Проект участка по производству меди мощностью 9000т/год в условиях ПО "Жезказганцветмет"

Матрицы изнашиваются главным образом, в результате коррозии в области соприкосновения их с кислородом воздуха на границе с электролитом.

Для борьбы с коррозией внедрено электролитическое освинцевание «головок» матриц - нанесение свинцового покрытия в области границы электролит - воздух (шириной 25-35мм).

Для освинцевания применяют электролит следующего состава: 105г/л Pb,120г/л HF, 106г/л H₃BO₃. Плотность тока 250а/м²; температура электролита 20-25єС. За 4-6ч осадок получается достаточно плотным, толщиной 0,2-0,3мм.

В результате освинцевания головок срок службы матриц увеличивается и значительно облегчается труд рабочих при сдирке листов, так как «заковывания» листа в области головок не происходит.

Освинцевание головок матриц дает положительные результаты, но оно связано с дополнительными затратами материалов и труда рабочих.

Однако матрицы быстро изнашиваются не только по причине разъедания их в области головок. Многие матрицы выходят из строя из-за механического износа нижней их части, так как при сдирке листов эта часть в наибольшей степени подвергается «скоблению» стальным ломиком особенно тогда, когда опыт рабочего недостаточен.

Для удлинения продолжительности службы матриц необходимо следующее:

а) строгое соблюдение установленных норм режима технологического процесса;

б) выполнение всех правил сдирки листов, смазки матриц и посадки их в ванны;

в) тщательный уход за матрицами и своевременный их ремонт;

г) внимательное круглосуточное обслуживание матричных ванн;

д) на съеме листов и посадке матриц в ванны должны работать хорошо подготовленные рабочие.

3.3 Аноды

Аноды представляют собой медные плиты с ушками - электрододержателями. Подвешенные в ванне аноды опираются ушками на борта ванны.

Аноды растворяются по длине не с одинаковой скоростью: верхняя и нижняя части быстрее, чем средняя, поэтому, чтобы избежать обрыва анодов, их отливают клинообразной формы - верхняя часть толще нижней на 8-10%.

Форма анода определяется техническими условиями, установленными для каждого завода. Ширина и высота анода должна быть на 30-40мм меньше соответствующих параметров катода. Ушки анода отливают вместе с телом пластины анода.

Размеры анода составляют: длина 820мм, ширина 820мм, толщина 45-50мм и масса анода 265кг.

Толщина анодов оказывает серьезное влияние на технико-экономические показатели работы электролитных цехов. При работе на утолщенных анодах выход анодных остатков уменьшается, сокращается количество полных перегрузок серий, а следовательно, снижается расход некоторых вспомогательных материалов (доски, бруски). В то же время работа на утолщенных анодах имеет существенные недостатки. Увеличивается количество меди в незавершенном производстве, что ухудшает такой важный показатель, как оборачиваемость денежных средств. Кроме того, при утолщенных анодах в начальный период работы ванны межэлектродные расстояния малы, что ведет к частным коротким замыканиям, а следовательно, коэффициент использования тока понижает. Работа на токах анодах имеет также преимущества и недостатки. В большинстве случаев аноды отливают с углублением в одном из ушек. Это способствует лучшему контакту между анодом - катодом.

Качество анодов оказывает существенное влияние на процесс электролиза. Аноды не должны иметь отклонений по геометрической форме. Несовершенство отливки анодов не позволяет устанавливать их в ванне строго вертикально и тем самым исключить возможность потери тока вследствие короткого замыкания анода с катодом. Весьма существенным является предел содержания кислорода в анодах.

Практикой установлено, что аноды не должны содержать более 0,1% О₂. Повышенное содержание кислорода вызывает резкий рост химического растворения меди на анодах, что приводит к необходимости усиленной регенерации электролита, либо путем вывода части электролита из производства и подпитки электролита конденсатом, либо путем включения в цепь ванн с нерастворимыми свинцовыми анодами. Кроме того, при повышенном содержании кислорода в анодах, образующийся в процессе электролиза шлам прилипает к поверхности анодов, и напряжение на ванне повышается в 3-4 раза, соответственно во столько же раз увеличивается расход электроэнергии на электролиз. Общая продолжительность растворения партии анодов составляет обычно 18-22 суток. За этот период катодные матрицы завешиваются 2 или 3 раза. 1-й съем катодов производят через 6-6,5 суток, 2-й съем через 8-8,5 суток и 3-й -- через 6-7 суток после завески катодных матриц. Соответственно аноды работают на 2 или 3 срока. Практикой установлено, что с увеличением содержания свинца в анодах напряжение на серии растет.

Это связано с образованием на поверхности анодов плотного, трудносползающего шлама. Периодическое отключение тока и простукивание анодов приводит к снижению напряжения на серии. При недостаточном восстановлении анодной меди (О₂ более 0.08%) и содержании свинца менее 0.2% напряжение на серии увеличивается на третьем сроке и на втором и третьем сроках при содержании свинца более 0.2%.

Последние статистические исследования, проведенные лабораторией металлургии в 1995 г. показали, что содержание свинца в анодах не должно превышать 0.18%, а кислорода 0.10%. Превышение содержания в анодах свинца и кислорода более этих пределов приводит к увеличению выхода анодных остатков и снижению коэффициента использования тока.

Весьма существенным является предел содержания кислорода в атомной меди. Практикой установлено, что аноды не должны содержать более 0,10% О₂. Повышенное количество кислорода отрицательно сказывается на процессе электролиза: химическое растворение меди на анодах резко возрастает, что приводит к необходимости усиленной регенерации электролита.

3.3.1 Растворение анодов. Продолжительность работы анодов

Растворенная медь переходит в катоды не полностью, некоторая ее часть остается в электролите в виде сульфата меди, а также частично оседает на дно ванны.

В процессе растворения анодов, содержащиеся в них примеси в зависимости от физико-химических свойств или растворяются в электролите, или в виде нерастворимого осадка выпадают на дно ванны, образуя шлам. Многие из примесей ведут себя двояко: частично растворяются в электролите и частично осаждаются в шлам. Некоторые примеси в небольших качествах попадают также в катоды.

