Завантажити PDF файл.

Формула / Реферат

Способ рафинирования легкоплавких металлов, включающий электролиз через ионопроводную диафрагму из пористого диэлектрика, пропитанного расплавленным электролитом, отличающийся тем, что электролиз Осуществляют при температуре на 30-60°С, превышающей точку плавления рафинируемого металла с введением в межэлектродное пространство дополнительного слоя диэлектрика, имеющего объемную пористость 75-90%.

Текст

Изобретение относится к цветной металлургии. в частности, к электрохимическим методам получения и очистки легкоплавких цветных металлов и может быть использовано на промышленных предприятиях, производящих индий, олово, свинец, висмут. Известно [1] техническое решение, позволяющее рафинировать легкоплавкие цветные металлы в электролизерах, в которых один из электродов отделен от расплавленного электролита с помощью пористого диэлектрика, проницаемого для солевого расплава и непроницаемого для жидких металлов. Недостаток данного решения - невысокая степень очистки металлов. Недостатки известного способа [1] в значительной мере устранены в способе получения и рафинирования легкоплавких цветных металлов [2], согласно которому электролиз ведут через пористый диэлектрик при отношении объема электролита к площади анодного металла равном 1:(2-20) и напряженности электрического поля в создаваемом электролитном слое 2-30 В/см. Известный способ [2] обеспечивает высокое качество очистки металлов, однако очень незначительное количество используемого расплава требует строгого соблюдения заданного режима и условий электролиза. В противном случае нарушается режим массопереноса через пористый диэлектрик и качество очистки ухудшается. В процессе длительной эксплуатации нарушается селективность массопереноса основного компонента за счет испарения электролита из пор диафрагмы, образования и диспропорционирования субионов (ионов низшей валентности), образования оксисоединений, что приводит к частичной "металлизации" диафрагмы (потери ионной проводимости) и к потере металлофобности диафрагмы. Ионы примесных металлов при этом проникая через поры диафрагмы напрямую, разряжаются на катоде. Кроме того, возможно механическое просачивание чернового металла через диафрагму на катод. Все это приводит к снижению надежности процесса электролиза и падению рафинировочных показателей (чистоты металла, степени очистки, выхода по току). В основу изобретения положена задача - создать способ рафинирования легкоплавких металлов, который за счет предотвращения потери ионопроводности мембраны позволил бы повысить степень очистки и выход металла по току. Задача решается тем, что рафинирование чернового металла осуществляют электролизом с использованием жидкометаллических электродов, разделенных ионопроводной мембраной из пористого диэлектрика, пропитанной расплавленным электролитом при температуре, на 30-60°С превышающей точку плавления рафинируемого металла, с введением в межэлектродное пространство дополнительного слоя диэлектрика, имеющего объемную пористость 75-90% и пропитанного электролитом. При этом черновой металл является жидким анодом (подключен к положительному полюсу источника тока), а очищенный металл получают на катоде. При наложении тока на ячейку на аноде происходит электрохимическое окисление атомов рафинируемого металла, образующиеся ионы которого диффундируют через ионопроводную мембрану и дополнительный слой диэлектрика с большой объемной пористостью и разряжаются на катоде до металла. Примеси частично растворяющиеся на аноде накапливаются в основном в порах мембраны и дополнительного диэлектрика. При такой реализации способа электролит, находящийся в порах дополнительного пористого диэлектрика, подпитывает расплавом поры основной ионопроводной диафрагмы, чем обеспечивает стабильность селективного массопереноса основного компонента (целевого рафинируемого металла), и высокий выход по току. в то же время устраняет попадание ионов примесных металлов на катод за счет конвекции. Кроме того, ионы примесных металлов рассеиваются по объему электролита в порах дополнительного диэлектрика, чем уменьшается их концентрация на поверхности основной ионопроводной диафрагмы со стороны анода, что повышает степень очистки и качество катодного целевого продукта. Функция дополнительного диэлектрика отличается от назначения основной ионопроводной диафрагмы. Если основная диафрагма имеет объемную пористость 40-55% и обеспечивает разделение электродных пространств (несмешивание катодного и анодного продуктов), то дополнительный пористый диэлектрик имеет объемную пористость 75-90% (т.