УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОГО РАФИНИРОВАНИЯ ЗОЛОТА

Область техники
Заявленная полезная модель относится к химии элементов, в частности, к области химии и металлургии благородных, цветных и редких металлов и может быть использована на предприятиях, перерабатывающих концентраты и сплавы благородных металлов, радиоэлектронный лом и отходы электронной и электрохимической промышленности, содержащие благородные, цветные и редкие металлы.
Уровень техники
Известно устройство электролизера для осуществление способа извлечения благородных металлов из отходов радиоэлектронной промышленности, включающего получение из них медно-никелевых анодов, содержащих примеси благородных металлов, их электролитическое анодное растворение с осаждением меди на катоде и получением никелевого раствора и шлама с благородными металлами, при этом проводят электролитическое анодное растворение анода, содержащего 6-10% железа, при размещении катода и анода в отдельных сетчатых диафрагмах для создания катодного и анодного пространств с находящимся в них хлорсодержащим электролитом, и полученный в процессе электролиза электролит из катодного пространства направляют в анодное пространство, (см. RU 2357012 C1, 27.05.2009, C01G 7/00).
Известен электролизер, содержащий ванну с электролитом, электроды, штангу, источник питания, при этом электроды в ванне установлены горизонтально или под углом к горизонтальной поверхности, при этом на верхнюю поверхность анодов нанесен изоляционный слой или покрытие из изоляционной пленки для предотвращения движения ионов к катоду снизу вверх, а аноды выполнены пористыми с большой площадью контакта с электролитом за счет продувки анодных пластин, находящихся в жидком состоянии, сжатым воздухом (см. RU 2422559 C1, 27.06.2011, C01G 7/00).
Известен электролизер, содержащий тканую диафрагму, выполненную полотняным переплетением основных и уточных нитей крученой пряжи из поливинилового спирта линейной плотности от 5544 до 20044 текс с круткой от 100 до 130 кручений/метр при плотности нитей в ткани на 10 см по основе от 110 до 135 и по утку от 95 до 110, при этом разрывная нагрузка ткани составляет по основе 368-375 кгс, а по утку - 474-483 кгс, а удлинение при разрыве по основе - 40,6, а по утку - 13,1 (см. RU 2430706 C2, 10.12.2008, C01G 7/00).
Известен электролизер для извлечения индия из индийсодержащего расплава, включающий обогреваемую анодную ванну, катодную ячейку в виде перфорированного цилиндра, имеющего две диафрагмы из кварцевой ткани, токопровод и закрепленную на нем чашу для сбора извлеченного из расплава индия, в качестве анодной ванны он содержит приемную ванну расплава конденсата из вакуумной печи, содержащего свинец, висмут, олово и индий, катодная ячейка выполнена в виде перфорированного цилиндра, обтянутого диафрагмой из кварцевой ткани, снабженного обечайкой и размещенной в нижней части цилиндрической вставкой из электроизоляционного материала, при этом обечайка и цилиндрическая вставка обтянуты диафрагмой из кварцевой ткани с образованием зазора между двумя диафрагмами 2-5 мм в виде кармана для заливки электролита (см. RU 2490375 C2, 20.08.2013).
Известен электролизер, включающий цилиндрический корпус с рубашкой и крышкой, лопастную мешалку, электродные комплекты в виде анодных и катодных шин, и анодные камеры с диафрагмами, катоды выполнены плоскими и размешены горизонтально под соответствующими анодами, диафрагмы выполнены из ионообменного материала и закреплены на корпусах анодных камер, изготовленных из электроизоляционного материала, (см. SU 477738 A1 C01G 7/00).
Недостатками существующих известных, в частности указанных, технических решений являются:
- использование драгоценных металлов для изготовления шинопроводов, анодных и катодных штанг, катодов, что существенно увеличивает количество драгоценных металлов в незавершенном производстве;
- образующийся в процессе растворения анодов из лигатурного золота анодный шлам контактирует с катодным осадком, что не позволяет достичь требуемой степени очистки золота за одну стадию электролиза;
- отсутствует возможность регулирования температуры электролита, что вынуждает вести процесс при относительно низкой плотности тока и, следовательно, снижает производительность электролизера.
Раскрытие полезной модели
Техническая проблема, на решение которой направлена настоящая полезная модель, заключается в повышении эффективности процесса аффинажа золота методом электролиза, при снижении количества драгоценных металлов, участвующих в незавершенном производстве.