Распределение меди и примесей между катодами, электролитом и шламом зависит от ряда факторов.

При повышенной плотности тока качество меди, выпадающей в шлам, увеличивается, кроме того, большее количество примесей попадает в катоды.

Высокая скорость циркуляции электролита способствует увеличению примесей, осаждающих на поверхности катодов, особенно при наличии крупных дендритов.

При низкой температуре может образоваться плавучий шлам, который в виде хлопьев плавает на поверхности электролита и налипает на верхние части анодов и катодов, что создает благоприятные условия для коротких замыканий. Выходящий из ванны плавучий шлам загрязняет трубы и баковую аппаратуру циркуляционной системы.

На оседающий на дно ванны шлам может также находиться в электролите во взвешенном состоянии, что отрицательно сказывается на процессе электролиза: частица шлама застревают на катодах, загрязняя их и образуя особого рода пластинчатые наросты.

При установившихся основных параметрах технологического процесса и достигнутого уровня технологических показателей при стабильном содержании анодов по меди и примесям продолжительность растворения анодов зависит от массы.

На современных предприятиях аноды срабатываются за 20-21 сутки. За этот период производится несколько операций наращивания катодов. Эти операции принято называть сроками работы анодов. Сроки работы анодов определяется рядом факторов, зависящих от конкретных условий производства.

Первый срок. Условия получения катодов с высоким использованием тока наиболее сложны, так как новые аноды всегда имеют некоторые дефекты литья, а межэлектродные расстояния наименьшие. В начальный период производят тщательную корректировку расположения анодов в ванне и с целью улучшения контактов «пригоняют» их ушки к промежуточной шине. Эти операции необходимы, но во время проведения их наращивания катодов протекает не с полной интенсивностью и образующиеся дендриты при более продолжительном сроке наращивания приводят к снижению выхода по току.

Средние сроки. условия электролиза наилучшие: работа ванны протекает при увеличены межэлектродных пространствах и при обработанных анодах. Эти условия позволяют повысить продолжительность наращивания катодов и достичь высокого использования тока.

Последний срок. Аноды имеют меньшую поверхность (особенно в последний период - период подсада), нарушается равномерность распределения тока по полотну катода (в средней части плотность тока повышается в результате понижения ее по краям катода), вследствие чего качество катодного осадка ухудшается. При подсаде работа ванн осложняется, так как в ней остается не полное количество электродов; в это время одни катоды совсем не работают, а другие работают на повышенной плотности тока. Поэтому продолжительность последнего срока сокращают.

Преимущества работы на три срока перед работой на четыре срока следующие:

а) Меньший расход маточных катодов, а следовательно, меньше затрат труда на их производство и меньший расход некоторых материалов.

б) Более высокая производительность труда рабочих на выгрузке катодов (увеличение массы катодов вследствие более продолжительного их наращивания мало влияет на условия труда рабочих, особенно при наличии промывочных машин).

в) Сокращается правка катодов дежурными по электролизу.

г) Короче простои серий под обработкой.

д) Меньшие затраты электроэнергии на работу мостовых кранов и промывочных машин.

Работа на три срока имеет и недостатки:

а) Относительно большее необходимое количество меди в незавершенном производстве, отчего значительно увеличиваются оборотные средства.

б) Повышается коррозия катодных ушек, что приводит к увеличению количества обрывов катодов.

в) Повышается электрическое сопротивление шлама на поверхности анодов, так как он реже смывается.

Главное преимущество работы на четыре срока заключается в ускорении оборачиваемости меди.

Каждый электролитный цех в зависимости от некоторых условий производства работает по одному и частично по второму вариантам. Переход с одного варианта на другой осуществляется без каких либо затруднений.

3.4 Катоды

Катодные основы (матричные катоды) представляют собой медные листы с приклепанными к ним ушками, изготовленными из этих же листов. Толщина катодной основы определяется плотностью тока, применяемой при наращивании листов, и равна 0,45-0,55 мм. Катодные ушки прикрепляют или по одному, или по два к каждому катоду. В первом варианте ушко шириной 360-400мм прикрепляют посредине листа, во втором шириной 100-120мм на некотором расстоянии от обеих кромок листа.

Преимущества первого варианта перед вторым заключается как в относительно низком сопротивлении контактов катодный ломик-ушко и ушко-катод, так и в том, что маточный катод меньше изгибается.

Однако для катодов с одним ушком требуется катодные ломики большей прочности (большого сечения), чем для катодов с двумя ушками (в первом случае механическая нагрузка сосредоточивается на центральной части ломика, во - втором - распределяется на два участка). Кроме того, при первом варианте расходуется большое количество катодных основ для изготовления ушек.

Практика показала, что применение катодов с двумя ушками - лучший вариант.

Для подвески катодов в ванне и передачи электрического тока из одной ванны в другую применяют катодные ломики, изготавливаемые из меди марок М1 и М2. медь электролиз оборудование

Контакт ломиков фигурного сечения с ушками лучший, чем ломиков прямоугольного сечения. Это объясняется тем, что ломики сложной конфигурации имеет больше ребер, которыми они соприкасаются с ушками катода, чем ломики прямоугольного сечения.

Чтобы обеспечить ломики фигурного сечения и снизить затраты меди на изготовление, их делают пустотелыми.

Чтобы в процессе электролиза силовые линии распределялись на кромках катодов более равномерно, катоды должны быть несколько шире и длиннее анодов.

Размеры катода составляют: длина 860мм, ширина 860мм, масса катода 80кг.

Катодные основы получают в специальных ваннах осаждением на катодных матрицах (листах меди), предварительно смазанных маслом (солидолом или др.).

Катодные матрицы (маточные катоды) служат основой для электролитического осаждения меди. Наращивание меди на катодные основы производится в течение некоторого периода времени, в результате чего получается готовая продукция производства рафинированной меди - катоды.

