Результат интеллектуальной деятельности: УСТАНОВКА ДЛЯ ВЫДЕЛЕНИЯ СЕРЕБРА ИЗ СЕРЕБРОСОДЕРЖАЩЕГО СПЛАВА

Изобретение относится к цветной металлургии и предназначено, в частности, для ускорения процесса электрохимического растворения серебросодержащего медного сплава с концентрированием серебра в шламе.

Известно устройство - электрохимическая ячейка для получения пористых анодных оксидов металлов и полупроводников, содержащая плоский теплопроводящий держатель, рабочий электрод, выполненный в виде плоского металлического электрода, расположенного по периметру рабочей поверхности образца на его периферии, изолированно от электролита. Образец помещен в ванну с электролитом, контактирующим с образцом вспомогательным электродом, расположенным в объеме электролита, устройством для регулирования температуры в электрохимической ячейке, контактирующим с обратной поверхностью держателя образца с прикрепленным к нему генератором ультразвуковых колебаний (патент РФ №2425182, опубл. 2010 г.). Устройство обеспечивает повышение воспроизводимости в процессе формирования пористых оксидов металлических и полупроводниковых образцов, однако такое устройство является энергоемким и малоэффективным для выделения серебра из серебросодержащих сплавов.

Известно также устройство изготовления закрытых каналов в заготовках с закладными деталями, которые помещаются в электролит. Устройство содержит ванну для электролита, заполненный электролитом анод в виде заготовки с выходным отверстием и закладными деталями, выполненными в виде отражателей ультразвукового луча, и кольцевой катод, расположенный вблизи выходного отверстия заготовки. Отражатели выполнены в сферической форме и вогнуты со стороны подачи ультразвукового луча (патент РФ №2333080, опубл. 2006 г.).

Устройство обеспечивает изготовление каналов в заготовках, однако требует больших затрат электролита и электроэнергии и к тому же малоэффективно для выделения серебра из серебросодержащего сплава.

Известно также устройство управления процессом электролиза в водных растворах, содержащее электродную камеру, источник постоянного тока с переключателем полярности электродов, систему трубопроводов для отвода и подачи воды, возбуждающий генератор, коммутатор управления работой пьезопреобразователей и устройство управления электромагнитными клапанами (патент РФ №2345956, опубл. 2007 г.). Это устройство обеспечивает автоматизацию процесса управления электролиза в водных растворах, однако, оно не позволяет выделять серебро из сплавов, содержащих серебро.

Известна установка для проведения электролиза с использованием трехмерного растворимого анода, содержащая корпус электролизера, катод и анодные токопроводы, графитовый токопровод с графитовым стержнем, анодное устройство с поливинилхлоридной диафрагмой, перемешивающее устройство, бункер-накопитель с разгрузочным узлом (Ерофеев С.А., Токарь Л.Л., Павлов М.Ю., Бузин В.И., Сафонов В.В. Комплексная переработка припоя в процессе электрохимического анодного растворения с использованием трехмерного анода. Сб. «Производство, анализ и применение благородных металлов и алмазов» М.: Гиналмаззолото, 1992 г., с. 53-59). Необходимо отметить, что такое устройство позволяет выделять серебро из серебросодержащего сплава, но его эффективность незначительна, поскольку вследствие малой скорости растворения образуется поверхностная пленка, лимитирующая стадию растворения, к тому установка имеет низкую производительность.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является установка для переработки медно-серебряных сплавов, содержащая потенциостат, двухкоординатный самописец, титановый катод, электрод сравнения, электролизер, слой гранул, анодный токопровод из графита и электромагнитный вибратор колебания. Как отмечают авторы, благодаря осуществлению направленной вибрации, создаваемой электромагнитом, сокращается время осаждения серебра (Белов С.Ф., Ерофеев С.А., Игумнов М.С., Токарь Л.Л. Использование трехмерных электродов при переработке вторичных медно-серебряных сплавов. Сб. Цветная металлургия 1991 г.? №3 с. 34-37). Электромагнитная вибрация графитового анода, позволяет незначительно повысить выход годной продукции. Однако такая установка имеет ряд недостатков, которые существенно тормозят выход и снижают качество годной продукции из-за низкой очистки поверхности гранул от посторонних загрязнений. Необходимо также отметить, что электромагнитный вибратор не возбуждает кавитацию столь необходимую для очистки гранул от посторонних загрязнений и не приводит к снижению электропроводности системы, поскольку на поверхности гранул образуется пленка с низкой электропроводностью, что приводит к увеличению энергозатрат.

