Способ концентрирования водных растворов солей металлов

 

Использование: при концентрировании растворов солей металлов по аниону и катиону . Сущность: концентрирование ведут в электролизной ванне, состоящей из двух емкостей: катодной и анодной. Катодная камера расположена внутри анодной на одном уровне при горизонтальном размещении электродов на высоте 1/3-1/10 от верхней части емкости. Ведут процесс в щелочном электролите при плотности тока по всему сечению ванны, равной 700- 500А/М сечения ванны, с получением в анодной камере раствора, концентрированного по аниону, и в катодной камере раствора , концентрированного по катиону. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУбЛИК (5!)5 С 25 С 1/06

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 4

О ф (Л

С) К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4840542/02 (22) 07.05.90 (46) 23.10.92, Бюл, ¹ 39 (71) Институт неорганической химии СО АН

СССР и Международная Ассоциация "Земля и космонавтика (72) Г.А. Марков, Г,И.Плотникова, А.И Слонова, И.П.Волк и Т.В,Герасимова (56) А,Н.Зеликман, Л,В,Белявская, др. сб, "Металлургия вольфрама, молибдена и ниобия, Наука, 1967, с. 35-43, Авторское свидетельство СССР

¹ 479376, кл. С 22 В 34/30, 1973. (54) СПОСОБ КОНЦЕНТРИРОВАНИЯ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ СОЛЕЙ МЕТАЛЛОВ

Изобретение относится к электрохимической и химической промышленности и может быть использовано при переработке минерального сырья, в частности при концентрировании и выделении Мо(1) и й/(ф).

Существующие способы разделения металлов основаны на использовании мембран, а концентрирование растворов ведут при помощи выпаривания, что сопровождается большим расходом энергии, трудоемким процессом и экологическим загрязнением среды (1).

Наиболее близким к известному способу является способ очистки молибден- и вольфрамсодержащих растворов электродиализом с использованием высокоосновной анионообменной мембраны, при плотности тока 150-250 Alм . I = 30-35 С, линейной скорости потока 3 — 3,5 см/с (2).

Недостатками известного способа является большая энергоемкоеTb процесса и Ы, 1770450 А1 (57) Использование: при концентрировании растворов солей металлов по аниону и катиону. Сущность. концентрирование ведут в электролизной ванне, состоящей из двух емкостей: катодной и анодной. Катодная камера расположена внутри анодной на одном уровне при горизонтальном размещении электродов на высоте 1/3-1/10 от верхней части емкости, Ведут процесс в щелочном электролите при плотности тока по всему сечению ванны, равной 700—

500А/м сечения ванны. с получением в анодной камере раствора, концентрированного по аниону, и в катодной камере раствора, концентрированного по катиону. 1 ил. мно госту пенчатость (зле ктродиал из, концентрирование путем испарения).

Целью изобретения является снижение энергоемкости и сокращение количества стадий переработки раствора.

Поставленная цель достигается электролизом растворов солей металлов в электролизной ванне из диэлектрического материала, состоящей из двух камер, выполненных в виде сообщающихся сосудов с горизонтально расположенными в верхней части камер на высоте 1/3 — 1/1О от верха ванны электродами при плотности тока, равной 700 — 5000 А/м2 сечения ванны.

Отличительными признаками предлагаемого способа являются: электролиз в электролизной ванне с горизонтально расположенными электродами; электроды располагаются на высоте

1/3 — 1/10 от верхней части ванны; плотность тока составляет 700-5000

А/м сечения ванны, г

1770450

Благодаря расположению электродов в верхней части ванны не происходит перемешива«ие электролита и, используя плотность тока по всему сечению ванны, обеспечивается гравитационное разделение раствора солей металлов, Г1латность тока выбиралась в интервале

700-5000 А/м сечения ванны, .т.к, сниже2 ние плотности тока ниже 700 А/M не дает г разделение растворов, а превышение выше

5000 А/м нецелесообразно, т.к, приводит к черезмерному перегреву электролита.

Высота, на которую устанавливаются элекгроды, была определена экспериментально и соответствует оптимальному варианту.

Все указанные отличия обеспечивают разделение растворов солей металлов по концентрации и исключает процесс выпаривания, что значительно снижает энергоемкость процесса. Плотность тока, применяемая в данном процессе пропорциональна сечению электролизной ванны, что снижает энергоемкость процесса.

На чертеже изображена электрализная ванна,с помощью которой осуществляется данный способ, Ванна 1, имеющая две камеры, анадную

2 и катодную 3, с исходным раствором 4, которые соединены между собой в виде сообщающихся сосудов в нижней части, а электроды — титановый анод 5 и платиновый

-- катод 6 и расположены в верхней части обеих камер, В электролизную ванну вводится исходный раствор, после образования границы раздела зон в катодной и анодной частях ванны 7, 0 производят отбор раствора из катадной части ванны 9, затем из анодной части ванны 10, а также из верхней зоны анодной части ванны 11, Происходит разделение исходного раствора по концентрации: обеднение в одной зоне ванны и концентрирование s другой зоне ванны.