3.5 Транспортное оборудование

Лучший вид транспорта внутри цеха, а также между плавильным электролитным цехами - электровозы. Наилучшим следует признать электровоз с троллейным питанием. Ввиду невозможности сделать троллейную проводку в помещениях цехов на предприятиях применяется следующая система: между цехами электровоз питается от троллей, а в цехе кабель подключается к рубильнику и разматывается с барабана по мере удаления от рубильника, а при обратном движении наматывается на барабан. В этом основной недостаток системы, так как разматывание и наматывание кабеля производится вручную; кроме того, длинный кабель часто подвергается механическим повреждениям, приводящим к разрушению изоляции, что создает опасность для обслуживающего персонала.

4. Рафинирование меди

В цехе электролиза меди используют три типа ванн: полимербетонные, с железобетонным каркасом и силикатобетонные ванны футерованные свинцом. Объем ванны 5 м³, длина 4270 мм, ширина 1120 мм, высота 1340 мм. В каждую ванну завешивается 35 медных литых анодов (размером 820х820), вес анода 265 ± 15 кг и 36 маточных катодов размером 860х860 мм. Ванны объединяются в серии. Каждая серия состоит из 2-х полусерий по 13 ванн в линии. В каждую ванну матричных серий завешивается 35 медных анодов и 34 титановых матриц толщиной 3 мм. Серии объедены в 12 циркуляционных систем по 6 серий на одной циркуляции. Включение ванн в электрическую цепь в серии последовательное. Одноименные электроды в каждой ванне присоединены к шине параллельно (система мультипль).

Электрический ток от токоподводящей шины поступает в крайнюю ванну, распределяясь по всем анодам равномерно, из анодов ток поступает в электролит, проходит по раствору к катодам, которые передают его анодам соседней ванны и т.д.

Постоянный ток на электролизные ванны подается по трем электрическим цепям, запитанных от 5 кремниевых выпрямительных агрегатов ВАКВ 12500/300, установленных на преобразовательной подстанции с параметрами: номинальный ток 12500А и номинальное напряжение 300В постоянного тока. При работе на нагрузках выше 13200А. На первую цепь могут работать 1-й и 2-й агрегат параллельно и 5-й с 3-м агрегатом на 2-ю цепь. 3-я цепь работает с постоянной токовой нагрузкой 12500А. В 3-ю цепь включены матричные серии.

Для получения меди необходимой чистоты черновую медь подвергают огневому и электролитическому рафинированию, и при этом, помимо удаления вредных примесей, можно извлечь также благородные металлы. Огневое рафинирование черновой меди проводят в печах, напоминающие отражательные печи, используемые для выплавки штейна из медных концентратов. Электролиз ведут в ваннах, футурованных внутри свинцом или винипластом.

Черновую медь, содержащую 98,9-99,1% меди подвергают двухстадийному рафинированию с целью очистки от вредных примесей (железо, сера, кислород, свинец, цинк, олово, висмут, мышьяк, сурьма) и попутного извлечения благородных металлов. Вначале медь рафинируют огневым (окислительным) способом, а затем проводят электролиз. Практика и экономические расчеты показали, что это более выгодно, чем ее прямая электролитическая очистка. Связано это с существенным снижением затрат на электролиз и улучшением качества товарной меди.

Огневое рафинирование черновой меди основано на различиях в сродстве к кислороду меди и ее примесей. Сродством металла к кислороду, определяется упругостью диссоциации его окисла или иначе давлением кислорода при термическом разложении окисла.

При этом давление кислорода выше у окисла металла, имеющего меньшее сродство к кислороду и увеличивается с повышением температуры. По убыванию сродства к кислороду металлы располагаются в следующем порядке: цинк, олово, железо, никель, сурьма, свинец, мышьяк, висмут, сера, медь, теллур, селен, серебро и золото). Первые девять элементов --- неблагородные примеси -- имеют большее сродство к кислороду, чем медь, последние четыре элемента -- меньше, по сравнению с медью.

Огневое рафинирование основано на следующих свойствах меди и ее оксида Си₂О:

а) Сu₂О хорошо растворяется ( до 12%) в расплавленной меди;

б) Си₂О по отношению к неблагородным примесям является окислителем;

в) Большая часть оксидов примесей, образующихся в результате окисления, в жидкой меди не растворяются;

г) Легкая и быстрая восстановимость Си₂О после удаления окислившихся примесей.

Процесс огневого рафинирования меди состоит из следующих основных операций: загрузки, расплавления твердой меди и разогрева расплава, окисления примесей, съема шлака, раскисления (дразнения) меди разливки меди в аноды.

Стадия окисления: начинается с продувки ванны расплава воздухом. При этом медь постепенно насыщается кислородом и происходит окисление примесей. По сродству к кислороду первыми должны окисляться неблагородные примеси. Однако вследствие их низкой концентрации в расплаве происходит прежде всего окисление меди с образованием закиси меди Си₂О.

Растворимость Си₂О составляет около 8.3% (1.04% О₂) при 1150°С и 12.4% (1.56% О₂) при 1200°С. Избыточная Си₂О в меди не растворяются и образует самостоятельную твердую или жидкую (выше 1200°С) фазу на поверхности расплава. Закись меди благодаря диффузии и конвекции распространяется по всему объему ванны и играет роль передатчика кислорода-окислителя примесей, имеющих больше сродство к кислороду, чем у меди.

Удаление окислов в виде шлака с поверхности ванны, способствует более глубокому удалению примесей из меди. Последовательность удаления примесей при огневом рафинировании определяется сродством примесей к кислороду и может быть представлена следующим образом. При примерно одинаковом содержании сначала окисляется цинк, затем олово, железо, никель, сурьма, свинец, мышьяк, висмут и, наконец, сера. Однако такой порядок может измениться в зависимости от соотношения упругости диссоциации окислов примесей.

Для более глубокого удаления примесей при огневом рафинировании необходимо стремиться к насыщению ванны металла закисью меди, т.е. более глубоко окислять медь.