е. в 1,5-2,0 раза больше) и не обеспечивает разделения электродных пространств, поскольку металл свободно протекает через него. Дополнительный пористый диэлектрик обеспечивает подпитку электролитом основной ионопроводной диафрагмы, уменьшает концентрацию ионов примесных металлов на границе раздела фаз и устраняет конвективный перенос примесей, чем обеспечивает достижение положительного эффекта, который был указан выше. Если объемная пористость дополнительного диэлектрика будет меньше чем 75%, то он не сможет удерживать достаточное количество электролита для подпитки основной диафрагмы, и кроме того, будет создавать затруднения для массопереноса основного компонента, что приведет к снижению рафинировочных показателей. Если объемная пористость дополнительного диэлектрика будет превышать 90%, он не сможет устранить конвективный перенос примесей на катод, что приведет к снижению чистоты и степени очистки целевого металла. Поскольку диффузионный поток массопереноса не зависит от плотности тока и потенциала, а в значительной мере определяется температурой, электролиз ведут в определенном температурном интервале. Экспериментально определено, что чистота катодного металла, а следовательно й перенос примесей с анода на катод, определяется диффузией не только в солевой фазе, но и в жидких металлических фазах обоих электродов (отвод и доставка примесей к межфазной границе). Установлено, что при электролизе, минимальный перенос примесей с анода на катод наблюдается, если процесс вести в заявленном температурном интервале. Если осуществлять процесс электролиза при температурах менее чем на 30°С превышающих точку плавления рафинируемого металла, то в этом случае пограничный слой анодного металла на границе с ионопроводной диафрагмой будет обогащен примесями, что приводит к совместной ионизации их с основным компонентом, повышенному проникновению в межэлектродное пространство, а затем и на катод, что снижает рафинировочные показатели электролиза. Это обусловлено тем, что при этих значениях температуры затруднен отвод примесей вглубь анодного металла с пограничного слоя и приток основного металла из глубины к границе раздела фаз. Если осуществить процесс электролиза при температурах, превышающих более чем на 60°С температуру плавления рафинируемого металла, то. это вызывает появление конвекции в порах дополнительного диэлектрика (большая пористость), и, как следствие, повышению концентрации примесей в прикатодной зоне межэлектродного пространства, что ведет к снижению качества очистки. Кроме того, при этом ускоряется испарение электролита из межэлектродного пространства. Примеры конкретного выполнения способа проиллюстрированы на примерах рафинирования индия и свинца (табл. 1 и 2). 1. Рафинирование индия. Для рафинирования был взят черновой металл, содержащий, мас.%: свинца 0,02, олова 0,01, меди 0,002. Черновой металл наплавляли в цилиндрической емкости, служащей анодом. На поверхность расплавленного металла помещали вырезанный по диаметру емкости круг из пористого материала (например, МКТ-5, ЗБА), состоящего из переплетенных кремнеземных волокон. Толщина данного материала составляет порядка 5 мм. Пористый материал насыщали расплавленной солевой смесью следующего состава, мас.%: На поверхность пропитанного расплавом диэлектрика устанавливали катодную емкость, основание которой было выполнено из тканевого кремнеземного материала толщиной порядка 0,5 мм. Электролиз вели при разной пористости диэлектрических материалов и разных температурах. Пористость материалов изменяли подбором материалов разных марок, а также удалением волокон из фактуры материала. Результаты опытов приведены в табл. 1. Для сравнения в этой же таблице приведены показатели рафинирования по прототипу. 2. Рафинирование свинца. Для очистки был взят свинец, содержащий 1,1% висмута. Электролиз вели в ячейке, аналогичной вышеописанной, с материалами разной пористости, при разных температурах. В качестве расплава-электролита для пропитки пористых материалов использовали смесь следующего состава, мас.%: Данные по электролизу приведены в табл. 2. Здесь же для сравнения приведены результаты очистки свинца по прототипу. Таким образом, способ за счет повышения качества очистки позволяет получать металлы высшей сортности за одну операцию при высоком выходе по току; упрощается обслуживание электролиза за счет исключения операций контроля за напряженностью поля, за соотношением между объемом электролита и поверхностью рабочего контакта между электродами; в 2-2,5 раза увеличивается срок безремонтной эксплуатации электролизных установок.

Дивитися

Додаткова інформація

Назва патенту англійською

Purifying method for low-melting metals

Автори англійською

Omelchuk Anatolii Opanasovych, Meliokhin Volodymyr Tymofiovych, Helman Oleksandr Davydovych, Horbach Vitalii Mykolaiovych, Budnyk Valerii Hryhorovych, Kazanbaev Leonid Oleksandrovych, Marchenko Oleksandr Kostiantynovych, Kozlov Mark Mykolaiovych, Kochetkov Anatolii Vasyliovych

Назва патенту російською

Способ рафинирования легкоплавких металлов

Автори російською

Омельчук Анатолий Афанасьевич, Мелехин Владимир Тимофеевич, Зарубицкий Олег Григорьевич, Горбач Виталий Николаевич, Будник Валерий Григорьевич, Казанбаев Леонид Александрович, Марченко Александр Константинович, Козлов Марк Николаевич, Кочетков Анатолий Васильевич

МПК / Мітки

МПК: C25C 3/34

Мітки: рафінування, легкоплавких, спосіб, металів

Код посилання

<a href="http://uapatents.com/3-1233-sposib-rafinuvannya-legkoplavkikh-metaliv.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Спосіб рафінування легкоплавких металів</a>

Подібні патенти