще более предпочтительно самое большее 0,175 мас.%, предпочтительно самое большее 0,150 мас.%, более предпочтительно самое большее 0,125 мас.%, и еще более предпочтительно самое большее 0,100 мас.% мышьяка. Более низкий уровень мышьяка в аноде уменьшает риск попадания мышьяка в катод в виде примеси. Мышьяк предпочтительно удаляется из ячейки как часть анодных шламов в первом потоке электролита и/или во втором потоке электролита, например в виде арсената другой металлической примеси, такой как сурьма или висмут, или в виде смешанного оксида, такого как 2As2O5×3Sb2O3, или будучи связанным и/или захваченным в оксидах олова и/или олова и сурьмы. Поскольку присутствие мышьяка практически не оказывает влияния на стоимость анодных шламов, получаемых в процессе, но вносит свой вклад в рабочую нагрузку по переработке анодных шламов, более низкое присутствие мышьяка в аноде является выгодным, поскольку оно уменьшает объем анодных шламов и, следовательно, эксплуатационную нагрузку без снижения стоимости побочного продукта анодных шламов.In one embodiment of the present invention, the anode composition contains at least 0.005 wt.% arsenic, preferably at least 0.010 wt.%, more preferably at least 0.020 wt.%, even more preferably at least 0.025 wt.%, preferably at least at least 0.050 wt.%, more preferably at least 0.060 wt.%, even more preferably at least 0.070 wt.%, and even more preferably at least 0.075 wt.% arsenic. Allowing a higher level of arsenic in the anode allows the upstream process to be less stringent in removing arsenic from the copper-bearing streams resulting in an anode composition, as well as accept more feeds that contain significant amounts of arsenic. Such raw materials are difficult to handle for many copper production operations and are therefore more readily available on more cost effective terms. It is also claimed that arsenic reduces anodic passivation and is able to form intermetallic compounds such as arsenates such as SbAsO 4 and BiAsO 4 which readily fall out of solution and transfer other metal impurities to the anode slimes. Therefore, a compound with a higher arsenic content may also offer the advantage of reduced anodic passivation and faster removal of other impurity metals, causing them to become part of the anode slimes. Optionally, the anode composition contains at most 0.40 wt. % arsenic, preferably at most 0.30 wt. wt.%, preferably at most 0.150 wt.%, more preferably at most 0.125 wt.%, and even more preferably at most 0.100 wt.% arsenic. A lower level of arsenic in the anode reduces the risk of arsenic entering the cathode as an impurity. Arsenic is preferably removed from the cell as part of the anode sludges in the first electrolyte stream and/or in the second electrolyte stream, for example as the arsenate of another metal impurity such as antimony or bismuth, or as a mixed oxide such as 2As 2 O 5 ×3Sb 2 O 3 , or being bound and/or trapped in oxides of tin and/or tin and antimony. Since the presence of arsenic has little to no effect on the cost of the anode slime produced in the process, but does contribute to the anode slime processing workload, a lower anode arsenic presence is advantageous as it reduces the volume of anode slime and therefore the operating load without reducing the cost of the anode sludge by-product.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения состав анода и/или расплавленной жидкой металлической композиции по настоящему изобретению содержит по меньшей мере 0,0001 мас.% серебра, предпочтительно по меньшей мере 0,0010 мас.%, более предпочтительно по меньшей мере 0,0050 мас.%, еще более предпочтительно по меньшей мере 0,0100 мас.%, предпочтительно по меньшей мере 0,0150 мас.%, более предпочтительно по меньшей мере 0,0200 мас.%, еще более предпочтительно по меньшей мере 0,0250 мас.%, предпочтительно по меньшей мере 0,0300 мас.%, более предпочтительно по меньшей мере 0,0350 мас.%, и еще более предпочтительно по меньшей мере 0,0400 мас.% серебра. Серебро легко покидает процесс по настоящему изобретению, чаще всего как часть анодных шламов, и вносит значительный вклад в стоимость побочного продукта анодных шламов процесса по настоящему изобретению. Таким образом, более высокое содержание серебра является предпочтительным, поскольку оно делает переработку анодных шламов и извлечение содержащихся в них металлов экономически более выгодными. Опционально, состав анода и/или расплавленной жидкой металлической композиции по настоящему изобретению содержат самое большее 0,50 мас.% серебра, предпочтительно самое большее 0,25 мас.%, более предпочтительно самое большее 0,200 мас.%, еще более предпочтительно самое большее 0,150 мас.%, еще более предпочтительно самое большее 0,100 мас.%, предпочтительно самое большее 0,075 мас.%, более предпочтительно самое большее 0,060 мас.%, и еще более предпочтительно самое большее 0,050 мас.% серебра. Высокое содержание серебра увеличивает риск попадания серебра в катоды. Серебро в медном аноде не приносит дополнительной экономической ценности и поэтому является менее ценным по сравнению с серебром в анодных шламах. Серебро является нежелательной примесью в катодной меди, потому что оно создает технические проблемы при главном конечном использовании меди, то есть при вытягивании медной проволоки.In one embodiment of the present invention, the composition of the anode and/or molten liquid metal composition of the present invention contains at least 0.0001 wt.% silver, preferably at least 0.0010 wt.%, more preferably at least 0.0050 wt. .%, even more preferably at least 0.0100 wt.%, preferably at least 0.0150 wt.%, more preferably at least 0.0200 wt.%, even more preferably at least 0.0250 wt. %, preferably at least 0.0300 wt.%, more preferably at least 0.0350 wt.%, and even more preferably at least 0.0400 wt.% silver. Silver easily leaves the process of the present invention, most often as part of the anode slimes, and contributes significantly to the cost of the by-product of the anode slimes of the process of the present invention. Thus, a higher silver content is preferred because it makes the processing of anode slimes and the recovery of the metals contained therein more economically advantageous. Optionally, the composition of the anode and/or molten liquid metal composition of the present invention contains at most 0.50 wt.% silver, preferably at most 0.25 wt.%, more preferably at most 0.200 wt.%, even more preferably at most 0.150 wt.%, even more preferably at most 0.100 wt.%, preferably at most 0.075 wt.%, more preferably at most 0.060 wt.%, and even more preferably at most 0.050 wt.% silver. A high silver content increases the risk of silver getting into the cathodes. The silver in the copper anode does not provide additional economic value and is therefore less valuable than the silver in the anode sludge. Silver is an undesirable impurity in cathode copper because it creates technical problems in the main end use of copper, ie copper wire drawing.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения состав анода содержит самое большее 0,0500 мас.% или 500 мас. млн-1 кислорода, предпочтительно самое большее 0,0400 мас.%, более предпочтительно самое большее 0,0300 мас.%, еще более предпочтительно самое большее 0,0200 мас.%, еще более предпочтительно самое большее 0,0180 мас.%, предпочтительно самое большее 0,0150 мас.%, более предпочтительно самое большее 0,0125 мас.%, и еще более предпочтительно самое большее 0,0100 мас.% или 100 мас. млн-1 кислорода. Заявители предпочитают, чтобы содержание кислорода было ниже заданного предела, потому что чрезмерное присутствие кислорода увеличивает риск неправильного формирования анода во время литья и охлаждения, как объясняется в другом месте в данном документе. По этой причине заявители предпочитают, чтобы состав анода содержал кислород в количестве ниже заданного верхнего предела.In one embodiment of the present invention, the anode composition contains at most 0.0500 wt.% or 500 wt. ppm oxygen, preferably at most 0.0400 wt.%, more preferably at most 0.0300 wt.%, even more preferably at most 0.0200 wt.%, even more preferably at most 0.0180 wt.%, preferably at most 0.0150 wt.%, more preferably at most 0.0125 wt.%, and even more preferably at most 0.0100 wt.% or 100 wt. ppm oxygen. Applicants prefer that the oxygen content be below a predetermined limit because the excessive presence of oxygen increases the risk of improper anode formation during casting and cooling, as explained elsewhere in this document. For this reason, Applicants prefer that the anode composition contains oxygen in an amount below a predetermined upper limit.

Опционально, состав анода содержит по меньшей мере 0,0005 мас.% или 5 мас. млн-1 кислорода, предпочтительно по меньшей мере 0,0010 мас.%, более предпочтительно по меньшей мере 0,0015 мас.%, еще более предпочтительно по меньшей мере 0,0020 мас.%, предпочтительно по меньшей мере 0,0025 мас.%, более предпочтительно по меньшей мере 0,0030 мас.%, еще более предпочтительно по меньшей мере 0,0040 мас.%, предпочтительно по меньшей мере 0,0050 мас.%, более предпочтительно по меньшей мере 0,0075 мас.%, и еще более предпочтительно по меньшей мере 0,0100 мас.% или 100 мас. млн-1 кислорода. Заявители обнаружили, что предпочтительно не уменьшать содержание кислорода в составе анода до очень низких уровней. Затраты и усилия по достижению очень низких уровней кислорода в составе анода не компенсируются эквивалентным экономическим эффектом. Напротив, дополнительные усилия, обычно предпринимаемые для того, чтобы дополнительно уменьшить содержание кислорода до значений ниже указанного нижнего предела, обычно утомительны, сложны, а также имеют тенденцию к удалению некоторых ценных металлов из состава анода, а следовательно уменьшать его объем и создавать побочные потоки с более низкой ценностью. По этой причине заявители предпочитают иметь уровень кислорода в составе анода в соответствии с указанным нижним пределом.Optionally, the composition of the anode contains at least 0.0005 wt.% or 5 wt. ppm oxygen, preferably at least 0.0010 wt.%, more preferably at least 0.0015 wt.%, even more preferably at least 0.0020 wt.%, preferably at least 0.0025 wt. %, more preferably at least 0.0030 wt.%, even more preferably at least 0.0040 wt.%, preferably at least 0.0050 wt.%, more preferably at least 0.0075 wt.%, and even more preferably at least 0.0100 wt.% or 100 wt. ppm oxygen. Applicants have found that it is preferable not to reduce the oxygen content of the anode composition to very low levels. The cost and effort to achieve very low levels of oxygen in the anode formulation is not offset by an equivalent economic benefit. On the contrary, the additional efforts usually taken to further reduce the oxygen content to values below the specified lower limit are usually tedious, complicated, and also tend to remove some valuable metals from the anode composition, and therefore reduce its volume and create side flows with lower value. For this reason, applicants prefer to have the level of oxygen in the anode composition in accordance with the specified lower limit.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения состав анода представляет собой расплавленную жидкую металлическую композицию по настоящему изобретению, содержание кислорода в которой было дополнительно снижено, предпочтительно так, чтобы оно достигало диапазона концентраций, указанного для состава анода процесса по настоящему изобретению, например от 5 мас. млн-1 до 500 мас. млн-1.In one embodiment of the present invention, the anode composition is a molten liquid metal composition of the present invention, the oxygen content of which has been further reduced, preferably so that it reaches the concentration range specified for the anode composition of the process of the present invention, for example from 5 wt. ppm to 500 wt. ppm .

