УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОГО РАФИНИРОВАНИЯ СЕРЕБРА Российский патент 1998 года по МПК C25C1/20 

Изобретение относится к получению металлов электролизом с растворимым анодом и может быть использовано для электролитического рафинирования серебра.

Известна конструкция электролизера для непрерывного рафинирования серебра, содержащая корпус в форме цилиндра, анодные камеры, размещенные по периметру корпуса в виде съемных корзин-контейнеров, изготовленных из титана и загруженных насыпным черновым серебром, цилиндрический катод из нержавеющей стали, смонтированный между анодными камерами с возможностью вращения вокруг вертикальной оси, диафрагму, разделяющую катодное и анодное пространство, смонтированную на анодных камерах, и устройство для отделения катодного осадка с поверхности катода.

В известном электролизере в процессе электролиза черновое серебро растворяется в растворе, а на катод осаждается рафинированное серебро, которое непрерывно сдирается с поверхности катода и опускается на дно корпуса, а через отверстие в дне корпуса выгружается из электролизера, образующийся анодный шлам вместе с электролитом удаляется из электролизера через отверстия в дне анодных камер.

К недостаткам известного устройства относятся:
- высокая трудоемкость обслуживания (монтаж и демонтаж камер для загрузки чернового серебра);
- снижение эффективности процесса (удаление кристаллов серебра с катода на дно корпуса, что приводит к частичному растворению серебра в электролите и захвату загрязненного примесями электролита кристаллами серебра и необходимости тщательной отмывки для предотвращения загрязнения готовой продукции).

Известно также устройство для электролитического рафинирования серебра, которое принято за прототип, как наиболее близкое к предлагаемому техническое решение.

Известное устройство содержит электролитическую ванну, разделенную диафрагмами, расположенными между перфорированными стенками, расположенными на токоподводящих пластинах из кислотостойкого графита, и катодную камеру, в которой установлен цилиндрический катод с возможностью вращения вокруг горизонтальной оси между анодными камерами, специальную камеру для анодного шлама с электролитом, соединенную переточными отверстиями с анодными камерами, фильтр для отделения анодного шлама от электролита и возвращения его в катодную камеру, устройство для охлаждения электролита и скребок для отделения катодного осадка с поверхности катода.

В известном устройстве в процессе электролиза при растворении анода анодный шлам с электролитом поступает через переточные отверстия, выполненные в торцах анодных камер, в специальную шламовую камеру, соединенную с анодной камерой по типу сообщающихся сосудов, а кристаллы серебра осаждаются на цилиндрический катод, вращающийся вокруг горизонтальной оси между анодными камерами, и непрерывно сдираются с поверхности катода.

К недостаткам известного электролизера относится энергоемкость процесса и трудоемкость обслуживания, снижающая эффективность процесса вследствие несовершенства конструкции электролизера. Это связано с тем, что образование плотностей анодного шлама внутри насыпного анода приводит к обесточиванию части гранул анода, уменьшению интенсивности переноса ионов серебра на катодную поверхность и тем самым удлиняет процесс растворения анода, причем параметры электролиза по току возрастают.

Удаление анодного шлама с электролитом из анодных камер через переточные отверстия, выполненные в торцах анодных камер, в специальную камеру для шлама с электролитом, соединенную с анодной камерой по типу сообщающихся сосудов, не обеспечивает равномерного удаления шлама по всей поверхности насыпного анода и увеличивает трудоемкость на зачистку переточных каналов и перемешивание гранул для очистки от шлама. Отсутствие барботажа электролита в катодной камере и возможности изменения межэлектродного пространства приводит к понижению концентрации ионов в прикатодном пространстве, что удлиняет процесс электролиза по времени.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение эффективности процесса, а именно снижение энергозатрат и трудоемкости.

Поставленная задача решается за счет достижения технического результата, который заключается в упрощении конструкции электролизера.

Указанный технический результат достигается тем, что известное устройство для электролитического рафинирования серебра, содержащее электрическую ванну, анодную камеру с насыпным из чернового серебра анодом и токоподводящей пластиной, катодную камеру с цилиндрическим катодом, установленным с возможностью вращения вокруг горизонтальной оси, камеру для анодного шлама с электролитом и фильтр, согласно изобретению дополнительно содержит каретку, выполненную с возможностью перемещения в направлении поперечного сечения катода, на которой установлена анодная камера, катодная и анодная камеры снабжены диспергаторами, при этом камера для анодного шлама и электролита расположена под анодной камерой, токоподводящая пластина выполнена со сквозной продольной щелью, а диспергатор анодной камеры установлен над сквозной щелью с зазором и снабжен крышкой.

Сопоставительный анализ показывает, что предлагаемое устройство для электролитического рафинирования серебра отличается от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию "новизна". Каждый отличительный признак является существенным, т.к. отсутствие любого из них не позволит решить поставленную задачу.

