электродный комплект

Формула изобретения

1. Электродный комплект для электроэкстракции тяжелых цветных металлов, содержащий электродную ячейку, образованную корпусом с диафрагмой, размещенный в ней электрод, газовую камеру, размещенную в верхней части корпуса ячейки и соединенную с системой отвода газа, приспособления для подвода электролита в ячейку и его отвода, противоэлектрод, отличающийся тем, что корпус ячейки выполнен в виде усеченной пирамиды с обращенной вниз открытой вершиной, а приспособление для подвода электролита в ячейку выполнено в виде продолжающего корпус коробчатого сопла с отверстиями в боковых стенках и пластин, закрепленных на нижних боковых гранях сопла с образованием острого угла между ними и стенками сопла.

2. Электродный комплект по п.1, отличающийся тем, что он снабжен козырьками-заборниками, выполненными с торцевыми стенками в форме прямоугольных треугольников, и крышами, установленными на гипотенузах и подвижно закрепленными на боковых стенках газовой камеры, выполненных с отверстиями под козырьками.

3. Электродный комплект по п.2, отличающийся тем, что края козырьков-заборников и пластин выполнены с диэлектрическими ограничителями, а расстояния от сопла до края пластины и от газовой камеры до края крыши козырька-заборника равны соответственно расстояниям от сопла и от газовой камеры до противоэлектрода.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области электрогидрометаллургии цветных металлов, а именно к оборудованию для извлечения цветных металлов из водных растворов и солей.

Известна электродная камера (а.с. 619551, Мкл² С 25 С 7/02, опубл. в БИ 30 15.08.78 г. ), содержащая рамку с прикрепленными к ней перфорированными стенками-токоподводами, углеграфитовые электроды, сетки и прижимы, при этом рамка выполнена из токонепроницаемого материала П-образной формы, концы которой соединены токопроводящей планкой и прижимами.

Недостаток этой конструкции в том, что ее использование для получения металлов из хлоридных и сульфатно-хлоридных электролитов ухудшает условия труда из-за отсутствия приспособления для улавливания выделяющихся на электроде газов и аэрозолей электролита, находящегося в камере.

Известна катодная ячейка для извлечения цветных металлов из водных растворов (а.с. 68117, Мкл² С 25 С 7/02, опубл. в БИ 31 1977 г.), включающая каркас, выполненный из полых вертикальных стоек и нижней полой горизонтальной распорки с сообщающимися полостями, натянутую на каркас диафрагму и расположенный внутри ячейки катод.

Кроме указанного выше недостатка катодная ячейка не обеспечивает интенсивного перемешивания электролита в межэлектродном пространстве электролизной ванны, что увеличивает концентрационную поляризацию, т.е. снижает силу тока, определяющую течение электродной реакции (А.И. Левин "Электрохимия цветных металлов", М.; Металлургия, 1982 г., 50-51 с.).

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является электролизер с очехленным анодом (патент США 4201653 от 6.05.80 г.,) - прототип.

Анод включает каркас V-образной формы в поперечном сечении, который в нижней части открыт, натянутую на каркас диафрагму в виде открытого с одной стороны рукава, в полости которого размещен распорочный гофрированный элемент из металлической сетки. На верхней части каркаса герметично установлена камера для сбора и отвода газа, соединенная с отсасывающим приспособлением, приспособления подачи и отвода электролита.

Очехленный анод обеспечивает удаление газов и аэрозолей из ячейки и улучшает условия труда.

Однако не обеспечивает удаление газов и аэрозолей с поверхности зеркала электролита в межэлектродных пространствах электролизной ванны, что ухудшает условия труда.

Сложно обслуживание очехленного анода, т.к. для удаления электрода из ячейки при ее неисправности или производственной необходимости - катода, требуется изъятие полностью очехленного электрода (анода) и его разборка. Кроме того, при использовании электрода производительность ванны снижается из-за повышения концентрационной поляризации. Электрод возможно использовать только как нерастворимый анод.

Целью изобретения является расширение технических возможностей электрода и повышение производительности электролизера за счет обеспечения интенсивного перемешивания электролита с отрывом газовых пузырьков с поверхности электродов и снижением концентрационной поляризации и, как следствие этого - понижение напряжения на ванне с увеличением рабочей плотности тока при неизменном расходе электроэнергии.

