ЭЛЕКТРОЛИЗЕР ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ ЛЕГКОПЛАВКИХ СПЛАВОВ НА СЕЛЕКТИВНЫЕ КОНЦЕНТРАТЫ
ELECTROLYTIC CELL TO SEPARATE FUSIBLE ALLOYS INTO SELECTIVE CONCENTRATES

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к электрохимическим методам выделения металлов из расплава.
Известен электролизер [1], в котором катод и анод разделены вертикальным экраном для повышения чистоты катодного металла. Недостаток такого электролизера в том, что горизонтальные анодные и катодные расплавленные металлы разделены вертикальным экраном, что требует большого объема электролита с высокими затратами на его приготовление.
В качестве прототипа - наиболее близкого аналога по назначению и совокупности существенных признаков - принимается электролизер разделения легкоплавких сплавов на селективные концентраты, раскрытый в способе [2]. Электролизер содержит обогреваемые анодную и катодную полости, разделенные пористыми диафрагмами, пропитанными электролитом.
Недостатком указанного электролизера является невозможность непрерывного отвода промежуточного продукта и накопленные электроположительные примеси продолжают переходить на катод. Это ведет к снижению степени разделения металлов.
Технический результат заключается в повышении степени разделения металлов в селективные концентраты.
Сущность предлагаемого изобретения состоит в том, что электролизер снабжен индивидуальными сборниками селективных концентратов, а катодная и анодная полости разделены не менее тремя пористыми диафрагмами, установленными вертикально, которые поочередно разделены и зафиксированы прокладками, имеющими разные углы наклона внутренних стенок и нижние вырезы с образованием каналов стока металлов в упомянутые сборники.
В электролизере вертикальные пористые диафрагмы разделены прокладками с различающимися углами наклона внутренней стенки.
Кроме того, диафрагмы с прокладками установлены комплектами по 2-3 экземпляра
со сдвигом вырезов относительно друг друга.
На фиг.1 показан продольный вид электролизера.
На фиг.2 показан электролизер в разрезе А-А.
На фиг.3 показана прокладка герметизирующая.
На фиг.4 показана прокладка прикатодная (прианодная).
На фиг.5 показана прокладка промпродуктовая.
Электролизер состоит (фиг.1, 2) из фторопластовой стенки корпуса 1 ванны. Герметизирующая фторопластовая прокладка 2 (фиг.2, 3) образует со стенкой 1 анодную полость 3 для расплавленного исходного сплава. В анодной полости 3 закреплен токоподвод 4 к аноду (из нержавеющей стали).
С противоположной стороны ванны в полости, образованной корпусом 1 и герметизирующей прокладкой 2, закреплен катод 5 из титана. Катод 5 и анодная полость 3 разделены несколькими (не менее трех) диафрагмами 6, 7, 8 из кварцевой ткани марки КТ-11-с8/3-ТО, которые поочередно разделяют и фиксируют прокладки 9, 10, 11 из фторопласта толщиной 2-4 мм. Каждая прокладка (фиг.4, 5) имеет различающийся друг от друга угол наклона стенок с вырезом в нижней части. Это способствует стеканию накопившегося металла в раздельные сборники.
Со стороны анодной полости 3 (фиг.2) диафрагму 6 фиксирует прианодная прокладка 9 с образованием в своей полости зазора между диафрагмами 6, 7, а в нижней части в прианодной прокладке сделан вырез 12.
Диафрагма 7 фиксируется промпродуктовой кольцевой прокладкой 10 (фиг.2, 5) с образованием в своей полости а зазора между диафрагмами 7, 8, а в нижней части полости в промпродуктовой прокладке сделан вырез 13.
Диафрагму 8 со стороны катода фиксирует катодная прокладка 11(фиг.2, 4) с образованием полости в зазоре между диафрагмой 8, стенкой 1 и герметизирующей прокладкой 2. В нижней части в катодной прокладке сделан вырез 14. Катодная прокладка 11 с герметизирующей прокладкой 2 образуют со стенкой 1 корпуса (фиг.2) полость для катода 5.
Прокладки 9, 10, 11 взаимно расположены так, что вырезы 12, 13, 14 сдвинуты по длине относительно друг друга для установки индивидуальных сборников. Между прокладками 9-11, диафрагмами 6-8, изолирующими прокладками 2 и стенками 1 зазоры при монтаже уплотнены высокотемпературным герметиком.
В качестве дополнительного варианта прокладки 9,10, 11 с диафрагмами 6, 7, 8 могут быть выполнены по 2-3 экземпляра для повышения качества продуктов в зависимости от состава исходного сплава.
Под щелью 12 размещен сборник 15 (фиг.1) для прианодного продукта. Под щелью 13 размещен сборник 16 для промпродукта. Под щелью 14 размещен сборник 17 для катодного продукта.
