Электролизер
ELECTROLYSIS CELL

Изобретение относится к обогащению полезных ископаемых методом электрохимической хлоринации и может быть использовано в цветной металлургии при переработке медно-цинковых руд и хвостов их обогащения.
Известен электролизёр, включающий корпус с установленными внутри анодом и катодом, мембрану, разделяющую внутреннее пространство корпуса на анодный и катодный отсеки, системы подачи рабочего раствора и удаления отработанного раствора [1].
Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является электролизёр, включающий корпус с установленными внутри анодом и катодом, диафрагму, разделяющую внутреннее пространство корпуса на анодный и катодный отсеки, системы подачи рабочего раствора и удаления отработанного раствора [2].
Общим недостатком известных электролизёров является низкая селективность разделения железа, меди, цинка и золота при переработке медно-цинковых руд и хвостов их обогащения.
Технический результат изобретения – повышение селективности разделения железа, меди, цинка и золота за счет поочерёдного осаждения в отдельные продукты в катодном пространстве катионов железа, меди и цинка, и удаления непосредственно из анодного отсека движущимися вверх потоками рабочего раствора комплексных ионов золота на сорбцию.
Указанный технический результат достигается тем, что в электролизёре, состоящем из корпуса с установленными напротив друг другу анодом и катодом, установленной внутри корпуса диафрагмы, разделяющей внутреннее пространство корпуса, на анодный отсек с пирамидальной частью и выпускным патрубком внизу и катодную камеру, систем подачи рабочего раствора и удаления отработанного раствора, в катодной камере установлены две диафрагмы, разделяющие катодную камеру на три отсека, заканчивающиеся внизу пирамидальными частями с выпускными патрубками, в корпусе установлена перегородка, с переливным порогом разделяющая анодный отсек и сорбционную камеру со сливным патрубком, которая разделена открытой снизу перегородкой на два отсека, система подачи рабочего раствора включает патрубок, соединённый с пирамидальной частью анодного отсека. При этом корпус сверху закрыт крышкой с патрубками для выпуска анодных и катодных газов.
На фиг. 1 представлен разрез А-А электролизёра, на фиг. 2 – вид сверху без крышки, на фиг. 3 – вид сверху с крышкой.
Электролизёр состоит из корпуса 1, разделённого перегородкой 1.1 с переливным порогом на камеры электрохлоринации и сорбции. Камера электрохлоринации диафрагмами 2, 3, 4 разделена на отсеки 1.2, 1.3, 1.4, 1.5, которые внизу заканчиваются пирамидальными частями с выпускными патрубками.
В отсеке 1.2 установлен примыкающий к перегородке 1.1 корпуса 1 анод 5, а в отсеке 1.5 установлен примыкающий к стенке корпуса 1 катод 6. К пирамидальной части отсека 1.2 подведён патрубок 7 для подачи рабочего раствора.
Камера сорбции корпуса 1 перегорожена открытой снизу перегородкой 1.6 на отсеки 1.7 и 1.8. В отсеке 1.8 в боковой стенке корпуса 1 вверху установлен переливной патрубок 1.9 для удаления отработанного раствора.
Сверху отсеки 1.7, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5 закрыты крышкой 8 с патрубком 8.1 для удаления анодных газов из пространства отсеков 1.7 и 1.2 и с патрубком 8.2 для удаления катодных газов из пространства отсеков 1.3, 1.4 и 1.5.
Электролизёр работает следующим образом.
В анодный отсек 1.2 корпуса 1 загружается обрабатываемый материал, в отсеки 1.7 и 1.8 загружается сорбент для сорбции золота из насыщенного раствора. В пирамидальную часть анодного отсека 1.2 через патрубок 7 подаётся рабочий раствор NaCl и HCl. На электроды 5 и 6 подаётся постоянный электрический ток.
На аноде 5 и на электропроводных частицах обрабатываемого материала в анодном отсеке 1.2 корпуса 1 возбуждаются анодные электрохимические реакции образования молекулярных хлора и кислорода, хлорноватистой и соляной кислот, хлорного железа, которые активно растворяют в обрабатываемом материале медь, цинк, железо и золото.
В поле постоянного электрического тока положительные ионы Fe+3, Cu+2, Zn+2 движутся из анодного отсека 1.2 к отрицательному катоду.
