Вопрос 8. Влияние температуры электролита

С повышением температуры электролита:

• снижается вязкость раствора, в результате чего уско­ряется осаждение шлама и уменьшается их захват расту­щим катодным осадком;

• увеличивается коэффициент диффузии ионов меди, и, следовательно, улучшаются условия для выравнивания концентрации электролита у электродов;

• снижается электрическое сопротивление электролита;

• повышается растворимость сульфата меди и предотв­ращается солевая пассивация анодов.

Минимальной следует считать температуру электроли­та 323 К, что обусловлено необходимостью получать медь заданного качества. Расчеты теплового баланса электро­лизной ванны позволяют определить равновесную темпе­ратуру электролита при той или иной плотности тока: так, при плотности тока 400 А/м² она равняется 328 К, а при 420 А/м² - 333 К. Выделение тепла при электролизе за счет прохождения тока через электролит обеспечивает лишь около половины его потребного количества. Учитывая это, электролит дополнительно подогревают паром до 333...328 К (на зарубежных заводах - до 340 К) в теплообменниках различного типа.

Предусматривается система автоматического контроля темпе­ратуры электролита. Над серией ванн, имеющих ярлычки с номерами, движется по крановым путям устройство, фик­сирующее инфракрасное излучение каждой ванны. Приня­тые сканером сигналы передаются по радиосвязи в компь­ютер, выдающий информацию по каждому электролизеруи сигнализирующему обо всех отклонениях от установлен­ного предела температуры.

Повышение температуры элек­тролита приводит к его интенсивному испарению и ухудшению условий труда в цехе. Для стабилизации температуры электролита в ван­нах и уменьшения испарения с зеркала ванны применяют различные способы закрытия электролита и уменьшения выделения аэрозолей.

Для улучшения условий труда и уменьшения коррозии аппаратуры выделяющимся аэрозолем предложено укры­тие, расположенное между электродными контактами и поверхностью электролита. Пространство между укрыти­ем и поверхностью ванны непрерывно эвакуируется с тем, чтобы избежать утечки тумана в цех. Однако разрежение не должно быть слишком сильным, чтобы не вызвать по­вышенного улетучивания раствора, пересыщения капель и выпадения кристаллов солей.

Выделение аэрозолей электролитов, содержащих ток­сичные компоненты, в атмосферу при электроэкстракции и электрорафинировании меди подавляют и введением в элек­тролит добавок поверхностно-активных веществ (ПАВ). Вусловиях усиленного газовыделения, в особенности наблю­даемого при электроэкстракции меди, концентрация ПАВ должна обеспечивать образование устойчивой пены на поверхности раствора в ванне для наибольшего подавле­ния аэрозолей в воздухе над электролизными ваннами.

В результате изучения влияния катионных, анионных и других ПАВ на выделение аэрозолей серной кислоты, суль­фатов меди, никеля и мышьяковистого водорода в процес­се электрорафинирования меди, проведенного в лабора­торных и промышленных условиях на комбинате ОАО «Уралэлектромедь», с учетом поверхностного натяжения систем «раствор - ПАВ» и скоростей испарения жидкости из них,установлено, что некоторые из исследованных ПАВ (ОП-7, ОП-10, ОС-20, оксанол О-18, цетиловый и поливиниловыйспирт) существенно (на 40-60%) уменьшают выделение аэро­золей электролита. Вместе с тем ухудшают качество катодной меди, в связи с чем их целесообразно использовать в качестве добавок в электролит только на стадии его обезмеживания электролизом с нерастворимыми анодами. К применению в процессе электрорафинирования меди может быть реко­мендован лишь натрий олеиновокислый, который на 40-70% снижает выделение вредных веществ в атмосферу, не ухудшая качества катодного осадка.

Лекция 23. Технологические процессы и оборудование

Вопрос 1. Характеристика оборудования.Совершенствование оборудования цехов предполагает современное механизированное и автоматизированное про­изводство, что должно обеспечить более высокую производительность труда. Особого внимания заслуживают опе­рации, связанные с заменой электродов, транспортные опе­рации, промывка катодов и анодных остатков, выгрузка шлама из ванн, подготовка катодных основ, контроль со­стояния ванн.