После окисления металлических примесей и достаточном насыщении меди кислородом начинается реакция взаимодействия между закисью и сульфидом меди. Образующийся сернистый газ сначала растворяется в жидком металле до насыщения, затем выделяется из ванны, вызывая кипение последней.

Операция - раскисление (восстановление) слагается из двух последовательно проводимых стадий-дразнения на плотность и дразнения на ковкость. Основная цель дразнения на плотность -- удаление из меди растворенных газов. Для этого расплавленную медь перемешивают газом. В настоящее время используют природный газ или паромазутную смесь, как например, на ЖМЗ. В жидкой меди частично начинается процесс восстановления закиси меди.

При дразнении на плотность не следует допускать глубокого восстановления оксида меди и создавать в печи сильно восстановительную атмосферу, т.к. это может привести к восстановлению SO₂ и обратному переходу серы в медь. Иными словами медь на этой стадии еще должна содержать достаточное количество растворенного кислорода. При завершении операции дразнения на плотность приступают к операции дразнения на ковкость. Цель этой операции - восстановление практически всего оставшегося Си₂О до металла. В отличие от операции дразнения на плотность дразнения на ковкость осуществляется в сильно восстановительной атмосфере. В качестве восстановителя используют древесину, древесный уголь, аммиак, газ и мазут.

Очень важен для ускорения процесса активный барботаж ванны газовыми пузырями. При дразнений возможно «заражение» меди водородом вследствие его растворения. При затвердевании растворимость водорода резко снижается и он выделяется, образуя в затвердевшей меди многочисленные пузырьки, такая пузырчатая медь чрезвычайно не желательна для последующего электролитического рафинирования. Во избежание насыщения меди водородом нельзя полностью восстановить оксид меди Си₂О, т.к. при его наличии поглощенный водород быстро им окисляется с образованием легко удаляемых паров воды. На практике обычно оставляют в готовой меди 0.05--0.10 % кислорода.

Таблица 4.1- Химический состав продуктов огневого рафинирования в процентах

Наименование	Cu + Ag	Pb	Fe	S
Анодная медь	99,2 - 99,4	0,05-0,18	0,005 - 0,01	0,003 - 0,004
Анодный шлак	32,0 - 46,0	6-12	-	0,5 - 1,5

Таблица 4.2 - Режимные параметры процесса огневого рафинирования

Наименование	Единица измерения	Норма
Продолжительность операции: - подготовка печи - загрузка и плавление в зависимости от количества твердой и жидкой меди - окисление и съем шлака - восстановление - розлив	ч ч ч ч ч	0,5-1,0 10-11 2,5-3,5 1,5-2,5 4,0-5,5
Температура газов в печи при: - загрузке - плавлении - окислении и съеме шлака - восстановлении	0С 0С 0С 0С	1150-1200 1250-1350 1150-1200 1150-1200

В ходе огневого рафинирования жидкая медь насыщается кислородом. При этом примеси железа, цинка и кобальта окисляются, переходят в шлак и удаляются. А медь разливают в формы. Получающиеся отливки служат анодами при электролитическом рафинировании.

Электролитическое рафинирование меди преследует две цели:

а) получение меди высокой чистоты (99,90--99,99% Сu), удовлетворяющей требованиям большинства потребителей;

б) извлечение попутно с рафинированием благородных и других ценных компонентов (Se, Те, Ni, Bi и др.).

Следует отметить, что чем выше в исходной меди содержание благородных металлов, тем ниже будет себестоимость электролитной меди. Именно поэтому при конвертировании медных штейнов стремятся использовать в качестве флюса золотосодержащие кварциты.

Для осуществления электролитического рафинирования меди аноды, отлитые после огневого рафинирования, помещают в электролизные ванны, заполненные сернокислым электролитом. Между анодами в ваннах располагаются тонкие медные листы -- катодные основы.

При включении ванн в сеть постоянного тока происходит электрохимическое растворение меди на аноде, перенос катионов через электролит и осаждение ее на катоде. Примеси меди при этом в основном распределяются между шламом (твердым осадком на дне ванн) и электролитом.

В результате электролитического рафинирования получают катодную медь; шлам, содержащий благородные металлы; селен; теллур и загрязненный электролит, часть которого иногда используют для получения медного и никелевого купоросов. Кроме того, вследствие неполного электрохимического растворения анодов получают анодные остатки (анодный скрап).

Медь относится к группе электроположительных металлов, ее нормальный потенциал +0,34 В, что позволяет осуществлять процесс электролиза в водных растворах (обычно в сернокислых).

На катоде протекают те же электрохимические реакции, но в обратном направлении. Соотношение между одновалентной и двух­валентной медью в растворе определяется равновесием реакции диспропорционирования.

Следовательно, в состоянии равновесия концентрация в растворе ионов Сu⁺ примерно в тысячу раз меньше, чем концентрация ионов Си²⁺. Тем не менее реакция имеет существенное значение для электролиза. Она в частности определяет переход меди в шлам. В начальный момент вблизи анода в растворе соотношение двух- и одновалентной меди соответствует константе равновесия. Однако вследствие большего заряда и меньшего ионного радиуса скорость перемещения двухвалентных ионов к катоду превышает скорость переноса ионов одновалентных. В результате этого в прианодном слое концентрация ионов Сu²⁺ становится выше равновесной и реакция начинает идти в сторону образования тонкого порошка меди, выпадающего в шлам.

Как указывалось выше, электролитическое рафинирование осуществляют в сернокислых растворах. Электроположительный потенциал меди позволяет выделить медь на катоде из кислых растворов без опасения выделения водорода. Введение в электролит наряду с медным купоросом свободной серной кислоты существенно повышает электропроводность раствора. Объясняется это большей подвижностью ионов водорода по сравнению с подвижностью крупных катионов и сложных анионных комплексов.

