Результат интеллектуальной деятельности: Устройство для очистки алюминийсодержащих хлоридных растворов от железа

Изобретение относится к установкам для непрерывного электрохимического извлечения металлов из растворов их солей.

Известна установка для непрерывного электрохимического извлечения металлов из растворов их солей, содержащая, по меньшей мере, две электролитические ванны с исходным раствором, связанные между собой общим движущимся через них с помощью тянущих вальцов электродом, токоподводы из графитовых вальцов и противоэлектроды, при этом общий электрод выполнен в виде замкнутого кольца, состоящего из графитированных токопроводящих участков и участков из токонепроводящей химически стойкой ткани, и установлен с возможностью одновременного извлечения целевого металла из исходного раствора и выделения его в конечной электролитической ванне на накопительном электроде [RU 2343231, опубл. 10.01.2009].

Недостатками данного устройства являются:

- ограниченный срок эксплуатации в нем электрода;

- низкое извлечение целевого металла из исходного раствора и выделения его в электролитической ванне на накопительном электроде;

- громоздкость и трудность эксплуатации.

Известно устройство для электролитического извлечения металлов из содержащего ионы металлов раствора, содержащего не менее двух ячеек, аноды, катоды и вспомогательный электрод, размещенный с возможностью перемещения из одной ячейки в другую, отличающееся тем, что вспомогательный электрод выполнен в виде вращающейся бесконечной ленты U-образной петлеобразной формы, частично погруженной в раствор, при этом одна петля погружена в первую ячейку, а вторая в последующую ячейку с направляющими и/или приводными роликами, размещенными в верхней части U-образной ленты, а анод и катод расположены в крайних ячейках. В качестве материала для бесконечной ленты используют преимущественно металлы из группы платины или вентильного металла или сплава на основе вентильных [RU 2067624 опубл. 10.10.1996].

Недостатками данного устройства являются:

- высокая себестоимость материала для вспомогательного электрода;

- сложность исполнения отдельных конструкционных элементов устройства

- сложность осуществления перемещения бесконечной ленты.

Наиболее близким к заявленному изобретению является конструкция электролизера для электрохимического осаждения меди, содержащего корпус ванны, катоды, аноды, систему трубопровода для подвода электролита, карман для отвода отработанного электролита, отличающийся тем, что система трубопровода для подвода электролита снабжена дополнительным автономным трубопроводом, расположенным вдоль торцевой стенки корпуса ванны со стороны подачи электролита и далее параллельно боковым стенкам ванны на уровне верхних кромок электродных пластин, и на дополнительном трубопроводе в местах, соответствующих межэлектродному пространству, выполнены по крайней мере по одному отверстию, а ванна между дополнительным трубопроводом и карманом для отвода электролита разделена вертикальной перегородкой по ширине ванны и высотой от верхнего уровня ее боковых стенок до нижних кромок катодов. При этом отверстия на дополнительном трубопроводе выполнены со стороны межэлектродного пространства, а его торцы со стороны вертикальной перегородки снабжены заглушками [RU 2213165, опубл. 27.09.2003].

Недостатками данного устройства являются:

- неравномерность состава электролита, приводящая к неравномерности осаждения и растворения металла, вследствие чего аноды "срабатываются" неравномерно, на них появляются "дыры" и они выходят из строя;

- необходимость наличия дополнительного трубопровода;

- неудовлетворительное извлечение металла из раствора.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является упрощение конструкции и повышение извлечения осаждаемого металла, в данном случае железа из алюминийсодержащих растворов.

Указанный технический результат достигается тем, что устройство для очистки алюминийсодержащих хлоридных растворов от железа, содержащих электролизную ванну, расположенную в металлическом коробе, на боковых гранях которого установлены регулируемые по высоте электроды, проточный водонагреватель, вход и выход которого соединены каналом подвода воды с металлическим коробом, источник тока, соединенный шинопроводами с электродами, подготовительную емкость, выход которой соединен с входом электролизной ванны и сборную емкость, вход которой соединен с выходом электролизной ванны, при этом входное отверстие электролизной ванны выполняется в верхней части малой боковой грани, выходное отверстие электролизной ванны выполняется в нижней грани, а на большей боковой грани электролизной ванны располагается измеритель кислотности и температуры.

Кроме этого электроды выполнены в виде стального катода и алюминиевого анода, размещенные на дюралюминиевых токоподводах, при этом дюралюминиевые токоподводы соединены с боковыми гранями металлического короба регулируемыми неэлектропроводными кронштейнами.

Помимо этого соединение выхода подготовительной емкости со входом электролизной ванны и выхода электролизной ванны со входом сборной емкости выполнено в виде трубопровода или гибкого шланга с промежуточным циркуляционным насосом.

Причем электролизная ванна, предварительная емкость и сборная емкость выполнены из органического полимера с толщиной стенки 5-100 мм.

Вместе с тем, предварительная емкость оснащена погружным регулируемым термостатом.

