ЭЛЕКТРОЛИЗЕР ДЛЯ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ИНДИЯ ИЗ ИНДИЙСОДЕРЖАЩЕГО РАСПЛАВА В ВИДЕ КОНДЕНСАТА ИЗ ВАКУУМНОЙ ПЕЧИ
ELECTROLYSIS UNIT FOR EXTRACTION OF INDIUM FROM INDIUM-CONTAINING MOLTEN METAL IN FORM OF CONDENSATE FROM VACUUM FURNACE

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к извлечений индия электролизом в расплаве солей.
В процессе вакуумного рафинирования олова [1] индий наряду с другими летучими примесями испаряются из олова, и очищенное олово стекает по оловопроводу в бачок и разливается в блоки готовой продукции. Примеси конденсируются на холодных экранах и стекают по барометрической трубе в приемный бачок, а потом разливаются в блоки свинцово-висмутового сплава, который содержит индий.
В известном устройстве [2] свинцово-висмутовый сплав расплавляется и перемешивается с солевым расплавом хлористого цинка для извлечения индия из расплавленного конденсата вакуумного рафинирования в солевой расплав. Индий экстрагируется в солевой расплав на основе хлористого цинка. Солевой расплав сливают и растворяют в кислой среде, а из раствора цементируют индий на цинковых листах. Индиевую губку переплавляют в черновой индиевый сплав.
В известном электролизере [3] черновой индиевый сплав рафинируют электролизом в расплаве на основе хлористого цинка.
Недостатком известных устройств в высоких затратах из-за многостадийности процесса.
Известен и принят за прототип [4] электролизер, содержащий обогреваемые катодную и анодную ванны, разделенные пористыми диафрагмами, пропитанными электролитом, характеризующийся тем, что катодная ванна выполнена в виде перфорированного цилиндра, на котором закреплено два слоя диафрагмы из кварцевой ткани, и вертикально погружена в сплав анодной ванны, а внутри катодной ванны вставлена чаша, закрепленная на катодном токоподводе. Электролизер значительно сокращается число переделов.
Недостатком указанного прототипа электролизера в том, что для его работы необходимы отдельные переделы выделения и плавления блоков конденсата с печи, электролиза и разливки анодного сплава, частой замены диафрагм из-за испарения электролита, что становится неэкономичной переработкой конденсата с содержанием индия менее 0,05%.
Технической задачей изобретения является устранение операции плавки сплава и повышение извлечения индия путем вовлечения сплава с любым низким содержанием индия.
Сущность предлагаемого электролизера состоит в том, что в качестве анодной ванны он содержит обогреваемую 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.
Технический результат достигается тем, что электролизер с анодом приемной ванной на выпуске конденсата ваккумной печи позволяет получать катодный черновой индий без операций розлива, переплавки. Карман заливки электролита между слоями диафрагмы и периодической разгрузкой накопившегося катодного металла в согласовании с непрерывной работой вакуумной печи и повысить общее извлечение индия.
На чертежах фиг.1 приведен общий вид электролизера, а на фиг.2 - монтаж электролизера на вакуумной печи.
Электролизер содержит анодную ванну 1 (приемная ванна конденсата) и катодный токоподвод 2, подключенный к отрицательному полюсу выпрямителя постоянного тока. В нижней части токоподвод снабжен чашей-катодом 3. Токоподвод 2 с чашей 3 погружены в пефорированый цилиндр 4, обтянутый диафрагмой 5 из кварцевой ткани марки КТ-11 с8/3ТО, закрепленной хомутом 6 на перфорированном цилиндре 4. Перфорированный цилиндр 4, обтянутый тканью 5, вставлен в обечайку 7 с карманом 8. Обечайка 7 обтянута диафрагмой 9 из кварцевой ткани КТ с некоторым зазором 2-5 мм от диафрагмы 5, и закрепленной подобным хомутом 6.
В нижней части диафрагма 9 формируется на цилиндрической вставке 10 из электроизоляционного материала, например из фторопласта. Узлы 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 в сборе образуют катодную ячейку 11, которая погружается в расплав анодного металла в приемную ванну 1, на электроизолирующей подставке 12.
