способ отделения висмута от свинца

Формула изобретения

СПОСОБ ОТДЕЛЕНИЯ ВИСМУТА ОТ СВИНЦА, включающий электролиз в водном растворе висмутовых анодов, отличающийся тем, что электролизу подвергают аноды из чернового висмута и электролиз проводят в двухкамерном электролизере с диафрагмой в электролите, содержащем 50-400 г/л нитрата натрия или аммония, в присутствии в анодном пространстве азотной кислоты концентрацией 1-7% а в катодном гидроксида натрия концентрацией 0,5-12% при плотности тока на аноде 50-2500 А/м² с последующим растворением анодного шлама в разбавленной азотной кислоте и выделением свободной от свинца соли висмута.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к металлургии висмута, в частности к способам рафинирования висмута от свинца и получения солей висмута.

Известен способ отделения висмута от свинца электролизом в солевых расплавах (Делимарский Ю. К. Зарубицкий О.Г. Электролитическое рафинирование тяжелых цветных металлов в ионных расплавах. М. 1975, с.175-176). В процессе электролиза по этому способу при температуре 550^оС удается снизить содержание свинца в висмуте с 3,35 до 0,57 мас.

К недостаткам этого способа относятся необходимость осуществления процесса при высокой температуре и относительно высокое содержание свинца в получаемом висмуте.

В качестве прототипа выбран способ электролитического рафинирования висмута [1] включающий растворение исходного металла в минеральной кислоте, осаждение висмута из полученного раствора с прессованием осадка в аноды и электролиз анодов, изготовленных из цементного висмута. Состав электролита, г/дм³: H₂SiF₆ 350; Bi 30, расход клея 1 г/кг висмута. Чистота получаемого катодного висмута 99,98% Способу присущи следующие недостатки: многостадийность процесса, предусматривающего следующие операции: измельчение металла; растворение его в кислоте; осаждение висмута; фильтрация; сушка осадка; прессование анодов; электролиз; большой расход кислоты на приготовление исходного раствора и относительно высокая стоимость используемой для приготовления электролита кремнефтористоводородной кислоты.

Цель изобретения создание способа отделения висмута от свинца, который бы обеспечивал одновременно с упрощением способа возможность получения высокочистых солей висмута непосредственно из чернового металла.

Способ осуществляют следующим образом.

Аноды, изготовленные из чернового висмута, помещают в электролизер, снабженный диафрагмой. Электролитом служит водный раствор, содержащий 50-400 г/л нитрата натрия или аммония. В качестве материала для катода может служить висмут, свинец, железо. В качестве диафрагмы используют, например, фильтроткань. Электролиз осуществляют при плотности тока на аноде 500-2500 А/м². В катодном пространстве поддерживают концентрацию щелочи 0,5-12% а в анодном концентрацию кислоты 1-7% В этих условиях в процессе электрохимического растворения анода висмут выделяется в анодной камере в виде шлама, представляющего собой смесь нитрата и оксинитрата висмута, а примеси, в частности свинец, осаждаются на катоде. Анодные шламы с содержанием свинца менее 0,01 мас. отделяют от электролита и подвергают дальнейшем переработке известными способами.

Предлагаемый способ не требует предварительного измельчения висмута и переведения его в раствор. Аноды изготавливают их компактного чернового металла. Установлено, что при указанных условиях осуществления процесса висмут практически не переходит в катодное пространство в отличие от свинца, что обеспечивает возможность их разделения и является новым техническим результатом заявляемого изобретения, что позволяет существенно упростить способ отделения висмута от свинца и создает дополнительные возможности получения солей висмута с содержанием свинца менее 0,01 мас. непосредственно из чернового металла.