Также источник тока выполнен в виде реверсивного выпрямителя переменного тока с возможностью регулировки силы тока.

Изобретение поясняется чертежами, Фиг. 1 и Фиг. 2.

На Фиг. 1 изображена электролизная ванна 1, расположенная в металлическом коробе 2. На боковых гранях металлического короба 2 установлены регулируемые по высоте электроды 3, которые соединены шинопроводом 4 с источником тока 5.

На Фиг. 2 изображена схема подключения функциональных элементов устройства к электролизной ванне 1 и металлическому коробу 2. Вход 6 и выход 7 проточного нагревателя 8 соединены каналом подвода воды с металлическим коробом 2. Подготовительная емкость 9 соединена со входом 10 электролизной ванны 1, а выход 11 электролизной ванны 1 соединен со сборной емкостью 12, при этом соединение осуществляется трубопроводом, с использованием промежуточных циркуляционных насосов 13. На большей грани электролизной ванны 1 расположен измеритель 14 кислотности и температуры.

Использование регулируемых по высоте электродов, предназначенных для корректирования уровня электродов в растворе по мере их выработки в процессе очистки алюминийсодержащих растворов от железа. Кроме того, использование расходуемого алюминиевого анода позволит получать чистые алюминийсодержащие хлоридные растворы. Преимущество растворяющегося алюминиевого анода заключается в том, что в процессе электролиза не происходит загрязнение конечного продукта нежелательными элементами.

Использование стального катода в электролизной ванне, при очистке от железа, позволит в значительной степени избежать попадания примесей в очищенный раствор, по сравнению с электролизными ваннами, в которых применяются катоды, выполненные из металла, отличного от осаждаемого на них. Помимо этого, использование стального катода в электролизной ванне, при очистке от железа позволит снизить себестоимость передела очистки, это связано с относительно не высокой стоимостью стали. Также известно, что процесс выделения железа возможен даже при очень низком содержании ионов железа в соляном растворе. Это фактически позволяет очищать алюминийсодержащий хлоридный раствор от железа полностью.

Использование проточного нагревателя, предназначенного для нагрева и поддержания заданного значения температуры воды 110°С, находящейся в металлическом коробе, позволит вести процесс очистки алюминийсодержащего хлоридного раствора при постоянной температуре.

Использование подготовительной емкости, оснащенной погружным регулируемым термостатом и соединенной со входом электролизной ванны, предназначена для подачи по трубопроводу алюминийсодержащего хлоридного раствора, идущего на очистку от железа. Термостат позволит контролировать температуру раствора подаваемого в электролизную ванну, причем температура раствора должна быть не ниже 20°С.

Использование сборной емкости, соединенной трубопроводом с электролизной ячейкой, предназначенной для сбора алюминийсодержащего раствора, прошедшего очистку от железа, позволит разделять очищенный раствор от очищаемого. По окончании процесса электрохимической очистки алюминийсодержащих хлоридных растворов, очищенный раствор из сборной емкости может пойти на высаливание раствора соляной кислоты и с получением кристаллов АlСl₃⋅6Н₂О, которые в дальнейшем могут быть использованы для получения металлургического глинозема.

Работа устройства осуществляется следующим образом: в металлический короб по каналу поступает техническая вода, которая с помощью проточного нагревателя доводится до температуры 110°С. В это время из подготовительной емкости алюминийсодержащий хлоридный раствор подается по трубопроводу в электролизную ячейку, на боковых гранях которой установлены электроды, соединенные между собой шинопроводом с источником тока, выполненным в виде реверсивного выпрямителя переменного тока с возможностью регулировки силы тока. Очищенный раствор после электролиза подается в сборную емкость через выход из электролизной ванны. Для оценки остаточного содержания железа в растворе можно определять с помощью спектрального анализатора.

Пример осуществления изобретения:

Для исследования использовали растворы объемом, полученные после растворения бемит-каолинитовых бокситов Североонежского месторождения (Архангельская область) раствором 20% НСl. Полученный раствор имел следующий состав (% по массе): Аl-1,150; Fe-0,550; Cr-0,055.

Техническая вода, нагретая до температуры 110°С с помощью проточного нагревателя, по каналу направляется в металлический короб. Исходный загрязненный алюминийсодержащий хлоридный раствор объемом 1,5 л, находящийся в подготовительной емкости, направляется по трубопроводу в электролизную ванну. В электролизную ванну, на боковые грани устанавливаются электроды, регулируемые по высоте, которые соединены между собой шинопроводом с источником тока. Очищенный раствор по трубопроводу направляется в сборную емкость. Для циркуляции раствора на входе и выходе электролизной ванны устанавливаются промежуточные циркуляционные насосы. Для контроля кислотности рН=2,38-2,4 и температуры 20-97°C на большей грани электролизной ванны расположен измерители. Сила тока при проведении электрохимической очистки не превышала 20 А.