В одном варианте осуществления настоящего изобретения состав электролита соответствует по меньшей мере одному, а предпочтительно всем следующим условиям:In one embodiment of the present invention, the composition of the electrolyte meets at least one, and preferably all of the following conditions:

- содержит медь в диапазоне 20-55 грамм/литр,- contains copper in the range of 20-55 grams/litre,

- содержит никель в диапазоне 25-90 грамм/литр,- contains nickel in the range of 25-90 grams/litre,

- содержит серную кислоту в диапазоне 130-200 грамм/литр, предпочтительно самое большее 190 грамм/литр, более предпочтительно самое большее 180 грамм/литр, еще более предпочтительно самое большее 170 грамм/литр, еще более предпочтительно самое большее 160 грамм/литр, и опционально по меньшей мере 140 грамм/литр,- contains sulfuric acid in the range of 130-200 grams/liter, preferably at most 190 grams/liter, more preferably at most 180 grams/liter, even more preferably at most 170 grams/liter, even more preferably at most 160 grams/liter, and optionally at least 140 grams/litre,

- содержит олово в диапазоне 0,4-1,4 грамма/литр, предпочтительно самое большее 1,2 грамма/литр, более предпочтительно самое большее 1,0 грамма/литр, еще более предпочтительно самое большее 0,90 грамма/литр, еще более предпочтительно самое большее 0,80 грамма/литр, и - contains tin in the range of 0.4-1.4 grams/liter, preferably at most 1.2 grams/liter, more preferably at most 1.0 grams/liter, even more preferably at most 0.90 grams/liter, still more preferably at most 0.80 grams/litre, and

- содержит мышьяк в диапазоне 10-200 миллиграмм/литр, предпочтительно по меньшей мере 15 миллиграмм/литр, более предпочтительно по меньшей мере 20 миллиграмм/литр, и опционально самое большее 175 миллиграмм/литр, предпочтительно самое большее 150 миллиграмм/литр, более предпочтительно самое большее 100 миллиграмм/литр, еще более предпочтительно самое большее 75 миллиграмм/литр, и наиболее предпочтительно самое большее 50 миллиграмм/литр.- contains arsenic in the range of 10-200 milligrams/liter, preferably at least 15 milligrams/liter, more preferably at least 20 milligrams/liter, and optionally at most 175 milligrams/liter, preferably at most 150 milligrams/liter, more preferably at most 100 milligrams/liter, even more preferably at most 75 milligrams/liter, and most preferably at most 50 milligrams/liter.

Заявители обнаружили, что полезно поддерживать содержание растворенной меди в электролите в предписанных пределах, поскольку этот диапазон обеспечивает превосходный баланс между ее положительной функцией на катоде, где высокая концентрация способствует диффузии через застойную пленку на поверхности катода, и ее возможной отрицательной функциональностью на аноде, где высокая концентрация уменьшает движущую силу для диффузии через застойную пленку на поверхности анода.Applicants have found that it is beneficial to maintain the dissolved copper content of the electrolyte within prescribed limits, since this range provides an excellent balance between its positive function at the cathode, where a high concentration promotes diffusion through a stagnant film on the cathode surface, and its possible negative functionality at the anode, where a high concentration reduces the driving force for diffusion through the stagnant film on the anode surface.

Заявители предпочитают поддерживать содержание никеля в электролите в предписанных пределах, предпочтительно по меньшей мере 30 грамм/литр, более предпочтительно по меньшей мере 35 грамм/литр, еще более предпочтительно по меньшей мере 40 грамм/литр, предпочтительно по меньшей мере 45 грамм/литр, более предпочтительно по меньшей мере 50 грамм/литр, еще более предпочтительно по меньшей мере 55 грамм/литр, предпочтительно по меньшей мере 60 грамм/литр, и более предпочтительно по меньшей мере 65 грамм/литр. Более высокое содержание никеля увеличивает ценность сливаемого потока, из которого никель может быть извлечен путем его дальнейшей переработки, из-за более высокого количества присутствующего никеля, а также потому, что его извлечение становится более эффективным. С другой стороны, более высокое содержание никеля в электролите также увеличивает риск того, что локально, например в холодных местах или в каплях электролита, которые стекли на части оборудования, которые не погружены в электролит, но могут быть горячими, сульфат никеля выпадает из раствора и образует твердое вещество, которое может ухудшить или даже затруднить правильную работу оборудования. По этим причинам заявители предпочитают поддерживать содержание никеля в электролите на уровне самое большее 85 грамм/литр, предпочтительно самое большее 80 грамм/литр, более предпочтительно самое большее 75 грамм/литр, и еще более предпочтительно самое большее 70 грамм/литр.Applicants prefer to maintain the nickel content of the electrolyte within prescribed limits, preferably at least 30 grams/liter, more preferably at least 35 grams/liter, even more preferably at least 40 grams/liter, preferably at least 45 grams/liter, more preferably at least 50 grams/liter, even more preferably at least 55 grams/liter, preferably at least 60 grams/liter, and more preferably at least 65 grams/liter. A higher nickel content increases the value of the effluent from which the nickel can be recovered by further processing, due to the higher amount of nickel present and also because its recovery becomes more efficient. On the other hand, a higher nickel content in the electrolyte also increases the risk that locally, for example in cold places or in drops of electrolyte that have dripped onto parts of the equipment that are not immersed in the electrolyte, but may be hot, nickel sulfate precipitates out of solution and forms a solid substance which may impair or even hinder the correct operation of the equipment. For these reasons, Applicants prefer to maintain the nickel content of the electrolyte at a maximum of 85 grams/liter, preferably at a maximum of 80 grams/liter, more preferably at a maximum of 75 grams/liter, and even more preferably at a maximum of 70 grams/liter.

Заявители обнаружили, что выгодно поддерживать содержание серной кислоты в электролите в предписанных пределах, потому что этот диапазон обеспечивает превосходный баланс между, с одной стороны, ее положительными функциями растворения металлов из анода и придания электропроводности электролиту и, с другой стороны, ее возможной отрицательной функциональностью увеличения плотности и вязкости электролита, что ухудшает массо- и теплопередачу и скорость оседания анодных шламов и создает риск повреждения оборудования, которое может войти в контакт с электролитом. Более высокие концентрации серной кислоты могут потребовать выбора более экзотических и, следовательно, дорогих конструкционных материалов, то есть дополнительных капитальных затрат, которых можно избежать, соблюдая указанный верхний предел.Applicants have found it beneficial to maintain the sulfuric acid content of the electrolyte within prescribed limits because this range provides an excellent balance between, on the one hand, its positive functions of dissolving metals from the anode and imparting electrical conductivity to the electrolyte, and, on the other hand, its possible negative functionality of increasing density and viscosity of the electrolyte, which impairs the mass and heat transfer and the settling rate of anode slimes and creates a risk of damage to equipment that may come into contact with the electrolyte. Higher concentrations of sulfuric acid may require the choice of more exotic and therefore expensive construction materials, ie additional capital costs that can be avoided by respecting the specified upper limit.

Заявители обнаружили, что растворенное в электролите олово имеет тенденцию к образованию так называемых «всплывающих шламов», частиц анодного шлама, которые не опускаются на дно в электролитической ячейке и не опускаются на дно в отстойнике, где время пребывания может быть значительно больше, а скорости жидкости могут быть значительно меньше, чем в ячейке. Таким образом, такие всплывающие шламы не удаляются из электролита различными описанными средствами процесса для удаления анодных шламов. Applicants have found that tin dissolved in the electrolyte tends to form so-called "floating sludge", particles of anode sludge that do not sink to the bottom in the electrolytic cell and do not sink to the bottom in the settling tank, where the residence time can be much longer and the liquid velocity can be much smaller than in the cell. Thus, such floating cuttings are not removed from the electrolyte by the various process means described for removing anode cuttings.

Заявители желают, чтобы уровень мышьяка в электролите оставался ниже указанного верхнего предела. Присутствие мышьяка выше указанного нижнего предела может быть полезным, потому что это уменьшает действие механизма анодной пассивации и может переводить больше других металлических загрязняющих примесей в интерметаллические соединения, которые являются твердыми и становятся частью анодных шламов. Однако большее количество мышьяка в электролите, чем указанный верхний предел, может быть невыгодным, поскольку оно приводит к большему количеству мышьяка в сливаемом потоке, что требует дополнительной обработки для извлечения большей части содержащегося в нем металла, а также приносит больше мышьяка в побочный продукт анодных шламов. Большее количество мышьяка может создать дополнительную нагрузку по дальнейшей переработке анодных шламов и/или сливаемого потока, удаляемого из электролитического цикла, до такой степени, что это может потребовать дополнительной стадии по их соответствующей дальнейшей переработке. Большее количество мышьяка не увеличивает ценности потоков побочного продукта, и поэтому содержание мышьяка предпочтительно поддерживается на уровне ниже заданного верхнего предела. С другой стороны, заявители обнаружили, что низкие уровни мышьяка, в соответствии с указанным нижним пределом, являются приемлемыми, потому что дополнительные затраты или ограничения, налагаемые требованием еще более низкого содержания мышьяка, не компенсируются дополнительными преимуществами меньшего присутствия мышьяка.Applicants desire to keep the arsenic level in the electrolyte below the specified upper limit. The presence of arsenic above the specified lower limit can be beneficial because it reduces the effect of the anodic passivation mechanism and can convert more other metallic contaminants to intermetallic compounds that are hard and become part of the anode slimes. However, more arsenic in the electrolyte than the specified upper limit may be disadvantageous because it results in more arsenic in the overflow, requiring additional processing to recover most of the metal it contains, and also introduces more arsenic into the anode sludge by-product. . A higher amount of arsenic can create an additional burden on the further processing of the anode slimes and/or effluent stream removed from the electrolytic cycle, to the extent that it may require an additional stage for their respective further processing. More arsenic does not increase the value of the by-product streams, and therefore the arsenic content is preferably kept below a predetermined upper limit. On the other hand, applicants have found that low levels of arsenic, in accordance with the specified lower limit, are acceptable because the additional cost or limitation imposed by requiring even lower arsenic content is not offset by the additional benefits of less arsenic.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения в электролит добавляют по меньшей мере один, а предпочтительно все из следующих технологических химикатов, как предписано: In one embodiment of the present invention, at least one, and preferably all, of the following process chemicals are added to the electrolyte, as prescribed:

