способ интенсификации катодного выделения металлов

Формула изобретения

Способ интенсификации катодного выделения металлов, включающий увеличение скорости потоков электролита, подаваемого в электролизер, отличающийся тем, что скорость увеличивают путем подвода к нижней кромке рабочей поверхности катода газа и барботажа его через приэлектродный слой электролита, при этом катод устанавливают под углом от 10^" до 10^o к вертикали.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к гидроэлектрометаллургии извлечения цветных металлов из растворов.

Известен способ интенсификации гидрометаллургического процесса выделения меди (устранением концентрационной поляризации), заключающийся в интенсивном перемешивании электролита раствором, подаваемым со скоростью 8, 7 литров в секунду через перфорированную трубу (С.С.Набойченко, В.И.Смирнов. Гидрометаллургия меди. М. Металлургия, 1974, 271 с, стр.176). Применение нейтральной атмосферы с перемешиванием раствора позволило повысить выход металла по току более чем на 90% (там же, стр.78).

Недостатком этого способа является использование больших объемов электролита и его агрессивность для перекачивающего оборудования.

Эффективное влияние барботажа газа на интенсивность массообмена отмечено для цилиндрических и кольцевых электролизеров. Причем в цилиндрических это влияние проявляется сильнее т.к. перемешивается больший объем электролита (Efectos de la agitacion con gases en celdas electroliticas cilindricos e annalares cavatorta ON. Bohm N.C.E. "14 Jornadas in vest cienc. ing. guim. apl. Santa Fe 26-29 oct. 1987; Actas.vol.1" [Santa Fe] 1987, 127-132 (Ucn).

Интенсификация процессов выщелачивания газовым барботажем распространена в гидрометаллургии. В вертикальных сосудах устанавливается центральный транспортный трубопровод, в нижней части которого помещена подача напорного воздуха (Чехословакия CS а.с. N 268494, публ. 89.08.14 N 3 и а.с. N 266914 публ. 89.05.12 N 1).

В способе интенсификации, являющимся наиболее близким по технической сущности (В. А. Козлов, С. С.Набойченко, Б.Н.Смирнов. Рафинирование меди. М. Металлургия, 1974, 267 с, стр.125-126) показано влияние циркуляции электролита, подаваемого со скоростью 12 дм³/мин в днище электролизера, на повышение оптимальной плотности тока почти в два раза.

Недостатком прототипа является то, что электролит, подаваемый через днище электролизера, неизбежно взмучивает донные шламовые осадки, что ухудшает качество получаемого металла продукта электролиза. Насосы и энергооборудование для перекачки и контроля электролита увеличивает себестоимость получаемого металла.

Целью изобретения является повышение интенсивности массообмена и предельных плотностей тока (увеличение катодной плотности тока) за счет барботажа газа через приэлектродный слой электролита, при установке рабочей поверхности электрода под углом от 10 мин до 10 градусов к вертикали.

Поставленная цель достигается тем, что при барботаже газа (например, аргона) вдоль всей поверхности электрода (при его вертикальном расположении с углом наклона к вертикали), происходит перемешивание электролита, уменьшающее влияние диффузионных затруднений при доставке ионов к поверхности электрода и совершению электрохимического разряда. При установке рабочей поверхности электрода под углом к вертикали пузырьки прижимаются к поверхности катода на всем пути их всплывания и эффект "барботажного" влияния на турбулизацию католита оказывается наибольшим. Из литературных данных следует, что максимальный эффект интенсификации процесса наблюдается, если траектория всплывaния пузырьков захватывает пограничный слой Прандтля. (Кутателадзе С. С. Теплопередача и гидродинамическое сопротивление: справочное пособие. М. Энергоатомиздат. 1990, 368 с.). При строго вертикальном расположении электрода пузырьки всплывающего газа за счет флуктуаций местных значений скорости, свойств электролита и механических напряжений отклоняются от пограничного слоя Прандтля и эффективность их барботажа снижается.

При полярографических исследованиях, проведенных в растворах сульфата меди и кадмия в присутствии индифферентного электролита (1 М растворы NH₄OH и NH₄Cl), были получены результаты, представленные в таблице 1.

При увеличении расхода газовой фазы (аргона) все диффузионные характеристики значительно возрастают для обоих сортов ионов, что указывает на общий характер зависимости. Исследования проводились на вращающемся амальгамированном платиновом дисковом электроде цилиндрической формы.

При работе стационарной серии гидрометаллургических установок газ из центрального трубопровода со сжатым воздухом (или от компрессора персонального для каждой электролизной ванны) подается в катодное приэлектродное пространство каждого электролизера в его нижнюю часть. Всплывая, пузырьки газа перемешивают электролит, не взмучивая донных осадков и позволяя интенсифицировать процесс электролиза путем увеличения плотности тока. Оптимальный вариант по расходу газа и плотности тока определяется экспериментально для каждой электрохимической системы с учетом энергетических затрат.