ЭЛЕКТРОЛИЗЕР ДЛЯ ВЫДЕЛЕНИЯ ГАЛЛИЯ ИЗ РАСТВОРОВ Российский патент 2009 года по МПК C25C7/00 C22B58/00 

Изобретение относится к электролизерам для извлечения металлов из растворов на жидком металлическом катоде и может быть использовано для извлечения галлия из алюминатно-щелочных растворов глиноземного производства.

Известен электролизер для извлечения металлов из растворов на жидком катоде (Авторское свидетельство СССР №436872). Он состоит из корпуса, твердой вращающейся основы в виде вертикально установленного барабана с приводом вращения и крышкой из токонепроводящего материала, цилиндрической камеры с отверстием для анода, помещенного в диафрагму, двух камер, отстойника-разлагателя металла, трубок для циркуляции металла и раструба находящейся внутри барабана неподвижной рамы для торможения (перемешивания) раствора, кольцевого желоба, образованного верхней расширяющейся частью барабана и крышкой, патрубков и для ввода и вывода электролита, токоподводов, патрубков, по которым отсасывают газы,

Недостатком устройства является сложность конструкции и трудности в эксплуатации, именно поэтому данный аппарат не нашел применения в промышленности.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению (прототипом) является электролизер для электроосаждения галлия из алюминатных растворов (Зазубин А.И., Шалавина Е.Л., Романов Г.А., Иванова Г.А. Извлечение галлия из алюминатно-галлатных растворов глиноземного производства электрохимическими методами. В кн.: Излечение галлия, ванадия скандия из продуктов глиноземного производства. - Наука АН КазССР, Алма-Ата, 1969, с.39), включающий цилиндрический корпус с плоским горизонтальным дном.

Электролизер весьма прост по конструкции и состоит из цилиндрического корпуса с горизонтальным дном, анода, катодного токоподвода, и снабжен лопастной мешалкой с электроприводом. В рабочем состоянии корпус заполнен исходным галлийсодержащим раствором. В качестве катода использован жидкий технический галлий, располагающийся на дне, контактирующий с катодным токоподводом. Анодом служит никелевая пластинка, расположенная горизонтально над мешалкой. Поверхностный слой галлиевого электрода перемешивается с помощью мешалки, погруженной в галлий на 2-3 мм.

Поскольку мешалка погружена в галлий, то невозможно добиться эффективного перемешивания раствора по всему объему ячейки без диспергирования жидкого сплава. Для свободного вращения мешалки в пространстве между анодом и катодом неизбежно приходится увеличивать межполюсное расстояние, что в конечном итоге негативно сказывается на процессе электролиза, снижает производительность аппарата и выход по току, а также увеличивает шламообразование.

Галлиевый шлам - специфическая металлическая пастообразная масса, образующаяся в процессе восстановления галлия из промышленных растворов, содержащих микропримеси соединений ванадия, хрома, железа и т.п., не менее чем на 80% представлен галлием, но требует повторной переработки и дополнительных затрат.

Задачей изобретения является повышение производительности аппарата и выхода по току, а также снижение шламообразования при извлечении галлия на жидком галлиевом катоде из алюминатно-щелочных растворов глиноземного производства.

Получение технического результата достигается тем, что в электролизере для выделения галлия из растворов восстановлением на жидком металлическом катоде, включающем цилиндрический корпус с горизонтальным дном, имеющим катодный токоподвод и лопастную мешалку, анод выполнен в виде плоского кольца и расположен горизонтально между дном и мешалкой.

Размеры анода определяются соотношением:

где D₁ - внутренний диаметр корпуса;

D₂, D₃ - внешний и внутренний диаметры анода соответственно.

На фиг.1 схематически показан электролизер периодического действия для извлечения галлия из растворов.

На фиг.2 представлены гидродинамические линии тока при перемешивании раствора лопастной мешалкой.

Электролизер состоит из цилиндрического корпуса 1, плоского горизонтального дна 2, в котором имеется катодный токоподвод 3. Над катодным токоподводом размещен анод 4, выполненный в виде плоского кольца и расположенный горизонтально между дном 2 и мешалкой 5.

Работа аппарата осуществляется следующим образом.

В порожний аппарат заливают галлийсодержащий раствор 6 и такое количество жидкого галлия 7, которое необходимо для покрытия дна 2 электролизера и осуществления контакта с катодным токоподводом 3. Далее включают перемешивающее устройство с мешалкой 5, подают постоянный ток на катодный токоподвод 3 и анод 4 в соответствующей полярности и проводят электролиз. При интенсивном перемешивании раствора 6 жидкий галлий (катод) 7 также увлекается им в движение, что благоприятно сказывается на процессе электролиза, так как приводит к ускорению межфазного обмена, а отсутствие непосредственного контакта жидкого галлия 7 с мешалкой 5 снижает шламообразование. Выделяемый в процессе электролиза металл осаждается на катоде 7, постепенно увеличивая массу первоначально залитого в электролизер жидкого галлия. Осажденный металл является продукционным и отделяется от первоначальной основы жидкого катода 7 при разгрузке.

Разгрузку электролизера осуществляют с помощью вакуум-ресивера или иным способом. Процесс электролиза в электролизере может осуществляться как в периодическом, так и в непрерывном (с протоком раствора) режимах работы.

При перемешивании раствора 6 под действием центробежной силы жидкость отбрасывается лопастями мешалки 5 в радиальном направлении. В результате в электролизере возникают два тороидальных течения, разделенных плоскостью, в которой вращаются лопасти мешалки 5. Таким образом, в аппарате создается устойчивая циркуляция, визуально представленная на фиг.2. Анод 4, выполненный в виде кольца и расположенный горизонтально между мешалкой 5 и дном 2, незначительно нарушает гидродинамический режим, поскольку линии тока перемешиваемого раствора 6 практически беспрепятственно огибают анод 4. Практика металлургии галлия показывает, что такой характер перемешивания близок к оптимальному.

Выполнение анода 4 в виде плоского кольца и перемещение его под мешалку 5 позволяет значительно сократить межполюсное расстояние в электролизере и улучшить перемешивание, что на 5-10% увеличивает производительность аппарата и выход по току, а также на 15-20% снижает шламообразование. Таким образом, внесенные изменения в заявляемом электролизере положительно сказываются на процессе электролиза по сравнению с прототипом.

Изобретение относится к электролизеру для выделения галлия из растворов восстановлением на жидком металлическом катоде. Электролизер включает цилиндрический корпус с горизонтальным дном, имеющим катодный токоподвод, анод и лопастную мешалку. При этом анод выполнен в виде плоского кольца и расположен горизонтально между дном и мешалкой. Размеры анода определены соотношением: (D₁ ² - D₂ ²) / D₃ ²=0,5÷1,5, где D₁ - внутренний диаметр корпуса; D₂ - внешний диаметр анода; D₃ - внутренний диаметр анода. Техническим результатом изобретения является повышение производительности электролизера, выхода по току и уменьшение шламообразования. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Электролизер для выделения галлия из растворов восстановлением на жидком металлическом катоде, включающий цилиндрический корпус с горизонтальным дном, имеющим катодный токоподвод, анод и лопастную мешалку, отличающийся тем, что анод выполнен в виде плоского кольца и расположен горизонтально между дном и мешалкой.2. Электролизер по п.1, отличающийся тем, что размеры анода определены соотношением:

где D₁ - внутренний диаметр корпуса; D₂ - внешний диаметр анода; D₃ - внутренний диаметр анода.