- поверхностно-активные компоненты (например, желатин) в диапазоне 25-900 грамм/тонну производимой катодной меди, предпочтительно по меньшей мере 50 грамм/тонну, более предпочтительно по меньшей мере 100 грамм/тонну, еще более предпочтительно по меньшей мере 150 грамм/тонну, предпочтительно по меньшей мере 200 грамм/тонну, более предпочтительно по меньшей мере 250 грамм/тонну, предпочтительно по меньшей мере 300 грамм/тонну, более предпочтительно по меньшей мере 350 грамм/тонну, еще более предпочтительно по меньшей мере 400 грамм/тонну, еще более предпочтительно по меньшей мере 450 грамм/тонну, предпочтительно по меньшей мере 500 грамм/тонну, более предпочтительно по меньшей мере 600 грамм/тонну, и опционально самое большее 800 грамм/тонну, предпочтительно самое большее 700 грамм/тонну, более предпочтительно самое большее 600 грамм/тонну, еще более предпочтительно самое большее 500 грамм/тонну, еще более предпочтительно самое большее 400 грамм/тонну, и наиболее предпочтительно самое большее 350 грамм/тонну производимой катодной меди,- surface-active components (eg gelatin) in the range of 25-900 grams/ton of produced cathode copper, preferably at least 50 grams/ton, more preferably at least 100 grams/ton, even more preferably at least 150 grams/ ton, preferably at least 200 grams/ton, more preferably at least 250 grams/ton, preferably at least 300 grams/ton, more preferably at least 350 grams/ton, even more preferably at least 400 grams/ton , even more preferably at least 450 grams/ton, preferably at least 500 grams/ton, more preferably at least 600 grams/ton, and optionally at most 800 grams/ton, preferably at most 700 grams/ton, more preferably at most 600 grams/ton, even more preferably at most 500 grams/ton, even more preferably at most 400 grams/ton, and most preferably at most over 350 grams/tonne of copper cathode produced,

- соляная кислота (HCl) в диапазоне 25-250 грамм HCl на тонну производимой катодной меди,- hydrochloric acid (HCl) in the range of 25-250 grams of HCl per ton of copper cathode produced,

- бромистоводородная кислота (HBr) в диапазоне 25-400 грамм HBr на тонну производимой катодной меди, - hydrobromic acid (HBr) in the range of 25-400 grams of HBr per ton of copper cathode produced,

- по меньшей мере один флокулянт в диапазоне 800-3000 миллиграмм на тонну производимой катодной меди, предпочтительно по меньшей мере 1000, опционально самое большее 2500, предпочтительно самое большее 2000, и более предпочтительно самое большее 1500 миллиграмм/тонну производимой катодной меди, и- at least one flocculant in the range of 800-3000 milligrams per ton of copper cathode produced, preferably at least 1000, optionally at most 2500, preferably at most 2000, and more preferably at most 1500 milligrams/ton of copper cathode produced, and

- тиомочевина в диапазоне 15-150 грамм на тонну производимой катодной меди.- thiourea in the range of 15-150 grams per tonne of copper cathode produced.

Заявители предпочитают добавлять к электролиту по меньшей мере один поверхностно-активный компонент. Заявители обнаружили, что поверхностно-активные компоненты уменьшают/устраняют рост дендритов на катодах, а значит, уменьшают риск возникновения короткого замыкания. Заявители обнаружили, что желатин является весьма подходящим поверхностно-активным компонентом. Заявители обнаружили, что предписанный диапазон добавления, и обычно примерно 650 грамм желатина на тонну производимой катодной меди, является достаточно эффективным, не создавая при этом дополнительных проблем или непредвиденных эксплуатационных расходов.Applicants prefer to add at least one surfactant component to the electrolyte. Applicants have found that surfactants reduce/eliminate dendritic growth on cathodes and thus reduce the risk of short circuits. Applicants have found that gelatin is a very suitable surfactant component. Applicants have found that the prescribed addition range, and typically about 650 grams of gelatin per tonne of copper cathode produced, is reasonably effective without creating additional problems or unexpected operating costs.

Заявители предпочитают добавлять в электролит соляную кислоту (HCl). Соляная кислота дает то преимущество, что ослабляется полимеризация какого-либо желатина, который может быть добавлен, и его полимерные цепи режутся на мелкие кусочки, так что желатин сохраняет свою активность. Еще более важно то, что хлор из соляной кислоты способен связывать серебро (Ag) в нерастворимой форме (AgCl), которая легко попадает в состав анодных шламов и может быть удобно удалена из процесса, так что большая часть серебра может быть извлечена экономично. Заявители предпочитают добавлять по меньшей мере 30 грамм соляной кислоты на тонну производимой катодной меди, предпочтительно по меньшей мере 50 грамм, более предпочтительно по меньшей мере 75 грамм, еще более предпочтительно по меньшей мере 100 грамм на тонну производимой катодной меди, и опционально самое большее 225 грамм, предпочтительно самое большее 200 грамм, более предпочтительно самое большее 175 грамм, и наиболее предпочтительно самое большее 150 грамм на тонну производимой катодной меди. Заявители считают самым удобным вводить соляную кислоту как раствор с концентрацией 30 мас.% и предпочитают добавлять примерно 430 миллилитров этого раствора на тонну производимой катодной меди, но при необходимости можно использовать и другие концентрации. Applicants prefer to add hydrochloric acid (HCl) to the electrolyte. Hydrochloric acid has the advantage that the polymerization of any gelatin that may be added is reduced and its polymer chains are cut into small pieces so that the gelatin retains its activity. More importantly, the chlorine from hydrochloric acid is capable of sequestering silver (Ag) in an insoluble form (AgCl) which is easily incorporated into anode slimes and can be conveniently removed from the process so that most of the silver can be recovered economically. Applicants prefer to add at least 30 grams of hydrochloric acid per ton of copper cathode produced, preferably at least 50 grams, more preferably at least 75 grams, even more preferably at least 100 grams per ton of copper cathode produced, and optionally at most 225 grams, preferably at most 200 grams, more preferably at most 175 grams, and most preferably at most 150 grams per tonne of copper cathode produced. Applicants find it most convenient to introduce hydrochloric acid as a solution at a concentration of 30 wt.% and prefer to add about 430 milliliters of this solution per ton of copper cathode produced, but other concentrations can be used if necessary.

Заявители предпочитают добавлять к электролиту также бромистоводородную кислоту (HBr) в указанном диапазоне дозирования. Заявители предпочитают добавлять по меньшей мере 30 грамм бромистоводородной кислоты на тонну производимой катодной меди, предпочтительно по меньшей мере 50 грамм, более предпочтительно по меньшей мере 75 грамм, еще более предпочтительно по меньшей мере 100 грамм на тонну производимой катодной меди, и опционально самое большее 350 грамм, предпочтительно самое большее 300 грамм, более предпочтительно самое большее 250 грамм, и наиболее предпочтительно самое большее 200 грамм на тонну производимой катодной меди. Заявители предпочитают добавлять обычно примерно 125 грамм HBr на тонну производимой катодной меди. Бромистоводородная кислота дает те же самые преимущества, что и соляная кислота. Добавление бромистоводородной кислоты дает дополнительную выгоду, заключающуюся в том, что ее соль серебра (AgBr) является даже менее растворимой, чем хлорид. Таким образом, бромистоводородная кислота дает то преимущество, что она может удалять больше серебра из электролита в анодные шламы. Заявители предпочитают использовать HBr в виде раствора с концентрацией 48 мас.%, но при необходимости можно использовать и другие концентрации. Заявители предпочитают использовать как HCl, так и HBr, как указано.Applicants prefer to add to the electrolyte also hydrobromic acid (HBr) in the indicated dosing range. Applicants prefer to add at least 30 grams of hydrobromic acid per ton of copper cathode produced, preferably at least 50 grams, more preferably at least 75 grams, even more preferably at least 100 grams per ton of copper cathode produced, and optionally at most 350 grams, preferably at most 300 grams, more preferably at most 250 grams, and most preferably at most 200 grams per tonne of copper cathode produced. Applicants prefer to add typically about 125 grams of HBr per tonne of copper cathode produced. Hydrobromic acid provides the same benefits as hydrochloric acid. The addition of hydrobromic acid has the additional benefit that its silver salt (AgBr) is even less soluble than the chloride. Thus, hydrobromic acid has the advantage that it can remove more silver from the electrolyte into the anode slimes. Applicants prefer to use HBr in solution at a concentration of 48 wt.%, but other concentrations can be used if necessary. Applicants prefer to use both HCl and HBr as indicated.

Заявители предпочитают добавлять к электролиту по меньшей мере один флокулянт, предпочтительно там, где электролит входит в отстойники, в указанном диапазоне дозирования, и обычно в количестве примерно 1035 миллиграмм на тонну производимой катодной меди. Мы предпочитаем использовать катионный полиакриламид на основе адипиновой кислоты, который доступен, например, под товарным знаком ZETAG®, тип 7565. Applicants prefer to add at least one flocculant to the electrolyte, preferably where the electrolyte enters the sumps, within the dosage range indicated, and typically in an amount of about 1035 milligrams per ton of copper cathode produced. We prefer to use adipic acid based cationic polyacrylamide which is available for example under the trademark ZETAG® type 7565.