Техническим результатом изобретения является создание установки, позволяющей повысить производительность процесса выделения серебра из серебросодержащих сплавов и снизить содержание посторонних примесей в шламе и электролите, а также уменьшить время получения конечного продукта.

Технический результат достигается описываемой установкой для электролитического выделения серебра из серебросодержащего сплава, содержащей электролитическую камеру, анодные и катодные токоподводы, анодную корзину для загрузки серебросодержащего сплава и узел колебаний, отличающейся тем, что она содержит размещенную внутри термостата емкость для электролита с перистальтическим насосом для циркуляции электролита, узел колебаний состоит из источника ультразвука, выполненного в виде магнитострикционного преобразователя стрежневого типа, и закрепленной вертикально на дне электролитической камеры волноводно-излучающей системы, выполненной конической формы, имеющей верхнюю часть полусферической формы с излучающей ультразвук плоской поверхностью, внутренний вертикальный центральный канал, выполненный несквозным в верхней части полусферической формы, и соединенные с ним не менее трех перпендикулярных сквозных боковых каналов, расположенных в верхней части полусферической формы, и внутренний горизонтальный канал, причем центральный канал выполнен с сечением S₁ большим, чем суммарное сучение перпендикулярных сквозных боковых каналов S₂, указанный входной горизонтальный канал соединен с входным патрубком перистальтического насоса для циркуляции электролита, анодная корзина размещена на расстоянии от упомянутой излучающей ультразвук плоской поверхности, кратном половине длины волны, при этом расстояние от излучающей ультразвук плоской поверхности до жесткого крепления волноводно-излучающей ультразвуковой системы на дне электролитической камеры кратно четверти длины волны. При этом горизонтальный канал волноводно-излучающей ультразвуковой системы соединен с циркуляционным насосом посредством крана слива и залива электролита.

Использование предлагаемого изобретения в объеме вышеизложенной совокупности признаков позволяет повысить производительность процесса выделения серебра из серебросодержащих сплавов со значительным снижением содержания примесей в шламе, а также уменьшить время получения конечного продукта, что приводит к уменьшению энергозатрат и улучшению качества и эколого-экономических показателей процесса.

На фиг. 1. представлен один из возможных вариантов установки. Установка состоит из камеры - 1, изготовленной из кислотостойкого материала, на которую подвешивают катодные основы - 2 и анодную корзину - 3 с гранулами сплава, изготовленную из нержавеющего материала. Питание электродов осуществляется через токоподводы - 4. Циркуляцию электролита осуществляют по трубопроводам с помощью перистальтического насоса - 5, который соединен с выходным патрубком емкости электролита - 6 и с входным патрубком - 8 горизонтального канала волноводно-излучающей системы. Температура электролита поддерживается с помощью термостата - 9 и измеряется терморезистором - 10. На дне камеры 1 вертикально закрепляют волноводно-излучающую систему - 7 в узле колебаний на расстоянии, кратном λ/4. Ультразвуковые колебания частотой 18-20 кГц передаются при помощи стержневого магнитострикционного преобразователя - 11. На фиг. 2 показана в разрезе волноводно-излучающая ультразвуковая система. Она имеет коническую форму - 12, переходящую в полусферическую - 13 с плоской излучающей поверхностью ультразвука - 14. Волноводно-излучающая ультразвуковая система состоит из внутреннего вертикального канала - 15, не имеющего сквозного отверстия в верхней части, соприкасающейся с плоской излучающей поверхностью ультразвука и соединенного не менее чем с 3 боковыми сквозными каналами - 16, каждый из которых имеет выходное отверстие. Волноводно-излучающая ультразвуковая система крепится к камере через фланец - 18.

Анодную корзину 3 помещают на расстояние, кратное λ/2, от плоской излучающей поверхности ультразвука 14 непосредственно в зоне развитой кавитации, что положительно влияет на процесс растворения.

