Перфильева Н.С. Расчеты процессов и технологических схем в металлургии благородных металлов

41

;

)

3

(

2

h

b

n

S

k

×

−

=

м

S

k

2

45,015,010,0)318(2

=

×

−

=

A

I

450

45

,

0

1000

=

×

=

2) масса золота, осаждённого на катодах одной ванны за сутки:

η

τ

kAu

пр

I

q

m

×

=

чАэквг

q

Au

×−=

×

= /45,2

8,263

967,196

г

m

пр

6

,

25401

96

,

0

24

450

45

,

2

=

×

=

3) необходимое количество ванн для обеспечения суточной

производительности передела (200 кг) по аффинированному золоту:

87,7

4016,25

200

==N ;

)

(

8

штук

N

=

4) удельный расход электроэнергии на 1 кг золота:

η

TAu

ср

y

q

U

W

×

=

;

03

,

1

×

=

UU

pср

;

AuкгчкВтилиAuгчВт

W

y

/61,0/61,0

96,045,2

03,14,1

××=

×

=

5) выход по энергии:

W

y

э

1

=

η

; AuкгчкВт

э

/64,1

61,0

1

×==

η

.

ПРИМЕР 4. Элктролитеческому рафинированию подвергается анодный

сплав следующего состава, %:

Au – 90; Ag – 3; Pb – 2; Pt – 0,001; Pd – 0,001; Fe – 0,5; Cu – 0,5. Электролиз

ведут в ванне объёмом 25 л. Количество анодов – 15, масса каждого – 2 кг.

Выход анодного скрапа – 10%. Принимаем, что все примеси растворяются

полностью. Содержание золота в исходном электролите – 150 г/л.

Катодный выход по току – 95 %. Сила тока на ванне – 2000 А.

Определить массу полученного на катоде золота, содержание золота и

металлов-примесей в отработанном электролите после растворения анодов

(при условии, что электролит не менялся по ходу электролиза) и установить

необходимость смены электролита.

РЕШЕНИЕ:

42

1)

45

,

2

=

q

Au

;

02

,

4

=

q

Ag

;

185,1

8,262

54,63

=

×

=

q

Cu

;

86,3

8,262

19,207

=

×

=

q

Pb

;

82,1

8,264

09,195

=

×

=

q

Pt

; 98,1

8,262

4,106

=

×

=

q

Pd

;

042,1

8,262

8,55

=

×

=

q

Fe

2) удельный расход электричества на анодное растворение 1 г металла,

А×г/ч:

408,0

45,2

11

===

q

Au

σ

;

248,0

02,4

11

===

q

Ag

Au

σ

;

844,0

185,1

11

===

q

Cu

σ

;

259,0

86,3

11

===

q

Pb

σ

;

549,0

82,1

11

===

q

Pt

σ

;

505,0

98,1

11

===

q

Pd

σ

;

959,0

042,1

11

===

q

Fe

σ

3) удельный расход электричества на растворение 1 г анодов, А×ч/г:

+

×

+

×

+

×

+

×

+

×

=

β

σ

β

σ

β

σ

β

σ

β

σσ

Pt

Pb

Cu

Ag

Au

Aua

β

σ

β

σ

Fe

Pd

×

+

×

+

где

β

- содержание металлов в аноде, доли единиц.

+

×

+

×

+

×

+

×

=

02

,

0

259

,

0

005

,

0

844

,

0

03

,

0

248

,

0

90

,

0

408

,

0

σ

a

388

,

0

005

,

0

959

,

0

000001

,

0

505

,

0

00001

,

0

549

,

0

=

×

+

×

+

×

+

4) доля электричества, затрачиваемого на растворение отдельных

компонентов анода:

σ

β

σ

a

Au

э

Au

Р

×

= ; 95,0

388,0

90,0408,0

=

×

=

Р

э

Au

;

43

019,0

388,0

03,0248,0

=

×

=

Р

э

Ag

;

011,0

388,0

005,0844,0

=

×

=

Р

э

Сu

;

013,0

388,0

02,0259,0

=

×

=

Р

э

Pb

;

10

139,0

388,0

00001,0549,0

4−

×=

×

=

Р

э

Pt

;

10

12,0

388,0

10

1,0505,0

5

−

×=

×

=

Р

э

Pd

;

0124,0

388,0

005,0959,0

=

×

=

Р

э

Fe

.

