УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГИДРОМЕТАЛЛУРГИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ МАТЕРИАЛОВ Российский патент 1995 года по МПК C22B3/02 

Изобретение относится к устройствам аппаратов для химического травления цветных металлов и сплавов с совмещением процессов химического травления и регенерации травильного раствора и может быть использовано на предприятиях цветной металлургии, машиностроения, приборостроения, электротехнической и электронной промышленности.

Известно устройство для химического выщелачивания цветных металлов из руд и концентратов, основанное на перемешивании пульпы в растворах минеральных кислот механическими, цепными мешалками и сжатым воздухом. Недостатками данных устройств являются использование механических приспособлений для перемешивания пульпы (лопастных, турбинных, винтовых, цепных и т.п. мешалок с применением электродвигателей), необходимость применения энергоемкого процесса предварительного тонкого измельчения перерабатываемого материала и использование дополнительного энергоносителя сжатого воздуха.

Известно также устройство для многоступенчатой промывки и травления деталей, содержащее ряд ванн, соединенных системой трубопроводов, смонтированных между ступенями промывки (травления), или снабженных переливными перегородками. Недостатками данной конструкции являются наличие системы трубопроводов и насосов, приводящей к омертвлению производственных площадей, принудительная подача раствора, использование сжатого воздуха в ваннах для перемешивания. Кроме того, отдельное расположение ванн улавливания приводит к сложности эксплуатации установки из-за необходимости принудительной дозированной транспортировки растворов из ванн промывки (травления) в ванны улавливания (регенерации).

Наиболее близким к предлагаемому устройству по технической сущности является установка типа У-979 для регенерации железно-медно-хлоридного травильного раствора, содержащая отдельно расположенные ванны травления и регенерации травильного раствора, соединенные трубопроводами, причем ванна регенерации представляет собой электролизер ящичного типа с монополярным подключением электродов. Недостатком данной конструкции является сложность эксплуатации при перекачивании травителя, сложность в дозировании растворов, наличие трубопроводов и насосов, что приводит к увеличению занимаемой установкой производственной площади.

Целью изобретения является упрощение эксплуатации установки и уменьшение занимаемых производственных площадей.

Это достигается тем, что устройство для химического травления цветных металлов, сплавов и электрохимической регенерации травильного раствора, содержащее камеры травления и камеру для электрохимической регенерации травильного раствора с принудительной циркуляцией последнего, состоит из объединенных в одном корпусе камер травления и камеры электрохимической регенерации травильного раствора с нижней подачей травильного раствора и биполярно подключенными электродами. Между камерами травления и камерой электрохимической регенерации травильного раствора расположена центральная перегородка, верхняя часть которой закреплена на уровне стенок корпуса, а ее нижняя часть не доходит до ложного дна устройства на 1/5-1/8 высоты стенок, разделяющих камеры травления и камеру электрохимической регенерации травильного раствора.

Кроме того, с целью снижения энергозатрат на регенерацию травильного раствора, ширина щелей между ложным дном и дном устройства, а также между перегородками камер травления и камеры электрохимической регенерации травильного раствора составляет 1/10-1/12 длины камеры электрохимической регенерации травильного раствора.

Аналогичные технологические решения с признаками, сходными с отличающими заявленный объект от его прототипа, не известны, в связи с чем оно обладает существенными отличиями.

На чертеже изображено устройство для химического травления цветных металлов, сплавов и электрохимической регенерации травильного раствора.

Устройство содержит корпус 1, который выполнен из диэлектрического материала или из металла, облицованного диэлектриком. Устройство снабжено ложным дном 2, которое начинается от камеры электрохимической регенерации травильного раствора 3 и проходит под всеми камерами травления 4, кроме последней. Камеры травления разделены перегородками 5, которые соединены с ложным дном, и перегородками 6, которые не доходят до ложного дна. При этом перегородки 6 крепятся на уровне торцевых и боковых стенок корпуса 1, а перегородки 5 не доходят до уровня стенок корпуса 1, что позволяет осуществлять естественный переток травильного раствора из камеры в камеру. Камера электрохимической регенерации травильного раствора отделена от камер травления перегородкой 7, которая крепится к ложному дну 2 и также не доходит до уровня стенок корпуса 1. Между перегородкой 7 камеры электрохимической регенерации травильного раствора и перегородкой 5 камеры травления расположена центральная перегородка 8.

Центральная перегородка 8 предназначена для обеспечения естественной циркуляции травильного раствора, связанной с различием в плотностях раствора после травления и после его электрической регенерации. В процессе травления травильный раствор обогащается по цветным металлам, его плотность увеличивается, он опускается и на его место поступает более легкий раствор из камеры электрохимической регенерации или из соседней, более близкой к камере регенерации, камеры травления. Из последней камеры травления насыщенный по цветным металлам раствор перетекает между ложным дном 2 и дном корпуса 1 в камеру электрохимической регенерации травильного раствора 3, где раствор обедняется по цветным металлам, становится более легким и поднимается. Таким образом обеспечивается естественная циркуляция травильного раствора. При отсутствии центральной перегородки 8 в объеме раствора наступает динамическое равновесие ионов цветных металлов, и переход более богатого по ним раствора в камеру электрохимической регенерации травильного раствора осуществляется за счет диффузии ионов (по диффузионному механизму), что значительно более медленно, чем в случае конвективного механизма естественной циркуляции раствора.