Заявители предпочитают также добавлять к электролиту тиомочевину, предпочтительно там, где электролит входит в отстойники, в количестве 15-150 грамм на тонну производимой катодной меди, предпочтительно по меньшей мере 18, более предпочтительно по меньшей мере 20, еще более предпочтительно по меньшей мере 25, еще более предпочтительно по меньшей мере 30, и опционально самое большее 125 грамм, предпочтительно самое большее 100 грамм, более предпочтительно самое большее 75 грамм, еще более предпочтительно самое большее 50 грамм, еще более предпочтительно самое большее 49 грамм, и обычно примерно 32 грамма тиомочевины на тонну производимой катодной меди. Тиомочевина добавляется для того, чтобы влиять (вместе с вышеупомянутыми технологическими химикатами) на морфологию отложений (шероховатость и/или образование узелков), форму кристаллов (круглую и/или острую), а также тип зерен (удлиненные и/или ориентированные по полю), что в значительной степени позволяет избежать образования на катоде узелков, пористости и дендритов. Больше информации о функциях тиомочевины и других добавок для электрорафинирования были описаны в публикации Baumback J, Bombach H and Stelter M, «Investigations of the Behaviour of Thiourea and alternative Additives in Copper Electrorefining», Proceedings EMC, 1 (2015), p 151-160. Заявители предпочитают не превышать указанный верхний предел для того, чтобы поддерживать количество серы в катодах низким.Applicants also prefer to add thiourea to the electrolyte, preferably where the electrolyte enters the sumps, in an amount of 15-150 grams per ton of copper cathode produced, preferably at least 18, more preferably at least 20, even more preferably at least 25, even more preferably at least 30, and optionally at most 125 grams, preferably at most 100 grams, more preferably at most 75 grams, even more preferably at most 50 grams, even more preferably at most 49 grams, and typically about 32 grams of thiourea per ton of copper cathode produced. Thiourea is added to influence (together with the aforementioned process chemicals) deposit morphology (roughness and/or nodulation), crystal shape (round and/or sharp), and grain type (elongated and/or field oriented), which largely avoids the formation of nodules, porosity and dendrites on the cathode. More information on the functions of thiourea and other electrorefining additives has been described in Baumback J, Bombach H and Stelter M, "Investigations of the Behavior of Thiourea and alternative Additives in Copper Electrorefining", Proceedings EMC, 1 (2015), p 151-160 . Applicants prefer not to exceed this upper limit in order to keep the amount of sulfur in the cathodes low.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения катодные заготовки выполнены из нержавеющей стали, предпочтительно SS316L или «дуплексной» стали. Заявители обнаружили, что осажденный слой меди можно легко «содрать» с заготовки из нержавеющей стали, а оставшуюся заготовку можно легко использовать повторно с минимальной обработкой в качестве нового катода, эксплуатируемого в электролитической ячейке.In one embodiment of the present invention, the cathode blanks are made of stainless steel, preferably SS316L or "duplex" steel. Applicants have found that the deposited layer of copper can be easily "stripped off" from a stainless steel workpiece, and the remaining workpiece can be easily reused with minimal processing as a new cathode running in an electrolytic cell.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения расстояние между катодами составляет по меньшей мере 95 мм, предпочтительно по меньшей мере 100 мм, более предпочтительно по меньшей мере 105 мм, еще более предпочтительно по меньшей мере 110 мм, предпочтительно по меньшей мере 115 мм, и более предпочтительно по меньшей мере 120 мм. Хотя меньшее расстояние между катодами является выгодным для электрического сопротивления ячейки, а значит, также и для потребления энергии операцией электрорафинирования, заявители обнаружили, что высокий уровень примесей в составе анода создает дополнительные риски образования и роста дендритов, которые являются причиной короткого замыкания между катодом и смежным анодом. Для того, чтобы уменьшить вмешательство оператора, требуемое для устранения такого короткого замыкания, заявители предпочитают поддерживать указанное расстояние между катодами. Заявители дополнительно обнаружили, что большее расстояние между катодами дает выгоду более высокой чистоты катода, несмотря на более низкую чистоту анода.In one embodiment of the present invention, the distance between the cathodes is at least 95 mm, preferably at least 100 mm, more preferably at least 105 mm, even more preferably at least 110 mm, preferably at least 115 mm, and more preferably at least 120 mm. Although a shorter distance between cathodes is advantageous for the electrical resistance of the cell, and thus also for the energy consumption of the electrorefining operation, Applicants have found that a high level of impurities in the composition of the anode creates additional risks of the formation and growth of dendrites, which cause a short circuit between the cathode and adjacent anode. In order to reduce the operator intervention required to clear such a short circuit, Applicants prefer to maintain the specified distance between the cathodes. Applicants have additionally found that greater cathode spacing benefits higher cathode purity despite lower anode purity.

Под расстоянием между катодами в контексте настоящего изобретения понимается расстояние от средней точки одной катодной заготовки до соответствующей средней точки соседней катодной заготовки, и оно включает в себя толщину одного катода и одного анода в дополнение к двукратному расстоянию между поверхностью катода и поверхностью соседнего анода, обращенной к поверхности катода.Under the distance between cathodes in the context of the present invention is understood the distance from the midpoint of one cathode blank to the corresponding midpoint of an adjacent cathode blank, and it includes the thickness of one cathode and one anode in addition to twice the distance between the surface of the cathode and the surface of the adjacent anode facing cathode surface.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения упомянутый по меньшей мере один катод обновляют с более высокой частотой, чем частота обновления анода. Заявители предпочитают заменять катоды в ячейке новыми заготовками с более высокой частотой, чем заменять израсходованные аноды в той же самой ячейке свежеотлитыми анодами. Это дает преимущество более легкой обдирки катодов, потому что слой осажденной меди имеет меньшую толщину. Дополнительное преимущество состоит в том, что более тонкий слой меди на катоде уменьшает риск повреждения заготовки во время ее «раздевания». Еще одно дополнительно преимущество состоит в том, что более высокая частота обновления катодов уменьшает риск возникновения короткого замыкания в ячейке во время операции электрорафинирования. Такое короткое замыкание требует вмешательства оператора, которое является трудоемким.In one embodiment of the present invention, said at least one cathode is updated at a higher rate than the anode. Applicants prefer to replace cathodes in a cell with new blanks at a higher frequency than to replace spent anodes in the same cell with freshly cast anodes. This has the advantage of easier stripping of the cathodes because the deposited copper layer is thinner. An additional benefit is that the thinner copper layer on the cathode reduces the risk of damage to the workpiece during stripping. Another additional benefit is that the higher cathode refresh rate reduces the risk of a short circuit in the cell during the electrorefining operation. Such a short circuit requires operator intervention, which is labor intensive.

Заявители обнаружили, что возможно и выгодно частично заменять катоды из одной конкретной электролитической ячейки, например только одну треть катодов за один раз. Это дает то преимущество, что во время замены катодов электролитическая ячейка может продолжать работать, причем даже с ее полной производительностью. Заявители находят выгодным заменять заготовками катоды с номерами 1, 4, 7, 10 и т.д., затем катоды с номерами 2, 5, 8, 11 и т.д., и уже после этого оставшиеся катоды с номерами 3, 6, 9, 12 и т.д. Заявители обнаружили, что возможно поддерживать электролитическую ячейку в рабочем состоянии во время выполняемой таким образом замены катодов. Заявители нашли, что ячейка может продолжать полноценно работать, и что 2/3 катодов, присутствующих в ячейке, способны выдерживать полную плотность тока в течение коротких периодов времени, необходимых каждый раз для замены 1/3 катодов новыми заготовками.Applicants have found that it is possible and advantageous to partially replace the cathodes from one particular electrolytic cell, for example only one third of the cathodes at a time. This has the advantage that during the replacement of the cathodes the electrolytic cell can continue to operate even at its full capacity. Applicants find it advantageous to replace with blanks cathodes numbered 1, 4, 7, 10, etc., then cathodes numbered 2, 5, 8, 11, etc., and after that the remaining cathodes numbered 3, 6, 9, 12, etc. Applicants have found that it is possible to keep the electrolytic cell operational during the replacement of cathodes thus performed. Applicants have found that the cell can continue to operate fully and that 2/3 of the cathodes present in the cell are capable of withstanding the full current density for the short periods of time needed each time to replace 1/3 of the cathodes with new blanks.

Заявители обнаружили, что можно легко снизить содержание кислорода в металлической композиции по настоящему изобретению до уровня, который является предпочтительным для состава анода как части процесса по настоящему изобретению. Преимущества приведения содержания кислорода в металлической композиции по настоящему изобретению в пределы, предписанные для состава анода как части процесса по настоящему изобретению, описываются в другом месте в данном документе. Applicants have found that it is easy to reduce the oxygen content of the metal composition of the present invention to a level that is preferred by the anode composition as part of the process of the present invention. The advantages of bringing the oxygen content of the metal composition of the present invention within the limits prescribed for the composition of the anode as part of the process of the present invention are described elsewhere in this document.

Заявители предпочитают уменьшать содержание кислорода в металлической композиции по настоящему изобретению посредством технологической стадии, известной как «дразнение». На стадии дразнения расплавленную жидкую металлическую композицию приводят в контакт с источником углерода. Углерод реагирует с кислородом в металлической композиции и образует оксиды углерода, CO+CO2, т.е. газы, которые выходят из расплавленной жидкой металлической композиции и формируют восстановительную атмосферу над ванной жидкого металла. Источник углерода может быть любым подходящим углеродсодержащим материалом, таким как любой углеводород, такой как природный газ или жидкий углеводород, углеродная сажа, древесный уголь, каменный уголь или любой органический материал, включая древесину. Заявители предпочитают использовать природный газ из-за его удобства. Благодаря рабочим условиям, при которых композиция является расплавленной и жидкой, легко создать интенсивный контакт, и углерод в источнике углерода легко реагирует с присутствующим в композиции кислородом, образуя оксиды углерода (CO или диоксид углерода), которые улетучиваются в виде газа из расплавленной жидкой металлической композиции, оставляя металл, который был связан с кислородом, в его элементарной форме. Дразнение предпочтительно выполняют при температуре по меньшей мере 1150°C, так что расплавленная жидкая ванна становится очень текучей, и любой шлак предпочтительно первым удаляется из жидкой металлической ванны. Отходящий газ со стадии дразнения предпочтительно подается на стадию дожигания, чтобы преобразовать моноксид углерода в диоксид углерода перед его утилизацией. Заявители обнаружили, что довольно удобно правильно дозировать источник углерода для того, чтобы снизить содержание кислорода до диапазона, желательного для состава анода в качестве части процесса по настоящему изобретению.Applicants prefer to reduce the oxygen content of the metal composition of the present invention through a process step known as teasing. In the teasing step, the molten liquid metal composition is brought into contact with a source of carbon. Carbon reacts with oxygen in the metal composition and forms oxides of carbon, CO+CO 2 , i.e. gases that exit the molten liquid metal composition and form a reducing atmosphere above the liquid metal bath. The carbon source may be any suitable carbonaceous material, such as any hydrocarbon such as natural gas or liquid hydrocarbon, carbon black, charcoal, coal, or any organic material, including wood. Applicants prefer to use natural gas because of its convenience. Due to the operating conditions under which the composition is molten and liquid, it is easy to create intense contact, and the carbon in the carbon source easily reacts with the oxygen present in the composition, forming oxides of carbon (CO or carbon dioxide), which volatilize as a gas from the molten liquid metal composition. , leaving the metal that was bonded to oxygen in its elemental form. The teasing is preferably performed at a temperature of at least 1150° C. so that the molten liquid bath becomes very fluid and any slag is preferably removed from the liquid metal bath first. The off-gas from the teasing stage is preferably fed to an afterburning stage to convert carbon monoxide to carbon dioxide before it is disposed of. Applicants have found it quite convenient to properly dose the carbon source in order to bring the oxygen content down to the range desired for the anode composition as part of the process of the present invention.