5) масса растворившегося анода:

кг

27

)

15

2

(

1

,

0

15

2

=

×

−

×

в том числе Au:

кг

3

,

24

90

,

0

27

=

×

.

6) средняя продолжительность растворения 24,3 кг золота анодов:

известно, что

Р

I

q

m

э

Au

a

Au

×

=

τ

, откуда:

P

I

q

m

э

Au

a

Au

××

=τ

; ч2,5

95,0200045,2

24300

=

××

=τ .

7) масса золота, осаждающегося на катоде за 5,2 ч:

η

τ

k

Au

k

Au

I

q

m

×××= ;

г

m

k

Au

210,2495,02,5200045,2

=

×

=

.

8) концентрация в отработанном электролите станет равной:

V

mmС

С

k

Au

a

Au

исх

отр

Au

)(

−

= ;

лг

С

отр

Au

/4,146

25

2410024300

150 =

−

−=

.

9) масса элементов примесей, растворившихся за 5,2 ч на анодах:

P

I

q

m

э

Me

a

Ме

×

=

τ

;

г

m

a

Ag

794,0019,02,5200002,4

=

×

=

.

Принимаем, что 100 % растворившегося Ag переходит в шлам в виде AgCl.

г

m

a

Cu

136011,02,52000185,1

=

×

=

;

44

г

m

a

Pb

522013,02,5200086,3

=

×

=

;

г

m

a

Pt

263,0

10

139,02,5200082,1

4

=

×

=

−

г

m

a

Pd

0247,0

10

12,02,5200098,1

5

=

×

=

−

г

m

a

Fe

1340124,02,52000042,1

=

×

=

.

10)состав отработанного электролита по примесям в случае отсутствия

замены электролита будет следующим:

V

m

С

a

Me

отр

Me

= ;

лг

С

отр

Cu

/4,5

25

136

==

;

лг

С

отр

Pb

/21

25

522

==

;

лг

С

отр

Fe

/4,5

25

134

==

;

лг

С

отр

Pt

/0105,0

25

263,0

== ;

10

9,0

25

0247,0

3−

×==

С

отр

Pd

.

11)сравниваем состав отработанного электролита по Au и примесям с

техническими условиями и делаем соответствующие выводы. Электролит

не годен к дальнейшему использованию, если концентрация Au в нём ниже

100 г/л, а концентрация примесей выше следующих пределов, г/л: Cu – 90;

Pt – 50; Pd – 15;Pb–1,5;Te–4;Fe–2[2].

Концентрация Pb и Fe в отработанном электролите превышает допустимое

содержание. Следовательно, электролит необходимо менять в ходе

электролиза.

Вывод о необходимости замены электролита свежим делают по

результатам химического анализа. В процессе металлургических расчётов

определяют ведущую примесь – тот металл, содержание которого раньше

других достигнет предельно-допустимых концентраций в электролите.

Рассчитаем какое потребуется время электролиза

)

(

τ

пдк

при заданных

условиях для достижения ПДК по все элементам:

τ

эл

отр

Me

Ме

пдк

Ме

пдк

С

V

m

С

=

×

=

)(

'

;

ч

Cu

пдк

67,86

4,5

2,590

=

×

=

τ

; ч

Pt

пдк

9,24761

0105,0

2,550

=

×

=

τ

;

45

ч

Pb

пдк

371,0

21

2,55,1

=

×

=

τ

;

ч

Fe

пдк

926,1

4,5

2,52

=

×

=

τ

;

ч

Pd

пдк

67,86666

10

9,0

2,515

3

=

×

=

−

τ

;

)(

τ

×

−

=

V

mm

СC

k

Au

a

Au

пдк

Au

исх

Au

пдк

;

ч

Au

пдк

22,72

)2,525()2410024300(

100150

=

×−

−

=

τ

.