Пример 1. В электролизную ванну высотой 10 см, диаметром анодной камеры

6 см и катодной камеры — 4 см, отстоящей от дна ванны на 1 см, прикрепляют электроды горизонтально расположенные в верхней части ванны. Титановый электрод — во внешней анодной камере и платиновый — ва внутренней катодной части ванны. Затем в ванну заливают электролит, представляющий собой 2 маль/л карбанатна-аммиачный раствор с содержанием молибдата натрия—

430 г/л па Vo(VI), На электроды подавали ток I =- 1А, U = 14В при этом плотность тока ванны задавалась одинаковой по всему сечению ванны и составила 2500 А/м". Электролиз проводили 6 часов, через 30 минут

40 появляется граница раздела растворов катодной части ванны увеличивающаяся до 3,1 см. Концентрация Mo(VI) в растворе, отобранном с катодной части ванны составила — 5,4 г Мо(И), в растворе, отобранном с а«одной части ванны составила — 53,3 г/л

Mo(VI), т.,е. происходит концентрирование молибдена в 10 раз.

При этом наблюдается незначительное выпадение металлического молибдена около 0,1 r в данном обьеме.

Пример 2. Электроды располагали на высоте 1 см от верха ванны. В 2 моль/л карбонатно-аммиачный раствор молибдена содержащий 25 г/л Mo(VI} пропускали ток f

= 0,3А, U = 148, плотность тока относительно сечения данной ванны составила 700

А/м . Через 30 минут на расстоянии 3 5 см г от платинового электрода в катодной части ванны появилась граница раздела растворов с разной концентрацией по Мо(И), Через 2 ч граница раздела опустилась на 9,5. см, Концентрация раствора no Mo(VI) отобранного с катодной части ванны составила

5,7 г/л Мо(И), с анод«ай части ванны — 44,5

r/л, с аноднай средней части ванны концентрирования раствора по Mo(VI) составила—

26.6 г/л.

Пример 3. В электролизную ванну высотой 10 см, с внутренней камерой - 4 см, где расположены катод - платиновый электрод, на расстоянии 1 см от верхнего уровня залитого электролита и наружной камерой ф 6 см, где расположен анод — титановый электрод, расположенный в. одной плоскости и на одном уровне с катодом, подаем электролит, содержащий 90 г/л Мо в 2 моль/л карбонатно-аммиачном растворе, Пропускаем ток — I = 2А, 0 = 188. При этом плотность тока на сечении ванны составила —. 5000 А/м, Граница раздела зон

2 раствора по концентрациям наступила через 30 минут — 2 см от катадного электрода, Подавал электролит в электролизную ванну са скоростью =- 0,11 мл/мин, получаем концентрирование раствора по Мо(И), выходящего с анодной части ванны в количестве по

Мо(И} — 123 г/л; в та время как с катодной части ванны выход раствора по Mo(VI) — 20 г/л в проточном режиме.

Пример 4. В электрализную ванну высотой 10 см, на расстоянии 1 см вниз от залитого s ванну электролита, располагаем горизонтально оба электрода (и сатиновый катод и титановый — анод), Соответственно в анодную и катадную части ванны. Через электролит, содержащий в 2 моль/л карбонатно-аммиачном растворе Mo(VI). с концентрацией 96 г/л пропускаем так I = 1 5А, 1770450

0 =- 14В, и ропорционал ьно сечению ванны пл0тность тока составила — 3750 А/м . г

На катодной части ванны граница раздела зон раствора появилась через 8 минут, через 35 минут граница раздела зон опустилась на всю глубину ванны. Отбор раствора с катадной части ванны составила по концентрации молибдена — 12,7 г/л Мо, с анодной части ванны концентрация раствора по

Мо(И) составила — 123,0 г/л Мо, а в средней анодной части ванны — составила концентрация раствора по Mo(VI) — 110 г/л.

Пример 5. В электролитную ванну высотой 10 см замачиваем электролит.

На 1/3 от верха ванны, т.е, на высоте 7 см, располагаем горизонтально электроды — катод(платиновый) и анод(титановый), Состав электролита: концентрация молибдена 10 г/л в 2 моль/л аммиачно-карбонатном растворе.

Плотность тока пропорционально сечению ванны составила 1700 А/м,.Через 30 г минут наступила граница раздела зон раствора вниз от катодного электрода на расстоянии 2 см. За 4 часа граница раздела зон раствора опустилась на всю глубину ванны.

И составила по концентрации молибдена, отобранного раствора с катодной части ванны — 2,29 г/л Мо, с анодной части ванны составила концентрация по Mo(VI) — 34,8. г/л, а со средней части анодной части ванны составила концентрация Mo(VI) — 22,08 г/л.

Пример 6. В электролизную ванну высо ой 10 вм, состоящей из двух камер; анодной и катодной в виде сообщающихся сосудов с горизонтально расположенными электродами платиновым катодным и титановым анодным установлены на расстоянии

1/10 от верхней части ванны заливаем электролит, Состав электролита: Bîäíûé раствор вольфрамата Ка - 40 г/л по W (И).