Расплавленная жидкая металлическая композиция по настоящему изобретению предпочтительно дополнительно содержит, в качестве части примесей, по меньшей мере один, а более предпочтительно все из следующих элементов на уровне, который удовлетворяет соответствующему пределу, указанному для каждого элемента:The molten liquid metal composition of the present invention preferably further contains, as part of the impurities, at least one and more preferably all of the following elements at a level that satisfies the respective limit specified for each element:

- по меньшей мере 0,10 мас.% и/или самое большее 3,00 мас.% сурьмы,- at least 0.10 wt.% and/or at most 3.00 wt.% antimony,

- по меньшей мере 0,010 мас.% и/или самое большее 0,5 мас.% висмута,- at least 0.010 wt.% and/or at most 0.5 wt.% bismuth,

- самое большее 6,00 мас.% олова,- at most 6.00 wt.% tin,

- самое большее 6,00 мас.% свинца, - at most 6.00 wt.% lead,

- по меньшей мере 0,0001 мас.% и самое большее 0,50 мас.% серебра,- at least 0.0001 wt.% and at most 0.50 wt.% silver,

- по меньшей мере 0,005 мас.% и самое большее 0,40 мас.% мышьяка,- at least 0.005 wt.% and at most 0.40 wt.% arsenic,

- по меньшей мере 0,001 мас.% и самое большее 0,100 мас.% серы, и- at least 0.001 wt.% and at most 0.100 wt.% sulfur, and

- самое большее 0,50 мас.% цинка.- at most 0.50 wt.% zinc.

В одном варианте осуществления расплавленная жидкая металлическая композиция по настоящему изобретению содержит серу в указанном диапазоне, предпочтительно по меньшей мере 0,005 мас.%, более предпочтительно по меньшей мере 0,010 мас.%, и опционально самое большее 0,080 мас.%, предпочтительно самое большее 0,070 мас.%, и более предпочтительно самое большее 0,060 мас.%.In one embodiment, the molten liquid metal composition of the present invention contains sulfur in the specified range, preferably at least 0.005 wt.%, more preferably at least 0.010 wt.%, and optionally at most 0.080 wt.%, preferably at most 0.070 wt. .%, and more preferably at most 0.060 wt.%.

Заявители обнаружили, что ограниченное количество серы может быть допустимым в расплавленной жидкой металлической композиции и что это дает преимущество расширения критериев приемлемости сырья для предшествующего процесса, что, следовательно, позволяет ему принимать больше серы в своих исходных материалах. Заявители также обнаружили, что выгодно поддерживать содержание серы в расплавленной жидкой металлической композиции в соответствии с верхним пределом, потому что большее количество серы увеличивает риск того, что большее количество серы окажется катодной примесью, а также приносит больше серы в анодные шламы. Последнее может быть нежелательным, если анодные шламы должны быть далее переработаны посредством процесса, который включает в себя пирометаллургическую стадию, потому что сера в анодных шламах может тогда вызывать образование газообразных оксидов серы (SO2 и/или SO3).Applicants have found that a limited amount of sulfur can be tolerated in the molten liquid metal composition and that this has the advantage of broadening the feed acceptance criteria for the upstream process, thereby allowing it to accept more sulfur in its feeds. Applicants have also found that it is advantageous to keep the sulfur content of the molten metal composition in line with the upper limit because more sulfur increases the risk of more sulfur being a cathodic impurity and also brings more sulfur into the anode slimes. The latter may be undesirable if the anode slimes are to be further processed through a process that includes a pyrometallurgical step, because the sulfur in the anode slimes can then cause the formation of gaseous sulfur oxides (SO 2 and/or SO 3 ).

ПРИМЕРEXAMPLE

Следующий пример показывает один предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения. Этот пример дополнительно иллюстрируется фигурой, которая показывает технологическую схему потоков основной части одного варианта осуществления процесса по настоящему изобретению. В этой части процесса извлекают, начиная с состава анода 1, катодный продукт 6, продукт анодного шлама 4, продукт слива 5 и продукт израсходованных анодов 7.The following example shows one preferred embodiment of the present invention. This example is further illustrated by a figure which shows the flow diagram of the main part of one embodiment of the process of the present invention. In this part of the process, starting from the anode composition 1, cathode product 6, anode sludge product 4, drain product 5 and spent anode product 7 are recovered.

На этой фигуре ссылочные номера означают следующие заявленные признаки:In this figure, the reference numbers mean the following claimed features:

1. Аноды 1. Anodes

2. Медная дробь2. Copper shot

3. Черная кислота3. Black acid

4. Анодные шламы4. Anode slimes

5. Слив5. Drain

6. Катоды6. Cathodes

7. Израсходованные аноды7. Spent anodes

Загрязненная расплавленная жидкая металлическая композиция на основе меди, дополнительно содержащая никель, олово, свинец и другие второстепенные металлы, была приготовлена в соответствии с процессом, описанным в нашей совместно рассматриваемой патентной заявке PCT/EP2018/084384, поданной 11 декабря 2018 г. Эта композиция более подробно показана в Таблице I.A contaminated molten copper-based liquid metal composition further containing nickel, tin, lead, and other minor metals was prepared according to the process described in our co-pending patent application PCT/EP2018/084384, filed December 11, 2018. This composition is more shown in detail in Table I.

Таблица I: Загрязненная расплавленная жидкая металлическая композицияTable I: Contaminated molten liquid metal composition

мас.%wt% CuCu 92,8092.80 NiNi 3,083.08 Snsn 1,391.39 PbPb 1,711.71 SbSb 0,650.65 AgAg 0,040.04 AsAs 0,100.10 BiBi 0,050.05 FeFe 0,020.02 SS 0,020.02 ZnZn 0,030.03 КислородOxygen 0,100.10 ВсегоTotal 99,9999.99

Эта композиция дополнительно содержала примерно 5 мас. млн-1 золота (Au).This composition further contained about 5 wt. ppm gold (Au).

Загрязненная расплавленная жидкая металлическая композиция на основе меди была введена в печь и доведена до температуры примерно 1200°C путем сжигания природного газа в печи. Оставшийся шлак, всплывший на расплавленном металле, был слит. Природный газ вводили в жидкий металл до тех пор, пока содержание кислорода в жидком металле не снизилось до диапазона 20-170 мас. млн-1.The contaminated molten copper based molten metal composition was introduced into a furnace and brought to a temperature of about 1200° C. by burning natural gas in the furnace. The remaining slag, which floated on the molten metal, was drained. Natural gas was introduced into the liquid metal until the oxygen content of the liquid metal decreased to the range of 20-170 wt. ppm .

Жидкий расплавленный металл с уменьшенным содержанием кислорода был затем разлит в тонкие, плоские пластины, составляющие аноды 1 для последующей операции электрорафинирования, и им дали остыть до температуры окружающей среды. The oxygen-reduced liquid molten metal was then poured into thin, flat plates constituting the anodes 1 for the subsequent electrorefining step and allowed to cool to ambient temperature.

В общей сложности 52 анода со средней массой 444 кг и 51 толстый исходный лист из нержавеющей стали (заготовки) были погружены в каждую из 100 электролитических ячеек (200), содержащих подкисленный раствор сульфата меди с температурой 68°C, который служил электролитом. Средний состав электролита на протяжении всего цикла электролиза показан в Таблице II, в граммах/литр для главных компонентов и в мас. млн-1 для второстепенных компонентов. A total of 52 anodes with an average weight of 444 kg and 51 thick original stainless steel sheets (blanks) were immersed in each of 100 electrolytic cells (200) containing an acidified copper sulfate solution at 68°C as the electrolyte. The average composition of the electrolyte throughout the entire electrolysis cycle is shown in Table II, in grams/liter for the main components and in wt. ppm for minor components.

Таблица II: Средний состав электролитаTable II: Average electrolyte composition

грамм/литрgrams/liter CuCu 39,839.8 NiNi 67,767.7 Snsn 0,930.93

мас. млнwt. million -1-1 SbSb 344,7344.7 AsAs 63,163.1 BiBi 9,09.0 FeFe 403,1403.1 AlAl 152,5152.5 CdCD 29,729.7

Концентрацию серной кислоты поддерживали на уровне средней концентрации 160 грамм/литр путем введения по мере необходимости концентрированной серной кислоты (96%) в емкость для выщелачивания, дополнительно описанную ниже. Следующие скорости добавления технологических добавок поддерживали в среднем на протяжении всего цикла электролиза путем введения их во вход электролита в отстойники (300):The sulfuric acid concentration was maintained at an average concentration of 160 grams/liter by introducing concentrated sulfuric acid (96%) as needed into the leaching tank, further described below. The following process additive addition rates were maintained on average throughout the entire electrolysis cycle by introducing them into the electrolyte inlet to the settling tanks (300):

- Желатин в количестве примерно 650 грамм/тонну производимой катодной меди,- Gelatin in the amount of approximately 650 grams / tonne of copper cathode produced,

- HCl в виде 30 мас.% раствора в количестве примерно 430 миллилитров/тонну производимой катодной меди,- HCl in the form of a 30 wt.% solution in an amount of about 430 milliliters / tonne of copper cathode produced,

- HBr в виде 48 мас.% раствора в количестве примерно 176 миллилитров/тонну производимой катодной меди,- HBr in the form of a 48 wt.% solution in an amount of approximately 176 milliliters / tonne of copper cathode produced,

- Флокулянт ZETAG® тип 7565, катионный полиакриламид, в количестве примерно 1035 миллиграмм на тонну производимой катодной меди, - Flocculant ZETAG® type 7565, cationic polyacrylamide, at approximately 1035 milligrams per ton of copper cathode produced,

- Тиомочевина в количестве примерно 32 грамма на тонну производимой катодной меди.- Thiourea at approximately 32 grams per tonne of copper cathode produced.

