способ электрохимического рафинирования свинца от висмута

Формула изобретения

Способ электрохимического рафинирования свинца от висмута при катодной поляризации очищаемого сплава с использованием в качестве электролита расплавленного едкого натра, отличающийся тем, что висмут, извлекаемый из рафинируемого металла, накапливают в электролите - расплаве едкого натра - с последующим выделением в самостоятельный продукт.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к металлургии свинца и может быть использовано для очистки чернового и вторичного свинца от висмута.

Известен способ (Делимарский Ю.К., Павленко И.Г., Зарубицкий О.Г. Украинский химический журнал. 1967, т.33, стр.863.) электрохимического рафинирования свинца в системе: расплав чернового свинца (анод) - расплав хлоридов (48% PbCl₂, 35% КСl, 17% NaCl) - расплав свинца (катод) при температуре 500°С, обеспечивающий удовлетворительную очистку свинца от висмута. Анодный сплав перемешивают в течение всего времени рафинирования. При анодной плотности тока 1,56 А/см² получен сплав с содержанием висмута 0,001%. Установлено, что содержание в катодном свинце висмута закономерно увеличивается по мере возрастания содержания его в анодном сплаве (по мере обогащения анодного сплава по примесям возрастает вероятность перехода их в электролит и, соответственно, в катодный свинец).

К недостаткам способа относятся:

- значительные затраты энергии на рафинирование (2000-2500 кВт·час на тонну свинца);

- высокая температура плавления выбранного электролита. Известен способ электрохимического рафинирования свинцового сплава от висмута (Делимарский Ю.К., Павленко И.Г., Зарубицкий О.Г. Электрохимическое разделение свинца и висмута в расплавах с участием интерметаллических соединений. Цветные металлы №9, 1963 г.), осуществляемый в системе:

Все компоненты системы расплавлены, т.к. способ реализуется при температуре 340-350°С. При поляризации катода, представляющего сплав свинца с висмутом, возникают условия для протекания реакций:

из которых следует выделить реакцию (2). Восстановленный на поверхности катода металлический натрий вступает во взаимодействие со свинцом с образованием набора интерметаллических соединений {NaPb₅, NaPb, Na₂Pb, Na₅Pb ₂), которые характеризуются высокой растворимостью в расплавленном свинце, с равномерным распределением в нем.

При достижении определенной концентрации натрия в свинцово-висмутовом сплаве (3,5-4%) создаются условия для взаимодействия свинцово-натриевых соединений с присутствующим в расплаве висмутом с образованием интерметаллида Na₃Bi. Данное соединение плохо растворимо в свинце, а его температура плавления 775°С. Соединение Na₃Bi ликвирует из расплавленного свинца на его поверхность и смывается в щелочной электролит с дальнейшей диссоциацией по схеме:

Способ реализуется на установке (фиг.1), состоящей из стального котла 1, погруженного в шахту печи (на чертеже не показана). В котле 1 находится рафинируемый свинцово-висмутовый катодный сплав 2, на поверхности которого находится электролит 3 - расплавленный едкий натр. В расплав щелочи погружен анод 4, выполненный из пористого чешуйчатого чугуна, в рабочее пространство анода 4 залит расплавленный свинец 5. В центре анода 4 имеется отверстие для вала мешалки 6, перемешивающей катодный сплав 2 и электролит 3.

При поляризации анода, представляющего собой расплавленный свинец, загруженный в анодное пространство, отделенное от электролита пористой перегородкой, протекают реакции:

Наряду с реакциями (4) и (5), протекающими на аноде, имеется высокая вероятность протекания реакции (6) - образования на аноде металлического висмута. Получение висмутового продукта на аноде происходит в результате последовательно протекающих процессов:

- диффузии соединений висмута из электролита через пористую перегорожу к анодному сплаву;

- образование на аноде металлического висмута (реакция 6);

- растворение металлического висмута в анодном сплаве.

Способ реализуется при плотностях тока от 0,5 до 2 А/см².