Как видно из расчётов, ведущей примесью является Pb. ПДК её в

электролизе достигается за 0,371 ч.

Для поддержания концентрации Pb на необходимом уровне следует не

реже, чем через 0,371 часа менять электролит. Состав отработанного,

заменяемого через 0,371 ч, электролита будет следующим:

V

Р

I

q

V

m

С

э

Ме

пдк

Me

отр

Me

×

==

τ

'

;

лг

С

отр

Cu

/39,0

25

011,0371,02000185,1

'

=

×

=

лг

С

отр

Pb

/49,1

25

013,0371,0200086,3

'

=

×

=

лг

С

отр

Pd

/007,0

25

10

12,0371,0200098,1

5

'

=

×

=

−

лг

С

отр

Pt

/07,0

25

10

131,0371,0200082,1

4

'

=

×

=

−

лг

С

отр

Fe

/39,0

25

0124,0371,02000042,1

'

=

×

=

ПРИМЕР 5. Рассчитать материальный баланс и состав продуктов

электролитического рафинирования серебра. На электролиз поступает

100 кг анодов следующего состава, %: Ag – 90,5; Au – 5,0; Pd – 0,01; Pt –

0,01; Cu – 3,2; Pb – 0,5; Bi – 0,3; Se – 0,1; Te – 0,1. Объём электролита –

300л. Выход анодного скрапа – 15 %. В таблице 11 приведено

распределение серебра и примесей из растворяющейся части анода между

46

раствором, шламом и катодами; установленное на основе

экспериментальных данных.

Таблица 5.1.

Распределение металлов по продуктам электролиза.

Продукт

электрол

иза

Распределение металлов, %

Ag Au Pd Pt Cu Pb Bi Se Te Прочи

е

Раствор 0 0,01 2 0,5 99,5 50 40 0,3 20

Шлам 1 99,98

97,9 99,4 0,5 50 60 99,7 80

Ag –

катод

99 0,01 0,1 0,1 0 0 0 0 0

ИТОГО 100 100 100 100 100 100 100 100 100

РЕШЕНИЕ:

1) масса части анода, перешедшего в скрап: 100 × 0,15 = 15 кг;

2) масса анода, подвергающаяся электролитическому разложению: 100 - 15

= 85 кг;

3) масса отдельных элементов анода, перешедших в скрап:

Ag: 15 × 0,905 = 13,575 кг;

Au: 15 × 0,05 = 0,75 кг.

Аналогично рассчитываем для других элементов и полученные значения

заносим в таблицу 12 и одновременно выражаем их в процентах от

исходной массы анода.

4) массы отдельных элементов анода, переходящих в электролит, шлам,

катоды

Ag: - на катод 85 × 0,905 × 0,99 = 76,16 кг

- в шлам 85 × 0,905 × 0,01 = 0,77 кг.

Au: - на катод 85 × 0,05 × 0,0001 = 0,000425 кг

- в шлам 85 × 0,05 × 0,9998 = 4,25 кг

- в раствор 85 × 0,05 × 0,0001 = 0,000425 кг.

Аналогично рассчитываем для других элементов и данные расчётов

сводим в таблицу 12.

Из таблицы 12 следует, что при рафинировании 100 кг анодов получают

76,16 кг катодного серебра.

47

5) состав продуктов электролиза:

а) состав скрапа аналогичен составу исходных анодов;

б) состав шлама

%3,13100

79,5

77,0

=×=Ag

;

%13,75100

79,5

25,4

=×=Au

;

%44,1100

79,5

0833,0

=×=Pd

;

%14,0100

79,5

008458,0

=×=Pt

;

%23,0100

79,5

0135,0

=×=Cu ; %67,3100

79,5

2125,0

=×=Pb ;

%66,2100

79,5

1530,0

=×=Bi ; %42,1100

79,5

08235,0

=×=Se ;

%18,1100

79,5

068,0

=×=Te

;

%87,0100

79,5

152,0

=×=прочие

;

в. состав раствора (при условии отсутствия обновления растворов)

лгAu /00142,0

300

425,0

==

;