Средний состав анодов (поток 1) показан в Таблице III.The average composition of the anodes (stream 1) is shown in Table III.

Таблица III: Средний состав анодовTable III: Average anode composition

мас.% wt% Аноды - 1Anodes - 1 CuCu 92,9092.90 NiNi 3,083.08 Snsn 1,391.39 PbPb 1,711.71 SbSb 0,650.65 AgAg 0,040.04 AsAs 0,100.10 BiBi 0,050.05 FeFe 0,020.02 SS 0,020.02 ZnZn 0,030.03 КислородOxygen 0,020.02 ВсегоTotal 100,01100.01

Аноды дополнительно содержали примерно 5 мас. млн-1 золота (Au).The anodes additionally contained about 5 wt. ppm gold (Au).

Аноды (поток 1) и заготовки из нержавеющей стали чередовались (с интервалом 120 мм) в электрически параллельной компоновке, в то время как сами электролитические ячейки были соединены последовательно. Применялась средняя плотность тока 290 A/м2, что создавало средний электрический потенциал между анодами (положительными электродами) и катодами (отрицательными электродами), равный 0,46 В. Anodes (stream 1) and stainless steel blanks were interleaved (120 mm apart) in an electrically parallel arrangement, while the electrolytic cells themselves were connected in series. An average current density of 290 A/m 2 was used, which created an average electrical potential between the anodes (positive electrodes) and cathodes (negative electrodes) of 0.46 V.

Прохождение электрического тока заставляет медь окисляться и переходить в раствор электрохимическим путем. Однако некоторое количество меди также будет переходить в раствор чисто химическим путем. Все элементы (металлы), присутствующие в анодах и являющиеся в данных условиях процесса менее благородными, чем медь, также в определенной степени переходят в раствор на анодах. Электрохимически и химически растворенные металлы, отличающиеся от меди, непрерывно удалялись посредством сливаемого потока 5 электролита. Этот сливаемый поток подвергался дополнительной стадии очистки (не показана), на которой эти металлы выборочно удалялись, оставляя очищенный электролит. Это предотвращает накопление примесей в электролите во время электрорафинирования и предотвращает совместное осаждение примесей на катодах. Очищенный слив, называемый также черной кислотой, рециркулировали в контур электролита как поток 3. Средний состав слива, а также средний состав черной кислоты показаны в Таблице IV.The passage of an electric current causes the copper to oxidize and go into solution electrochemically. However, some copper will also go into solution in a purely chemical way. All elements (metals) present in the anodes, which are less noble than copper under the given process conditions, also go into solution on the anodes to a certain extent. Electrochemically and chemically dissolved metals other than copper were continuously removed by means of an electrolyte drain stream 5 . This effluent was subjected to an additional purification step (not shown) in which these metals were selectively removed, leaving a purified electrolyte. This prevents the accumulation of impurities in the electrolyte during electrorefining and prevents the co-deposition of impurities on the cathodes. The clean overflow, also referred to as black acid, was recycled to the electrolyte loop as stream 3. The average overflow composition as well as the average black acid composition are shown in Table IV.

Таблица IV: Средний состав слива и черной кислотыTable IV: Average Composition of Plum and Black Acid

мас.% wt% СливDrain
55
Черная кислотаblack acid
33
CuCu 3,323.32 0,00000.0000 NiNi 5,155.15 0,09300.0930 Snsn 0,020.02 0,00000.0000 PbPb 0,00130.0013 0,00000.0000 SbSb 0,00010.0001 0,00000.0000 AgAg 0,00010.0001 0,00000.0000 AsAs 0,00140.0014 0,03900.0390 BiBi 0,00000.0000 0,00000.0000 AuAu 0,00000.0000 0,00000.0000 FeFe 0,030.03 0,01550.0155 PtPt 0,00000.0000 0,00000.0000 SS 6,576.57 22,050122.0501 ZnZn 0,030.03 0,00000.0000

Медь, которая растворилась из анодов, перемещалась через раствор электролита к катодам, где она покрывала исходные листы из нержавеющей стали с получением медных катодов. Электролит подавался с одного переднего конца ячейки. Стенкой ячейки с переливом была боковая стенка, перпендикулярная ориентации электродов. Поток электролита поддерживался положительным на протяжении всего электролитического цикла. Средняя скорость обновления, составляющая приблизительно 55% объема ячейки в час для каждой ячейки, использовалась в сочетании с барботированием нагретого воздуха под электродами для предотвращения анодной пассивации. Поступающий воздух насыщался парами воды при температуре, близкой к температуре электролита, перед барботированием через газовый диффузор и подавался в каждую ячейку при среднем давлении 0,75 бар ман. Все ячейки регулярно проверялись во время электрорафинирования на предмет обнаружения короткозамкнутых пар анод/катод с помощью гауссметра, установленного на мостовом кране. Короткие замыкания устранялись путем замены поврежденных анодов и катодов или удаления узелков электроосажденной меди, которые могли образоваться между короткозамкнутыми парами анод/катод. Правильный контроль всех этих параметров позволил получить катоды высокого качества. Средний состав катода (поток 6) показан в Таблице V. Катодные отложения, полученные во время электрорафинирования, были осветленными и сглаженными за счет непрерывного добавления органических добавок желатина и тиомочевины (поток 8) к электролиту непосредственно перед насосной системой для обеспечения хорошего перемешивания.The copper that had dissolved from the anodes traveled through the electrolyte solution to the cathodes where it coated the original stainless steel sheets to form copper cathodes. The electrolyte was supplied from one front end of the cell. The cell wall with overflow was the side wall perpendicular to the orientation of the electrodes. The electrolyte flow was maintained positive throughout the entire electrolytic cycle. An average renewal rate of approximately 55% cell volume per hour for each cell was used in conjunction with heated air bubbling under the electrodes to prevent anodic passivation. The incoming air was saturated with water vapor at a temperature close to the temperature of the electrolyte before bubbling through a gas diffuser and fed into each cell at an average pressure of 0.75 bar man. All cells were regularly checked during electrorefining for the detection of short-circuited anode/cathode pairs using a gaussmeter mounted on an overhead crane. Short circuits were eliminated by replacing damaged anodes and cathodes or by removing electrodeposited copper nodules that may have formed between shorted anode/cathode pairs. Proper control of all these parameters made it possible to obtain high quality cathodes. The average composition of the cathode (stream 6) is shown in Table V. The cathode deposits produced during electrorefining were clarified and smoothed by the continuous addition of gelatin and thiourea organic additives (stream 8) to the electrolyte just before the pumping system to ensure good mixing.

Таблица V: Средний состав катодовTable V: Average composition of cathodes

мас.% wt% Катодыcathodes
66
CuCu 99,976199.9761 NiNi 0,00250.0025 Snsn 0,00690.0069 PbPb 0,00200.0020 SbSb 0,00290.0029 AgAg 0,00630.0063 AsAs 0,00070.0007 BiBi 0,00010.0001 AuAu 0,00000.0000 FeFe 0,00020.0002 PtPt 0,00000.0000 SS 0,00160.0016 ZnZn 0,00010.0001 ВсегоTotal 99,999499.9994

Золото и металлы платиновой группы не растворялись в сульфатном электролите, а значит, они не попадали в электролит и не откладывались на катоде, как можно видеть в Таблице II и Таблице V. Серебро в некоторой степени растворялось с анодов, но осаждалось из электролита в виде AgCl и AgBr за счет добавления небольших количеств HCl и HBr к электролиту (поток 8). Появление серебра в катоде считается в первую очередь связанным с окклюзией небольшого количества анодных остатков.Gold and platinum group metals did not dissolve in the sulphate electrolyte, which means that they did not enter the electrolyte and deposited on the cathode, as can be seen in Table II and Table V. Silver dissolved to some extent from the anodes, but precipitated from the electrolyte as AgCl and AgBr by adding small amounts of HCl and HBr to the electrolyte (stream 8). The appearance of silver in the cathode is considered primarily due to the occlusion of a small amount of anode residues.

Свинец и олово образовывали соединения, нерастворимые в электролите, поэтому эти металлы почти не попадали в электролит. Большинство нерастворимых примесей из анодов собиралось в виде нерастворенных шламов на дне электролитических ячеек. Эти шламы периодически удалялись из ячеек (200) во время операции электрорафинирования с помощью отсасывающей головки, перемещающейся по нижней секции ячейки, предусмотренной под электродами. Некоторые нерастворимые примеси были более легкими и покидали ячейки через переливы и попадали в отстойники (300). Также эти более легкие шламы периодически удалялись со дна отстойников (400), когда эти шламы имели достаточное количество времени для оседания после добавления флокулянта к электролиту на его пути в отстойник. Таким образом, все анодные шламы собирались в объединенном потоке электролита, содержащем анодные шламы, и далее обрабатывались фильтр-прессом (500), который отделял анодные шламы (поток 4) от прозрачного электролита. Часть этого прозрачного электролита возвращалась в циркуляционные баки (100). Другая часть этого прозрачного электролита удалялась в качестве сливаемого потока (потока 5) для удаления примесей, таких как медь и никель, с помощью электрохимического извлечения, чтобы они не накапливались в электролите. Анодные шламы промывались горячей водой с температурой 70°C для уменьшения количеств меди и никеля, присутствовавших в растворенном виде в электролите. Промывная вода возвращалась в процесс электрорафинирования. Средний состав анодного шлама (поток 4) показан в Таблице VI. Остаток состава вероятно составляют кислород и некоторое количество углерода, наиболее вероятно происходящего из органических технологических добавок.Lead and tin formed compounds insoluble in the electrolyte, so these metals almost did not get into the electrolyte. Most of the insoluble impurities from the anodes collected as undissolved sludge at the bottom of the electrolytic cells. These sludges were periodically removed from the cells (200) during the electrorefining operation with a suction head moving over the lower section of the cell provided below the electrodes. Some insoluble impurities were lighter and left the cells through overflows and fell into settling tanks (300). Also, these lighter slurries were periodically removed from the bottom of the settling tanks (400) when these slurries had sufficient time to settle after adding the flocculant to the electrolyte on its way to the settling tank. Thus, all anode slimes were collected in a combined electrolyte stream containing anode slimes and further processed by a filter press (500) which separated the anode slimes (stream 4) from the clear electrolyte. Part of this transparent electrolyte was returned to the circulation tanks (100). The other part of this clear electrolyte was removed as an overflow stream (stream 5) to remove impurities such as copper and nickel by electrowinning so that they do not accumulate in the electrolyte. The anode slimes were washed with hot water at a temperature of 70°C to reduce the amounts of copper and nickel present in dissolved form in the electrolyte. Wash water was returned to the electrorefining process. The average composition of the anode sludge (stream 4) is shown in Table VI. The remainder of the composition is likely to be oxygen and some carbon, most likely derived from organic processing aids.

