ДИАФРАГМЕННЫЙ МЕШОК

Полезная модель относится к текстильным диафрагмам, которые используются для электролиза в металлургических производствах.
Как известно электролиз широко используется в качестве одной из стадий процесса получения металлов (Ю.В.Баймаков и А.И.Журин "Электролиз в гидрометаллургии". Гос.науч.-техн. изд. лит-ры по черной и цветной металлургии, М., 1963, стр.136-142, 316-327, 362-363). Процесс электролиза обычно протекает в ванне, в которой находятся электролит, положительные электроды, то есть аноды, и отрицательные электроды, то есть катоды. Например, в случае извлечения никеля анодами обычно служат отлитые из свинца плиты или другие так называемые растворимые аноды, а катодами служат тонкие затравочные пластины. Между электродами подается электрическое поле, и на поверхности катодов под влиянием электрического поля осаждается металл, например никель, выделяющийся в ходе процесса из раствора или растворяющийся с анода.
В зависимости от каждого конкретного случая либо аноды, либо катоды располагаются внутри диафрагменной ячейки, состоящей из каркаса и так называемого диафрагменного элемента. Диафрагменный элемент обычно
представляет собой изготовленный из диафрагменной ткани мешкообразный предмет, расположенный вокруг каркаса.
В качестве диафрагменной ткани обычно используют льняной брезент, льнолавсановую ткань или ткань из синтетического волокна, например ткань, содержащую волокна из полипропилена, полиакрилонитрила, поливинилового спирта и т.п. Диафрагменная ткань должна характеризоваться минимальным сопротивлением прохождению электрического тока, заданной проточностью по электролиту и химической стойкостью.
В качестве диафрагмы, например, в электролитическом производстве никеля используют брезент или хлорин (RU 2033480, С25С 1/08, 1995.04.20).
Известен также ряд диафрагм, применяемых для получения электрохимическим способом различных химических элементов и их соединений на основе различных материалов. Например, для получения хлора, едких щелочей и водорода полимерно-асбестовая диафрагма (патенты РФ 2027798, 2064978, 1835870), на основе полимеров виниловых мономеров, в частности поливинилхлорида (патенты Франции 1510265, 877468, патент Швейцарии 217474), на основе термопластических волокон (патенты США 4210515, Голландии 7601341, Японии 51104483, Великобритании 1533428, Франции 2300144).
Главным недостатком этих мембран - низкая пористость, малый диаметр пор, высокое сопротивление переносу электролита и, как следствие, высокое удельное электрическое сопротивление.
Известен диафрагменный элемент ячейки для электролитического извлечения металлов из водных растворов, сформированный из диафрагменной ткани и содержащий, по меньшей мере, одну боковую поверхность с по существу вертикальными краями и по существу горизонтальными краями (D.J. Robinson and F.Day, "Cathode boxes and anode bags (electrode containers) in electrometallurgy" (Катодные рамки и анодные мешки (электродные контейнеры) в электрометаллургии), ALTA 2000 Nickel/Cobalt-6, Technical Proceedings, Technical Session 8, 15 мая 2000).
2
В процессе электролиза в данной диафрагменной ячейке в электрическом поле между анодом и катодом вблизи каркаса образуются искажения, в результате чего между каркасом и диафрагменным элементом осаждается металл. При многочисленных выгрузках катодов и анодов из электролизной ванны вдоль поверхности каркасов происходит накопление твердых электропроводных частиц (анодного шлама, катодной осыпи, медной губки и др.) и уже через 20 суток эксплуатации, особенно при повышенной (более 250 А/м) плотности тока поверхность каркаса становится электропроводной. Каркас перестает функционировать как защитный экран, а осажденный металл вызывает повреждение диафрагменной ткани.
Отмеченный недостаток приводят к нарушениям в производственном цикле, снижению качества продукции, замена поврежденной диафрагмы требует значительных расходов.
Известна мембранная ячейка, выполненная соединением двух мембран с образованием пакета с установкой на жесткий каркас, при этом между мембранами в место их соединения установлена прокладка из эластичного материала, место соединения прошито нитями с шагом строчки 2 - 6 мм (RU 2016145, С25С 7/00, 1994.07.15). При эксплуатации ячейки мембраны набухают, изменяют свои геометрические размеры вследствие гидростатического воздействия со стороны раствора на материал мембран, ячейка теряет свою герметичность из-за механического повреждения мембраны.