Поставленная цель достигается тем, что электродный комплект для электроэкстракции тяжелых цветных металлов содержит электродную ячейку, образованную корпусом с диафрагмой, размещенный в ней электрод, газовую камеру, размещенную в верхней части корпуса ячейки и соединенную с системой отвода газа, приспособления для подвода электролита в ячейки и его отвода, противоэлектрод. Согласно изобретению корпус ячейки выполнен в виде усеченной пирамиды с обращенной вниз открытой вершиной, а приспособление для подвода электролита в ячейку выполнено в виде продолжающего корпус коробчатого сопла с отверстиями в боковых стенках и пластин, закрепленных на нижних боковых гранях сопла с образованием острого угла между ними и стенками сопла.

В предпочтительном варианте выполнения электродного комплекта он снабжен козырьками-заборниками, выполненными с торцевыми стенками в форме прямоугольных треугольников и крышами, установленными на гипотенузах и подвижно закрепленными на боковых стенках газовой камеры, выполненных с отверстиями под козырьками.

В другой возможной форме выполнения электродного комплекта края козырьков-заборников и пластин выполнены с диэлектрическими ограничителями, а расстояния от сопла до края пластины и от газовой камеры до края крыши козырька-заборника равны соответственно расстояниям от сопла и от газовой камеры до противоэлектрода.

Выполнение корпуса электродного комплекта в виде усеченной пирамиды с обращенной вниз открытой вершиной снижает давление столба электролита в корпусе на дно (парадокс гидравлики), что позволяет поддерживать предельную скорость поступающего электролита через сопло в ячейку и предотвращает обратное поступление из ячейки насыщенного хлором анолита через сопло в объем ванны, и в сочетании с другими существенными признаками обеспечивает удаление газовых пузырьков с поверхности электрода в газовую камеру, снижая тем самым концентрационную поляризацию, что позволяет в конечном итоге увеличить производительность электролизера.

Выполнение приспособления для подачи электролита в ячейку в виде коробчатого сопла позволяет в совокупности с другими существенными признаками, кроме подачи электролита в корпус ячейки, обеспечивать интенсивное перемешивание электролита в ячейке и в межэлектродном пространстве, способствуя удалению газовых пузырьков с рабочей поверхности электрода и их выносу в газовую камеру, а в конечном итоге, обеспечивает снижение концентрационной поляризации и понижение напряжения на ванне, что позволяет увеличить плотность тока при неизменном количестве расходуемого электричества и повысить производительность процесса электролиза.

Наличие козырьков-заборников позволяет поддерживать необходимую температуру электролита в электролизере, снижая теплоотдачу электролита в атмосферу цеха, способствуя снижению напряжения на ванне и тем самым достигается повышение производительности электролизера.

Перекрытие зеркала ванны между анодом и катодом козырьками-заборниками позволяет собирать с зеркала ванны газы и аэрозоли в полость козырька-заборника с последующим их выводом в газовую камеру через отверстия в ее стенках и удаление их в систему газоочистки через поглотительные емкости. Кроме того, обеспечивается возврат конденсата аэрозолей в электролизную ванну по наклонной крыше козырька-заборника, что в совокупности с другими существенными признаками обеспечивает снижение потерь цветных металлов и улучшает условия труда.

На чертеже показан общий вид электродного комплекта.

Электродный комплект содержит корпус 1, выполненный в виде усеченной пирамиды, вершина которой обращена вниз, с размещенными на нем с двух сторон обечайками 2 с ограничителями 3 и натянутыми на обечайках 2 диафрагмами 4, закрепленными на обечайках 2 полипропиленовыми прутками 5 с продольными прорезями. Между диафрагмами 4 в ячейке корпуса 1 размещен электрод (анод) 6 с токоподводом 7, со штангой 8. В нижней части электрод 6 закреплен центрующими фиксаторами 9, выполненными из диэлектрика. В нижней части корпуса 1 установлено приспособление для подачи электролита в ячейку, выполненное в виде прямоугольного коробчатого сопла 10. В нижней части коробчатого сопла 10, на боковых длинных стенках, выполнены отверстия 11, а под ними установлены пластины 12 с образованием острого угла между пластинами 12 и стенками коробчатого сопла 10, при этом угол раскрытия направлен вверх. Ширина пластин 12 равна расстоянию от корпуса сопла до плоскости противоэлектрода, (катода) в ванне на рис. не показан. Концы пластины 12, прилегающие к противоэлектроду (катоду), снабжены ограничителями 13 из диэлектрика. Дно коробчатого сопла выполнено из диафрагменной ткани.

