СПОСОБ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОГО ПОЛУЧЕНИЯ ВИСМУТА ИЗ СПЛАВА, СОДЕРЖАЩЕГО СВИНЕЦ, ОЛОВО И ВИСМУТ, И ЭЛЕКТРОЛИЗЕР ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD FOR ELECTROLYTIC PRODUCTION OF BISMUTH FROM ALLOY CONTAINING LEAD, TIN AND BISMUTH, AND ELECTROLYSIS CELL FOR REALISING SAID METHOD

Изобретение относится к области рафинирования тяжелых цветных металлов электролитическим способом в расплаве солей.
Известен способ электролитического рафинирования легкоплавких металлов в расплаве хлоридов в присутствии хлористого аммония. Однако он используется для рафинирования индия [1].
Известен и принят за прототип способ электролиза, заключающийся в анодном растворении электроотрицательных олова и свинца в расплаве электролита и отделять их от висмута из висмутистого свинца электролизом в расплаве солей [2].
Способ осуществляется в известном электролизере для рафинирования висмута, содержащий ванну катодного металла, анодную емкость, графитовый анодный токоподвод с изолятором и сливным устройством [3].
Недостаток этого электролизера в том, что конусный экран затрудняет чистку шламов. Известен электролизер принятый за прототип [4], в котором анодная чаша установлена на подставку высотой, равной 0,8-1,2 высоты анодной чаши, а катодная ванна снабжена карманом с сифонной перегородкой и сливным отверстием на высоте 0,6-1,0 высоты подставки.
Недостатком указанного электролизера в том, что поверхность анодного сплава и стенки катодной ванны зарастают шламами. На стенке катодной ванны осаждается свинец и электролит обедняется по свинцу и тогда начинает осаждаться цинк в виде губки. Губка всплывает покрывает поверхность электролита. На губке осаждается свинец, частицы (капли) которого не сливаются в капли из-за наличия цинка. Насыщенная свинцом губка оседает на поверхность расплавленного анодного сплава, затрудняя диффузию ионов олова. Катодную ванну электролизера требуется ежесменно зачищать от шламов, перемешивать, складировать шламы на переработку и ежемесячно разгружать и загружать анодную чашу. Не своевременное перемешивание и зачистка шламов приводит к снижению качества продукции. Повторная переработка брака ведет к снижению производительности и эффективности процесса.
Недостатки известного способа устраняются тем, что сплав, содержащий свинец, олово, висмут продувают воздухом и периодически вмешивают хлористый аммоний эжекционной продувкой воздухом.
Технический результат изобретения достигается тем, что, как и в известном способе, олово и свинец растворяются из сплава, содержащего свинец, олово, висмут в расплав электролита и осаждаются на стенке-катоде, но дополнительно расплав сплава, содержащего свинец, олово, висмут продувают воздухом и вмешивают хлористый аммоний.
Технический результат достигается тем, что хлористый аммоний хлорирует цинк в губке, освобождая свинец для слияния в капли. Воздух эжекцией захватывает хлористый аммоний и продувает сплав, содержащий свинец, олово, висмут, ускоряя его растворение. Создается интенсивное перемешивание поверхности анода и электролита, создавая потоки перемешивания состава электролита как на поверхности анода, так и катодной стенке.
Сущность предлагаемой конструкции состоит в том, что графитовый токоподвод выполнен полым и снабжен штуцером с каналом подачи воздуха на дно анодной чаши, а штуцер токоподвода соединен через кран с бункером для эжекционной подачи порошка хлористого аммония в расплав. Кроме того, на графитовый токоподвод в нижней части вставлен диск с каналами и отверстиями для распределения воздуха.
Конструкция электролизера поясняется продольным разрезом на чертеже.
В катодной ванне 1, снабженной нагревателем 2, помещается анодная чаша 3, на подставке 4. В анодную чашу 3 погружен полый графитовый токопровод 5, изолированный кварцевой трубой 6. Катодная ванна 1 снабжена сифонным карманом 7 с сифонной перегородкой 8, сливным отверстием 9.
Сверху на графитовый токоподвод 5 на резьбу посажен штуцер 10, соединенный с воздухопроводом через эжектор 11, над которым установлен бункер 12 для хлористого аммония. Бункер снабжен краном 13. В нижней части на токоподвод 5 на резьбе посажена пята 14 и диск 15 с каналами 16 выхода воздуха из полого токоподвода 5.
