WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |

На правах рукописи

ГорленкОВ Денис Викторович

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ РАСТВОРЕНИЯ МЕДНО-НИКЕЛЕВЫХ АНОДОВ, СОДЕРЖАЩИХ ДРАГОЦЕННЫЕ МЕТАЛЛЫ, ПРИ ВЫСОКИХ ПЛОТНОСТЯХ ТОКА

Специальность 05.16.02 – Металлургия черных, цветных

и редких металлов

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Санкт-Петербург

2009

Работа выполнена на кафедре печных технологий и переработки энергоресурсов Санкт-Петербургского государственного горного института им. Г.В.Плеханова (технического университета).

Научный руководитель:

доктор технических наук,

профессор Н.М. Теляков

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор И.Н.Белоглазов

кандидат технических наук А.Ю. Баймаков

Ведущее предприятие: ООО «Гипрохим-Технолог».

Защита состоится « 25 » июня 2009 г. в 1630 часов на заседании диссертационного совета Д 212.224.03 при Санкт-Петербургском государственном горном институте им. Г.В. Плеханова (техническом университете) по адресу: 199026, г. Санкт-Петербург, 21 линия, д.2, ауд. 1303.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного горного института.

Автореферат разослан 22 мая 2009 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

д.т.н., профессор В.Н.БРИЧКИН

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы.

В настоящее время потребность в драгоценных металлах постоянно растет и приходится решать эту проблему путем организации переработки отходов радиоэлектронной промышленности.

Резкое сокращение добычи драгоценных металлов объясняет возрастающую роль вторичной металлургии. Экономически извлечение золота, серебра, платины и палладия из отходов является более выгодным, чем из руд.

В настоящее время, с помощью вторичной металлургии эту проблему решают многие европейские государства, которые получают до 15% драгоценных металлов при переработке лома радиоэлектронной промышленности.

Проблема дефицита благородных металлов обусловила появление в России комплексов по переработке лома радиоэлектрон­ной промышленности. В настоящее время требования к комплексам по переработке достаточно высокие, учитывающие максимальное извлечение драгметаллов из бедного сырья и уменьшение массы хвостов-остатков. Немаловажно и то, что наряду с извлечени­ем драгметаллов можно получать еще и цветные металлы, например, медь, никель, алюминий и другие.

Существующие технологии позволяют перерабатывать большие партии отходов, содержащих драгметаллы, что приводит к объединению партий лома различных поставщиков.

Данная работа представляет собой развитие идеи переработки радиоэлектронного лома с большой скоростью, что позволяет избежать объединения сырья и обеспечивает точный экономический расчет с каждым поставщиком в отдельности.

Исследования выполнялись в рамках федеральной программы «Исследования и разработка по приоритетным направлениям развития научно-технического комплекса России на 2007-2012 годы» по теме «Разработка технологии и комплекса оборудования для переработки металлосодержащих отходов с выделением товарных металлов» № 2007-5-2.5-17-04.

На данный момент работа ведется по проекту № 2.1.2/3788 «Исследование физико-химических превращений в гетерогенных системах при высокотемпературных процессах» в рамках аналитической ведомственной целевой программы «Развитие научного потенциала высшей школы на 2009-2010 годы».

Цель работы.

Повышение эффективности технологии извлечения благородных металлов из медно-никелевых анодов, полученных при переработке лома радиоэлектронной промышленности.

Методы исследований.

В работе были использованы экспериментальные и теоретические методы исследований. Экспериментальные исследования выполнялись на лабораторной установке, созданной на базе Горного института. Количественный и химический состав проб растворов определялся методами классической аналитической химии. Использовались методы рентгеноспектрального микроанализа (РСМА). Обработка полученных результатов лабораторных и теоретических исследований проводилась с помощью программ Excel, Matlab и Mathcad.

Научная новизна.