Пропускаем ток пропорционально сечению ванны и составляет 700 А/м, Через 40 минут граница раздела зон раствора опустилась на 5 см о.r катодного электрода.

Концентрация раствора по W, отобранного раствора у катодного электрода составила—

12 г/л /Ч, у анодной части ваннь1 концентрация раствора по W составила — 54 г/л.

Пример 7. В электролизную ванну высотой 10 см, состояи,ей из двух камер: анодной и катодной в виде сообщающихся сосудов с горизонтально расположенными электродами платиновым-катодом и титановым - анодом, установленными на 1/10 от верхней части ванны, заливаем электролит.

Состав электролита: раствор 4a0H — с концентрацией 16 г/л по Ка. Пропускаем ток, пропорциональный сечению ванны плотностью 2500 А/м, U — 28В. Через 30 мин граница раздела зон раствора опускается на 2,5 см от анодного электрода. Через час граница раздела зон раствора опустилась

5 на 5 см. Концентрация отобранного раствора с анодной части ванны составила по Na—

5,6 г/л, концентрация отобранного раствора с катодной части — 21,6 г/л по Na.

Таким образом, предлагаемый способ

10 позволяет производить концентрирование раствора без выпаривания и сохраняя исходный катодный раствор, тем самым сокращается количество стадий, Использование эл ектролитического концентрирования по 15 сравнению с выпариванием в 2-10 раз снижает энергоемкость процесса. Процесс осуществляется в замкнутом цикле, поэтому является экологически чистым и количество стадий по сравнению с выпариванием со20 кращается.

Пример 8. В электролизную ванну высотой 10 см, состоящей иэ двух камер: анодной и катодной, в виде сообщающихся сосудов с горизонтально расположенными

25 электродами: платиновым — катодным и.титановым — анодным, установленными на расстоянии 1!10 от верхней части ванны, заливаем электролит с концентрацией по

Mo — 40 г/л и W — 3 г/л аммиачно-карбонат25 ном растворе с рН = 8,7. Электролит взят производственный, после экстракционного выделения металлов органическими основаниями. Плотность тока на сечение ванны составила — 2500 А/м . Граница раздела зон

30 раствора по концентрации наступила через

30 мин — 1 см от катодного электрода. Через

6 часов граница раздела зон раствора опустилась до конца катодного пространства. рН раствора в катодном верхнем слое про35 странства составила 11,6 где нет следов Мо и W, тогда как в анодном пространстве, где рН раствора составила 4,6 концентрация по

Мо составила 678 г/л, по РI — 12 г/л, то есть концентрирование по Мо в 67 раз, по W — в

40 12 раз.

Пример 9. Электролиз раствора бихромата калия в аммиачно-карбонатной среде. В электролиэную ванну высотой 10 см, состоящей из двух камер (анодной и

45 катодной) в виде сообщающихся сосудов, с горизонтально" расположенными электродами — платиновым-катодом и титановыманодом, установленными на расстоянии

1/10 от верхней части ванны, заливают

50 электролит с концентрацией по хрому 12 1 г/л, калию 12,1 г/л. рН 8,9. Плотность тока пропорциональна сечению ванны — 1700 а/м, Через 30 мин электролиза появляются г движущиеся границь1 вниз от катода и анода. Через 2 часа электролиза наступает раз1770450

Составитель M.Äèöåíò

Техред M,Ìoðãåíòàë Корректор Н.Гунько

Редактор О.Полионова

Заказ 3717 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 деление электролита на зоны по окрасу и концентрации: от бесцветного у катода, где рН =- 12,5, до темно-оранжевого у анода, где рН 1.22 и до желтого цвета в межэлектродном пространстве с рН 8,5. Содержание по 5 хрому в анодном пространстве стало — 34.5 г/л, по калию 1,2 г/л, в катодном пространстве по хрому 15 г/л, по калию — 25,8 г/л, в меж электродном пространстве- по хрому- 12,0 г/л, по калию — 10,8 г/л. При малом исходном содержа-. 10 нии по храму, до 5,0 г/л, при этих же условиях электро-, лиза нет<медов гю храму-у катода, по калию-у анода, Формула изобретения

Способ концентрирования водных растворов солей металлов при наложении элек- 15 трического тока с использованием нерастворимых анода и катода, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью упрощения процесса за счет исключения использования мембран, концентрирование ведут в катодной ианодной емкостях, выполненных в виде вертикально расположенных сообщающихся в нижней части сосудов, при размещении катодной камеры внутри анодной, при рбеспечении одинакового уровня заполнения раствором и при торизонтальном размещении электродов на высоте 1/3 — 1/10 от верхней части емкостей и ведут процесс в щелочном электролите при плотности тока по всему сечению ванны 700 — 5000А/м сечения . ванны с получением в анодной камере раствора, концентрированного по аниону, и в катодной камере — раствора, концентрированного по катиону.