2
Электролизер работает следующим образом. В анодную чашу 3 загружается сплав, содержащий 3-10% висмута, 3-6% олова, остальное - свинец. В катодную ванну 1 загружается электролит, содержащий: 80-70% хлорида цинка, 15-8% калия хлористого, 15-10% натрия хлористого, остальной - хлористый свинец. С помощью нагревателя 2 электролит расплавляется и выдерживается при температуре 360-450°С. К токоподводу 5 подается постоянный ток 4-6 В, с катодной плотностью тока 0,2-0,8 А/см. За счет прохождения тока катионы олова и свинца из сплава анодной чаши 3 переходят в солевой расплав и разряжаются на стенке катодной ванны 1. Металл стекает по стенке и скапливается на дне катодной ванны 1. Сплав, содержащий свинец, олово, висмут в анодной чаше 3 и электролит над ним перемешивают подачей воздуха через эжектор 11, штуцер 10, полый катод 5 и щель 16 между пятой и диском 15. Расход воздуха регулируется вентилем и контролируется по ротаметру. Электролит пузырьками поднимается и перемещается к периферии к стенки катода 1 (показано стрелкой). Периодически раз в смену в бункер 12 загружается хлористый аммоний, открывается кран 13 для всасывания его эжектором и подачей через анодную чашу в расплав электролита. При такой загрузке хлористый аммоний усваивается электролитом более эффективно, чем при подаче сверху на поверхность. По мере уменьшения объема металла в анодной чаше 3 догружается исходный сплав, содержащий свинец, олово, висмут.
Операции загрузки сплава, содержащего свинец, олово, висмут в анодную чашу повторяются до получения сплава с содержанием 65-79% висмута. Катодный сплав свинца с оловом сливается через сифонный карман 7 (показано стрелкой) и через сливное отверстие 9 после открытия пробки. Состав катодного металла: олово - 5,4%; свинец - 94,5%; висмут - 0,04%.. По получении металла в анодной чаше с содержанием более 65% висмута, догрузку исходного сплава, содержащего свинец, олово, висмут прекращают и еще продолжают электролиз 5 ч. Получают анодный сплав с содержанием 99% висмута, 0,12% олова, 0,15% свинца. Полученный катодный металл второй стадии оставляют в качестве оборотного, так как в катодный металл начинает переходить висмут до содержания 0,1-0,5%.
Технический результат предлагаемого способа в том, что вмешивание хлористого аммония в электролит предотвращает образования шламов губки цинка и гидролиза хлористого цинка от окисления с поверхности.
Технический результат предлагаемого электролизера в том, что перемешивание сплава, содержащего свинец, олово, висмут обновляет контакт поверхностей металл-электролит, обеспечивает однородность состава и тем самым способствует ускорению процесса.
Выполнение графитового токоподвода 5 полым и снабжение его штуцером 10 с каналом подачи воздуха на дно анодной чаши обеспечивает ему дополнительную функцию - подвода воздуха к аноду. При этом воздух подогревается, а токоподвод охлаждается. Подсоединение штуцера 10 токоподвода 5 с бункером 12 порошка обеспечивает экономную эжекционную подачу хлористого аммония в расплав анодного металла. В нижней части полый графитовый токоподвод 5 снабжен диском 15 с каналами 16 для распределения воздуха. Это обеспечивает диспергирование воздуха по периметру токоподвода в разные стороны. Таким образом, в предлагаемом электролизере известные отдельные узлы в сочетании создают дополнительные свойства и обеспечивают значительное снижение шламообразование (в 5-6 раз), упрощают обслуживание и повышения качества продукции.
Литература
1. Авт. св. СССР №531380 - Сутурин С.Н., Никитина В.Д., Дьяков В.Е. и др. - Способ электролитического рафинирования индия, опубл. БИ 25-78-233.
2. Делимарский Ю.К., Зарубицкий О.Г. и др. \\ Цветная металлургия. №15, 1974, с.23-25.
3. Пат. РФ №2114936 от 03.12.1996, МПК С25С 7/00, - Дьяков В.Е., Рубан А.А., Дугельный А.П. Электролизер для разделения металлов в расплаве солей, опубл.: БИ №19-98.
4. Пат. РФ - №2096532, С25С 7/00 - Дьяков В.Е. Электролизер разделения свинца и висмута.