Для улучшения качества катодной поверхности в электролиты для рафинирования меди на всех заводах обязательно вводят разнообразные поверхностно-активные (коллоидные) добавки: клей (чаще столярный), желатин, сульфитный щелок. В процессе электролиза на поверхности катода могут образовываться дендриты, что уменьшает в данном месте расстояние между катодом и анодом. Уменьшение межэлектродного расстояния ведет к уменьшению электрического сопротивления, а следовательно, к местному увеличению плотности тока. Последнее в свою очередь обусловливает ускоренное осаждение меди на дендрите и ускоренный его рост. Начавшийся рост дендрита в конечном итоге может привести к короткому замыканию между катодом и анодом. При наличии дендритов сильно развитая поверхность катода удерживает большое количество электролита и плохо промывается, что не только ухудшает качество товарных катодов, но и может вызвать брак катодной меди по составу. Одно из объяснений механизма действия поверхностно-активных веществ заключается в том, что они адсорбируются на наиболее активных частях поверхности и при этом вызывают местное повышение электрического сопротивления, что и препятствует росту дендрита. В результате поверхность катодов получается более ровной, а катодный осадок более плотным. После выравнивания катодной поверхности коллоидная добавка десорбирует в электролит.

Растворы коллоидных добавок непрерывно вводят в циркулирующий электролит. Вид и расход поверхностно-активных веществ различны для каждого предприятия. Обычно применяют одновременно две добавки. На 1 т получаемой катодной меди расходуют 15--40 г клея, 15--20 г желатина, 20--60 г сульфитных щелоков или 60--100 г тиомочевины.

Основными требованиями, предъявляемыми к электролиту, являются его высокая электропроводность (низкое электрическое сопротивление) и чистота. Однако реальные электролиты, помимо сульфата меди, серной кислоты, воды и необходимых добавок, обязательно содержат растворенные примеси, содержащиеся до этого в анодной- меди. Поведение примесей анодной меди при электролитическом рафинировании определяется их положением в ряду напряжений. По электрохимическим свойствам примеси можно разделить на четыре группы:

I группа -- металлы более электроотрицательные, чем медь (Ni, Fe, Zn и др.);

II группа -- металлы, близко стоящие в ряду напряжений котодной меди (As, Sb, Bi);

III группа -- металлы более электроположительные, чем медь (Au, Ag и платиноиды);

IV группа -- электрохимически нейтральные в условиях рафинирования меди химические соединения (Cu₂S, Cu₂Se, Cu₂Te, AuTe₂, Ag₂Te).

Примеси первой группы, обладающие наиболее электроотрицательным потенциалом, практически полностью переходят в электролит. Исключение составляет лишь никель, около 5% которого из анода осаждается в шлам в виде твердого раствора никеля в меди. Твердые растворы по закону Нернста становятся даже более электроположительными, чем медь, что и является причиной их перехода в шлам.

Особо по сравнению с перечисленными группами примесей ведут себя свинец и олово, которые по электрохимическим свойствам относятся к примесям I группы, но по своему поведению в процессе электролиза могут быть отнесены к примесям III и IV групп. Свинец и олово образуют нерастворимые в сернокислом растворе сульфат свинца PbS0₄ и метаоловянную кислоту H₂SnO₃. Электроотрицательные примеси на катоде в условиях электролиза меди практически не осаждаются и постепенно накапливаются в электролите. При большой концентрации в электролите металлов первой группы электролиз может существенно расстроиться.

Накопление в электролите сульфатов железа, никеля и цинка снижает концентрацию в электролите сульфата меди. Кроме того, участие электроотрицательных металлов в переносе тока через электролит усиливает концентрационную поляризацию у катода.

Электроотрицательные металлы могут попадать в катодную медь в основном в виде межкристаллических включений . раствора или основных солей, особенно при их значительной концентрации в электролите. В практике электролитического рафинирования меди не рекомендуется допускать их концентрацию в растворе свыше следующих значений, г/л: 20 Ni; 25 Zn; 5 Fe.

Примеси II группы (As, Sb, Bi), имеющие близкие к меди электродные потенциалы, являются наиболее вредными с точки зрения возможности загрязнения катода. Будучи несколько более электроотрицательными по сравнению с медью, они полностью растворяются на аноде с образованием соответствующих сульфатов, которые накапливаются в электролите. Однако сульфаты этих примесей неустойчивы и в значительной степени подвергаются гидролизу, образуя основные соли (Sb и Bi) или мышьяковистую кислоту (As). Основные соли сурьмы образуют плавающие в электролите хлопья студенистых осадков («плавучий» шлам), которые захватывают частично и мышьяк.

В катодные осадки примеси мышьяка, сурьмы и висмута могут попадать как электрохимическим, так и механическим путем в результате адсорбции тонкодисперсных частичек «плавучего» шлама. Таким образом, примеси II группы распределяются между электролитом, катодной медью и шламом. Предельно допустимые концентрации примесей II группы в электролите составляют, г/л:

9 As; 5 Sb и 1,5 Bi.

Более электроположительные по сравнению с медью примеси (III группа), к которым относятся благородные металлы (главным образом, Au и Ag), в соответствии с положением в ряду напряжений должны переходить в шлам в виде тонкодисперсного остатка. Это подтверждается практикой электролитического рафинирования меди.

Переход золота в шлам составляет более 99,5% от его содержания в анодах, а серебра -- более 98%. Несколько меньший переход серебра в шлам по сравнению с золотом связан с тем, что серебро способно в небольшом количестве растворяться в электролите и затем из раствора выделяться на катоде. Для уменьшения растворимости серебра и перевода его в шлам в состав электролита вводят небольшое количество иона хлора.

Несмотря на практически полный переход золота и серебра в шлам, они все же в небольшом количестве попадают в катодные осадки. Объясняется это механическим захватом взмученного шлама и отчасти явлением катофореза. На механический перенос шлама на катод влияют применяемая плотность тока и взаимосвязанная с ней скорость циркуляции электролита. С увеличением скорости циркуляции вследствие взмучивания шлама переход золота и серебра на катод возрастает. При выборе плотности тока и способа циркуляции электролита необходимо учитывать содержание благородных металлов в анодах. В случае их повышенного содержания плотность тока должна быть меньше. Снижению переноса шлама на катод способствует также наличие в ванне зоны отстаивания (область от нижнего конца катода до дна ванны). На многих заводах электролит перед его возвращением в ванну в цикле циркуляции подвергают фильтрованию, что уменьшает потери шлама и обеспечивает получение более чистой меди.

