СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГИДРОКСИДА СВИНЦА Российский патент 1994 года по МПК C25B1/00 C01G21/16 

Изобретение относится к области получения неорганических веществ, в частности к производству гидроксида свинца и серы. Гидроксид свинца можно использовать для получения свинца и приготовления щелочного электролита свинцевания, хлорида свинца - основного компонента промышленного электролита для разделения висмутистого свинца в солевых расплавах, и получения других соединений свинца.

В качестве прототипа взят способ электрохимической переработки галенита в кислой среде. Процесс осуществляется в концентрированном (5 М) растворе соляной кислоты при относительно высокой температуре (80^оС) и плотности тока 60 мА/см². Выход свинца в раствор составляет 97-98% .

Существенные недостатки способа по прототипу следующие:
- низкий выход выделяемого свинца и потеря свинца;
- способ не позволяет получить товарные гидроокись свинца и серу;
- как отмечают авторы, в солянокислом растворе генерируемый на аноде хлор может переводить сульфидную серу в различные растворимые сульфохлориды, а ионы свинца - в комплексные соли;
- высокая концентрация раствора соляной кислоты (5 М) и температура (80^оС) требует коррозионностойких материалов для изготовления электролизера;
- высокая концентрация раствора соляной кислоты и температура процесса способствуют образованию паров кислоты на рабочем месте, нарушению экологии и ухудшению условий труда;
- осуществление процесса в солянокислой среде приводит к образованию и выделению в атмосферу сероводорода (потере серы), несоответствию экологическим требованиям.

Целью изобретения является увеличение выхода выделяемого вещества и получение дополнительно товарного продукта - серы.

Поставленная цель достигается тем, что приготавливают пульпу исходного сырья в нейтральном 20-25% -ном растворе хлорида натрия или калия, содержащем 0,1-0,3 мг/л полиакриламида, при массовом соотношении Ж: Т = (2-4): 1 и ведут электролиз при непрерывном сливе верхнего слоя раствора с образующейся гидроокисью и возвратом приготовленной пульпы в электролизер.

Основные операции способа получения гидроксида свинца и серы заключаются в реализации двух химических реакций
PbS + Cl₂ = PbCl₂ + S (1)
PbCl₂ + 2OH^- = Pb(OH)₂ + 2Cl^- (2) Первая протекает в объеме пульпы в прианодном пространстве и обеспечивает выделение из галенита серы. Вторая протекает в объеме электролита в прикатодном пространстве и обеспечивает образование гидроокиси свинца. Экспериментально установлены оптимальные параметры протекания химических реакций и способа в целом.

Так, при соотношении Ж: Т меньше 2: 1 часть активного хлора расходуется на хлорирование образующейся гидроокиси, снижая выход Pb(OH)₂, а превышение соотношения больше 4: 1 приводит к тому, что не достигается взвешенное состояние пульпы, экранируется анод и снижается выход гидроксида свинца и серы. Если концентрация хлоридных солей в растворе меньше 20% , значительно снижается выход активного хлора за счет параллельного разряда на аноде кислорода, что приводит к образованию диоксида свинца и снижению выхода гидроксида свинца. Верхний предел концентрации хлоридов натрия или калия обусловлен величиной их растворимости. Полиакриламид является коагулянтом мелкодисперсных частиц. При концентрации его меньше 0,1 мг/л не достигается требуемый эффект и скорость коагуляции, что приводит к потерям при извлечении полученного продукта и снижению реального выхода гидроксида. Повышение концентрации выше 0,3 мг/л не приводит к дополнительному увеличению скорости коагуляции гидроксида свинца, но влияет на протекание электрохимических процессов и снижает выход товарных гидроксида свинца и серы. Непрерывный слив прикатодного слоя раствора с образующейся гидроокисью в отстойник обеспечивает несмешиваемость частей раствора катодного и анодного пространства и высокий выход гидроксида свинца. Кроме того, непрерывный слив прикатодного слоя раствора позволяет вести процесс в электролизере без устройства диафрагмы.

Процесс электролиза начинают при комнатной температуре (рН 6) в винипластовой емкости, в которой над горизонтально расположенным (донным) анодом из графита находится во взвешенном или полувзвешенном состоянии пульпа, а в верхней части катод из графита или стали. Выделяющийся хлор насыщает прианодное пространство, сдвигает рН в сильнокислую область (рН << 6) и взаимодействует с галенитом по суммарной реакции (1), окисляя серу до элементарного состояния, которая в твердом виде остается в пульпе, а хлорид свинца переходит в раствор. В результате выделения на катоде водорода рН прикатодного слоя сдвигается в сильнощелочную область (рН католита >> 6). Растворенный в электролите хлорид свинца, попадая в католит, образует объемный, хлопьевидный, быстрокоагулируемый, благодаря наличию полиакриламида, осадок гидроокиси по реакции (2), который захватывая пузырьки водорода, поднимается к поверхности католита и непрерывно сливается в отстойник, где маточный раствор отделяется от осадка гидроокиси и возвращается обратно в электролизер, а осадок накапливается до полного истощения сырья в пульпе. После этого электролиз прекращают. Раствор фильтруют от серы и направляют на приготовление новой пульпы. Необходимо отметить, что важным условием нормального протекания процесса является расстояние между анодом и катодом, которое должно быть не менее 1/2 высоты столба пульпы. Если расстояние будет меньше, то часть активного хлора расходуется на хлорирование образовавшейся гидроокиси свинца (происходит смещение растворов прикатодной и анодной области), что приводит к снижению его выхода.

