Результат интеллектуальной деятельности: ЭЛЕКТРОЛИЗЕР ЭКСТРАКЦИИ ИНДИЯ ИЗ РАСПЛАВА КОНДЕНСАТА НА ВЫПУСКЕ ИЗ ВАКУУМНОЙ ПЕЧИ

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к извлечению индия электролизом в расплаве солей.

В процессе вакуумного рафинирования олова [1] индий наряду с другими летучими примесями испаряется из олова, и очищенное олово стекает по оловопроводу в бачок и разливается в блоки готовой продукции. Примеси конденсируются на холодных экранах и стекают по барометрической трубе в приемный бачок, а потом разливаются в блоки свинцово-висмутового сплава, который содержит индий.

В известном устройстве [2] свинцово-висмутовый сплав расплавляется и перемешивается с солевым расплавом хлористого цинка для экстракции (извлечения) индия из расплавленного конденсата вакуумного рафинирования в солевой расплав. Индий экстрагируется в солевой расплав на основе хлористого цинка. Солевой расплав сливают и растворяют в кислой среде, а из раствора цементируют индий на цинковых листах. Индиевую губку переплавляют в черновой индиевый сплав.

В известном электролизере [3] черновой индиевый сплав рафинируют электролизом в расплаве на основе хлористого цинка.

Недостаток известных устройств - высокие затраты из-за многостадийности процесса.

Известен [4] электролизер, содержащий обогреваемые катодную и анодную ванны, разделенные пористыми диафрагмами, пропитанными электролитом, характеризующийся тем, что катодная ванна выполнена в виде перфорированного цилиндра, на котором закреплено два слоя диафрагмы из кварцевой ткани, и вертикально погружена в сплав анодной ванны, а внутри катодной ванны вставлена чаша, закрепленная на катодном токоподводе. Электролизер значительно сокращает число переделов, но недостаток его в том, что для его работы необходимы отдельные переделы выделения и плавления блоков конденсата с печи, электролиза и разливки анодного сплава, что создает условия неэкономичной переработки конденсата с содержанием индия менее 0,05%.

Известен и принят за прототип [5] электролизер, содержащий обогреваемую ванну вакуумной печи, служащую анодом, катодную ячейку виде перфорированного цилиндра, обтянутого двумя слоями диафрагмы из ткани, отделенной от анодной ванны диафрагмами из ткани, с чашей внутри катодной ячейки, закрепленной на катодном токоподводе.

Недостаток указанного прототипа электролизера в том, что нестабильно работает при большой производительности образующегося конденсата с высоким содержанием индия. В этом случае имеет место высокая скорость движения конденсата (анодного сплава) вдоль диафрагмы, и скорости диффузии недостаточно для ионизации индия и перехода через диафрагму со всего объема сплава. Это снижает степень извлечения индия.

Целью изобретения является повышение площади диафрагмы относительно объема анодного сплава в ванне для обеспечения достаточной степени извлечения индия из сплава при высокой производительности образующегося конденсата или высокой концентрации индия в конденсате.

Сущность предлагаемого электролизера для экстракции индия из выпуска расплава конденсата рафинирования чернового олова из вакуумной печи состоит в том, что электролизер, содержащий бачок конденсата вакуумной печи, служащий анодной ванной, погруженную в него катодную ячейку с перфорированными стенками, обтянутыми диафрагмой из ткани, барометрическую трубу, катодный токоподвод, закрепленную на нем и размещенную внутри катодной ячейки чашу, отличается тем, что он дополнительно содержит катодные пластины, погруженные в ячейку. Стенки катодной ячейки выполнены в виде двух перфорированных лент, свернутых в спираль с образованием зазора между ними для электролита. Перфорированные ленты обтянуты диафрагмой из кварцевой ткани, одной стороной закрепленной на внутренней стороне бачка конденсата, а другой - на барометрической трубе. В зазор между лентами заливается электролит, погружаются пластины из цинкового сплава и катодный токоподвод с чашей.

Технический результат достигается тем, что повышается площадь диафрагмы разделения анода и катода, увеличивается длительность пребывания сплава у диафрагм перед его непрерывным сливом.

Технический результат заключается в том, что обеспечивается повышение степени извлечения индия из сплава при высокой производительности образующегося конденсата или высокой концентрации индия в конденсате.

На чертежах на фиг. 1 приведен общий вид электролизера, а на фиг. 2 - вид электролизера сверху, фиг. 3 - схема вакуумной печи.