Техническим результатом заявленного технического решения является повышение качества катодного осадка за счет снижения в нем количества примесей, при одновременном снижении энергопотребления за счет того, что требуемая степень очистки золота достигается за одну стадию электролиза.
Технический результат достигается за счет того, что устройство для электролитического рафинирования золота, согласно полезной модели, включает в себя корпус, заполненный электролитом, с установленными в нем катодами и анодными штангами с подвешенными на них анодами, причем аноды или катоды помещаются, соответственно, в анодные или катодные ячейки, представляющие собой каркас в виде параллелепипеда, изготовленного из полимерного материала и обтянутого фильтровальным полотном, анодную и катодную токоподводящие шины, установленные на изоляторах, а также средство для регулирования температуры электролита в заданных пределах, выполненное в виде рубашки, вмонтированной в корпус, в которую по необходимости подается горячий или холодный теплоноситель.
Допустимы следующие частные формы выполнения:
Анодная и катодная токоподводящие шины защищены от коррозии накладками из токопроводящего материала, устойчивого к агрессивной газовой среде.
Анодная и катодная ячейки выполнены из материалов термически и химически устойчивых в условиях эксплуатации.
Накладки в поперечном сечении имеют П-образную форму.
В частном случае выполнения накладки выполнены из титана.
Анодная и катодная токоподводящие шины могут быть выполнены из электротехнической меди.
Анодные штанги могут быть выполнены из материала, устойчивого к агрессивной газовой среде, например, из титана.
К анодным штангам могут быть приварены титановые крючья для подвешивания анодов.
Аноды могут иметь в верхней части отверстия, через которые аноды подвешиваются на крючья анодных штанг.
Катоды могут быть выполнены из титана.
Фильтровальное полотно выполнено полотняным переплетением основных и уточных нитей крученой пряжи из поливинилового спирта линейной плотности от 55×4 до 200×4 текс с круткой от 100 до 130 кручений/метр при плотности нитей в ткани на 10 см по основе от 110 до 135 и по утку от 95 до 110.
В другом частном случае выполнения фильтровальное полотно выполнено из полимерно-асбестового волокна.
Возможно, что фильтровальное полотно выполнено на основе полимеров виниловых мономеров, в частности поливинилхлорида или полипропилена или из фторлона -4 (политетрафторэтилена).
Возможно, что фильтровальное полотно выполнено на основе термопластических волокон.
В частном варианте выполнения диафрагма выполнена из пористой синтетической ткани.
В еще одном частном варианте выполнения, диафрагма выполнена двухслойной. Возможно, что каркас ячейки выполнен из поливинилхлорида. Возможно, что каркас ячейки выполнен из фторопласта.
Рубашка может быть выполнена из устойчивого к агрессивной среде материала, например, титана.
Рубашка может быть выполнена одностенной, с образованием внутреннего объема со стенкой корпуса для теплоносителя либо рубашка выполнена двухстенной, с образованием внутреннего объема между ее стенками для теплоносителя.
Осуществление полезной модели
Электролизер для электролитического рафинирования золота включает в себя корпус, в котором установлены катоды из титана и аноды из лигатурного золота.
В свою очередь, катоды и аноды установлены, соответственно, в катодных или анодных ячейках и разделены диафрагмой в виде фильтровального полотна из полипропилена.
В другом примере выполнения, фильтровальное полотно диафрагмы выполнено полотняным переплетением основных и уточных нитей крученой пряжи из любого полимера, устойчивого к «царской водке» - фторопласта при линейной плотности от 55×4 до 200×4 текс с круткой от 100 до 130 кручений/метр при плотности нитей в ткани на 10 см по основе от 110 до 135 и по утку от 95 до 110.
Кроме того, в других вариантах выполнения фильтровальное полотно может представлять собой поливинилхлорид, или из фторлон -4 (политетрафторэтилена), или хлорин.
Волокна политетрафторэтилена (ПТФЭ), которые могут быть использованы, могут иметь различные размеры. Предпочтительно используют волокна ПТФЭ, средние размеры которых составляют от 1 до 4 мм для длины и между 50 и 200 мм для диаметра.
Среди неорганических волокон, которые могут входить в состав диафрагм можно использовать волокна двуокиси циркония или титаната.
В качестве термполастического волокна применяют волокно, состоящее из смеси полипропиленового полимера, имеющего кристалличность не менее 98%, и неориентированного блок-сополимера полиэтилена и полипропилена с температурой плавления ниже 160°C, при соотношении полипропиленового полимера и указанного блок-сополимера примерно 50-95:5-50 мас. % соответственно.