Аналогом заявляемой полезной модели является диафрагменный элемент ячейки для электролитического извлечения металлов из водных растворов, выполненный из листообразного диафрагменного полотна или мешкообразного элемента, содержащего, по меньшей мере, одну боковую поверхность с вертикальными краями и горизонтальными краями (RU 2256729,С25С 1/00, 2005.07.20).
Данный диафрагменный элемент не обладает достаточной прочностью.
Прототипом настоящей полезной модели является тканая диафрагма, выполненная 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, при разрывной нагрузке ткани по основе 368-375 кгс, по утку - 474-483 кгс, и удлинением при разрыве
по основе - 40,6, а по утку - 13,1 (RU 2340706, С25В 13/08, 2008.12.10). Данная тканая диафрагма не обладает необходимой поверхностной плотностью.
2
Технический результат, достигаемый при использовании настоящей полезной модели заключается в преобразовании тканой диафрагмы прототипа в устройство для разделения катодного и анодного пространства электролизеров с сохранением ее поверхностной плотности, прочности, функциональных свойств (водопроницаемости и электросопротивления) и срока эксплуатации при плотности тока в электролизере в пределах 210-300 А/м.
2
Для достижения технического результата предлагается диафрагменный мешок, предназначенный для разделения катодного и анодного пространства электролизных ванн, из синтетического тканого полотна, изготовленного из нитей крученой синтетической пряжи при плотности нитей в ткани на 10 см по основе 123-124 и по утку 102 - 104, отличающийся тем, что полотно выработано из нитей синтетической пряжи поливинилового спирта, полиэфира или хлопка/полиэфира линейной плотностью 58 текс, саржевым, киперным, или диагональным переплетением, при котором нить утка по отношению к нити основы в каждом следующем ряду сдвинута на один ход вправо или влево с образованием на поверхности тканого полотна диагональных полосок в месте пересечения нитей, полотно толщиной 0,8-2,0 мм и с поверхностной плотностью 320-900/м согнуто пополам, прошито по боковым сторонам в одну строчку, при этом прошитые боковые края подогнуты и повторно прошиты наружным швом, а для введения переносных ручек диафрагменный мешок с открытой стороны с двух сторон имеет карманы, выполненные цельнокроеными с изделием или выкроены отдельно и затем пришиты с внешней стороны мешка на края его открытой стороны.
Размер диафрагменного мешка определяется размерами рамки электролизной ванны или диафрагменной ячейки, в которой он применяется.
Сущность заявляемой полезной модели иллюстрируется рисунками.
На рис.1 - раскрой-заготовка диафрагменного мешка с цельнокроеными карманами (для примера указаны геометрические размеры мешка для диафрагменной ячейки электролитического извлечения никеля).
На рис.2 - поперечное сечение и профиль диафрагменного мешка.
На рис.3 - переплетение нитей в тканом полотне, из которого изготовляется диафрагменный мешок.
Диафрагменный мешок изготовляют следующим образом. Полотно из нитей синтетической пряжи, например из поливинилового спирта, полиэфира, хлопка/полиэфира складывается пополам (рис.1) карманами (поз.1, рис.2) наружу, производится прошивка боковых сторон полотна в одну строчку (рис.2, поз.2), на краях делается закрепление нити. Полученные боковые края подгибаются не более чем на 50 мм и производится повторная прошивка уже четырех слоев ткани в одну строчку (рис.2.поз.3) при этом шов должен проходить снаружи предварительно прошитых двух слоев тканого полотна. На обоих краях полотна делается закрепление нити (путем возвратно-поступательного движения ткани).
Технические характеристики диафрагменного мешка в соответствии с заявляемой полезной моделью позволяют использовать его в процессе электролиза, например, никеля при следующих условиях:
плотность тока А/м<sup>2</sup>
210-300
межэлектродное расстояние, мм
155
напряжение на ванне, в
2,0-3,2
температура электролита, °С
65-75
скорость циркуляции электролита в ячейку, дм<sup>3</sup>/мин
20-35
перепад уровней анолита и католита, мм
30-60
3
концентрация в католите, г/дм
никеля
65-75
серной кислоты
1,2-3,0
хлор-иона
35-45
рН
1,4-2,0