аппарат для электрохимического выделения галлия

Формула изобретения

1. Аппарат для электрохимического выделения галлия из растворов электрохимическим восстановлением на жидком металле или сплаве, включающий корпус с цилиндрической стенкой и плоским горизонтальным дном, перемешивающее устройство, боковой клапан для слива раствора и донный клапан для слива жидкого металла или сплава, отличающийся тем, что он снабжен эластичной мембраной, выполненной в виде кольца, расположенной ниже бокового клапана и герметично соединенной по наружному контуру со стенкой корпуса на высоте 10-100 мм от дна, а по внутреннему контуру герметично соединенной с днищем по краю отверстия донного клапана, при этом в корпусе выполнено одно или несколько отверстий, сообщающих полость между мембраной и корпусом аппарата с атмосферой.

2. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что отверстия, сообщающие полость между мембраной и корпусом с атмосферой, выполнены диаметром 3-10 мм.

3. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что отверстие или отверстия, сообщающие полость между мембраной и корпусом с атмосферой, выполнены по периферии дна.

4. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что отверстие или отверстия, сообщающие полость между мембраной и корпусом с атмосферой, выполнены в стенке вблизи дна.

5. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что отверстие или отверстия, сообщающие полость между мембраной и корпусом с атмосферой, выполнены по линии стыка дна со стенкой.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к устройствам для выделения галлия из растворов электрохимическим восстановлением на жидком металле или сплаве.

Известен цилиндрический аппарат-цементатор для выделения галлия из алюминатных растворов с плоским днищем (Гусарова Т.Д., Шалавина Е.Л., Пономарев В.Д. Об электродных потенциалах в системе галлий - алюминий. В кн.: Излечение галлия, ванадия скандия из продуктов глиноземного производства. - Наука АН КазССР, Алма-Ата, 1967, с.25). Плоское дно обеспечивает оптимальный гидродинамический режим электрохимического процесса, но крайне неудобно при периодической выгрузке металла из цементатора. Для удаления галлия приходится применять вакуумный отсос, поэтому разгрузка является трудоемкой и длительной (20-40 мин) операцией.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению (прототипом) является электролизер для электроосаждения галлия из алюминатных растворов (Зазубин А.И, Шалавина Е.Л, Романов Г.А., Иванова Г.А. Извлечение галлия из алюминатно-галлатных растворов глиноземного производства электрохимическими методами. В кн.: Излечение галлия, ванадия скандия из продуктов глиноземного производства. - Наука АН КазССР, Алма-Ата, 1969, с.39), включающий цилиндрический корпус с плоским горизонтальным дном, снабженным донным клапаном. Накопленный в результате электролиза металлический галлий удаляют через донный клапан. Такое техническое решение удобно для лабораторной установки, но в промышленных аппаратах диаметром до 2 м при малейшем перекосе или неровности дна возникают трудности при разгрузке осажденного металлического галлия. Слив металла с помощью донного клапана осуществляется медленно, в течение 10-15 минут, и зачастую не полностью.

Задачей изобретения является обеспечение быстрого и полного слива металла из мешалки, что позволит сократить время производственного процесса.

Технический результат достигается тем, что аппарат для электрохимического выделения галлия из растворов электрохимическим восстановлением на жидком металле или сплаве, включающий корпус с цилиндрической стенкой и плоским горизонтальным дном, перемешивающее устройство, боковой клапан для слива раствора и донный клапан для слива жидкого металла или сплава, снабжен эластичной мембраной, выполненной в виде кольца, расположенной ниже бокового клапана и герметично соединенной по наружному контуру со стенкой корпуса на высоте 10-100 мм от дна, а по внутреннему контуру герметично соединенной с днищем по краю отверстия донного клапана, при этом в корпусе выполнено одно или несколько отверстий, соединяющих полость между мембраной и корпусом аппарата с атмосферой.

Отверстия, соединяющие полость между мембраной и корпусом с атмосферой, выполнены диаметром 3-10 мм.

Отверстия, соединяющие полость между мембраной и корпусом с атмосферой, выполнены по периферии дна.

Отверстие или отверстия, соединяющие полость между мембраной и корпусом с атмосферой, выполнены в стенке вблизи дна.

