Способ извлечения индия из отходов сплавов, электролит для извлечения индия из отходов сплавов и аппарат для осуществления способа
Группа изобретений относится к металлургии индия и может быть использована в технологии переработки отходов и рафинирования индия электролизом в расплаве. Способ извлечения индия из отходов сплавов включает электролитическое анодное растворение сплава в расплавленном электролите, содержащем хлорид цинка, и осаждение индия на катоде. Анодное растворение ведут с добавлением в электролит 10-15 вес.% хлорида натрия и 15-20 вес.% хлорида калия и с разделением расплава исходного анодного сплава и катода диафрагмой из двух слоев кварцевой ткани при расходе электролита 0,4-0,5 г на см2 ткани. Процесс ведут через диафрагму из двух слоев кварцевой ткани, разделяющей расплав анодного исходного сплава и катода. Аппарат для извлечения индия включает катод и анодную ванну с расплавом исходного сплава, катод выполнен в виде катодного диска, свободно вставленного в катодную ванну в виде цилиндра с кольцевым выступом и дном в виде диафрагмы из двух слоев пористой кварцевой ткани, погруженной в анодную ванну, зафиксированной хомутом выше кольцевого выступа на торце цилиндра катодной ванны и покрытой фторопластом. Техническим результатом является снижение расхода затрат на электролит и повышение степени выделения индия. 3 н.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.
Изобретение относится к металлургии индия и может быть использовано в технологии переработки отходов и рафинирования индия электролизом в расплаве.
Известен способ электролиза индия в расплаве электролита, содержащем 3-10% хлорида аммония [1]. Недостаток - высокий расход электролита и высокие затраты на его приготовление.
В качестве прототипа принят электролит для рафинирования индия [2], на основе хлорида цинка, содержащий хлорида индия. Недостатком является необходимость расхода индия для приготовления электролита.
Наиболее близким аналогом является известный аппарат [2], принятый за прототип, содержащий катод и анодную ванну.
Недостатком является, что в аппарате не выделяется промпродукт.
Цель изобретения - снижение расхода затрат на электролит и снижение выхода индия в шламы, повышение степени выделения индия из бедного по индию сырья, повышение коэффициента разделения индия и олова, отделение в электролизере промпродукта.
Поставленная цель достигается тем, что в качестве электролита используют безиндиевый электролит расплав хлористого цинка с добавлением (вес %): хлористого калия 15-20; хлористого натрия 10-15 с расходом электролита 0,4-0,5 г на см2 ткани и электролиз ведут через двойную диафрагму, разделяющую расплав анодного исходного сплава и катода на электролизере, в котором на дно катодного цилиндра с кольцевым выступом на торце наложено два слоя кварцевой ткани, зафиксированной хомутом на цилиндре и изолированной фторопластом.
Существенными признаками заявляемого способа является использование в качестве электролита безиндиевого расплава солей на основе хлористого цинка с добавкой хлоридов калия и натрия. Отсутствие индия в задаваемом электролите повышает селективность переноса ионов индия. Сколько индия переходит с анода в катионы, столько переносится через электролит в диафрагме из двух слоев пористой кварцевой ткани толщиной 0,1-0,2 мм. В конечном счете снижается выход индия в шламы-отходы. Процесс ведут с разделением катода от анода двойной диафрагмой из кварцевой ткани, например, марки КТ-11 с8\3ТО. При низком содержании индия на аноде одновременно с индием примеси переходят в катионы и разряжаются на ткани раньше ионов индия и накапливаются. Резко повышается разделение индия и примеси олова. Процесс ведут с расходом электролита 0,4-0,6 г на см2 ткани. При низком расходе возможно неполное смачивание диафрагмы электролитом. При высоком расходе электролита повышается выход шламов.
На чертеже приведен общий вид электролизера. Электролизер включает анодную ванну 1 из нержавеющей стали для исходного металла, в которой размещена катодная ванна 2 в виде цилиндра из нержавеющей стали с кольцевым выступом 3 на торце, на котором закреплено два слоя кварцевой ткани 4, например, марки КТ-11 с8\3ТО с напуском на стенки цилиндра с образованием дна из двойной диафрагмы катодной ванны 2. Напуск ткани закреплен на цилиндре выше выступа 3 разъемным пружинным хомутом 5 и изолирован фторопластом 6. Во внутрь цилиндра катодной ванны 2 на поверхность ткани 4 свободно вставлен катодный диск 7 со штоком для крепления. Такое крепление ткани обеспечивает возможность накопления металла между слоями диафрагмы. Анодная ванна снабжена электрообогревом 8 и регулятором с термометром сопротивления 9.
Подготовка электролизера к работе и процесс работы осуществляются следующим образом. В анодную ванну 1 загружают исходный сплав. Электронагревателем 8 сплав расплавляют и регулятором с термометром сопротивления 9 выдерживают температуру 230-250 град С. На основание цилиндра катодной ванны 2 накладывают выше кольцевого выступа 3 двойной слой кварцевой ткани 4, зажимают разъемным пружинным хомутом 5. Металлический хомут 5 покрывают электроизоляционной термостойкой фторопластовой лентой 6. Ткань не проницаема для протекания металла (давление проницаемости 10к\см^2 ткани), смачивается электролитом и проницаема для переноса ионов металла. В полость внутреннего цилиндра катодной ванны 2 к поверхности диафрагмы из кварцевой ткани 4 приставляют на штоке катодный диск 7, служащий отрицательным токоподводом. На расплавленный исходный сплав анодной ванны 1 загружают навеску электролита с расходом 0,4-0,5 г\см2 ткани и после его плавления опускают в сборе катодную ванну 2 с погружением на 0,5-2 см. в сплав и закрепляют. Через электроды включают постоянный ток 1,5-2 в с геометрической плотностью тока 0,2-0,4 а\см^2. Катионы индия диффундируют через электролит в капиллярах ткани и разряжаются на катодном диске. Более положительно заряженные катионы олова разряжаются раньше в капиллярах ткани и остаются между слоями диафрагмы ткани, а катионы индия диффундируют через обе диафрагмы и разряжаются на металле диска. Исследованиями установлено, что именно сочетание электролиза в безиндиевом электролите, через двойную диафрагму создает эффект резкого повышения коэффициента разделения индия от олова
Изобретение иллюстрируется примерами.