Наличие каретки, выполненной с возможностью перемещения в направлении поперечного сечения катода, и размещение на ней анодной камеры обеспечивает возможность регулирования в процессе электролиза межэлектродного пространства и тем самым выдержать заданные токовые параметры процесса электролиза в зависимости от концентрации серебра в растворе, что, в свою очередь, позволяет снизить энергоемкость процесса.

Наличие в катодной камере диспергатора для барботажа воздухом электролита обеспечивает ускорение процесса электролиза по времени за счет равномерного распределения ионов серебра в прикатодном пространстве и постоянное осаждение серебра на катодную поверхность вращающегося катода, что в свою очередь позволяет снизить энергозатраты.

Расположение камеры для шлама и электролита под токоподводящей пластиной, выполненной со сквозной продольной щелью, над которой установлен диспергатор для барботажа воздухом шламового электролита в анодной камере, обеспечивает постоянное падение шлама сверху вниз через сквозную щель, что позволяет исключить образование плотностей анодного шлама внутри насыпного анода, обесточивание части насыпного анода, возрастание параметров по току и тем самым снизить энерго- и трудозатраты процесса электролиза. Кроме того, барботаж усредняет концентрации растворимого серебра в анодной камере и обеспечивает равномерный переход его в катодную камеру.

Расположение диспергатора анодной камеры с зазором над продольной щелью токоподводящей пластины и выполнение его с крышкой гарантирует постоянный равномерный поток шлама через сквозную щель токоподводящей пластины, что дает возможность дораствориться мелким частицам чернового серебра в шламовом электролите, что, в свою очередь, позволяет снизить трудозатраты и энергозатраты процесса электролиза.

Таким образом, все перечисленные признаки, а также компоновка устройства, позволяющая повысить технологичность процесса по загрузке чернового серебра и непрерывности процесса электролиза, позволяют снизить энергозатраты и трудоемкость процесса электролиза в целом.

Для доказательства соответствия изобретения критерию "изобретательский уровень" проводилось сравнение с другими техническими решениями, известными из источников, включенных в "уровень техники".

Предлагаемое устройство для электролитического рафинирования серебра соответствует требованию изобретательского уровня, т.к. совокупность его признаков обеспечивает снижение энергозатрат и трудоемкости процесса электролиза, что не следует явным образом из известного уровня техники.

Для доказательства критерия "промышленное применение" достаточно сказать, что прорабатывается вопрос об использовании предлагаемого технического решения на Щелковском заводе вторичных драгоценных металлов и на Приокском заводе цветных металлов.

На фиг. 1 изображен общий вид устройства; на фиг. 2 - то же, вид сверху.

Устройство содержит корпус электролитической ванны 1, часть днища которого выполнена наклонной, а с наружной стороны на боковых стенках выполнен пояс жесткости 2, на котором с возможностью движения в поперечном направлении установлена каретка 3 с анодной камерой 4, расположенной в электролитической ванне вдоль ее продольной стенки 5 и выполненной в виде герметической емкости, у которой одна продольная стенка, расположенная между внутренними поперечными перегородками 6 и внутренним ложным днищем 7, ограничена диафрагмой 8 и перфорированной стенкой 9, наружное днище 10 емкости выполнено наклонным, а по бокам емкости над ложным днищем выполнены камеры охлаждения 11, в одной из которых установлена насадка 12, подъемная труба 13 на фильтр 14 для отделения шлама от электролита, выход которого соединен с электролитической ванной, а вход - с камерой 15 для анодного шлама с электролитом, расположенной между ложным и наклонным днищем, при этом на ложном днище и уложенной на нем токоподводящей пластине 16 выполнена сквозная продольная щель 17, над которой установлен диспергатор 18 с крышкой 19 и анод в виде засыпки 20 гранул чернового серебра. Крышка 19 расположена по обе стороны продольной щели с зазором между нижней кромкой ее и поверхностью токоподводящей пластины, причем зазор меньше минимального размера гранулы (около 1 мм) чернового серебра.

Со стороны наклонного днища в электролитической ванне, выполняющей функции катодной камеры, установлен цилиндрический катод 21 с возможностью вращения вокруг горизонтальной оси. Внутри электролитической ванны - катодной камеры размещены в продольном направлении диспергаторы 22, выполненные, как и диспергатор 18, в виде трубы, один торец которой соединен с воздушной магистралью, а другой торец заглушен, по всей длине трубы с определенным шагом выполнены отверстия для прохождения воздушных струй для барботажа электролита. Над верхней частью катода 21 с опорой на корпус 1 установлен скребок 23 для снятия катодного осадка.

Устройство работает следующим образом.