Приемная анодная ванна 1 снабжена лотком 13 слива расплава, конденсирующих примесей с вакуумной печи фиг.2. В приемную анодную ванну 1 погружена барометрическая труба конденсата 14 стока летучих примесей, содержащих индий 18, барометрическую трубу 19 отрафинированного олова и приемный бачек 20 слива олова.
Электролизер работает следующим образом.
2
2
В приемную ванну 1, служащей анодом (фиг.1), непрерывно стекает жидкий конденсат, содержащий свинец, висмут, олово и 0,03-0,1% индия. В расплав приемной анодной ванны 1 погружают катодную ячейку 11 на подставке 12. В карман 8 обечайки 7 в зазор (2-5 мм) между диафрагмами 5, 9 для пропитки тканей заливают электролит, содержащий хлориды цинка, калия, натрия. Электролит же смачивает ткань диафрагм 5, 9, натянутых на перфорированный цилиндр 4 и обичайку 7. Ткань КТ становится способной для переноса ионов металлов электролита. Ткань не смачивается металлом и не проницаема для металла (давление проницаемости 10 кг/см ткани). Через электроды включают постоянный ток напряжением 1-30 В с плотностью тока 0,02-0,2 A\см. Катионы индия диффундируют через электролит в капиллярах двух слоев ткани и разряжаются на катоде-чаше 3, и скапливаются в цилиндре 4, обтянутым диафрагмой 5. Более положительный висмут, как правило, в присутствии индия, свинца не ионизируются.
По мере наполнения катодной ячейки 11 индием в сплаве со свинцом периодически чашу 3 на катодном токоподводе 2 извлекают и выливают индий. Периодически раз в сутки в карман 8 добавляют электролит. Операцию слива катодного индиевого сплава повторяют до прекращении наполнения чаши 3. Непрерывно с приемной ванны-анода 1 сливается анодный свинцово висмутовый сплав (с удаленным индием) через лоток 13 в изложницы как готовый продукт.
Технический результат предлагаемого электролизера в том, что снижаются затраты на передел плавления и повышается извлечение индия из сплава, за счет того, что индий извлекается из любого по содержанию состава без подготовительных операций.
Пример: Навеску 1 кг конденсат сплава, содержащего 0,03% индия; 8% олова; 87% свинца; 2% висмута; 3% сурьмы, заливают в модель анодной ванны и поддерживают температуру 400 град. В расплав анодной ванны опускают катодную ячейку. В катодную ячейку в зазор между диафрагмами кварцевой ткани марки КТ-11 с8/3ТО заливают 25 г электролита, предварительно проплавленной смеси солей 49% хлористого цинка, 44% хлористого калия, 7% хлористого натрия. Включают постоянный ток силой 1 А напряжением 5 В и ведут электролиз в течение 3 часов. Через каждый час добавляют в слитках 1 кг исходного сплава. Одновременно из модели ванны стекает избыток отработанного анодного сплава. Всего за 3 часа загружено 3 кг сплава конденсата. Катодную ячейку поднимают и сливают катодный металл.
Результаты испытаний экстракции индия из сплава-конденсата с разным содержанием индия приведены в таблице.
Таблица
Результаты опытов примера по вариантам
№ опыта
1
2
Содержание In% в аноде
0,03
0,13
Вес исходного конденсата сплава, кг
3
3
Сила тока, А
1
1
Длительность, ч
3
3
Вес катодного сплава, г
6
8,2
Содержание In % в катоде
14,4
46,6
Конечное содержание In% в аноде
0,002
0,003
Извлечение % In из анода
93,3
97,7
Пример показывает, что предлагаемый электролизер позволяет повысить извлечение индия из сплава конденсата как с бедным, так и с богатым содержанием индия без операций гидрометаллургической переработки.
Таким образом, предлагаемый электролизер позволяет повысить извлечение и снизить общие затраты на попутное извлечение индия.
Список аналогов
[1] Пат. России - №1489195 - Мкл. С22в 9/04 - Вакуумный аппарат для рафинирования олова.
[2] Пат. России - №1401903 - С22В 58/00 - Аппарат извлечения индия из расплавленных металлов.
[3] Пат. России - 1482248 - МКИ С25С 7/00 - Электролизер для рафинирования легкоплавких металлов.
[4] Заявка России - №2011132432 - С25С 7/04, опубл. - 10.12.2011.