Стенки 1 корпуса ванны с прокладками 9,10,11 помещены в термоизолирующий корпус 18 с нагревателем для регулируемого обогрева. Токоподвод анода 4 и катод 5 подключены к источнику постоянного тока. Электролизер работает следующим образом.
Стенки корпуса 1 (фиг.1) ванны со сборниками 14, 15, 16 обогреваются в теплоизолирующем корпусе 18 до температуры 220-240 град. В полость анода 3 (фиг.2) заливается расплавленный электролит состава, вес.%: 16-18 хлористого калия, 10-12 хлористого натрия, остальное хлористый цинк, для смачивания капилляров всех диафрагм 6, 7, 8 из кварцевой ткани.
Диафрагма из кварцевой ткани марки КТ-11-с8/3-ТО сатинового переплетения, термостойкая, выдерживает слой 6 см металла без проницаемости, но обладает пористостью 50-60% и впитывает электролит.
После разовой пропитки тканей в полость анода 3 заливается исходный расплавленный сплав и вставляется анодный токоподвод 4. Включается постоянный ток и устанавливается сила тока.
Из расплавленного сплава в анодной полости 3 электроотрицательные металлы ионизируются и диффундируют по электролиту в капиллярах диафрагмы 6 через промпродуктовую диафрагму 7 в сторону катода 5.
Одновременно за счет более высокой концентрации может происходить ионизация некоторого количества более электроположительных металлов. Ионы электроположительных металлов также диффундируют по электролиту в капиллярах диафрагм. За счет изменения напряжения на входе в следующую диафрагму более электроположительные металлы разряжаются.
На промпродуктовой диафрагме 7 (фиг.2) при перепаде напряжения у диафрагмы более электроположительные металлы осаждаются, скапливаются в полости зазора, образованного внутри промпродуктовой прокладки 9, и по мере накопления преодолевают удерживающую пленку металла в зазоре и стекают по щели выреза 12 промродуктовой прокладки в сборник 15 (фиг.1) анодного промпродукта.
Более электроотрицательные ионы металлов продолжают диффундировать в электролите по промпродуктовой диафрагмы 7 (фиг.2).
На катодной диафрагме 8 образуется перепад напряжения и частично прошедшие более электроположительные металлы осаждаются на катодной диафрагме 8, скапливаются в полости зазора, образованного внутри промпродуктовой прокладки 10, и по мере накопления металла в зазоре стекают по щели выреза 13 промпродуктовой прокладки в сборник 16 промпродукта.
Более электроотрицательные ионы металлов продолжают диффундировать в электролите по капиллярам диафрагмы 8 в катодную полость между прикатодной прокладкой 11 и катодом 5 и разряжаются на катоде 5. По мере накопления металла в катодной полости, образованной зазором между прокладкой 11, герметизирующей прокладкой 2 и стенкой 1, металл стекает по щели выреза 14 катодной прокладки в сборник 17 катодного продукта.
Технический результат отличительного признака - это повышение степени концентрирования металлов в отдельные концентраты. На аноде скапливаются более электроположительные металлы, как висмут, сурьма, а на катоде выделяются более электроотрицательные металлы, как индий, кадмий (сборник 17). В междиафрагменных полостях разряжаются и стекают металлы (свинец) с промежуточным потенциалом разряда в прианодный промпродукт (сборник 15), а олово накапливается в прикатодном промпродукте 16.
Предлагаемый электролизер с вертикальными диафрагмами позволяет исходный многокомпонентный легкоплавкий сплав сложного состава разделять на четыре селективных концентрата, в которых металлы сконцентрированы более чем в 3 раза в сравнении с исходным составом сплава.
Пример испытания электролизера: навеску 100 г сплава состава, вес.%: Bi - 46; Sn - 25; Pb - 20; In - 8; Cd - 1,1 расплавляли и заливали в анодную полость нагретого до температуры 240°С корпуса электролизера. К токоподводам подвели постоянный ток силой 0,5А и напряжением 20В. Электролиз вели в течение 8,5 часов. На катоде получено 12 г металла состава, %: индия - 63,1; кадмия - 7,6; свинца - 6; олова - 23,1; висмута - 0,1. Прианодного промпродукта получено 20 г состава, %: индия - 0,5; кадмия 0,1; свинца - 80,3; олова - 18; висмута - 1,1. Катодного промпродукта получено 19 г, состава, %: индия - 2; кадмия - 0,3; свинца - 7; олова - 90,2; висмута - 0,5. Состав анодного остатка, вес.%: индия - 0,1; кадмия - 0,05; свинца - 4,3; олова - 2,1; висмута - 93,4. Пример показывает, что из сплава получено 4 отдельных селективных концентрата.
Литература
1 - Авт св. №453448 - заявка №1870379 - М. кл. - C22b 61/06, - Дьяков В.Е., Никитина В.Д., Корюков Ю.С., Яковлев М.А. - Электролизер для получения легкоплавкого металла. - опубл. 20.01.75 - БИ 46-74
2. RU №1776093 С, С25С 3/34, опубл. 02.01.1991