Осуществляется правка литых анодов, используемых в ваннах для электролизного рафинирования металлов и имеющих вид литых прямоугольных пластин. По верхним углам они снабжены горизонтальными отростками для захва­та стропами подъемного устройства. Правка заключается в одновременном обжатии анода по его краям между незави­симыми нажимными устройствами, причем усилия, созда­ваемые каждым из них, соответствуют деформации анода в этом направлении. При обжатии анодов устраняется и облой, образующийся при их отливке. Обжимное устройство представляет собой жесткую раму, расположение стержней которой соответствует контуру анода; к этой раме анод прижимают с другой его стороны посредством двух гори­зонтальных и двух вертикальных брусьев, снабженных ин­дивидуальными гидроцилиндрами, причем брусья могут не только перемещаться линейно, но и поворачиваться относительно их продольной оси. Аналогичными брусья­ми с гидроцилиндрами производится правка отростков в горизонтальном и вертикальном направлениях. В среднем открытом пространстве рамы смонтирована нажимная подушка с гидроцилиндром для правки центрального уча­стка анода.

Стартерные катоды вальцуют перед установкой их в ванны, гдепроисходит их деформация, что влечет за собой изменение расстояния между анодами и катодами. В связи с этим не­обходима последующая их корректировка, которая ранееосуществлялась вручную. Для устранения этой трудоемкой операции изготовлен агрегат механизированного выпрям­ления медных катодов в процессе электролиза, представля­ющий собой горизонтальный гидравлический пресс, на котором смонтирован пакет пластин, состоящий из одной неподвижной пластины, одной крайней и 22 подвижных, весом по 478 кг каждая. Все пластины (кроме неподвиж­ной) имеют по 2 колеса, которые движутся по направляю­щим рамы. Приводимая в движение гидравлическим ци­линдром крайняя пластина посредством осей и звеньев перемещает пластины по направляющим. На раме смонти­рован также гидравлический агрегат и пульт управления. Конструкция позволяет осуществлять прессовку катодовразмером 1000x1000 мм. Агрегат для выпрямления катодов отличается простотой действия. Применение данного аг­регата позволяет создать условия для повышения коэффи­циента использования тока.

Подвешивание и выгрузку электродов из ванн осуще­ствляют с помощью мостового крана и специальных захва­тов комплекта электродов с заданным межэлектродным расстоянием. Механизация и автоматизация этих опера­ций ощутимо снижает передельные затраты.

Использование автоматического крана, обеспечивающего возможность сокращения межэлектрод­ного расстояния и более точную установку анодов и като­дов в ванне. Применение на кране оптического датчика позволило размещать электроды с точностью ±2 мм. Про­изводительность цеха электролиза возрастает с 124 до 170 тыс. т катодов в год.

Интересно решение японских специалистов фирмы «Онахама», которые используют рельсовый мостовой кран, перемещающийся над верхней кромкой ванн. При этом благодаря программированному обслуживанию ванн све­ден к минимуму пробег транспортных средств.

Извлечение матричных листов и их погружение в ра­створ электролита в процессе электролитического получе­ния меди после 242 ч электролиза при плотности тока 220 А/м² обеспечивается автоматической системой. В ходе этой процедуры, которая раньше проводилась вручную, а затем с помощью подвесного конвейера, наибольшие труд­ности связаны с точным размещением матричных листов в электролите и совмещении их положения с положением начального листа. Полностью автоматизирована операция извлечения листов, их установка, вертикальное и горизон­тальное перемещение, размещение их в контейнерах, пода­ча из контейнера на подвесной конвейер. Система оснащена устройством для наблюдения за перемещением листов и позволяет корректировать их положение. Сокра­титлась длительность операции извлечения и установки мат­ричных листов.

