электролизер для рафинирования свинца в расплаве солей

Формула изобретения

1. Электролизер для рафинирования свинца в солевом расплаве, содержащий электролизную ванну, анод, катод и сборник катодного свинца, отличающийся тем, что электролизная ванна выполнена из жаропрочного бетона, анод размещен в углублении ванны и выполнен в виде графитовой подины со стальным токоподводом, катод выполнен в виде двух цилиндров из графита, непосредственно под которыми расположены желоба для стока катодного свинца в сборники.

2. Электролизер по п.1, отличающийся тем, что электролизная ванна выполнена в виде прямоугольной емкости.

3. Электролизер по п.1, отличающийся тем, что катоды выполнены со стальными токоподводами.

4. Электролизер по п.1, отличающийся тем, что желоба для стока катодного свинца выполнены из жаропрочного бетона.

5. Электролизер по п.1, отличающийся тем, что сборники катодного свинца выполнены в виде углублений в жаропрочном бетоне.

6. Электролизер по п.1, отличающийся тем, что желоба для стока катодного свинца расположены под цилиндрическими катодами на расстоянии 2-3 мм.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области цветной металлургии, к рафинированию цветных металлов и сплавов электрохимическим способом в расплавах солей.

Известны электролизеры и конструкции электролизных ванн для рафинирования металлов в расплавах:

1. Делимарский Ю.К., Зарубицкий О.Г. Электрохимическое рафинирование тяжелых металлов в ионных расплавах. - М., Металлургия, 1975, с.181, 235-236.

2. Патент СССР № 389164, заявка № 1673962 от 25.06.71 г. «Электролизная ванна для рафинирования металлов в расплавах».

Конструкция ванны включает емкость, футерованную огнеупорным материалом, аноды, вертикально расположенные металлические катоды с желобами для стока жидкого металла, сборник для катодного металла.

3. Патент СССР № 449990, заявка № 1889095 от 20.02.1973 г. «Электролизер для разделения сплавов жидких тяжелых цветных металлов».

Ванна электролизера выполнена из электропроводного материала с анодной емкостью из диэлектрика, в частности кварца, ванна снабжена вакуумным ковшом.

Общим недостатком аналогов является использование для сбора металла чащи из диэлектрика (кварц, базальт, муллит). Такую конструкцию трудно реализовать при многотоннажном производстве.

Наиболее близким к заявленному изобретению является Патент РФ № 2114936, заявка № 96122991/02 от 03.12.1996 «Электролизер для разделения металлов в расплаве солей». Электролизер включает круглую футерованную обогреваемую катодную ванну и помещенную в нее анодную чашу из кварца с графитовым токоподводом, изолированным кварцевой трубой, катод в виде кольцевого конусного экрана, укрепленный над анодной чашей, сборник в виде сифонного кармана с нижней сифонной щелью и сливное отверстие.

К недостаткам данной конструкции электролизера относится наличие хрупких деталей: анодная чаша из кварца, кварцевый чехол токоподвода. Использование конусного экрана в качестве катода, укрепленного над анодной чашей, приводит к уменьшению выхода конечного продукта из-за попадания катодного металла обратно в анодную чашу.

Полученный катодный металл в электролизере по прототипу оставляют в качестве оборотного металла, в результате он будет накапливаться, и периодически его нужно будет подгружать в электролизер с исходным сырьем, что уменьшит выход готовой продукции, кроме того, на его переработку будет расходоваться дополнительная электроэнергия.

Задача настоящего изобретения заключается в увеличении производительности электролизера, уменьшении энерго- и трудозатрат и повышении надежности работы электролизера.

В предлагаемом электролизере электролизная ванна прямоугольной формы выполнена из жаропрочного бетона, заключена в металлический кожух, анод размещен в углублении ванны и выполнен в виде графитовой подины со стальным токоподводом, катод выполнен в виде двух цилиндров из графита, непосредственно под катодами расположены желоба для стока катодного свинца в сборники. Роль желобов для транспорта и сборников для сбора катодного свинца выполняют углубления в бетоне под катодами. Это предотвращает контакт конструкционного металла с электролитом и загрязнение расплава примесями, в частности железом.