Анодные (катодные) ячейки выполнены из полимерного материала, такого, как, например, фторопласт или полипропилен.
К анодным штангам, к которым приварены титановые крючья, подвешивают аноды через соответствующие отверстия, выполненные в последних.
Анодные штанги выполнены из материала, устойчивого к агрессивной газовой среде, такого, как титан.
Анодную и катодную токоподводящие шины выполняют из электротехнической меди и защищают сверху П-образными в поперечном сечении накладками из титана, и устанавливают на изоляторах.
В корпус электролизера вмонтирована рубашка, которая выполняет роль регулятора температуры электролита в заданных пределах, что позволяет поддерживать оптимальную температуру электролита независимо от плотности тока, т.е. имеется возможность повышать плотность тока без перегрева электролита, повышая тем самым производительность процесса, и повышать температуру электролита до оптимальных значений при необходимости ведения процесса на низких плотностях тока. Кроме того, электролит подогревают перед включением электролизера после длительной остановки.
Рубашка может быть выполнена двухстенной или одностенной. При выполнении рубашки одностенной, образуется внутренний объем между стенкой корпуса и стенкой рубашки.
Рубашка может быть выполнена из устойчивого к агрессивной среде материала с хорошей теплопередачей, например, титана. В других частных случаях выполнения, рубашка может быть выполнена из других коррозионностойких сталей, например SMO254, HASTELLOY, TANTAL, и другие.
В качестве теплоносителя могут быть использованы, перегретый пар, вода, антифриз или любой другой теплоноситель.
Работает электролизер следующим образом.
В устройство заливают электролит устанавливают анодные штанги и прикручивают их электроконтакты к анодному шинопроводу. Далее возможны два варианта:
а) анодные ячейки погружают в электролит и устанавливают их под анодными штангами, на которые подвешивают аноды, помещая их внутрь анодных ячеек, катоды в этом случае помещают в объем электролизера без ячеек посередине между анодными ячейками и прикручивают их электроконтакты к катодному шинопроводу;
б) катодные ячейки погружают в электролит и устанавливают их посередине между двумя соседними анодными штангами, катоды помещают в катодные ячейки и прикручивают их электроконтакты к катодному шинопроводу, аноды в этом случае помещают в объем электролизера без ячеек посередине между катодными ячейками и прикручивают их электроконтакты к анодному шинопроводу;
В обоих случаях катод отделен от анода и анодных шламов фильтровальным полотном (диафрагмой).
Далее через рубашку теплообменного устройства прокачивают горячий теплоноситель, нагревают электролит до требуемой температуры и включают источник постоянного тока. После этого теплообменное устройство работает в режиме регулирования температуры электролита согласно заданию. В процессе электролиза на катоде осаждается аффинированное золото. Периодически катоды извлекают из устройства, титановыми лопатками снимают с них золото, промывают его водой и направляют на плавку, катоды возвращают в устройство и продолжают процесс электролиза. При растворении анодов образуются нерастворимые анодные шламы, которые оседают либо на дно анодной ячейки (вариант а), либо на дно устройства (вариант б). Периодически их выгружают и направляют на дальнейшую переработку. Полученное таким образом за одну стадию электролиза катодное золото соответствует по химическому составу требованиям соответствующей нормативной документации.
Таким образом, как очевидно вытекает из изложенного выше, именно за счет совместного использования диафрагмы в виде анодных или катодных ячеек, обтянутых фильтровальным полотном, а также контура охлаждения/нагрева, выполненного в виде рубашки, достигается повышение качества катодного осадка в виде аффинированного золота за счет снижения в нем количества примесей, получаемого при фильтровании, с одновременным понижением уровня энергопотребления за счет того, что требуемая степень очистки золота достигается за одну стадию электролиза.
Следовательно, за счет указанного в независимом пункте выполнения электролизера заявленной совокупностью существенных признаков будет достигаться заявленный существенный результат, поскольку все признаки состоят с ним в причинно-следственной связи.
Анализ предшествующего уровня техники не выявил источников информации, которые раскрывали бы заявленную совокупность признаков независимого пункта, что позволяет сделать вывод о соответствии заявленного технического решения условию патентоспособности «новизна».
Как видно из описания работы устройства и его непосредственного выполнения, данное техническое решение промышленно применимо.