На верхней части корпуса 1 размещена газовая камера 14 с наклонными козырьками-заборниками 15, торцевые стенки 16 которых имеют форму прямоугольных треугольников. При этом на их гипотенузах размещены крыши 17. Под каждой крышей 17, закрепленной подвижно, например, шарнирами 18, на противоположных стенках газовой камеры, в верхней ее части размещены отверстия 19. Концы крыши 17, прилегающие к катоду, снабжены ограничителями 20 из диэлектрика (полипропиленовый пруток с продольными прорезями).

На верхней плоскости газовой камеры 14 герметично установлены приспособление 21 для отвода электролита из ячейки и приспособление 22 для отвода газа и аэрозолей, соединенные соответственно с вакуумной системой (на фиг.1 не показано). По длине верхней плоскости газовой камеры выполнено щелевидное отверстие 23 с диэлектрической прокладкой-изолятором 24 и приспособлением 25 для закрепления и уплотнения электрода. Для равномерного отбора электролита из ячейки с обеих сторон электрода (анода) на приспособлении 21 установлены расширители 26, обеспечивающие устранение застойных зон электролита в ячейке. На боковых сторонах корпуса 1 установлены полки-одвески 27 для его фиксации на бортах ванны.

Сборка электродного комплекта производится на рабочей площадке. Для электроэкстракции никеля из хлоридно-сульфатного электролита был применен предлагаемый электродный комплект с нерастворимыми анодом.

Электродные комплекты (49 штук) установили в электролизную ванну, при этом контакт токоподводящих штанг 8 с токораспределительной бортовой шиной обеспечивался за счет собственного веса анодных комплектов. В ванну загрузили 50 штук катодов. Опустили крыши 17 козырьков-заборников 15 электродного комплекта. Ванну заполнили хлоридно-сульфатным никелевым электролитом, который подавали непрерывно с заданной скоростью (30 л/ч). При этом ячейка заполнялась через боковые диафрагмы 4, отверстия коробчатого сопла 10 самотеком. Электролит покрыл верхнюю полку обечайки 2. К приспособлениям отсоса газа и аэрозолей 22 и электролита 21 подключили вакуум и отрегулировали таким образом, чтобы разряжение в системе отсоса газа и аэрозолей составляло 6-7 мм вод.ст., а в системе отсоса электролита 12-15 мм вод.ст. После чего на ванну подали напряжение.

Ванна и анодные комплекты работали следующим образом.

Под действием вакуума электролит из межэлектродного пространства по направляющим пластинам 12 поступал через отверстия 11 в коробчатое сопло, разгонялся и со скоростью устремлялся вверх вдоль плоскостей анода и диафрагм, срывая с анода пузырьки газа, увлекая их турбулентным потоком в газовую камеру 14 и далее через приспособление отсоса газа и аэрозолей 22 в систему утилизации хлора. Турбулентный поток создает разрежение у стенок диафрагмы, засасывая электролит через ткань из межэлектродного пространства в ванне, и препятствует выходу аналита с растворенным хлор-газом в обратном направлении в межэлектродное пространство, тем самым исключает насыщение электролита в объеме ванны хлором и, как следствие, предотвращает попадание хлор-газа из отходящего электролита в атмосферу цеха, обеспечивая улучшение условий труда.

За счет создания турбулентного потока в ячейке и увеличения скорости циркуляции в межэлектродном пространстве снижается циркуляционная поляризация и, как следствие, снижается напряжение на ванне и увеличивается производительность электролизера.

При электроэкстракции цветных металлов выделяющиеся в процессе электроэкстракции газы и аэрозоли скапливаются под козырьками-заборниками 15, при этом часть аэрозолей, охлаждаясь на стенках 16, крышах 17, конденсируются и стекают по их наклонной плоскости в ванну, а скопившиеся газы и аэрозоли через отверстия 19 за счет вакуума засасываются в газовую камеру и совместно с анодными газами удаляются через приспособления отсоса газа и аэрозолей на утилизацию (в нашем случае очистку электролита от примесей железа и кобальта).

Электрод, размещенный в электродной ячейке, может служить как нерастворимым анодом, так и катодом при условии, что процесс электролиза протекает с выделением на нем газовых продуктов электролиза.

Электродный комплект позволяет максимально устранить попадание газа и аэрозолей в рабочую зону цеха и улучшить условия труда, сохранить оборудование и снизить потери цветных металлов с аэрозолями.