  • определен состав электролита для ведения процесса растворения анодов, с повышенным содержанием благородных металлов и примесями свинца, позволяющий избежать пассивирующего эффекта.
  • проведены исследования по использованию «кипящего слоя» в катодном пространстве, благодаря которому происходит увеличение площади катода, позволяет предотвратить выделение водорода на нем и значительно повысить плотность тока.
  • установлено, что электролит, переведенный из катодного пространства в анодное, электрохимически воздействуя на анод, позволяет увеличить скорость процесса растворения.
  • выполнены теоретические расчеты с целью определения стабильного нахождения благородных металлов в растворе электролита, содержащего ионы хлора, на основе которых построены графики зависимости потенциала анода от pH электролита (диаграммы Пурбэ), позволяющие спрогнозировать переход благородных металлов в раствор.

Практическая значимость работы.

  • разработана технология переработки медно-никелевых анодов с высоким содержанием примесей;
  • даны рекомендации по выбору оптимального состава электролита для растворения медно-никелевых анодов с повышенным содержанием благородных металлов;
  • создана электрохимическая ванна, позволяющая проводить технологический процесс при высоких плотностях тока и циркуляции электролита из катодного в анодное пространство.

Новизна технических решений подтверждена патентом РФ № 2237750, 2003г., получено положительное решение по заявке на изобретение «Способ электрохимического растворения медно-никелевых анодов с целью извлечения благородных металлов», № 2008148958/02, 2008 г.

Основные положения, выносимые на защиту.

  1. Электролитическое растворение анодов обеспечивает разделение благородных металлов на золотосодержащий шлам, медно-палладиево-графитовый продукт и электролит, содержащий благородные металлы.
  2. Растворение медно-никелевых анодов, содержащих 2-5% Ag, 0,1-0,3% Pd, 0,1-0,5% Au, 1-12% Fe и т.д., в сульфат-хлоридном электролите с плотностями тока, при которых происходит активный разряд ионов водорода на катоде, возможно осуществлять при условии циркуляции электролита из катодного в анодное пространство и «кипящего слоя» в катодном пространстве.

Апробация работы.

Основные материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались на научных конференциях студентов и молодых ученых «Полезные ископаемые России и их освоение» (Санкт-Петербург, 2003 г.), Международной конференции «Металлургические технологии и оборудование» (Санкт-Петербург, Апрель 2003 г.), Всероссийском конкурсе на лучшие научные работы студентов по естественным и техническим наукам (Москва, 2004 г.), Ежегодной научной конференции молодых ученых «Полезные ископаемые России» (Санкт-Петербург, 13-29 марта 2006 г).

Публикации.

Основные положения диссертации опубликованы в пяти печатных трудах: 4 статьи и 1 патент.

Структура диссертации.

Диссертация состоит из введения, 4 глав, выводов и списка литературы. Работа изложена на 102 страницах машинописного текста, содержит 21 таблицу, 20 рисунков. Библиография включает 132 наименования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность исследований, изложены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе дана характеристика поступающего на переработку лома, содержащего благородные металлы, рассмотрены основные механизмы и условия ведения процесса электролиза. Описаны основные процессы, протекающие на электродах.

Во второй главе представлены предположения о существовании хлоридов благородных металлов в растворе, построены графики зависимости потенциалов благородных металлов от pH раствора (диаграммы Пурбэ). Даны предположения о возможных вариантах поведения благородных металлов в зависимости от условий ведения процесса электролиза. Приведены результаты растворения медно-никелевых анодов при различных плотностях тока и составы электролита, шлама и катодного осадка.

Третья глава посвящена описанию лабораторной установки и методов исследования по изучению поведения потенциалов медно-никелевых анодов при различных условиях ведения процесса электролиза. Построены графики зависимостей потенциалов анодов от времени, силы тока и напряжения. Проведены исследования по растворению медно-никелевых анодов в электролитах различного состава и сделан выбор состава электролита, наиболее подходящего для растворения анодов подобного состава. Приведены результаты исследований по растворению анодов с применением «кипящего слоя» и циркуляции электролита.