Аналогично электроположительным примесям ведут себя при электролизе меди химические соединения (примеси IV группы). Хотя в принципе химические соединения и могут окисляться на аноде и восстанавливаться на катоде, что используют в специальных процессах, в условиях электролитического рафинирования меди анодного потенциала недостаточно для их окисления. Поэтому при электролизе меди в электродных процессах они не участвуют и по мере растворения анода осыпаются на дно ванны. В виде селенидов и теллуридов переходят в шлам более чем 99% селена и теллура.

Таким образом, в результате электролитического рафинирования анодной меди все содержащиеся в ней примеси распределяются между катодной медью, электролитом и шламом.

Основными характеристиками, определяющими параметры и показатели электролитического рафинирования меди, являются плотность тока, выход металла по току, напряжение на ванне, удельный расход электроэнергии.

Плотность тока является важнейшим параметром процесса электролиза. Она выражается в амперах на единицу поверхности электрода (D=I/S). В металлургии меди ее принято выражать в амперах на квадратный метр площади катодов. По закону Фарадея на каждый 1 А * ч электричества осаждается 1 электрохимический эквивалент металла. Для меди он равен 1,1857 г/А * ч. Следовательно, с увеличением плотности тока интенсивность (производительность) процесса электролиза возрастает. Величина плотности тока, при которой проводят процесс электролитического рафинирования, определяет все его основные технико-экономические показатели: напряжение на ванне, выход по току, расход электроэнергии, а также капитальные и эксплуатационные затраты. С увеличением плотности тока при прочих равных условиях увеличивается производительность цеха, уменьшаются число потребных ванн, затраты на капитальное строительство и рабочую силу, но возрастают затраты на электроэнергию. Следует отметить, однако, что с увеличением плотности тока увеличиваются потери благородных металлов за счет большего взмучивания шлама и захвата его растущим катодным осадком. В настоящее время применение особых режимов электролиза (реверсивного тока, измененной системы циркуляции электролита и др.) позволяет довести плотность тока до 500 А/м² и более.

Электрохимический эквивалент меди составляет 1,1857 г/А * ч. Однако практически при электролизе для выделения 1 г эквивалент металла расходуется электричества больше. Это кажущееся противоречие объясняется тем, что часть электрического тока расходуется на побочные электрохимические процессы и утечку тока. Степень использования тока на основной электрохимический процесс называется выходом металла по току.

В практике электрометаллургии цветных металлов в большинстве случаев приходится иметь дело с катодным выходом по току, так как масса катодного осадка определяет конечный выход товарной продукции. Преднамеренный повышенный перевод меди в электролит за счет химического растворения часто обусловливают конъюнктурными соображениями. Избыточная медь может быть выделена из электролита в виде медного купороса при его регенерации. В тех случаях, когда потребность в медном купоросе, используемом в основном для борьбы с болезнями и вредителями сельскохозяйственных растений, очень велика (например, в НРБ), допускается работа электролизных цехов с повышенной температурой электролита.

5. Охрана труда

5.1 Общее положение охраны труда

Охрана труда представляет собой действующую на основании соответствующих законодательных и иных нормативных актов систему социально-экономических, организационных, технических, гигиенических и лечебно-профилактических мероприятий и средств, обеспечивающих безопасность, сохранение здоровья и работоспособности человека в процессе труда.

Право на охрану труда имеют все работники, состоящие в трудовых отношениях с предприятиями, учреждениями, кооперативами, фермерскими (крестьянскими) хозяйствами и другими организациями (в дальнейшем - предприятия) различных форм собственности и хозяйствования, в том числе с отдельными нанимателями; члены кооперативов; студенты высших учебных заведений и учащиеся средних специальных учебных заведений и общеобразовательных школ, проходящие производственную практику и производственное обучение; военнослужащие, привлеченные к работам, не связанным с несением воинской службы; лица, отбывающие наказание по приговору суда, в период их работы на предприятиях, определяемых органами, ведающими исполнением приговоров, а также участники любых других видов трудовой деятельности, организуемой в интересах общества и государства.

Законодательство Республики Казахстан об охране труда состоит из настоящего Закона и других законодательных и нормативных актов по безопасности и гигиене труда и производственной среде.

Если международными договорами (соглашениями) установлены более высокие требования к охране труда, чем те, которые предусмотрены законодательством Республики Казахстан, то применяются правила международного договора (соглашения).

5.2 Атмосфера в производственных помещениях.

С поверхности электролита в ваннах испаряется большое количество воды. Поэтому в электролитных цехах воздух всегда насыщен паром. Кроме водяных паров, в атмосфере электролитных цехов содержится туман, состоящий из мельчайших капель электролита, который образуется вместе с испарением воды с зеркала ванны. При работе регенеративных ванн этот туман образуется более интенсивно. С повышением температуры электролита образование тумана также усиливается.

По санитарным нормам (Н-278--59) максимально допустимая концентрация серной кислоты в атмосфере составляет 0,001 мг/л. Поэтому в электролитных цехах применяется приточная вентиляция. Приточная вентиляция работает во все времена года.

В зимнее время вентиляторами воздух забирается снаружи, и через калориферы, где он подогревается, нагнетается в подвальное помещение цеха. Таким образом, в помещении цеха повышается давление, вследствие чего влажный воздух выходит через регулируемые фонари перекрытия цеха в наружную атмосферу.

В летнее время приточная вентиляция работает без подогрева воздуха.

Вентиляторы размещают в подвальном помещении у стен равномерно по всему периметру.