Пример: Навеску 5 кг сплава, содержащего 5% индия, загружают в анодную ванну, расплавляют и поддерживают температуру 240 град. На поверхность догружают 90 г электролита (с расходом 0,7 г на см2), предварительно проплавленной смеси солей 70% хлористого цинка, 18% хлористого калия, 12% хлористого натрия. На поверхность расплавленного пятна электролита опускают катодный цилиндр с дном из двух слоев диафрагмы в виде кварцевой ткани марки КТ-11 с8\3ТО. Включают постоянный ток силой 18,3 А напряжением 2 В и ведут электролиз в течение 1,4 часов. Катод поднимают и сливают катодный металл. Получают 286 г катодного индия с содержанием 14% олова. Отдельно сливают 242 г промпродукта путем снятия хомута крепления ткани. Промпродукт содержит 1,1% индия, остальное - олово и служит оборотным промпродуктом. С анодной ванны сливают 4460 г олова, с содержанием 0,02% индия ванны, с дном из пористой кварцевой ткани, погруженной в анодную ванну из расплава исходного сплава. Ткань, пропитанную электролитом в виде солей и окислов, растворяли в соляной кислоте для доизвлечения индия и определяли как выход индия в шламы. Выход индия в шламы 0,5%. Извлечение индия в катодный индий-98,4%. Коэффициент концентрирования индия на катоде как отношение его содержания на катоде к содержанию в оловянном аноде-5733.
Результаты опытов приведены в таблице.
Предлагаемый способ, электролит и электролизер позволяют повысить разделение индия и олова и снизить выход индия в шламы.
| Таблица результатов опытов в качестве примеров | ||||||
| №1 | №2 | №3 | №4 | №5 | №6 прототип | |
| Состав электр: (вес.%) | ||||||
| KCl | 14 | 15 | 18 | 26 | 28 | lnCl-15 |
| NaCl | 14 | 12 | 12 | 11 | 10 | NH4Cl-5 |
| ZnCl2 | 72 | 73 | 70 | 63 | 62 | 80 |
| Сила тока, а | 18,3 | 18,3 | 18,3 | 18,3 | 18,3 | 33,9 |
| расход электролита, г на см2 ткани | 0,4 | 0,8 | 0,7 | 0,5 | 0,9 | 1,2 |
| длительность, ч | 2,8 | 1,5 | 1,4 | 2,1 | 2,4 | 2,2 |
| Вес индия катода, г | 338 | 292 | 286 | 289 | 317 | 345 |
| Содержание Sn % в катоде | 28,8 | 16 | 14 | 15 | 24 | 38 |
| Вес промпродукта, г | 178 | 231 | 242 | 250 | 141 | 0 |
| Содержание ln% в промпродукте | 2,4 | 1,3 | 1,1 | 1,2 | 0,1 | 0,0 |
| Вес анодного металла, г | 4472 | 4465 | 4460 | 4449 | 4530 | 4713 |
| Содержание ln% в аноде | 0,08 | 0,02 | 0,02 | 0,02 | 0,07 | 0,8 |
| Выход % индия в шламы | 0,65 | 0,6 | 0,5 | 0,6 | 1,07 | 1,3 |
| Коэф концентрирования ln | ||||||
| %ln в катоде\% ln в аноде | 890 | 4200 | 5733 | 5000 | 1086 | 77,5 |
| Извлечение %ln в катод | 96,2 | 98,1 | 98,4 | 98,3 | 96,5 | 79,5 |
Список аналогов.
1. Авт.св. СССР №531380, 1970,
2. Крейн О.Е. Отходы рассеянных редких металлов, М.: Металлургия, 1985, с.64-65.
1. Способ извлечения индия из отходов сплавов, включающий электролитическое анодное растворение сплава в расплавленном электролите, содержащем хлорид цинка, и осаждение индия на катоде, отличающийся тем, что электролитическое анодное растворение ведут с добавлением в электролит хлорида натрия и хлорида калия и с разделением расплава исходного анодного сплава и катода диафрагмой из двух слоев кварцевой ткани при расходе электролита 0,4-0,5 г на см2 ткани.
2. Электролит для извлечения индия из отходов сплавов анодным растворением сплава по п.1, отличающийся тем, что он содержит хлористый цинк, хлористый натрий и хлористый калий при следующем соотношении, вес.%:
| хлористый калий | 15-20 |
| хлористый натрий | 10-15 |
| хлористый цинк | остальное |
3. Аппарат для извлечения индия из отходов сплавов электролитическим анодным растворением сплава в расплавленном электролите по п.2, включающий катод и анодную ванну с расплавом исходного сплава, при этом катод выполнен в виде катодного диска, свободно вставленного в катодную ванну в виде цилиндра с кольцевым выступом и дном в виде диафрагмы из двух слоев пористой кварцевой ткани, погруженной в анодную ванну, зафиксированной хомутом выше кольцевого выступа на торце цилиндра катодной ванны и покрытой фторопластом.