В четвертой главе предложена технологическая схема переработки радиоэлектронного лома, конечным переделом которой выступает электрохимическое растворение анодов, результатом которого является получение электролита, обогащенного драгоценными металлами, золотосодержащего продукта, переходящего в шлам и медно-палладиево-графитовый продукт. Приведен пример расчета материального баланса электролиза и данные результатов исследований, проведенных на укрупненной установке.

ОСНОВНЫЕ ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

  1. Электролитическое растворение анодов обеспечивает разделение благородных металлов на золотосодержащий шлам, медно-палладиево-графитовый продукт и электролит, содержащий благородные металлы.

Технологическую схему переработки лома радиоэлектронной промышленности можно представить следующим образом (рис. 1). Поступающее с предприятий сырье направляется на предварительную разборку. На этой стадии из электронно-вычислительных машин и другого электронного оборудования извлекаются узлы, содержащие драгметаллы. Обогащенный материал, направляют на плавку, в результате которой получают аноды, содержащие цветные и драгметаллы.

Необходимо отметить, что плавка на аноды проводится в условиях продувки расплава концентрата благородных металлов кислородом воздуха. Подобная обработка позволяет регулировать составы получаемых анодов. Результатом растворения этих анодов на электролизном участке является электролит, содержащий драгметаллы, шламы благородных металлов и катодная медь.

Рис. 1. Технологическая схема переработки радиоэлектронного лома

Проведенные расчеты, выполненные с целью выявления стабильного нахождения благородных металлов в растворе электролита, содержащего ионы хлора, при растворении медно-никелевого анода, позволили построить графики зависимостей потенциалов от pH раствора (рис. 2, 3).

Диаграммы Пурбе могут служить химико-термодинамической основой при решении во­просов об устойчивости того или иного состояния системы и о возможности протекания в ней какой-либо реакции. В частности, ими можно пользоваться при рассмотрении вопросов об анодном окислении металлов. При оценке точности по­лучаемых результатов следует иметь в виду, что многие из приводимых величии электродных потенциалов получены не путем прямых электрохимических измерений, а вычислены из термохимических данных или по потенциалам других электродных про­цессов.

Рис. 2. График зависимости потенциалов от pH раствора для соединений золота и серебра.

При проведении процесса электрохимического растворения анодов в солянокислом электролите, возможно образование следующих соединений: AuCl, H3AuO3, Au2O3, Ag2O, AgCl, PdCl4, Pd(OH)2, PdO, Pt(OH)2, и выделение металлов в чистом виде (Pt, Pd, Ag, Au).

Графики (диаграммы Пурбэ) на рисунке 2 и 3 построены по известным значениям потенциалов для металлов и их соединений, образующихся в процессе электролиза в электролите на основе уравнения Нернста:

Рис. 3. График зависимости потенциалов от pH раствора для соединений платины и палладия.

Данные, представленные на диаграммах Пурбэ, позволяют предположить, что существуют два возможных варианта поведения благородных металлов.

Первый вариант позволяет перевести благородные металлы в виде нерастворимых соединений в шлам при низких значениях потенциала анода.

Во втором варианте существует возможность перевода благородных металлов в раствор при высоких плотностях тока.

Проведенные исследования, с целью определения возможных параметров ведения процесса растворения анода при высоких плотностях тока показали, что процесс возможен при наличии «кипящего слоя» в катодном пространстве. Измельченный графит, засыпанный в катодную ячейку, при взаимодействии с газовым реагентом (воздухом) образует «кипящий слой», который, соприкасаясь с катодом, значительно увеличивает его площадь, предотвращая выделение водорода на катоде.

В таблице 1 приведены результаты опытов, проведенных с целью определения технологических параметров анодного растворения при различных потенциалах анодов.

Таблица 1

Результаты растворения анодов при различных технологических параметрах

№ опыта

Технологические параметры

Результаты растворения

t, C

Плотность тока, А/м2

Напряжение на ванне, в

Коли-чество шлама, г

Ско-

рость, кг/сут

1

30

500

1,0

13,1

0,70

30

550

1,1

12,3

0,71

30

Pages:     || 2 | 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»