На катоде 6 возбуждаются катодные электрохимические реакции разложения воды с образованием молекулярного водорода и ионов гидроксила OH-, которые в поле постоянного электрического тока движутся от катода 6 к аноду 5 через отсеки 1.5, 1.4, 1.3, изменяя в них pH. В процессе электрохлоринации в анодном отсеке 1.2 корпуса 1 устанавливается за счёт ионов H+ кислая среда с pH=0-1, а в отсеке 1.5 корпуса 1 устанавливается за счет ионов
OH- щелочная среда с pH=11-12. В отсеках 1.3 и 1.4 устанавливаются промежуточные значения pH. С помощью регулирования количества подаваемой с рабочим раствором соляной кислоты устанавливают в отсеке 1.3 pH=3,5-4, а в отсеке 1.4 pH=6-7.
За счёт реакций гидратообразования в отсеке 1.3 при pH=3,5-4 катионы Fe+3 выпадают в осадок в виде гидроокислов Fe(OH)3, в отсеке 1.4 при pH=6-7 катионы Cu+2 выпадают в осадок в виде гидроокислов Cu(OH)2, в отсеке 1.5 при pH=11-12 катионы Zn+2 выпадают в осадок в виде гидроокислов Zn(OH)2. Таким образом, установка диафрагм 2 и 3 обеспечивает последовательное раздельное (селективное) выделение в отдельные продукты железа, меди и цинка.
Образующиеся при электрохлоринации отрицательные комплексные ионы золота (AuCl4)-2 не могут двигаться в сторону катода и в анодном отсеке 1.2 и восходящими потоками рабочего раствора направляются через переливной порог перегородки 1.1 в отсек 1.7 и через нижнюю щель перегородки 1.6 в отсек 1.8. В отсеках 1.7 и 1.8 происходит сорбция золота сорбентом, а отработанный раствор через сливной патрубок 1.9 выходит из отсека 1.8 и направляется на приготовление рабочего раствора для электрохлоринации следующей порции обрабатываемого материала.
Выделяющиеся анодные газы через патрубок 8.1 крышки 8 и катодные газы через патрубок 8.2 крышки 8 направляются на очистку и утилизацию.
По прошествии заданного времени электрохимической хлоринации, которое определяется опытным путём для каждого исходного обрабатываемого материала по максимальному извлечению ценных компонентов в одноимённые концентраты, отключается подача рабочего раствора в анодный отсек 1.2 и электрического тока к электродам 5 и 6. Вместо рабочего раствора через патрубок 7 в анодный отсек 1.2 подаётся промывная вода. Обрабатываемый материал после промывки разгружается через патрубок пирамидальной части отсека 1.2 и направляется в хвосты. Осадки из отсеков 1.3, 1.4 и 1.5 выгружаются в приёмники железного, медного и цинкового концентратов, соответственно. Далее процесс электрохлоринации осуществляется аналогичным образом на следующих порциях обрабатываемого материала. Замена сорбента в отсеках 1.7 и 1.8 на свежий осуществляется при достижении порога насыщения сорбента золотом. Насыщенный золотом сорбент направляется на переработку с извлечением золота.
Установка в катодной камере двух диафрагм обеспечивает разделение катодной камеры диафрагмами на три отсека и раздельное осаждение ионов железа меди и цинка за счет создания в отсеках необходимого значения pH для гидратообразования для этих ионов.
Расположение сорбционной камеры рядом с анодным отсеком и подача рабочего раствора в пирамидальную часть анодного отсека обеспечивают выведение движущимися вверх потоками рабочего раствора через обрабатываемый материал комплексных ионов золота через переливной порог в секции сорбционной камеры, снижая тем самым потери золота за счет переосаждения и сорбции комплексных ионов золота в обрабатываемом материале.
Установка крышки с патрубками на корпусе электролизёра обеспечивает раздельное выведение анодных и катодных газов для их очистки и утилизации.
Таким образом, предлагаемый электролизёр для электрохимической хлоринации обеспечивает повышение селективности разделения железа, меди, цинка и золота, а также раздельную утилизацию анодных и катодных газов при переработке медно-цинковых руд и хвостов их обогащения.
Источники информации, принятые во внимание
1. Патент РФ № 2245378, кл. С22В 3/02, 3/40, 11/00, 2002.
2. Шевченко А.С., Евграфова Е.Л., Битимбаев М.Ж. Исследование электрохимической хлоринации золотосодержащей руды месторождения Акжал // Научные основы и практика переработки руд и техногенного сырья: матер. XXIII междунар. науч.-техн. конф. Екатеринбург: изд-во ООО «Форт Диалог-Исеть», 2018. С. 325-330; (рисунок 2)