Выделение серебра с одновременной дегазацией электролита (газ удаляется через патрубок - 17) проводится в импульсном кавитационном режиме с использованием предлагаемой установки, позволяющей повысить производительность процесса выделения серебра из серебросодержащих сплавов и снизить содержание посторонних примесей в шламе и электролите, а также уменьшить время получения конечного продукта.

Пример.

Процесс выделения серебра из серебросодержащего сплава проводят следующим образом. Гранулированный серебросодержащий сплав в количестве 0,25 кг, содержащий 90% меди, 5% никеля, 2,5% серебра, 1,5% железа и 1% свинца помещают в вертикальную подвижную сетчатую анодную корзину - 3, изготовленную из нержавеющего материала. Катодные основы - 2 и анодную корзину с гранулами подвешивают на камеру - 1, изготовленную из кислотостойкого материала. Анодную корзину с гранулами - 3 помещают на высоту 42 мм (λ/2) от плоской волноводно-излучающей поверхности ультразвука - 14 волноводно-излучающей системы - 7, которая жестко крепится вертикально на дне камеры - 1 в узле колебания на расстоянии 70 мм (λ/4) от плоской волноводно-излучающей поверхности ультразвука. В качестве источника ультразвука используют магнитострикционный преобразователь стержневого типа - 11 марки ПМС-0000 мощностью 0,4 кВт и частотой колебаний 18 кГц, питание которого осуществляется при помощи ультразвукового генератора марки УЗГ-304 через задающий генератор Г3-33. Питание электродов осуществляется через токопроводы - 4. Предварительно прогретый до 54°C электролит 15% водного раствора серной кислоты объемом 10 литров, содержащий 3% сернокислой меди, подают через выходной патрубок - 6 из емкости, находящейся внутри термостата - 9 в камеру электролизера - 1 по трубопроводу при помощи перистальтического насоса - 5, соединенного трехпозиционным краном с входным горизонтальным каналом волноводно-излучающей ультразвуковой системы - 7.

Контроль силы тока, сопротивления и напряжения камеры осуществляют (как по прототипу, так и на предлагаемой установке) с помощью электрической схемы, включающей датчики тока, напряжения и омметр.

При поступлении электролита в камеру электролизера с целью дегазации включают ультразвук интенсивностью 3 Вт/см² с частотой колебаний 18 кГц. Процесс обработки ультразвуком ведут до тех пор, пока анодная корзина с гранулами - 3 и электроды катодной основы - 2 не покроются раствором электролита. После чего отключают ультразвук и включают источник тока, поддерживая напряжение 0,5 В. Через каждые 30 минут, когда разность потенциалов на электродах повышается до значения 0,8 В, анодную корзину с гранулами автоматически подвергают кратковременному 5-секундному ультразвуковому воздействию, при котором происходят одновременно очистка и дегазация, и падение напряжения на ванне до 0,5 В. По прототипу обработка занимает в 2-2,5 раза больше времени. После окончания электролиза электролит из камеры сливают через 3-позиционный кран в специальную емкость с фильтром, где шлам собирают, высушивают, взвешивают, оценивают его состав методом атомно-адсорбционной спектроскопии.

Из полученных данных следует, что увеличение массы шлама составляет 0,068 г/ч содержание в нем меди - 30%, в то время как по прототипу увеличение массы шлама составляет 0,137 г/ч, а содержание меди в шламе - 73%. Качество шлама, осажденного на предлагаемой установке, содержащего 0,72 г серебра в 1 грамме шлама, существенно выше качества шлама, полученного по прототипу, в котором в 1 грамме содержание серебра составляет менее 30% при снижении расхода электроэнергии более чем в 2 раза. Нами было также установлено, что покрытия меди на катодах в процессе электролиза были гладкими, без неоднородностей, что обусловлено дегазацией, гомогенизацией, выравниванием температурного градиента и низкой плотностью тока во всем объеме электролита.

Таким образом, предлагаемая установка позволяет повысить производительность процесса выделения серебра из серебросодержащих сплавов и снизить содержание посторонних примесей в шламе и электролите, а также уменьшить время получения конечного продукта.