Отверстие или отверстия, соединяющие полость между мембраной и корпусом с атмосферой, выполнены по линии стыка дна со стенкой.

На фиг.1 схематически показан аппарат для электрохимического выделения галлия.

На Фиг.2 показано положение эластичной мембраны под тяжестью раствора, залитого в аппарат при закрытых клапанах.

На фиг.3 и 4 в увеличенном масштабе показаны возможные конструктивные варианты соединения мембраны со стенкой корпуса.

Аппарат для электрохимического выделения галлия состоит из корпуса с цилиндрической стенкой 1 и плоским горизонтальным дном 2 и снабжен перемешивающим устройством 3. В стенке выполнен боковой клапан 4 для слива раствора, а в дне - донный клапан 5 для слива жидкого металлического галлия или его сплава. Предлагаемый аппарат снабжен непроницаемой упругой эластичной мембраной 6, при этом в корпусе выполнено одно или несколько отверстий 7-9, соединяющих полость, заключенную между дном, стенкой и мембраной, с атмосферой. Взаимное положение деталей устройства на фиг.1 соответствует режиму разгрузки раствора и жидкого металла, когда мембрана принимает вид конуса (воронки). Выбор высоты герметичного крепления мембраны к стенке корпуса (10-100 мм) определяется степенью упругости и эластичности мембраны. При этом угол ее наклона без нагрузки раствора должен обеспечивать быстрое и полное стекание массы металла и соскальзывание отдельных его капель в отверстие донного клапана при различных диаметрах промышленных аппаратов.

Под тяжестью раствора, залитого в аппарат при закрытых клапанах 4 и 5, вся поверхность мембраны 6, прилегающей ко дну 2, представляет собой горизонтальную плоскость, что наилучшим образом отвечает рабочему режиму аппарата, когда в нем осуществляется процесс электрохимического восстановления галлия на жидком металле или сплаве. Диаметр (3-10 мм) отверстий 7-9 выбран из соображений свободного прохода воздуха и одновременно исключения заметного прогиба мембраны в отверстие под давлением столба раствора.

С целью исключения образования замкнутых воздушных пузырей под мембраной при заполнении аппарата раствором предложены три варианта расположения отверстий либо по периферии дна (поз.7), либо в стенке вблизи дна (поз.8), либо непосредственно по линии стыка дна и стенки (поз.9).

Возможные варианты герметичного крепления внешнего контура мембраны к цилиндрической стенке корпуса аппарата весьма просты. Соединение внутреннего контура с краями отверстия донного клапана также не представляет никаких сложностей, поскольку отверстие это на практике невелико (не более 100 мм).

Работа аппарата осуществляется следующим образом.

В порожний аппарат при закрытых боковом 4 и донном 5 клапанах и разгруженной (воронкообразной) мембране 6 заливается галлийсодержащий раствор (массой до 6000 кг) и некоторое количество жидкого галлия (основа). По мере заполнения аппарата эластичная мембрана под тяжестью раствора стремится принять форму корпуса. При этом воздух, заключенный в пространстве между корпусом и мембраной 6, постепенно вытесняется через отверстия 7-9, соединяющие эту полость с атмосферой, и мембрана 6 практически полностью прилегает ко дну 2 корпуса. В процессе электрохимического выделения металла обеспечивается необходимая плоскость и горизонтальность поверхности, на которой находится жидкий металл. Процесс цементации или электролиза проводится при перемешивании и длится от нескольких часов до нескольких суток. По завершении процесса отработанный раствор сливают через боковой клапан, находящийся выше внешнего края мембраны. Лишенная основной нагрузки мембрана 6 благодаря своей упругости и эластичности принимает исходное положение, обеспечивая коническую форму поверхности, на которой находится жидкий металл, что при открытии донного клапана 5 приводит к быстрому и полному сливу галлия. При перемещении мембраны 6 в исходное положение атмосферный воздух через отверстие (или отверстия) в корпусе всасывается в полость, заключенную между корпусом и мембраной 6. Вытеснение воздуха из полости происходит постепенно от центра к периферии дна по мере прогибания мембраны под тяжестью раствора, без образования пузырей под мембраной.

В качестве мембраны 6 может быть использованы листовая резина, резинотканевая конвейерная лента или другой упругий эластичный материал.