электролизер для разделения металлов в расплаве солей

Формула изобретения

Электролизер для разделения металлов в расплаве солей, включающий футерованную обогреваемую катодную ванну и помещенную в нее анодную чашу из диэлектрика с изолированным графитовым токопроводом, отличающийся тем, что, с целью снижения расхода электроэнергии, катодная ванна снабжена кольцевым конусным экраном, укрепленным над анодной чашей.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к рафинированию тяжелых цветных металлов электролизом в расплаве солей.

Известен электролизер для рафинирования висмута, включающий катодную ванну и погруженный в нее анодный тигель с токоподводом. Прототипом является электролизер жидких сплавов, содержащий ванну катодного металла, керамическую подставку для анодной чаши, графитовый анодный токоподвод с изолятором и сливным устройством [1].

Сущность предлагаемой конструкции состоит в том, катодная ванна снабжена кольцевым конусным экраном, укрепленным над анодной чашей.

На чертеже показана конструкция электролизера, продольный разрез.

В футерованной катодной ванне 1, снабженной нагревателем 2, помещается кварцевая анодная чаша 3 на подставке 4. В анодную чашу 3 установлен графитовый токопровод 5, изолированный кварцевой трубой 6. В нижней части катодной ванны 1 размещены сифонный карман 7, отделенный от ванны перегородкой с нижней сифонной щелью 8, и словное отверстие 9, закрытое пробкой 10.

В верхней части ванны 1 размещен кольцевой конусный экран 11, укрепленный над анодной чашей 3 и служащий катодом. Угол наклона конуса экрана 45 - 60^o к горизонтали поверхности анодной чаши 3.

При угле наклона конуса экрана 11 меньше 40^o часть выделившегося на катоде 11 свинца вместо стекания по конусу экрана 11 за край чаши 3 в ванну 1 отрывается от поверхности конуса экрана 11 в анодную чашу 3, т.е. возвращается вновь в процесс и тем самым повышается расход электроэнергии. При угле наклона конуса экрана 11 больше 60^o увеличивается среднее расстояние между катодом (поверхностью экрана) 11 и поверхностью анодного металла в чаше 3, увеличивается сопротивление и повышается расход электроэнергии.

Электролизер работает следующим образом.

В анодную чашу 3 загружается 300 кг сплава (конденсат вакуумного рафинирования), содержащего 5 - 10% висмута, 3 - 6% олова, остальное свинец.

В ванну 1 загружается 600 кг электролита состава,%: хлорид цинка 50 - 60; калий хлористый 5 - 8; натрий хлористый 1 - 10; свинец хлористый 20 - 30.

С помощью нагревателя 2 электролит расплавляется и выдерживается при 360 - 450^oC. К токоподводам 5 подается постоянный ток 4 - 6 В, 4000 А. Катодная плотность тока 0,8 - 1 А/см². За счет прохождения тока катионы олова и свинца с анодной чаши 3 переходят в солевой расплав и разряжаются на конусном экране 11. Металл стекает по конусу и скапливается на дне ванны 1.

По мере уменьшения объема металла 1 анодная ванна раз в сутки догружается 150 - 180 кг исходного металла. Напряжение на ванне 5,5 В. Операции загрузки металла в анодную ванну повторялись до получения сплава с содержанием 65 - 79% висмута. Один раз в пять суток из катодной ванны через сифонный карман 7, через сливное отверстие 9 (после открытия пробки 10) металл сливается в изложницы. Продукт весом 970 кг имеет состав,%: олово 5,46; свинец 94,5; висмут 0,04.

В течение 5 суток всего загружено 1040 кг исходного металла. По получении металла в анодной ванне с содержанием более 65% висмута, догрузку исходного металла прекращали и еще продолжали электролиз 5 ч. Получено 83 кг анодного сплава с содержанием 65% висмута, 0,12% олова, 0,15% свинца. Полученный катодный металл оставили в качестве оборотного, так как в катодный металл начинал переходить висмут до содержания 0,1 - 0,5%. Расход электроэнергии 700 кВт 4/т. В электролизере по прототипу напряжение на ванне 10 В и расход электроэнергии 1800 кВт ч/т.

Предложенный электролиз снижает на 50 - 70% расход электроэнергии на 1 т загрузки.

Электролизер может быть использован для разделения висмута и свинца - конденсата вакуумного рафинирования и для разделения индия и свинца вторичных сплавов.