лгPt /00014,0

300

042,0

==

;

лгPd /0566,0

300

7,1

==

;

лгCu /987,0

300

15,280

==

;

лгPb /708,0

300

5,212

== ; лгBi /34,0

300

102

== ;

лгSe /88,0

300

65,2

== ; лгTe /00056,0

300

017,0

== ;

г) состав катодов

%9994,99100

1604,76

16,76

=×=Ag ;

%0005,0100

1604,76

000425,0

=×=Au

;

48

%0001,0100

1604,76

000085,0

=×=Pd

;

%00001,0100

1604,76

0000085,0

=×=Pt .

49

ИТОГО % от массы

анодов

90,5 5,0 0,1 0,01 3,2 0,5 0,3

кг 90,5 5,0 0,1 0,01 3,2 0,5 0,3

В катоды % от

массы

анодов

90,5 5,0 0,1 0,01 3,2 0,5 0,3

кг 76,16 425*10

-

6

85*10

-

7

85*10

-

7

- - -

В раствор

% от

массы

анодов

- 425*10

-

6

17*10

-

4

42*10

-

6

2,8015 0,2125

0,1020

кг - 425*10

-

6

17*10

-

4

42*10-6 2,8015 0,2125

0,1020

В шлам % от

массы

ан

о

дов

0,77 4,25 833*10

-

4

8458*10

-

6

0,0135 0,2125

0,1530

кг 0,77 4,25 833*10

-

4

8458*10

-

6

0,0135 0,2125

0,1530

В скрап % от

массы

ан

о

дов

13,57 0,75 15*10

-

3

15*10

-

4

0,485 0,075

0,045

кг 13,57 0,75 0,015 0,0015 0,485 0,075

0,045

Пост

у

пило

% от массы

анодов

90,5 5,0 0,1 0,01 3,2 0,5 0,3

Кг 90,5 5,0 0,1 0,01 3,2 0,5 0,3

Элемент Ag Au Pd Pt Cu Pb Bi

50

5.3. Расчёт при электрохимическом выделении золота из тиомочевинного

элюата

ПРИМЕР 6. На участок выделения золота из раствора электролизом

поступает в сутки 50 м

3

тиомочевинного элюата с содержанием 2 г/л Au,

80 г/л Thio, 20 г/л H

2

SO

4

. Осаждение ведут в электролизёрах ЭУ-1 с

катионитовыми мембранами с числом катодных камер - 10, эффективной

поверхностью одного катода – 40 м

2

. Катодный выход по току – 10 %.

Напряжение на ванне – 4,6 В. Плотность тока – 25 А/м

2

. Извлечение золота

из раствора – 98 %.

Определить необходимое число электролизёров, удельный расход

электроэнергии, выход по энергии, изменение состава католита.

РЕШЕНИЕ:

1) масса золота, поступающего с раствором

)

(

W

в электролизёры за сутки:

C

W

m

AuAu

×

=

;

кг

m

Au

100

2

50

=

×

=

;

2) масса золота, которая должна практически выделиться на катоде за сутки:

E

mm

Au

Auпр

×

=

;

кг

m

пр

98

,

0

100

=

×

=

;

3) т.к. золото в тиомочевинном элюате присутствует в виде комплексного

иона [Au(thio)

2

]

+

и имеет степень окисления 1+, то:

35,7

8,261

962,196

=

×

==

F

Э

q

Au

;

ток, потребляемый на восстановление золота на катоде:

η

τ

k

TAu

пр

q

m

I

××

=

; АI 5,5555

10,02435,7

98000

=

××

= ;

4) необходимая площадь катодов:

D

I

S =∑ ;

м

S

2

2,222

25

5,5555

==∑ ;

5) необходимое число катодных камер (n):

S

n

катода

∑

= ; 55,5

40

2,222

==n ;

камер

n

16

=

;

6) необходимое число электролизёров (N):

6,0

10

6

10

===

n

N принимаем 1 электролизёр

Перфильева Н.С. Расчеты процессов и технологических схем в металлургии благородных металлов

Подождите немного. Документ загружается.