Центральная перегородка 8 не достигает ложного дна 2 на 1/5-1/8 высоты стенок, разделяющих камеры травления и камеру электрохимической регенерации травильного раствора, а ее верхняя часть крепится на уровне стенок корпуса 1. Выбор величины 1/5-1/8 обусловлен тем, что при естественной циркуляции травильного раствора она обеспечивает наименьшее гидродинамическое сопротивление естественному перетеканию раствора из камеры электрохимической регенерации травильного раствора в камеры травления.

Выбор величины щелей между ложным дном 2 и дном корпуса 1 устройства, а также между перегородками 5 и 6 камер травления, перегородкой 5 камеры травления и центральной перегородкой 8 и между перегородкой 8 и перегородкой 7 камеры электрохимической регенерации травильного раствора в 1/10-1/12 от длины камеры 3 электрохимической регенерации определяется необходимостью повышения величины омического сопротивления внешнего электрического контура, который возникает во всем объеме раствора, находящегося в устройстве, при наложении потенциала.

Протекающий через электрохимическую систему ток распределяется по двум электрическим контурам: внутренний электрический контур, образующийся в камере электрохимической регенерации травильного раствора, и внешний, проходящий через все камеры травления. Та часть тока, которая протекает по внешнему электрическому контуру, затрачивается на работу по перемещению анионов и катионов электролита во всем объеме травильного раствора под действием электрического поля и таким образом снижает эффективность процесса регенерации травильного раствора. Для снижения величины внешнего тока необходимо увеличить омическое сопротивление внешнего контура. Величина щели 1/10-1/12 является оптимальной, так как с одной стороны она обеспечивает необходимое омическое сопротивление внешнего контура, а с другой не создает значительного гидродинамического сопротивления и позволяет осуществить естественную циркуляцию травильного раствора.

Корпус 1 снабжен штуцером 9 для слива травильного раствора в случае необходимости его замены. В некоторых случаях установка может быть снабжена термостатирующей рубашкой. Нижняя часть камеры электрохимической регенерации травильного раствора снабжена решеткой 10, предназначенной для равномерного распределения потока раствора, поступающего на регенерацию.

В камеру электрохимической регенерации травильного раствора 3 завешиваются электроды, подключаемые биполярно с целью уменьшения токовой нагрузки, снимаемой с выпрямителя, что приводит к использованию менее мощных и более компактных источников постоянного тока.

При работе установки перерабатываемые материалы из цветных металлов и сплавов могут быть загружены не только навалом, но и в сетчатые корзины, устанавливаемые в камерах травления.

Устройство работает следующим образом.

Обрабатываемый материал загружается в съемные корзины 11, которые помещаются в камеры травления 4. В них заливается травильный раствор так, чтобы его уровень был выше перегородок 5. Травильный раствор обогащается по растворяемым металлам, при этом увеличивается его плотность и он перетекает в камеру электрохимической регенерации 3. В камере 3 под действием электрического тока раствор обедняется по металлам, его плотность снижается и он, поднимаясь и протекая последовательно между перегородками 7, 8 и 5, попадает в камеру химического травления, где вновь обогащается по растворяемым металлам и далее цикл повторяется сначала. Таким образом достигается естественная циркуляция травильного раствора в устройстве.

Совокупность признаков заявляемого технического решения позволяет упростить эксплуатацию устройства и уменьшить занимаемые производственные площади за счет отказа от насосов, промежуточных емкостей и трубопроводов в связи с объединением в одном корпусе устройства камер травления и камер электрохимической регенерации травителя.

Использование предлагаемого технического решения позволяет перерабатывать различные материалы, содержащие цветные металлы и их сплавы, с одновременным сочетанием процессов химического травления и электрохимической регенерации травильного раствора при высокой скорости растворения цветных металлов и сплавов, минимальных затратах ручного труда в режиме автоматизированного процесса.

Кроме того, конструкция такого устройства позволяет сократить объемы травильного раствора, сэкономить в 1,7-2,1 раза реагенты по сравнению с известными установками и снизить в 1,4-1,5 раза энергозатраты по сравнению с действующими установками.

Сущность: корпус устройства разделен двойными перегородками на камеры обработки и камеру регенерации раствора с нижней подачей раствора в нее из последней камеры обработки. Между перегородками, отделяющими камеру регенерации от камеры обработки, расположена дополнительная перегородка, верхняя часть которой находится на уровне стенок корпуса устройства, а нижняя часть не доходит до дна на 1/5 1/8 высоты перегородок. Изобретение упрощает эксплуатацию устройства за счет организации естественной циркуляции раствора. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГИДРОМЕТАЛЛУРГИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ МАТЕРИАЛОВ, содержащее корпус, разделенные на камеры обработки и камеру регенерации раствора двойными перегородками, установленными с зазором и с возможностью последовательного перетока раствора из камеры в камеру, отличающееся тем, что оно снабжено дополнительной перегородкой, размещенной между перегородками, отделяющими камеру регенерации от камер обработки, и установленной с зазором с днищем, составляющим 1/5 1/8 высоты перегородок, и приспособлением для естественного перетока раствора из последней камеры обработки в нижнюю часть камеры регенерации. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что приспособление для естественного перетока раствора выполнено в виде ложного днища промежуточных камер обработки. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что камера регенерации раствора выполнена в виде электролизера. 4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что величина зазора между перегородками и между ложным днищем и корпусом составляет 1/10 1/12 длины корпуса.