В зимнее время холодный воздух, попадая в цех через периодически открывающиеся для проезда ворота, вызывает конденсацию водяных паров, образуя туман. Для борьбы с этим в проездах цехов строят тамбуры с двойными воротами, между которыми создают воздушную завесу. Воздух вентилятором забирается из тамбура, подогревается в калорифере и нагнетается в виде завесы по всей высоте ворот. Струя нагнетаемого теплого сухого воздуха идет навстречу холодному воздуху, стремящемуся через открытые ворота проникнуть в цех. В результате температура поступающего в цех наружного воздуха повышается, и образование тумана уменьшается.

Поскольку воздушными завесами не удается полностью устранить образование тумана, особенно в большие морозы, необходимо в цехе около ворот площадки и проходы содержать чистыми, свободными от каких-либо предметов.

Курсы и инструктаж. В электролитных цехах существуют следующие общие источники опасности: воздействие электрического тока, кислотных растворов и опасности, связанные с передвижением грузов.

При выполнении многих основных операции рабочие соприкасаются с предметами, смоченными электролитом или покрытыми шламом; некоторым рабочим (кислотчикам, слесарям) приходится перекачивать крепкую серную кислоту, ремонтировать кислотопроводы и кислотные насосы.

Поэтому каждый вновь поступающий рабочий предварительно должен пройти краткосрочные курс и сдать экзамен по общим правилам техники безопасности и охраны труда. Очень важен инструктаж перед началом работы. Принятого нового рабочего мастер должен ознакомить с правилами работы, с опасностями, которые могут встречаться, мероприятиями, проводимыми для их устранения, и с инструментами, применяющимися по данном рабочем месте.

При переводе рабочего на другую работу проводится также соответствующий инструктаж.

Инструктаж по технике безопасности всех рабочих цеха проводится через каждые 3 мес.

В цехе должна быть разработана общая инструкция по технике безопасности; для каждой профессии рабочих также должна быть составлена инструкция, в которой подробно изложены безопасные и правильные приемы работ, условия работы на данном и смежных рабочих местах.

Рабочие электролитных цехов всех профессии в тон или иной степени имеют дело с электролитом, который может попасть на одежду или открытые части тела, особенно на руки и ноги. Поэтому каждый рабочий после окончания работы должен вымыться и переодеться. Рабочие, которые по роду своей профессии часто соприкасаются с электролитом и шламом (дежурные по электролизу, загрузчики, шламовики, дежурные по циркуляции и др.) должны мыть руки после окончания каждой операции. Принимать пищу разрешается только в отдельном помещении, а не у рабочего места. Перед приемом пищи нужно обязательно мыть руки.

Спецодежда. Все рабочие электролитных цехов должны работать в спецодежде,, соответствующей условиям работы на том или ином рабочем месте: дежурные по электролизу и загрузчики в суконных брюках, резиновых галошах и суконных рукавицах; дежурные по циркуляции в суконных брюках, резиновых галошах и резиновых перчатках; катодчики в суконных брюках, резиновых галошах, суконных фартуках и брезентовых рукавицах; кислотчики, дежурные и ремонтные слесари в резиновых сапогах, суконных костюмах и резиновых перчатках; сварщики по свинцу и винипласту в суконных костюмах, резиновых сапогах и резиновых перчатках; шламовики в резиновых сапогах, суконных костюмах и резиновых перчатках. Кислотчики, слесари и рабочие других профессии при перекачке концентрированной серной кислоты должны пользоваться защитными очками. Рабочие всех других профессии должны работать также в соответствующей условиям работы спецодежде.

За последние 10--15 лет вместо суконной спецодежды па всех заводах стали применять одежду из хлорвиниловой ткани. Эта ткань кислотостойка и служит значительно дольше, чем сукно.

Профилактические мероприятия. На предприятиях специальные комиссии периодически проводят обследования и смотры санитарного состояния в цехах и работы сантехники, Предложения комиссии следует выполнять своевременно. Все рабочие электролитных цехов периодически проходят медицинский осмотр. Советы врачей следует беспрекословно выполнять.

Проводятся многие другие мероприятия по охране труда и технике безопасности, например организация спецпитания, отдыха, санаторного лечения трудящихся.

При выполнении правил техники безопасности и правильном использовании всех проводимых мероприятии условия труда в электролитных цехах не могут оказать вредного влияния на здоровье рабочих.

Производственный травматизм. Принимаются все меры для того, чтобы обезопасить работу трудящихся. При проектировании новых предприятий предусматриваются все необходимые средства по технике безопасности и охране труда, сколько бы на них не потребовалось капитальных затрат. При эксплуатации в каждом предприятии проводят профилактические мероприятия, на которые выделяют большие материальные средства.

Благодаря неустанной заботе партии и правительства о здоровье советских людей травматизм в нашей стране неуклонно снижается.

Но все же несчастные случаи на производстве, но различным причинам происходят.

Из-за несчастных случаев многие трудящиеся теряют на некоторое время трудоспособность, а иногда и совсем выходят из строя. Большой ущерб наносят несчастные случаи и государству.

Анализ причин несчастных случаев в электролитных цехах показывает, что на разных предприятиях они аналогичны и периодически повторяются. При этом установлено, что травматизм более высок на предприятиях с низкой культурой производства при отсутствии высокой требовательности к чистоте рабочих мест.

Практика показывает, что чаще всего несчастные случаи в электролитных цехах наблюдаются из-за ожогов серной кислотой, электролитов и шламом; рабочие получают ожоги в тех случаях, если:

а) при очистке ванн от шлама не пользуются защитными очками;

б) при откачивании электролита из ванн неправильно заряжают сифоны;

в) при разборке кислотопроводов бывают неосторожны;

г) заменяют резиновые трубки на распределительном коллекторе, не закрыв предварительно вентиль;

д)чистят изоляторы под ваннами, не пользуясь защитными очками.

Опасности механических повреждений (ушибы, порезы) рабочий подвергается в том случае, если работает небрежно и несогласованно с другими рабочими.