Наиболее благоприятными условиями для производства гидроксида свинца является наличие на месте морской воды, сильноминерализованных хлоридных вод или производственных сбросов, содержащих значительные количества хлорида натрия или калия, а также на производствах, имеющих свинецсодержащие отходы.

Известно использование полиакриламида для улучшения фильтрационных свойств осадков. В заявляемом способе были испытаны ряд различных коагулянтов. Полиакрилат карбоксилсодержащий, полистиролмалеинат: полиметоксиметилмеламин и др. , однако только добавка в раствор полиакриламида дала положительный результат, обеспечила достижение поставленной цели. Этот выбор, т. е. использование полиакриламида именно в качестве коагулянта гидроксида свинца в предложенном растворе и в особенности в условиях электролиза, нельзя было априори предсказать. Ряд коагулянтов не обеспечивали коагуляцию гидроокиси свинца, претерпевали электрохимические превращения при электролизе. Можно отметить, что повышение концентрации полиакриамида выше 0,3 мг/л влияет на протекание электрохимических процессов и препятствует достижению поставленной цели.

Примеры осуществления способа.

Для реализации процесса были использованы хлористый натрий марки "ч", хлористый калий марки "ч", полиакриламид "технический" галенит синтетический. Электролизером служила емкость из винипласта. Анодом служил графит, а катодом - пластина из стали.

Результаты опытов по получению гидроксида свинца из галенита и дополнительного продукта - элементарной серы приведены в таблице.

Преимущества заявляемого способа следующие:
- универсальность в отношении исходного сырья (моно- и полиминеральное сульфидное сырье, отходы производства);
- для приготовления растворов могут использоваться производственные бросовые растворы, содержащие значительные количества хлорида натрия или калия;
- комнатная температура процесса не требует затрат энергии на подогрев раствора (прототип - 80^оС, 1,5 ч, 25 мг галенита);
- низкая температура и нейтральная среда позволяют применить дешевые и доступные конструкционные материалы для изготовления аппаратов (полиэтилен, винипласт и др. );
- улучшаются экология и условия труда в результате устранения испарений соляной кислоты и сероводорода при 80^оС;
- более высокий выход свинца в гидроксид (99,7-99,8% ) чем по прототипу (97-98% в раствор);
- получается дополнительный продукт - сера с высоким выходом (98,4% ).

Экономические показатели значительно вырастут с учетом реальных затрат на обеспечение экологических требований, нормальных условий труда и др. недостатков по прототипу, а также действующих договорных цен, и того факта, что сера импортируется из других стран за валюту. (56) Мазалов И. Ф. и др. Электрохимическое растворение галенита в кислой и щелочной среде. - Журнал прикладной химии, 1974, т. 47, N 12, с. 2691-2694.

Изобретение относится к области получения неорганических веществ, в частности производства гидроксида свинца и серы. Сущность способа состоит в том, что с целью увеличения выхода выделяемого вещества и получения дополнительного товарного продукта - серы, готовят пульпу исходного галенита в нейтральном 20 - 25% -ном растворе хлорида натрия или калия, содержащем 0,1 - 0,3 мг/л полиакриламида, при массовом соотношении Ж : Т = (2 - 4) : 1 и ведут электролиз при непрерывном сливе верхнего слоя раствора с образующейся гидроокисью для ее выделения и возврата маточного раствора на приготовление новой порции пульпы. Предложенный способ увеличивает выход гидроксида свинца, снижает затраты на его производство, получается дополнительный продукт - сера. 1 табл.

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГИДРОКСИДА СВИНЦА, включающий приготовление пульпы галенита в хлоридсодержащем растворе и ее последующую подачу на электрохимическое растворение, отличающийся тем, что, с целью увеличения выхода продукта и получения дополнительного товарного продукта - серы, пульпу готовят в 20 - 25% -ном растворе хлоридов натрия и калия, содержащем 0,1 - 0,3 мг/л полиакриламида, до массового соотношения Ж : Т = (2 - 4) : 1 и электрохимическое растворение ведут в электролизере с горизонтально размещенным анодом и катодом, причем катод установлен от анода на расстоянии не менее 1/2 высоты уровня пульпы при непрерывном отводе верхнего слоя пульпы, выделении целевого продукта и возврате маточника на приготовление пульпы.