Электролизер содержит ванну 1 конденсата, служащую анодной ванной, в центре с барометрической трубой 2 вакуумной печи. В анодную ванну погружена катодная ячейка 3 из двух перфорированных лент из нержавеющей сетки 4, свернутых в спираль. Одна сторона перфорированной стенки 4 в виде ленты - сетки из нержавеющей стали закреплена замком 5 на внутренней стороне анодной ванны 1. Другая сторона перфорированной стенки 4 из сетки закреплена замком 6 на барометрической трубе 2. На перфорированные стенки (сетки) 4 плотно натянуты и закреплены диафрагмы из кварцевой ткани, например, марки КТ-11 с8/3ТО, образующие внутреннюю диафрагму 7 и наружную диафрагму 8. Между диафрагмами 7, 8 заливается электролит, погружаются пластины 9 и катодный токоподвод с чашей 10, подключенный к отрицательному полюсу выпрямителя постоянного тока. Сверху анодная ванна снабжена сливным лотком 11 слива расплава. Диафрагмы 7, 8 закрепляются на ленте сетки 4 скрепками 12 и герметизированы герметиком ΒΓΟ1. Снизу барометрическая труба 2 снабжена вырезом 13 для направленного слива сплава конденсата вдоль диафрагмы 7.

Ванна 1 как узел вакуумной печи (фиг. 3) служит анодом, в который погружена барометрическая труба 2 стока жидкого конденсата сплава. Вакуумная печь, кроме ванны 1 конденсата и барометрической трубы 2 конденсата, содержит вакуумную камеру 14, котел 15 исходного олова, испарительные тарели 16, экраны конденсации 17, барометрическую трубу 18 отрафинированного олова и приемный бачок 19 слива олова.

Электролизер работает следующим образом.

В вакуумной печи (фиг. 3) черновое олово из котла 15 вакуумом всасывается в вакуумную камеру 14 и очищенным сливается по бариметрической трубе 18 в приемный бачок 19. Примеси свинца, индия испаряются на испарительных тарелях 16 и на экранах 17 конденсируются и стекают по барометрической трубе 2 в приемный бачок 1.

В ванну 1 конденсата, служащую анодом, погружают катодную ячейку 3 (фиг. 1, 2) из двух перфорированных стенок 4 из лент сетки, на которые плотно натянуты и закреплены диафрагмы 7, 8 из кварцевой ткани.

В зазор между диафрагмами 7, 8 на стенках погружают катодные пластины 9 и катодный токоподвод с чашей 10, подключенный к отрицательному полюсу выпрямителя постоянного тока. В зазор между диафрагмами 7, 8 для пропитки тканей заливают электролит в виде расплава солей 74-70% хлористого цинка, 16-18% хлористого калия, 10-12% хлористого натрия. Кварцевая ткань не смачивается металлом и непроницаема для металла, но проницаема для переноса ионов через ткань, смоченную электролитом.

В ванну 1 конденсата печи, служащую анодом (фиг. 1, 2), непрерывно стекает из барометрической трубы 2 через зазор 13 в нижней части жидкий конденсат, сплав, содержащий свинец, висмут, олово и 0,03-0,2% индия. Сплав перетекает по спирали вдоль диафрагм до сливного лотка 11 (показано стрелкой).

К ванне 1 и токоподводу 10 подключают постоянный ток напряжением 1-20 В с плотностью тока 0,02-0,2 А/см². Катионы индия диффундируют через электролит в капиллярах ткани и разряжаются на катодных листах 9, стекают на дно зазора между диафрагмами 7, 8 и наполняют чашу 10. Более положительные висмут, свинец, олово в присутствии индия не ионизируются и стекают по лотку 11 из ванны. Периодически раз в сутки чашу на катодном токоподводе 10 извлекают и выливают сплав индия. Длина диафрагм увеличивается в 6 раз в сравнении с прототипом при одинаковых диаметре и высоте бачка.

Технический результат предлагаемого электролизера в том, что электролизер обеспечивает повышение извлечение индия из конденсата вакуумной печи при высокой производительности образования конденсата и высокого содержания в нем индия за счет повышенной в 6 раз площади диафрагмы при одинаковом объеме ванны.

Источники информации

[1] Пат. России №1489195. Вакуумный аппарат для рафинирования олова. Мкл. С22В 9/04.

[2] Пат. России №1401903. Аппарат извлечения индия из расплавленных металлов. Мкл. С22В 58/00.

[3] Пат. России №1482248. Электролизер для рафинирования легкоплавких металлов. Мкл. C25С 7/00.

[4] Пат России №2463388. Электролизер извлечения индия из расплавов. Опубл. 10.12.2011. Мкл. С25С 7/04.

[5] Пат. России №2490375. Электролизер для извлечения индия из индийсодержащего расплава в виде конденсата из вакуумной печи. Мкл. С25В 9/04.