УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗВЛЕЧЕНИЯ МЕТАЛЛОВ ЭЛЕКТРОЛИЗОМ
DEVICE FOR EXTRACTING METALS BY ELECTROLYSIS

6
2
2
3-
+
Изобретение относится к цветной металлургии, а именно к устройствам для производства благородных металлов электролизом раствора электролита, в частности родия из хлоридного комплекса (анионный комплекс [RhCl]) или золота из тиомочевинного комплекса (катионный комплекс Au[CS(NH)].
2
3
Известен электролизер для получения металлического родия изобретение [RU 2199612 С, МПК С25С 1/20 (2006.01), С22В 11/00 (2006.01), опубл. 27.02.2003], содержащий корпус, внутри которого расположен нерастворимый анод, нерастворимый катод и ионообменная мембрана, разделяющая внутренний объем электролизера на катодное и анодное пространство. С помощью этого электролизера ведут извлечение металлического родия из растворов родия на катоде путем наложения постоянного электрического тока плотностью 25-400 А/м из раствора с концентрацией соляной кислоты 1-6 моль/дм. Чистый металлический родий восстанавливают на катоде. В качестве анолита может быть использован 20%-ный раствор гидроксида натрия.
В процессе электролиза на катоде этого устройства возможно совместное с родием осаждение железа, меди, иридия, и других металлов.
Известен электролизер ЭУ-1М [Лодейщиков В.В. Технология извлечения золота и серебра из упорных руд. Монография в 2-х томах. - Иркутск, ОАО «Ингиредмет», 1999. - С.95], предназначенный для обработки растворов, содержащих электроактивные компоненты в малых концентрациях, в частности для извлечения благородных, редких и цветных металлов из промышленных растворов с исходной массовой концентрацией металлов от 0,02 до 2 г/л, до остаточных концентраций менее 0,1 мг/л. Электролизер содержит титановый корпус, в котором размещены титановые катоды и платиновые сетчатые аноды, помещенные в винипластовую анодную коробку, к боковым стенкам к которой прижаты ионообменные мембраны. Анодная коробка герметична. Ванна снабжена патрубками для подачи и выхода католита, анодная коробка снабжена патрубками подачи и выхода анолита.
Однако сварной титановый корпус со временем подвергается коррозионному разрушению, особенно в области сварных швов. Отдельно подают католит в каждую электродную ячейку. Из-за сложности конструкции и ускоренной коррозии, особенно в области сварных швов, электролизер может часто выходить из строя.
Известно устройство для извлечения металлов электролизом [RU 2346086 С2, МПК С25С 7/00 (2006.01), С25С 1/20 (2006.02), опубл. 10.02.2009 г.], выбранный в качестве прототипа, содержащее литой корпус из полимерного материала с патрубками подачи и выхода электролита. Внутри корпус разделен вертикальными перегородками из полимерного материала на ячейки, в каждой из которых установлен титановый катод, расположенный вертикально между двумя анодами из графита. Анод и катод снабжены токоподводами.
Наличие перегородок внутри корпуса для организации движения электролита через верх перегородок повышает гидравлическое сопротивление и увеличивает затраты энергии на обеспечение нормальной циркуляции растворов.
Техническим результатом изобретения является создание устройства для извлечения металлов электролизом из растворов с улучшенными функциональными возможностями.
Устройство для извлечения металлов электролизом, также как в прототипе, содержит прямоугольную ванну из полимерного материала с патрубками подачи и выхода продуктивного раствора и патрубком слива на днище, при этом внутри ванны перпендикулярно движению продуктивного раствора установлены катодные и анодные пластины, которые снабжены токоподводами.