Таблица VI: Средний состав анодных шламовTable VI: Average composition of anode slimes

мас.% wt% Анодные шламы - 4Anode slimes - 4 CuCu 5,405.40 NiNi 1,871.87 Snsn 17,1717.17 PbPb 21,2121.21 SbSb 8,058.05 AgAg 0,430.43 AsAs 1,291.29 BiBi 0,620.62 FeFe 0,070.07 SS 6,986.98 ZnZn 0,120.12

Анодные шламы оказались дополнительно содержавшими примерно 60 мас. млн-1 золота и примерно 5 мас. млн-1 платины.The anode sludges were additionally containing about 60 wt. ppm gold and about 5 wt. ppm platinum.

Для того, чтобы компенсировать электрохимически растворяющиеся примеси на анодах, которые в противном случае могли бы вызвать истощение меди в электролите, медьсодержащие полые и открытые гранулы (поток 2), полученные с предшествующей стадии процесса, выщелачивались (600) в емкости для выщелачивания путем их контактирования с концентрированной серной кислотой, используемой для подпитки, потоком черной кислоты, возвращенным из переработки сливаемого потока, а также с частью электролита. Жидкий продукт из емкости для выщелачивания возвращался в контур электролита во время процесса электрорафинирования. Средний состав используемых гранул (поток 2) показан в Таблице VII. Растворению медных гранул способствовало введение газообразного кислорода на дне емкости для выщелачивания.In order to compensate for electrochemically dissolving impurities on the anodes, which would otherwise cause depletion of copper in the electrolyte, the copper-containing hollow and open pellets (stream 2) obtained from the previous stage of the process were leached (600) in the leaching tank by contacting them with concentrated sulfuric acid used for make-up, the black acid stream returned from the processing of the drain stream, and also with a part of the electrolyte. The liquid product from the leaching vessel was returned to the electrolyte circuit during the electrorefining process. The average composition of the granules used (stream 2) is shown in Table VII. The dissolution of the copper pellets was aided by the introduction of oxygen gas at the bottom of the leaching tank.

Таблица VII: Средний состав медных гранулTable VII: Average Composition of Copper Granules

мас.%wt% Медные гранулыCopper granules
22
CuCu 95,7595.75 NiNi 1,631.63 Snsn 0,980.98 PbPb 1,131.13 SbSb 0,310.31 AgAg 0,030.03 AsAs 0,030.03 BiBi 0,030.03 FeFe 0,010.01 SS 0,020.02 ZnZn 0,090.09

Содержание золота и платины в медных гранулах составляло менее 1 мас. млн-1.The content of gold and platinum in copper granules was less than 1 wt. ppm .

В конце анодного цикла каждый анод был растворен примерно на 75%. Нерастворенные остатки анодов (анодные отходы) удалялись в качестве израсходованных анодов (поток 7) из электролитических ячеек, и после промывки, взвешивания и укладки они плавились и отливались в свежие аноды. Средний состав израсходованных анодов был, очевидно, тем же самым, что и средний состав анодов, показанный в Таблице III.At the end of the anode cycle, each anode was approximately 75% dissolved. Undissolved anode residues (anode waste) were removed as spent anodes (stream 7) from the electrolytic cells, and after washing, weighing and stacking, they were melted and cast into fresh anodes. The average composition of the anodes consumed was apparently the same as the average composition of the anodes shown in Table III.

Вышеописанный процесс позволял работать в стандартных циклах электролиза по 24 дня на ячейку, то есть по 24 дня непрерывной работы между введениями нового набора анодов. Катоды вынимались примерно через каждые 8 дней и заменялись на 1/3 за это время, при этом электролиз продолжался при полной плотности тока. Анодные шламы удалялись со дна ячеек с необходимой частотой, которая могла варьироваться от одного раза каждые 3 дня до одного раза каждые 10 дней, при этом электролиз также продолжался при полной плотности тока.The above process allowed to work in standard electrolysis cycles of 24 days per cell, that is, 24 days of continuous operation between the introduction of a new set of anodes. The cathodes were taken out approximately every 8 days and replaced by 1/3 during this time, while the electrolysis continued at full current density. The anode slimes were removed from the bottom of the cells at the required frequency, which could vary from once every 3 days to once every 10 days, while the electrolysis was also continued at full current density.

Теперь, после полного описания этого изобретения, специалистам в данной области техники будет понятно, что изобретение может быть осуществлено в широком диапазоне параметров в рамках того, что заявлено, без отступления от объема охраны изобретения, определяемого формулой изобретения.Now, after fully describing this invention, it will be clear to those skilled in the art that the invention can be practiced over a wide range of parameters within the scope of what is claimed without departing from the scope of the invention as defined by the claims.

Claims (54)