При использовании электролита с содержанием нитрата натрия или аммония менее 50 г/л происходит пассивация анода, что приводит к перенапряжению и связанным с ним большими затратами электроэнергии. Повышение содержания солей в электролите выше 400 г/л не ухудшает показателей процесса, но нецелесообразно, так как приводит к излишним затратам реагентов. При плотности тока на аноде менее 500 А/м² скорость процесса неудовлетворительна, при этом шлам плохо отделяется от анода. При плотности тока выше 2500 А/м² происходит чрезмерное разогревание электролита, сопровождающееся интенсивным газовыделением. Наличие диафрагмы в электролизере обеспечивает разные значения рН в анодом и катодном пространствах. Заявляемые интервалы кислотности и щелочности являются оптимальными для осуществления процесса. Щелочная среда в катодной камере приводит к гидролизу висмута на диафрагме и предотвращению его перехода в катодное пространство с осаждением на катоде. При концентрации щелочи в катодной камере меньше 0,5% возможен частичный перенос висмута со свинцом на катод, т.е. потери висмута со свинцом. При концентрации щелочи выше 12% свинец частично соосаждается с висмутом. При кислотности в анодной камере более 7% часть висмута попадает в катодную камеру, при кислотности в анодной камере менее 1% вместе с висмутом в шлам частично переходит свинец и содержание его в шламе становится выше 0,01 мас. Для осуществления предлагаемого способа необходимы известные реагенты и оборудование, выпускаемые промышленностью.

П р и м е р 1. Анод из чернового висмута с содержанием свинца 2,1 мас. помещают в электролизер с диафрагмой из фильтроткани, разделяющей анодное и катодное пространство. В качестве катода используют свинец. В электролизер заливают раствор, содержащий 50 г/л нитрата натрия. Процесс осуществляют при плотности тока на аноде 500 A/м² в течение 4 ч при концентрации азотной кислоты в анодной камере 1% и гидроксида натрия в катодной 2% При этом получают анодный шлам с содержанием свинца 0,005 мас. выход по току 85% Шлам после отделения от электролита растворяют в азотной кислоте и осаждают из полученного раствора гидролизом основной нитрат висмута состава ВiONO₃H₂O с содержанием Bi₂O₃ 82,5 мас. и содержанием свинца 0,004 мас.

П р и м е р 2 (прототип). 50 г измельченного чернового висмута с содержанием свинца 2,1 мас. растворяют в 100 мл концентрированной азотной кислоты и цементируют висмут на железных пластинах. Отфильтрованный и промытый цементный осадок прессуют в аноды и подвергают электролизу в электролите, содержащем 350 г/л H₂SiF₆, 30 г/л висмута и 0,03 г/л клея, при плотности тока 40 А/м² в течение 8 ч. В качестве катода используют графитовый электрод. В полученном катодном висмуте содержание свинца 0,13 мас. выход по току 96% Из полученного катодного металла растворением в азотной кислоте с последующим осаждением получают оксинитрат висмута с содержанием свинца 0,08 мас. Как видно из этого примера, помимо того, что прототипу присущи вышеперечисленные недостатки, степень отделения висмута от свинца также неудовлетворительна.

П р и м е р 3. Процесс осуществляют так же, как в примере 1. Параметры процесса: состав электролита 400 г/л нитрата аммония, плотность тока 2500 А/м², содержание азотной кислоты в анодной камере 2% гидроксида натрия в катодной 1% Содержание свинца в полученном анодном шламе 0,007 мас. Шлам растворяют в нитратохлоридном растворе и осаждают известным способом хлорокись висмута с массовой долей основного вещества 99,1% и содержанием свинца 0,005 мас.

Остальные примеры осуществлены аналогично примеру 1 за исключением изменения отдельных качественных и количественных параметров способа. Условия выполнения примеров и результаты приведены в таблице.

Таким образом в сравнении с известным предлагаемый способ позволяет существенно упростить процесс отделения висмута от свинца и повысить чистоту получаемых продуктов, позволяет непосредственно из чернового металла получать соли висмута с содержанием свинца менее 0,01 мас.