На фиг.1, изображен электролизер, продольный разрез, на фиг.2 - то же, поперечный разрез. Электролизная ванна выполнена в виде прямоугольной емкости из жаропрочного бетона на высокоглиноземистой связке, заключенной в металлический кожух (1). Анод выполнен в виде графитовой подины (2), ниппеля (3), прикрепленного к графитовой подине резьбовым соединением, стальной пластины (4) сечением 200×20, приваренной к ниппелю. Стальной токоподвод монтируется на стадии футеровки корпуса электролизной ванны. Катоды (5) выполнены в виде цилиндров из графита. Причем по окружности любая точка цилиндрического катода не выходит за край желоба, в который стекает выделившийся свинец. Такая конструкция катодов обеспечивает равномерное распределение плотности тока и высокий выход по свинцу. Токоподводы к катодам осуществляются с помощью ниппелей (6) и пластин (7). Сборники катодного свинца (8) выполнены в виде углублений в бетоне, в которые свинец стекает по желобам (9), находящихся непосредственно под катодами. Расстояние между цилиндрическим катодом и желобом для стока катодного свинца составляет 2-3 мм. Для теплоизоляции верхней части электролизной ванны и ее герметизации имеется съемная крышка (10).

Электролизер работает следующим образом. В электролизную ванну загружается 120 кг чернового свинца (12), полученного из аккумуляторного лома, содержащего 2-3% сурьмы, 0,02-0,05% висмута, 0,01-0,02% мышьяка, серебра - менее 0,0005%, свинец - остальное; электролит PbCl₂-KCl (50-50 мол.%) (11). При прохождении постоянного тока происходит ионизация металлического свинца до катионов Рb ⁺², которые переходят в солевой расплав, а затем разряжаются на графитовых цилиндрических катодах (5). При этом металл стекает по поверхности катода в желоб и скапливается в сборнике катодного свинца (8). По мере уменьшения объема анодного металла электролизная ванна догружается черновым свинцом без остановки процесса электролиза. Катодная плотность тока 0,8-1,5 А/см². Напряжение на ванне 4,5 В. Расход электроэнергии 800 кВт·ч/т.

Электролизер испытали на нагрузку 500-700А в течение 17 суток в электролите из хлоридов калия и свинца в интервале температур от 500 до 600°С. Разогрев проводили за счет тепла, выделяющегося при прохождении постоянного тока через расплавленный электролит. Рафинированию подвергался черновой свинец, полученный из аккумуляторного лома. В результате рафинирования получен очищенный свинец, соответствующий марке С3С по ГОСТ 3778-98.

Химический анализ катодного свинца
Дата	Pb	Ag	Cu	Zn	Bi	As	Sn	Sb	Fe	Ni
7.07	99,76	0,0004	0,01	0,0004	0,0013	0,0341	0,0007	0,2	<0,0003	0,0012
8.07	99,87	0,0002	0,01	0,0003	0,0005	0,064	0,0014	0,046	<0,0003	0,0004
9.07	99,91	0,0003	0,01	0,0002	0,0006	0,025	0,0012	0,037	0,0008	0,0006
10.07	99,94	0,0002	0,01	0,0003	0,0005	0,011	0,0006	0,028	<0,0003	0,0003
11.07	99,95	0,0002	0,01	0,0003	0,0005	0,012	0,0016	0,015	<0,0003	0,0004
12.07	99,93	0,0002	0,01	0,0004	0,0005	0,006	0,0043	0,03	<0,0003	0,0007
13.07	99,92	0,0002	0,02	0,0003	0,0005	0,006	0,0026	0,03	<0,0003	0,0009
14.07	99,69	0,0002	0,09	0,0004	0,0005	0,005	0,0016	0,2	0,0011	0,0005
18.07	99,92	0,0001	0,09	0,0004	0,0005	0,0005	0,0007	0,032	<0,0003	0,0005
21.07	99,69	0,0003	0,09	0,0004	0,0015	0,0021	0,0016	0,2	<0,0003	0,0005

В конце испытаний не было замечено коррозионного разрушения графитовых электродов, бетонного корпуса, контактирующего с расплавом и металлом. В процессе электролиза обеспечиваются заданные технологические параметры, надежно фиксируются уровни электролита и металла. В отличие от прототипа разделение анодного и катодного металлов осуществляется перегородками из жаропрочного бетона, исключая наличие хрупких деталей: анодной чаши из кварца, кварцевого чехла токоподвода, что свидетельствует о повышении надежности работы электролизера.

Увеличение производительности достигается за счет более высокой катодной плотности тока. В нашем случае она в полтора раза превышает катодную плотность тока, предлагаемую в прототипе, следовательно, за одно и тоже время на единице площади катода выделится в расчете на массу в полтора раза больше катодного свинца. Уменьшение энерго- и трудозатрат достигается в результате получения на катоде свинца, который выводился из технологического цикла в качестве готового продукта. В прототипе катодный свинец направляется в оборот, что требует дополнительных энерго- и трудозатрат.

Предложенный электролизер может быть использован для разделения сурьмы и свинца - чернового свинца, полученного из аккумуляторного лома, и для разделения висмута и свинца висмутовых дроссов.