1. Способ получения электрорафинированной меди электролизом, включающий электрорафинирование металлической меди в электролитической ячейке с по меньшей мере одного медного анода на по меньшей мере один медный катод с использованием электролита на основе серной кислоты, отличающийся тем, что электрорафинирование металлической меди в электролитической ячейке проводят при разности потенциалов между анодом и катодом менее 1,6 В, причем анод содержит самое большее 98,0 мас. % меди и менее 1,00 мас. % железа, плотность тока через ячейку составляет по меньшей мере 180 A/м2 катодной поверхности, при этом во время операции электрорафинирования удаляют электролит из электролитической ячейки со средней скоростью обновления электролита по меньшей мере 30% и самое большее 1900% в час, причем по меньшей мере частично электролит удаляют путем перелива первого потока электролита через по меньшей мере одну стенку ячейки, вводят газ в электролитическую ячейку и барботируют газ через электролит в промежутке между анодом и катодом.1. A method for producing electrorefined copper by electrolysis, including electrorefining of metallic copper in an electrolytic cell from at least one copper anode to at least one copper cathode using an electrolyte based on sulfuric acid, characterized in that electrorefining of metallic copper in an electrolytic cell is carried out at a difference potentials between the anode and the cathode is less than 1.6 V, and the anode contains at most 98.0 wt. % copper and less than 1.00 wt. % iron, the current density through the cell is at least 180 A/m 2 of the cathode surface, while during the electrorefining operation, the electrolyte is removed from the electrolytic cell with an average electrolyte renewal rate of at least 30% and at most 1900% per hour, and at least partially, the electrolyte is removed by pouring the first stream of electrolyte through at least one wall of the cell, introducing gas into the electrolytic cell, and bubbling gas through the electrolyte in the gap between the anode and cathode. 2. Способ по п. 1, в котором с первым потоком электролита из электролитической ячейки удаляют по меньшей мере часть анодных шламов, содержащихся в электролитической ячейке.2. The method according to claim 1, wherein at least a portion of the anode sludge contained in the electrolytic cell is removed from the electrolytic cell with the first electrolyte stream. 3. Способ по п. 1 или 2, в котором первый поток электролита пропускают через по меньшей мере один отстойник с обеспечением достаточно высокого времени пребывания при достаточно низкой скорости жидкости для оседания анодных шламов на дно отстойника.3. The method according to claim 1 or 2, wherein the first electrolyte stream is passed through at least one settling tank with a sufficiently high residence time at a sufficiently low liquid velocity for the anode sludge to settle to the bottom of the settling tank. 4. Способ по п. 3, в котором со дна отстойника удаляют третий поток электролита, содержащий анодные шламы.4. The method of claim 3, wherein a third electrolyte stream containing anode slimes is removed from the bottom of the settler. 5. Способ по любому из пп. 1-4, в котором со дна электролитической ячейки удаляют второй поток электролита, содержащий анодные шламы.5. The method according to any one of paragraphs. 1-4, in which a second electrolyte stream containing anode slimes is removed from the bottom of the electrolytic cell. 6. Способ по любому из пп. 1-5, который включает рециркуляцию в электролитическую ячейку электролита, который был удален из электролитической ячейки.6. The method according to any one of paragraphs. 1-5 which includes recycling to the electrolytic cell the electrolyte that has been removed from the electrolytic cell. 7. Способ по п. 6, который включает удаление сливаемого потока электролита из рециркулирующего электролита для управления концентрацией накапливаемых в электролите соединений.7. The method of claim. 6, which includes the removal of the drain stream of electrolyte from the recirculating electrolyte to control the concentration of accumulated compounds in the electrolyte. 8. Способ по любому из пп. 1-7, в котором вводят дополнительные катионы меди в электролит в электролитической ячейке.8. The method according to any one of paragraphs. 1-7 in which additional copper cations are introduced into the electrolyte in the electrolytic cell. 9. Способ по любому из пп. 1-8, в котором газ, который вводят в электролитическую ячейку, является воздухом.9. The method according to any one of paragraphs. 1-8, in which the gas that is introduced into the electrolytic cell is air. 10. Способ по любому из пп. 1-9, в котором газ вводят в электролитическую ячейку через газовый диффузор, предусмотренный ниже электродов и выше пространства, которое предусмотрено на дне электролитической ячейки для сбора слоя анодных шламов, причем предпочтительно газовый диффузор содержит выборочно перфорированные диффузорные трубки, соединенные с трубой подачи газа.10. The method according to any one of paragraphs. 1-9, in which the gas is introduced into the electrolytic cell through a gas diffuser provided below the electrodes and above the space provided at the bottom of the electrolytic cell to collect the layer of anode sludge, and preferably the gas diffuser comprises selectively perforated diffuser tubes connected to the gas supply pipe. 11. Способ по любому из пп. 1-10, в котором состав анода соответствует по меньшей мере одному, а предпочтительно всем следующим условиям:11. The method according to any one of paragraphs. 1-10, in which the composition of the anode meets at least one, and preferably all of the following conditions: содержит никель в диапазоне от 0,25 мас. % до 10,0 мас. %,contains Nickel in the range from 0.25 wt. % up to 10.0 wt. %, содержит свинец в диапазоне от 0,25 мас. % до 6,00 мас. %,contains lead in the range of 0.25 wt. % up to 6.00 wt. %, содержит олово в диапазоне от 0,25 мас. % до 6,00 мас. %,contains tin in the range from 0.25 wt. % up to 6.00 wt. %, содержит сурьму в диапазоне от 0,10 мас. % до 3,00 мас. %,contains antimony in the range from 0.10 wt. % up to 3.00 wt. %, содержит висмут в диапазоне от 0,010 мас. % до 0,50 мас. %,contains bismuth in the range from 0.010 wt. % up to 0.50 wt. %, содержит по меньшей мере 0,0001 мас. % железа,contains at least 0.0001 wt. % iron, содержит цинк в диапазоне от 0,0010 мас. % до 0,50 мас. %,contains zinc in the range from 0.0010 wt. % up to 0.50 wt. %, содержит мышьяк в диапазоне от 0,005 мас. % до 0,40 мас. %,contains arsenic in the range from 0.005 wt. % up to 0.40 wt. %, содержит серебро в диапазоне от 0,0001 мас. % до 0,50 мас. % иcontains silver in the range from 0.0001 wt. % up to 0.50 wt. % And содержит кислород в диапазоне от 5 мас. млн-1 до 500 мас. млн-1.contains oxygen in the range from 5 wt. ppm to 500 wt. ppm . 12. Способ по любому из пп. 1-11, в котором анод получен из расплавленной жидкой металлической композиции, содержащей по меньшей мере 90,10 мас. % и самое большее 97 мас. % меди, остальное - другие элементы в качестве примесей, часть которых представляет собой:12. The method according to any one of paragraphs. 1-11, in which the anode is obtained from a molten liquid metal composition containing at least 90.10 wt. % and at most 97 wt. % copper, the rest - other elements as impurities, some of which are: по меньшей мере 0,1 мас. % никеля,at least 0.1 wt. % nickel, по меньшей мере 0,0001 мас. % и менее чем 1,00 мас. % железа,at least 0.0001 wt. % and less than 1.00 wt. % iron, по меньшей мере 250 мас. млн-1 и самое большее 3000 мас. млн-1 кислорода.at least 250 wt. ppm and at most 3000 wt. ppm oxygen. 13. Способ по п. 12, в котором расплавленная жидкая металлическая композиция содержит в качестве части примесей по меньшей мере один, а более предпочтительно все следующие элементы:13. The method of claim 12, wherein the molten liquid metal composition contains, as part of the impurities, at least one, and more preferably all of the following: по меньшей мере 0,10 мас. % и самое большее 3,00 мас. % сурьмы,at least 0.10 wt. % and at most 3.00 wt. % antimony, по меньшей мере 0,010 мас. % и самое большее 0,50 мас. % висмута,at least 0.010 wt. % and at most 0.50 wt. % bismuth, самое большее 6,00 мас. % олова,at most 6.00 wt. % tin, самое большее 6,00 мас. % свинца,at most 6.00 wt. % lead по меньшей мере 0,0001 мас. % и самое большее 0,50 мас. % серебра,at least 0.0001 wt. % and at most 0.50 wt. % silver, по меньшей мере 0,005 мас. % и самое большее 0,40 мас. % мышьяка,at least 0.005 wt. % and at most 0.40 wt. % arsenic, по меньшей мере 0,001 мас. % и самое большее 0,100 мас. % серы иat least 0.001 wt. % and at most 0.100 wt. % sulfur and самое большее 0,50 мас. % цинка.at most 0.50 wt. % zinc. 14. Способ по любому из пп. 1-13, в котором электролит содержит по меньшей мере один, а предпочтительно все следующие компоненты:14. The method according to any one of paragraphs. 1-13, in which the electrolyte contains at least one, and preferably all of the following components: медь в диапазоне 20-55 грамм/литр,copper in the range of 20-55 grams/liter, никель в диапазоне 25-90 грамм/литр,nickel in the range of 25-90 grams/litre, серная кислота в диапазоне 130-200 грамм/литр,sulfuric acid in the range of 130-200 grams/litre, олово в диапазоне 0,4-1,4 грамм/литр иtin in the range of 0.4-1.4 grams/liter and мышьяк в диапазоне 10·10-3 - 200·10-3 грамм/литр.arsenic in the range of 10·10 -3 - 200·10 -3 grams/liter. 15. Расплавленная жидкая металлическая композиция, подходящая для литья анодов для осуществления способа по любому из пп. 1-14, причем композиция содержит по меньшей мере 90,10 мас. % и самое большее 97 мас. % меди, остальное – другие элементы в качестве примесей, часть которых представляет собой15. Molten liquid metal composition suitable for casting anodes for carrying out the method according to any one of paragraphs. 1-14, and the composition contains at least 90.10 wt. % and at most 97 wt. % copper, the rest - other elements as impurities, some of which are по меньшей мере 0,1 мас. % никеля,at least 0.1 wt. % nickel, по меньшей мере 0,0001 мас. % и менее чем 1,00 мас. % железа иat least 0.0001 wt. % and less than 1.00 wt. % iron and по меньшей мере 250 мас. млн-1 и самое большее 3000 мас. млн-1 кислорода.at least 250 wt. ppm and at most 3000 wt. ppm oxygen. 16. Расплавленная жидкая металлическая композиция по п. 15, которая содержит в качестве другой части примесей по меньшей мере один, а более предпочтительно все следующие элементы:16. A molten liquid metal composition according to claim 15, which contains, as another part of the impurities, at least one, and more preferably all of the following elements: по меньшей мере 0,10 мас. % и самое большее 3,00 мас. % сурьмы,at least 0.10 wt. % and at most 3.00 wt. % antimony, по меньшей мере 0,010 мас. % и самое большее 0,50 мас. % висмута,at least 0.010 wt. % and at most 0.50 wt. % bismuth, самое большее 6,00 мас. % олова,at most 6.00 wt. % tin, самое большее 6,00 мас. % свинца,at most 6.00 wt. % lead по меньшей мере 0,0001 мас. % и самое большее 0,50 мас. % серебра,at least 0.0001 wt. % and at most 0.50 wt. % silver, по меньшей мере 0,005 мас. % и самое большее 0,40 мас. % мышьяка,at least 0.005 wt. % and at most 0.40 wt. % arsenic, по меньшей мере 0,001 мас. % и самое большее 0,100 мас. % серы иat least 0.001 wt. % and at most 0.100 wt. % sulfur and самое большее 0,50 мас. % цинка.at most 0.50 wt. % zinc. 17. Расплавленная жидкая металлическая композиция по п. 15 или 16, которая имеет содержание кислорода, сниженное до значения, обеспечивающего диапазон его концентрации в составе упомянутого анода от 5 мас. млн-1 до 500 мас. млн-1.17. The molten liquid metal composition according to claim 15 or 16, which has an oxygen content reduced to a value that provides a range of its concentration in the composition of the said anode from 5 wt. ppm to 500 wt. ppm .
RU2020137910A 2018-05-16 2019-05-16 Copper electrorefining improvement RU2790423C2 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP18172598.7 2018-05-16

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2020137910A RU2020137910A (en) 2022-06-16
RU2790423C2 true RU2790423C2 (en) 2023-02-20

Family

ID=

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE472850C (en) * 1926-02-07 1929-03-07 Carl Schantz Process for refining alloys of any composition by electrolysis
US3875041A (en) * 1974-02-25 1975-04-01 Kennecott Copper Corp Apparatus for the electrolytic recovery of metal employing improved electrolyte convection
RU2152459C1 (en) * 1999-12-16 2000-07-10 Открытое акционерное общество "Кольская горно-металлургическая компания" Process of electrolytic refining of copper
RU2187579C2 (en) * 2000-10-02 2002-08-20 Открытое акционерное общество "Уральский научно-исследовательский и проектный институт медной промышленности "Унипромедь" Electrolysis block-series of baths for electrolytic refining of copper and process of electrolytic refining of copper
CN102418117A (en) * 2011-11-29 2012-04-18 宁波蓝鼎电子科技有限公司 Method for electrolytic refining in fire refining of cathode copper

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE472850C (en) * 1926-02-07 1929-03-07 Carl Schantz Process for refining alloys of any composition by electrolysis
US3875041A (en) * 1974-02-25 1975-04-01 Kennecott Copper Corp Apparatus for the electrolytic recovery of metal employing improved electrolyte convection
RU2152459C1 (en) * 1999-12-16 2000-07-10 Открытое акционерное общество "Кольская горно-металлургическая компания" Process of electrolytic refining of copper
RU2187579C2 (en) * 2000-10-02 2002-08-20 Открытое акционерное общество "Уральский научно-исследовательский и проектный институт медной промышленности "Унипромедь" Electrolysis block-series of baths for electrolytic refining of copper and process of electrolytic refining of copper
CN102418117A (en) * 2011-11-29 2012-04-18 宁波蓝鼎电子科技有限公司 Method for electrolytic refining in fire refining of cathode copper

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102626511B1 (en) Improvements in copper electrorefining
JP4298712B2 (en) Method for electrolytic purification of copper
KR101410187B1 (en) Method for producing indium hydroxide or compound containing indium hydroxide
JP2014501850A (en) Electrical recovery of gold and silver from thiosulfate solutions
CN109485023B (en) Method for recovering tellurium from copper-tellurium-containing waste liquid
JP6524973B2 (en) High purity In and method for producing the same
RU2790423C2 (en) Copper electrorefining improvement
JP2007084847A (en) METHOD AND DEVICE FOR PRODUCING Ti
JP6985678B2 (en) Electrorefining method for low-grade copper anodes and electrolytes used for them
US3696012A (en) Process for preventing supersaturation of electrolytes with arsenic,antimony and bismuth
US2385269A (en) Process of electrolytically extracting metal
JP2570076B2 (en) Manufacturing method of high purity nickel
JP3552512B2 (en) Method for controlling dissolved oxygen in copper electrolyte and method for electrolytic purification of copper
JP4831408B2 (en) Method for producing plate-like electrolytic copper
CN110079827B (en) Electrolysis purification method of lead based on sulfamic acid bath
EA043522B1 (en) METHOD FOR ELECTROCHEMICAL EXTRACTION OF COPPER
JP2023066461A (en) Production method of aqueous cobalt chloride solution with low magnesium concentration
JP5996797B2 (en) High purity In and its manufacturing method
CN115198309A (en) Electrolysis method for purifying low-silver low-sulfur ultra-high-purity copper
JP4952203B2 (en) Method for preventing formation of floating slime in electrolytic copper refining
JP2022524364A (en) Copper electrowinning method
US20160160369A1 (en) Method for electrolytically refining lead in sulfamate bath
López et al. Recovery of Tin from Wave Solder Slags generated from PCB Manufacturing
EP0197769A2 (en) Purifying mixed-cation electrolyte
JP2000239885A (en) Anode for electrolytic refining of copper and its production