Согласно изобретению ванна выполнена сварной и размещена в каркасе из прямоугольных металлических труб, снабженном опорами, выполненными с возможностью регулировки горизонтального уровня ванны. Внутри ванны перпендикулярно движению продуктивного раствора на равном расстоянии друг от друга последовательно установлено n электродных блоков, каждый из которых содержит герметичный корпус в виде прямоугольного параллелепипеда, через противоположные большие боковые грани которого выполнен прямоугольный сквозной вырез. Одна из меньших боковых граней корпуса внизу снабжена патрубком ввода анолита, а вверху - патрубком вывода анолита. Внутрь корпуса с зазором по отношению к его дну вставлена анодная пластина, верхняя часть которой выступает из корпуса. К анодной пластине подсоединен токоподвод в виде удлиненной металлической планки. На каждую большую боковую грань корпуса с двух сторон в месте выреза наложены кислотостойкие герметизирующие прокладки, соответствующие размерам выреза. На прокладки уложены анионообменные мембраны из полимерного материала, а затем прижимные рамки. К двум большим боковым граням корпуса над вырезом прикреплены крепежные планки, к которым присоединены катодные перфорированные пластины с возможностью регулирования расстояния между катодными и анодной пластинами. Верхняя часть катодных пластин соединена с П-образным катодным токоподводом, который прикреплен к корпусу. Катодные и анодные пластины подсоединены соответственно к катодной и анодной медным шинам, которые соединены с источником тока. Каждый нечетный по порядку расположения в ванне электродный блок торцом без патрубков установлен вплотную к первой боковой стенке ванны так, что патрубки ввода и вывода анолита направлены к противоположной, второй, боковой стенке ванны. Каждый четный по порядку расположения в ванне электродный блок своим торцом без патрубков ввода и вывода анолита установлен вплотную ко второй боковой стенке ванны, при этом патрубки ввода и вывода анолита направлены к ее противоположной, первой, боковой стенке ванны.
Катодные пластины, прижимные рамки, герметизирующие резиновые прокладки и корпус выполнены с отверстиями под крепления.
В предложенном устройстве в зависимости от необходимой производительности может быть использовано различное количество электродных блоков, организуя лабиринтное прохождение продуктивного раствора, что увеличивает путь прохождения продуктивного раствора внутри ванны и, следовательно, приводит к увеличению массы осаждаемого металла.
Конструкция устройства для извлечения металлов электролизом по сравнению с прототипом позволяет повысить степень извлечения металла в процессе электроосаждения золота с 78% до 92% и избежать выделение хлора в случае осаждения родия. Такая конструкция позволяет значительно повысить степень осаждения металла, существенно улучшает условия труда и снижает техногенную нагрузку, оказываемую предприятием на окружающую среду.
На фиг. 1 представлено схематическое изображение устройства для извлечения металлов электролизом, где а) - вид сбоку, б) - вид сверху.
На фиг. 2 и 3 представлены фотографии устройства.
На фиг. 4 показана конструкция электродного блока.
На фиг. 5 показана большая грань корпуса электродного блока.
В таблице 1 представлены результаты испытаний устройства для извлечения металлов электролизом.
Устройство для извлечения металлов электролизом содержит прямоугольную ванну 1 из термо- и химически стойкого материала, например, из полипропилена (фиг. 1, 2). Ванна 1 отбортована. Верхние части торцевых стенок ванны 1 снабжены патрубками 2 подачи продуктивного раствора. На одной из торцевых стенок ванны 1 в нижней части расположен патрубок 3 отвода отработанного раствора. Патрубок 4 слива раствора при опорожнении ванны 1 установлен посредине днища.
Ванна 1 размещена в каркасе из прямоугольных труб из нержавеющей стали. К каркасу приварены опоры, выполненные с возможностью регулировки горизонтального положения ванны (фиг. 3).
Внутри ванны 1 перпендикулярно движению продуктивного раствора на равном расстоянии друг от друга последовательно установлено n электродных блоков 5 (фиг. 1, 2).
Каждый электродный блок 5 содержит герметичный корпус 6 в виде полого параллелепипеда, через противоположные, большие, боковые грани которого выполнен прямоугольный сквозной вырез 7 (фиг. 5). Одна из меньших боковых граней корпуса 6 внизу снабжена патрубком ввода 8 анолита, а вверху - патрубком 9 вывода анолита, которые соответственно соединены с напорными и сборными баками анолита.
Внутрь корпуса 6 вставлена анодная пластина 10, например, из свинца, с зазором по отношению ко дну корпуса 6. Верхняя часть анодной пластины 10 выступает из корпуса 6. К анодной пластине 10 подсоединен анодный токоподвод 11 в виде удлиненной металлической планки.
На стенки корпуса 6 с двух сторон в месте выреза 7 наложены герметизирующие резиновые кислотостойкие прокладки 12, соответствующие размерам выреза 7. На прокладки 12 уложены анионообменные мембраны 13 из полимерного материала, а затем прижимные рамки 14 из полипропилена.