Один из вариантов подъемного устройства, предназна­ченного для групповой замены анодов и катодов при элек­тролитическом рафинировании меди, снабжен подъемно-опускающейся и горизонтально передвигающейся несущей рамой, на которой смонтировано три пары шин, две из нихс крюками. Шины попарно симметричны относительно про­дольной вертикальной плоскости несущей рамы. Две пары шин снабжены рейками, на которых закреплены крюки. Рейки оснащены механизмом небольшого перемещениявдоль шин. Третья пара шин размещена между двумя дру­гими парами шин с крюками и имеет гребенчатую рейку с зубцами, направленными вниз. Эта рейка свободно подве­шена и под действием собственного веса занимает нижнее положение. Глубина зубцов для катодов и анодов различ­на. При опускании несущей рамы рейка с зубцами опира­ется на электроды, поднимается и таким образом воздей­ствует на контрольный механизм, управляющий правиль­ной позицией анодов и подъемом несущей рамы. Порядок подвешивания/извлечения электродов: анод/катод, катод/ анод.

При производстве стартерных катодов применяют как полуавтоматические (чаще всего в старых цехах), так и полностью механизированные линии. Матрицы с осад­ком из ванн получения стартерных листов транспортиру­ют краном с захватами на приемный цепной конвейер моечной и сдирочной машины. Освобожденные от осадка матрицы направляют на контроль для выбраковки (для титановых матриц) или смазки (для медных сульфидиро-ванных матриц). Выбракованные матрицы поступают на шлифование или сульфидирование, а кондиционные мос­товым краном загружают в ванну получения стартерных листов.

В практике электролиза известны способы отделения электролитически осаж­денного металла от матрицы без повреждения последней, что допускает ее повторное использование:

- обдув матрицы с осадком горячим воздухом; отделе­ние осадка от материала электрода происходит за счет разницы коэффициентов термического расширения;

• ударное воздействие на поверхность осажденного ме­талла, которое производят за счет электрогидравлическо­го эффекта* вызванного высоковольтным разрядом в жид­кой среде;

• с помощью специального ножа, подводимого к верх­нему краю осадка. Вначале сдирающее устройство при­крепляется к конструкции, включающей матрицу с осад­ком, с помощью зажима; в дальнейшем ножи перемещают­ся вниз и отделяют слой катодного осадка;

• матрицы с осадком транспортируются вращающейся каруселью последовательно через позиции загрузки, об­стукивания, отслаивания металла, его полного удаления и выгрузки, причем в этих позициях предусмотрены устрой­ства для снятия металла с поверхности катодов и с карусе­ли, после чего катоды снимают с карусели для повторного использования. В позиции обстукивания верхняя кромка слоя металла отделяется от катода, в позиции отслаивания катод изгибают для образования зазора между слоем ме­талла и катодом с отделением этого слоя от катода в следу­ющей позиции.

Сдирочные комплексы для осуществления операции сдирки осадка с матрицы разработаны и внедрены в Япо­нии (Онахама), Финляндии (Пори), Канаде (Кидд-Крик) Бельгии (Олен), Германия (Люнен), Рёншер (Швеция) и др.

Наиболее интересны сдирочные устройства, разработан­ные фирмами «Мицубиси» и «Оутокумпу». Один из них состоит из вибратора, при помощи которого листы осадка отделяются от матрицы, подвижных тележек с вакуумным устройством для отделения листов, транспортера для при­ема листов (рис. 6.11). Другое устройство включает ножи для отделения листов от матриц, приспособление для пол­ного отделения листов, приемный механизм, обеспечиваю­щий постоянную высоту стопки листов (рис. 6.12).

Для сборки катодных основ широко применяются авто­матические и полуавтоматические линии, которые работа­ют на ряде крупных заводов, в том числе Сан-Мануэль, Уайт-Пайн (США), Кидд-Крик (Канада), Люнен (Германия) и др.

Вопрос 2. Вакуумный съем катодного осадка.После отделения лист подают на изготовление стартерных катодов (рис. 6.13). Катодные листы, находящиеся в отдельной клети, доставляют с помощью крана или авто­погрузчика к рабочему столу, расположенному на гидрав­лических цилиндрах, обеспечивающих постоянный верхний уровень

Рис.6.11. Принцип вакуумного съема катодного осадка с матрицы

Рис.6.12. Устройство для съема катодного осадка с матрицы.

1-ножи для съема осадка;2-приспособление для пакетирования листов