способ электролитического получения свинца

Формула изобретения

Способ электролитического получения свинца рафинированием в расплаве галогенидов солей с использованием жидкометаллических катода и анода, отличающийся тем, что процесс электролиза ведут с применением одного и более биполярного электрода, в качестве которого используется жидкий свинец, при катодной плотности тока от 0,5 до 2,0 А/см², анодной от 0,3 до 1,5 А/см ² и температуре 450-600°С.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к получению свинца электролитическим способом.

Известен способ рафинирования висмутистого свинца (Делимарский Ю.К., Зарубицкий О.Г и др. Цветная металлургия, 1974, № 15, с.23-25) [1]. Сущность известного способа заключается в очистке свинца посредством анодной поляризации в расплавленной эвтектической смеси PbCHl₂ (18 мол.%) - ZnCl₂ (30 мол.%) - KCl (52 мол.%) при плотности тока 0,38-0,40 А/см ² в интервале температур 440-470°С. Данный способ характеризуется недостаточной глубиной очистки свинца, низкой производительностью процесса из-за низкой плотности тока, а также требует применения дорогостоящего реагента ZnCl₂ и дополнительных энергозатрат в связи с необходимостью предварительной подготовки электролита.

Известен способ рафинирования свинца от примесей (RU 2291213, опубл. 2006 г.) [2]. Способ включает анодную поляризацию расплава, содержащего хлориды калия и свинца, при этом анодную поляризацию чернового свинца проводят при плотности тока 0,41-1,2 А/см² в интервале температур 480-700°С при концентрации KCl 30-50 мол. %. Расплав свинца помещают в электролизер с разделенными друг от друга катодным и анодным пространствами, при этом анодом служит черновой свинец, а катодом - графитовый электрод, расположенный над катодным пространством. В систему заливают расплав хлоридов калия и свинца и при наложении постоянного тока производят электролиз. Полученный на катоде свинец содержит, мас.%: 0,0001 Ag; 0,0005 Bi; 0,0005 As; 0,0007 Sn; 0,015 Sb. Применение в известном способе прямого одностадийного анодно-катодного рафинирования ограничивает возможность повышения чистоты катодного металла: полученный катодный металл по содержанию сурьмы не соответствует требованиям действующего стандарта. Кроме того, ведение процесса в интервале температур от 600 до 700°С вызывает интенсивное испарение компонентов расплава, что приводит к изменению состава и температуры плавления электролита.

Задача предлагаемого изобретения заключается в электролитическом получении металлического свинца с высокой степенью чистоты, без применения дорогостоящих реагентов и обеспечении надежности работы электролизера.

Для достижения поставленной задачи проводят электролитическое рафинирование металлического свинца в расплаве галогенидов солей с использованием жидкометаллических катода и анода. При этом процесс электролиза ведут с применением одного и более биполярного электрода, в качестве которого используется жидкий свинец, при катодной плотности тока от 0,5 до 2,0 А/см ², анодной от 0,3 до 1,5 А/см², температуре 450-600°С.

Сущность способа заключается в следующем. Расплавленный черновой свинец помещают в анодную часть электролизера, свинец марки C1 - в биполярную и катодную части. При включении постоянного электрического тока поверхность чернового свинца приобретает положительный заряд, поверхность биполярного жидкометаллического электрода, контактирующая с анодным электролитом, - отрицательный заряд, а поверхность, контактирующая с катодным электролитом, - положительный заряд. Под воздействием электрического тока на аноде происходит растворение свинца до катионов Pb ²⁺, которые переходят в солевой расплав, и осаждаются на отрицательно заряженной поверхности биполярного электрода. Далее процесс повторяется, и на катоде осаждается свинец, прошедший двойную электролитическую очистку. Таким образом, в отличие от способа [2], высокая степень очистки чернового свинца от примесей достигается за счет двойной электролитической очистки, достигаемой применением жидкометаллических биполярных электродов, количество которых можно изменять в зависимости от требуемой чистоты катодного свинца. Использование биполярного электрода обеспечивает последовательное уменьшение концентрации электроположительных металлов-примесей от анодного к биполярному и от биполярного к катодному жидкометаллическому электроду. Это позволяет применять более широкий интервал плотности тока. Исходя из этого, заявляемый интервал величин анодной и катодной плотности тока выбран в зависимости от концентрации электроположительного компонента сплава. Чем меньше концентрации металлов-примесей, тем выше будет значение плотности тока. Соответственно, при увеличении концентрации металлов-примесей необходимо уменьшить плотность тока. Рекомендуемый интервал плотности тока обусловлен с одной стороны скоростью процесса, с другой - чистотой катодного металла. Ниже i_a 0,3 А/см² и i_к 0,5 А/см² будет низкая производительность процесса, выше i_a 1,5 А/см² и i_к 2,0 А/см ² - концентрация электроположительного компонента превысит допустимый уровень в катодном металле. При этом температурный интервал от 450 до 600°С, превышающий температуру плавления не более чем на 50°С, позволяет минимизировать испарение расплава.

Новый технический результат, достигаемый заявленным решением, заключается в повышении степени очистки чернового свинца от примесей.

Способ апробирован в опытно-промышленном масштабе и иллюстрируется примером практического применения. Электролитическое получение свинца осуществляли в электролизере, имеющем монолитно выполненный корпус, изготовленный из жаропрочного бетона. Внутреннее пространство корпуса разделено перегородкой на две части: анодную и катодную. Нижняя часть электролизера разделена бетонными перегородками по металлу на три части: анодную, биполярную и катодную - таким образом, что биполярный металл имеет контакт как с анодным электролитом, так и с катодным. Подвод тока к электродам осуществляется графитовыми стержнями. Загрузка, выгрузка металла и отбор проб для химического анализа осуществляется через алундовые трубы. Реализация заявляемого способа в электролизере предполагает последовательное выполнение следующих действий:

- начальная загрузка металла;

- подача токовой нагрузки на электроды;

- наплавление электролита;

- установка уровней анодного и катодного электролитов;

- загрузка чернового свинца;

- выгрузка катодного металла;

- отбор проб.

Опытные испытания способа проводили с токовой нагрузкой до 1 кА в течение 15 суток в расплаве из хлоридов калия и свинца при непрерывном контроле режимов процесса рафинирования.

Технологические параметры осуществления способа:

анодная плотность тока	от 0,3 до 1,5 А/см2
катодная плотность тока	от 0,5 до 2,0 А/см2
токовая нагрузка	от 200 до 1000 А
- температура процесса	от 450 до 600°С

Состав чернового свинца, мас.%: сурьма от 1,0 до 1,5; висмут от 0,01 до 0,02; мышьяк от 0,05 до 0,07. Результаты процесса электрорафинирования, включая химический состав исходных материалов и продуктов электрорафинирования, приведены в таблице.

Как видно из данных таблицы, полученный на катоде свинец содержал в мас.%: <0,0003 Ag; <0,003 Bi; <0,0005 As; 0,0006 Sn; 0,0004 Sb, что соответствует требованиям ГОСТ 3778-98.

Таблица
Металл	Содержание компонентов, мас.%
Sb	Sn	Cu	Bi	Zn	Fe	As	Ag	Pb
Исходный	1,39	0,0006	<0,001	0,032	<0,0003	<0,0003	0,02	0,003	Ост.
Катодный	0,0004	0,0006	0,001	<0,003	<0,0003	<0,0003	<0,0005	<0,0003	Ост.
Анодный	33,10	0,0020	0,001	0,430	<0,0003	0,0025	0,31	0,040	Ост.