Из практики работы можно привести следующие характерные для всех предприятий примеры:

а) дежурные по электролизу производили подсад, работая несогласованно: анод оборвался и ударил рабочего по пальцам ног;

б) при кантовке анодных остатков один из рабочих опустил анод на стопу раньше другого: анод свалился на ногу одному из рабочих;

в) на мостике между сериями были раскиданы анодные остатки; рабочий споткнулся об острый конец анодного остатка и порезал ногу;

г) анодные остатки были с кантованы в чрезмерно высокие стопы, одна из стоп свалилась в то время, когда проходил рабочий, и повредила ему ногу;

д) рабочий перекладывал катодные основы, не пользуясь рукавицами, и острыми заусенцами порезал руку.

Несчастные случаи по указанным причинам составляют 80--90% от их общего количества.

Как видно из приведенных примеров, все несчастные случаи происходят при нарушении правил техники безопасности. Большинство несчастных случаев происходит с молодыми рабочими, проработавшими на данном производстве не более одного года. Это подтверждает необходимость усиления воспитательной работы с рабочими. Инженерно-технические работники должны прививать молодым рабочим производственные навыки и помогать им овладевать теоретическими знаниями.

Мерой травматизма является частота несчастных случаев. С ростом культурного и технического уровня рабочих частота несчастных случаев из года в год снижается. Нужно стремиться к полному отсутствию травматизма.

Наряду с обычными мерами, обеспечивающими безопасные условия труда рабочих, в электролитном цехе должно быть предусмотрено устройство фонтанчиков чистой воды, которые можно использовать для того, чтобы, например, немедленно промыть глаз, в который попали капли электролита. В аптечке, находящейся в комнате мастера пли другом помещении, расположенном непосредственно в цехе, должен храниться слабый содовый раствор. После принятия неотложных мер пострадавший обязательно должен быть направлен в медпункт.

Исключению несчастных случаев и улучшению условий труда способствует механизация и автоматизация производственных процессов повышение технического и культурного уровня трудящихся, строжайшее соблюдение чистоты в цехе, повседневная борьба с захламлением проходов, рабочих площадок и др. Приспособления и инструменты, которыми пользуются рабочие, должны быть в абсолютно исправном состоянии и расположены только в тех местах, которые для них отведены.

Все тросы, цепи, захваты и другие приспособления, используемые для подъема и передвижения грузов, должны быть испытаны и иметь жетоны, на которых указан максимальный вес поднимаемого груза и дата испытания.

5.3 Некоторые основные правила по технике безопасности для рабочих электролитных цехов

а)Если произошел несчастный случай, сообщи мастеру или начальнику смены.

б)Не пробуй удалять инородную частицу из глаза товарища, даже если тебя просят это сделать: вместо помощи ты можешь еще более повредить глаз. Во всех случаях повреждений глаз следует немедленно обращаться в медпункт.

в)Если с кем-либо произошел несчастный случай, необходимо оказать помощь пострадавшему. Следует осторожно и возможно быстро доставить его в заводской медпункт и сообщить мастеру.

г)При серьезных несчастных случаях следует пользоваться машиной скорой помощи, которую можно вызвать

но телефону в цех.

д)Не следует пить холодную воду, освежаться на ветру, так как можно получить простудное заболевание.

е)Нельзя давать пить потерявшему сознание.

ж)При поражении электрическим током не касайся пострадавшего голыми руками, немедленно принимай следующие меры:

- выключи рубильник или переруби провод инструментом с сухой деревянной ручкой;

- освободи пострадавшего от токоведущих частей руками, защищенными какой-либо изоляцией, стоя на сухой доске или другом изолирующем предмете;

- сделай короткое замыкание проводов, набросив на них проволоку, цепь или какой-либо другой металлический предмет;

- заземли провод, которого касается пострадавший, для чего соедини провод с металлическим хорошо заземленным предметом;

- приступай немедленно к выполнению приемов искусственного дыхания;

- при оказании первой помощи пострадавшему от электрического тока действуй быстро, чтобы не упустить время для спасения пострадавшего;

з)Если на теле пострадавшего есть ожоги, то не следует применять никаких мазей, присыпок и йода; пораженные места надо покрыть стерилизованной марлей, стараясь не прикасаться к ним руками.

и)При работе с электролитом и кислотой следует одевать необходимую спецодежду (резиновые галоши или чуни предохраняют ступни ног, суконная одежда -- тело). При работе с кислотой необходимо одевать резиновые сапоги, резиновые перчатки и предохранительные очки.

Работающим под ваннами необходимо пользоваться защитными очками.

к)При попадании брызг или капель электролита на тело следует немедленно промыть пораженное место водой или слабым раствором соды. При попадании электролита в глаза следует немедленно промыть их водой, а затем обратиться в медпункт.

л)Необходимо поддерживать чистоту своих рабочих мест, беречь спецодежду. Не допускать проливов электролита или кислоты па пол и оборудование.

м)Строго выполнять инструкцию по технике безопасности.

Не применять приемов, не предусмотренных рабочей инструкцией.

5.4 Классификация опасных и вредных производственных факторов

В группе физических опасных и вредных производственных факторов выделены следующие подгруппы:

- движущиеся машины и механизмы; незащищенные подвижные элементы производственного оборудования; передвигающиеся изделия, заготовки и материалы;

- повышенная запыленность и загазованность воздуха рабочей зоны;

- повышенная или пониженная температура поверхностей оборудования, материалов;

- повышенная или пониженная температура воздуха рабочей зоны;

- повышенный уровень шума на рабочем месте;

- повышенный уровень вибрации;

- повышенный уровень инфразвуковых колебаний;

- повышенный уровень ультразвука;

- повышенное или пониженное барометрическое давление в рабочей зоне и его резкое изменение;

- повышенная или пониженная влажность воздуха;

- повышенная или пониженная подвижность воздуха;

- повышенная или пониженная ионизация воздуха;

- повышенный уровень ионизирующих излучений в рабочей зоне;

- опасный уровень напряжения в электрической цепи, замыкание которой может произойти через тело человека;

- повышенный уровень статического электричества;

- повышенный уровень электромагнитных излучений;

- повышенная напряженность электрического поля;