К недостаткам способа следует отнести получение низкого качества висмутового продукта (анодный сплав содержит до 15% извлекаемого элемента), а также сложность конструкции анодного узла.

В задачу настоящего изобретения входило получение высококачественного висмутового продукта, выделяемого из свинцово-висмутового сплава, с уменьшением эксплуатационных затрат на передел.

Для достижения требуемого технического результата в способе электрохимического рафинирования свинца от висмута при катодной поляризации очищаемого сплава с использованием в качестве электролита расплавленного едкого натра, висмут, извлекаемый из рафинируемого металла, накапливается в электролите - расплаве едкого натра и может быть сконцентрирован в самостоятельный продукт.

При реализации предлагаемого способа вероятность катодной реакции (2) остается без изменения. На анодных участках цепи происходит разряд иона висмута (Bi^3-) с образованием Bi⁰ (реакция 6), накапливающегося в щелочном электролите. Вероятность обратного растворения висмута в свинцовом сплаве отсутствует из-за того, что катодный свинец характеризуется высоким содержанием натрия (до 3-4%). Последнее исключает возможность растворения висмута в свинце.

Выделившийся на стальном аноде висмут накапливается в электролите в виде взвеси. Его содержание в расплаве может достигать 30% и более. При регенерации электролита выщелачиванием в воде, получен концентрат, содержащий до 95% висмута.

Конструкция электролизера значительно упрощается, при этом снижаются эксплуатационные затраты.

Заявляемый способ может быть реализован на установке, схема которой приведена на (фиг.2.) Установка состоит из котла 1, в который загружен свинцово-висмутовый сплав 2, на поверхности которого находится электролит - расплав едкого натра 3. В электролит погружен анод - стальной диск 4, который подвешен на штангах 5 к раме 6. В центре анода имеется отверстие для вала мешалки 7, с помощью которой перемешивается катодный свинцово-висмутовый сплав 2.

Способ описан в примерах.

Опыты по прототипу проводили на установке, схема которой приведена на фиг.1. Масса свинцово-висмутового сплава (катод) 2 кг, масса свинцового сплава (анод) 100 г. Результаты опытов приведены в табл.1.

Таблица 1 Результаты опытов по обезвисмучиванию свинца (прототип)
Наименование	Продолжительность электролиза, ч
	0	1,5	3,5	6,0
Напряжение, В	0	2,35	2,31	2,3
Удельный расход электроэнергии, кВт-ч/кг	0	0,74	1,06	1,44
Содержание висмута в катодном сплаве,%	0,12	0,035	0,01	0,002
Содержание висмута в анодном сплаве, % (при анодном выходе по току 100%)	0,12	1,6	2,2	2,25

Опыты по предлагаемому способу проводили на установке, схема которой приведена на фиг.2 Масса свинцово-висмутового сплава (катод) 2 кг. Результаты опытов приведены в табл.2.

Как показали результаты опытной проверки, при использовании заявляемого способа обеспечивается аналогичное прототипу остаточное содержание висмута в рафинированном свинце. После выщелачивания в воде щелочного электролита получили нерастворимый остаток с содержанием висмута 95,3%.

Таблица 2 Результаты опытов по обезвисмучиванию свинца (предлагаемый способ)
Наименование	Продолжительность электролиза, ч
	0	1,5	3,5	6,0
Напряжение, В	0	2,03	2,0	2,0
Удельный расход электроэнергии, кВт·ч/кг	0	0,64	0,92	1,25
Содержание висмута в катодном сплаве, %	0,11	0,031	0,0085	0,0006
Содержание висмута в самостоятельном концентрате (после выщелачивания в воде),%	95,3

Предлагаемый способ позволяет:

- извлекать висмут из свинцового сплава в самостоятельный концентрат высокого качества;

- упростить конструкцию электролизера;

- снизить эксплуатационные затраты как на передел рафинирования, так и на передел получения самостоятельного висмутового продукта.