С двух сторон корпуса 6 над вырезом 7 приварены крепежные планки 15, к которым при помощи болтовых соединений 16 прикреплены катодные пластины 17 из нержавеющей стали с возможностью регулирования расстояния между катодными 17 и анодными 10 пластинами. Катодные пластины 17, прижимные рамки 14, герметизирующие резиновые прокладки 12 и корпус 6 выполнены с отверстиями под крепления. На катодных пластинах 17 выполнена перфорация. Верхняя часть катодных пластин 17 соединена с П-образным катодным токоподводом 18, который прикреплен к корпусу 6.
Катодные 17 и анодные пластины 10 подсоединены соответственно к катодной и анодной медным шинам 19.
Первый электродный блок 5 одним торцом установлен вплотную к одной (первой) боковой стенке 20 ванны 1, так что патрубки ввода 8 и вывода 9 анолита, расположенные на другом торце, направлены к противоположной (второй) боковой стенке 21 ванны 1.
Второй электродный блок 5 торцом без патрубков 8 и 9 установлен вплотную ко второй боковой стенке 21 ванны 1, при этом патрубки ввода 8 и вывода 9 анолита направлены к ее противоположной (первой) боковой стенке 20.
Последующие электродные блоки 5 установлены в ванне 1 с таким же чередованием расположения патрубков ввода 8 и вывода 9 анолита относительно противоположных (первой 20 и второй 21) боковых стенок ванны 1.
Процесс электроосаждения металла происходит следующим образом. Продуктивный раствор подают в ванну 1 через один из патрубков ввода 2 из напорного бака продуктивного раствора. Расположение всех электродных блоков 5 организует лабиринтное прохождение продуктивного раствора (фиг. 1б)). В корпус 6 каждого электродного блока 5 через патрубок ввода 8 подают раствор анолита, вывод которого осуществляют через патрубок вывода 9 анолита. Катодную и анодную медные шины 19 подключают к источнику тока. При подаче напряжения на катодные 17 и анодные 10 пластины начинается электрохимический процесс осаждения металла на катодных пластинах 17, и выделение кислорода на анодных пластинах 10. Перфорации катодных пластин 17 предназначены для удаления выделяющихся газов и способствуют перемешиванию продуктивного раствора, выравнивая объемную концентрацию ионов при электролизе. В результате на катодных пластинах 17 осаждается порошок металла, а частично обезметалленный продуктивный раствор через патрубок 3 поступает в сборные баки отработанного раствора, а затем снова в напорные баки. Таким образом, происходит циркуляция продуктивного раствора и снижение концентрации металла до минимально допустимых значений. Анолит циркулирует из напорного бака через электродные блоки 5 и до сборника анолита, откуда насосом подается в напорные баки. В качестве анолита используют раствор серной кислоты, обладающий хорошей электропроводностью.
При достижении минимальной концентрации металла в продуктивном растворе источник тока отключают, катодные пластины 17 снимают и осажденный на них металл собирают в приемный лоток, затем порошок металла промывают, сушат и отправляют на следующую технологическую операцию.
2
Электролиз родия осуществляют при плотности тока 25-250 А/м. С повышением температуры раствора скорость электролиза растет, но так как термическая стойкость анионообменных мембран 13 невысокая, то температура растворов не должна превышать 40-50°С. Продуктивный раствор - родийсодержащий раствор с содержанием НСl - 150-180 г/л. Анолит - 0,5% серная кислота.
2
Электролиз золота осуществляют при плотности тока 20-60 А/м. Температура продуктивного раствора также не должна превышать 40-50°С. Продуктивный золотосодержащий раствор содержат 150-900 мг/л золота в зависимости от процесса выщелачивания, рН=1. Анолит - 0,5% серная кислота.
Перемешивание продуктивного раствора в электролизе осуществляют за счет его циркуляции и выделения на катодной пластине 17 газообразного водорода. При увеличении силы тока, протекающего через объем ванны 1, количество выделяющегося водорода растет, тем самым увеличивается интенсивность перемешивания, что приводит к выравниванию концентрации ионов в объеме продуктивного раствора и снятию диффузионных ограничений.
Как видно из таблицы 1 при содержании золота в исходном продуктивном растворе 109 мг/л после электролиза предложенным устройством для извлечения металла достигнута концентрация золота в обезметалленном растворе 1,79 мг/л, а степень извлечения через 8 часов достигла 98,35%.