Раствор (электролит) заливается через шланг, опущенный на дно корпуса 1. Гранулы 20 чернового серебра загружаются насыпью в анодную камеру 4, формируя растворимый анод. На электроды - цилиндрический катод 21 и токоподводящую пластину 16 подается, например от выпрямителя, ток для обеспечения процесса анодного растворения серебра. Между катодом и анодом через диафрагму 8 устанавливается электрический потенциал, обеспечивающий электроэкстракцию металла из раствора и перенос его на вращающуюся поверхность цилиндрического катода. Возможность изменения межэлектродного расстояния между вращающимся цилиндрическим катодом и анодной камерой посредством перемещения в направлении поперечного сечения катода каретки 3, на которой установлена анодная камера 4, осуществление барботажа товарного раствора воздухом диспергаторов 22 и шламового электролита воздухом диспергатора 18, обеспечивает непрерывное равномерное осаждение кристаллов серебра на поверхности цилиндрического катода, погруженного в товарный раствор - электролит при постоянной силе тока. С поверхности вращающегося цилиндрического катода кристаллы серебра снимаются скребком 23 в зоне, расположенной над электролитом.

В процессе растворения анода - гранул 20 чернового серебра в анодной камере 4 по всей высоте образуются шламы, которые постоянно движутся вниз к сквозной щели 17, защищенной воздушными струями диспергатора 18 от плотного завала шламами, а крышкой 19 - от плотного завала гранулами чернового серебра, через которую шламы с электролитом, проходя сквозную щель 17 в токоподводящей пластине 16, дорастворяются и засасываются из камеры для шлама с электролитом 15, например насадкой эрлифта 12, в подъемную трубу 13, проходящую через одну из камер охлаждения 11, которые с двух сторон охлаждают электролит анодной камеры, шламы с электролитом подаются на вход фильтра 14 для отделения электролита от анодного шлама. Фильтрат из фильтра 14 поступает назад в катодную камеру, циркулируя таким образом между камерой для шлама с электролитом 15, фильтром 14 и корпусом 1.

В процессе работы засыпка черновых гранул серебра 20 по мере растворения восполняется гранулами, анодные шламы снимаются с фильтра 14.

Предлагаемое устройство опробовано в условиях, приближенных к промышленным, при электролитическом рафинировании чернового серебра с массовой долей серебра 98%, золота 1,5% и 0,5% лигатуры.

В качестве электролита использовался раствор с массовой концентрацией, г/дм³: AgNO₃ 200-250; HNO₃ 2-5; Cu 40-50; Pt 0,01; Pd 0,25; Tl - 0,1. Опыты проводили при катодной плотности тока 500-700 А/м².

В лабораторных условиях установлено, что при электролитическом рафинировании исходного продукта в устройстве предлагаемой конструкции массовая концентрация серебра в готовом продукте составляет 99,996%, выход по току 99,93%, расход электроэнергии на получение 1 кг серебра не превышал 0,335 кВт•ч. По сравнению с прототипом расход электроэнергии на получение 1 кг рафинированного серебра уменьшается на 0,007 кВт•ч и увеличивается массовая концентрация серебра в готовом продукте на 0,002%, а выход по току на 0,03%.

Таким образом, предлагаемая конструкция устройства, обеспечивая возможность электролитического рафинирования серебра с высоким выходом готовой продукции, позволяет снизить энергоемкость и трудоемкость процесса.

Изобретение может быть использовано для получения металлов электролизом с растворимым анодом, для электролитическо- го рафинирования серебра. Устройство содержит электролитическую ванну, анодную камеру с насыпным из черного серебра анодом и токоподводящей пластиной, катодную камеру с цилиндрическим катодом, установленным с возможностью вращения вокруг горизонтальной оси, камеру для анодного шлама с электролитом и фильтр. Устройство дополнительно содержит каретку, выполненную с возможностью перемещения в направлении поперечного сечения катода, на которой установлена анодная камера, катодная и анодная камеры снабжены диспергаторами, камера для анодного шлама и электролита расположена под анодной камерой, токоподводящая пластина выполнена со сквозной продольной щелью, а диспергатор анодной камеры установлен над сквозной продольной щелью с зазором и снабжен крышкой. Устройство обеспечивает высокий выход готовой продукции, позволяет снизить энергоемкость и трудоемкость процесса. 2 ил.

Устройство для электролитического рафинирования серебра, содержащее электролитическую ванну, анодную камеру с насыпным из чернового серебра анодом и токоподводящей пластиной, катодную камеру с цилиндрическим катодом, установленным с возможностью вращения вокруг горизонтальной оси, камеру для анодного шлама с электролитом и фильтр, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит каретку, выполненную с возможностью перемещения в направлении поперечного сечения катода, на которой установлена анодная камера, катодная и анодная камеры снабжены диспергаторами, при этом камера для анодного шлама и электролита расположена под анодной камерой, токоподводящая пластина выполнена со сквозной продольной щелью, а диспергатор анодной камеры установлен над сквозной продольной щелью с зазором и снабжен крышкой.