Электролизер для выделения металлов из водных растворов Советский патент 1992 года по МПК C25C7/00 

Изобретение относится к цветной металлургии, а именно к оборудованию гидрометаллургических предприятий, и может быть использовано для электролитического выделения металлов из водных растворов.

Известны электролизеры для электролитического выделения металлов из водных растворов ящичного типа с чередующимися неподвижными парами катодов и анодов, в каждой из которых один из электродов закреплен стационарно, а другой периодически извлекается из аппарата для удаления с его поверхности требуемого продукта (Основы металлургии, т. VII. Технологическое оборудование предприятий цветной металлургии. Под общей ред. И.А. Стригина. М.: Металлургия, 1975, с. 1008). Однако для получения металлов, образующих на катодах губчатые осадки, относительно прочно связанные с поверхностями электродов(напри- мер, свинец), аппараты такого типа малопригодны, так как в процессе электролиза происходит быстрое зарастание межэлектродного пространства губчатым металлом, вследствие чего начинается обратное растворение получаемого продукта и возникают короткие замыкания между электродами.

Наиболее близким к предлагаемому по своей технической сущности является электролизер для катодного осаждения металлов из водных растворов, представляющий собой ванну ящичного типа, в которой чередуются аноды и вращающиеся на общем металлическом валу катоды. Токоподводом для катодов служит вал вращения со специальным токоподводящим устройством, для анодов - специальная шина, проходящая вне ванны. Для обеспечения непрерывности работы аппаратов в нем имеются коллектор питания и желоб-сборник отработанного электролита. С целью непрерывного удаления из электролизер;) катодного продукта аппарат снабжен ,-ожами, закрепленными на крышке электролизера

СП

с

vj -Ч О Ь

сл о

2. Аппарат работает следующим образом: в межэлектродное пространство ванны через коллектор питания осуществляют непрерывную подачу свежего электролита с выводом отработанного раствора через желоб-сборник. Скорость подачи электролита выбирают таким образом, чтобы кислотность отработанного раствора поддержива- лась на постоянном уровне, соответствующем концентрации, необходимой для возможного повторного использования электролита в производственном цикле. При непрерывном вращении катодов входе всего процесса электролиза происходит срезание ножами слоя катодного губчатого металла, который тем самым постоянно удаляется из аппарата, чем предотвращается его обратное растворение в электролите и возникновение между электродами коротких замыканий.

Однако электролизеры такого типа малонадежны в эксплуатации. В первую очередь это объясняется сильными перегревами токоподводящих устройств, вызываемыми значительным тепловыделением при протекании через них большой токовой нагрузки, так как при параллельном подсоединении электродов ее величина определяется из общей рабочей площади электродов. Кроме того, еще одной причиной снижения надежности работы аппарата данной конструкции является трудность обнаружения в нем периодически возникающего явления анодной пассивации, при которой происходит прекращение выделения продуктов электролиза на электродных парах, включающих запассивированный электрод, что приводит также к снижению степени использования объема аппарата. Подаваемая токовая нагрузка при этом вследствие шунтирующего действия токо- подводов и электролита распределяется между оставшимися рабочими электродами, что приводит к повышению на них плотности тока, величина которой может превысить оптимальные значения со снижением таких эксплуатационных характеристик, как выход по току и степень использования электроэнергии.

Целью настоящего изобретения является повышение надежности работы электролизера и его эксплуатационных характеристик.

Поставленная цель достигается тем, что в известном электролизере, включающем ванну с крышкой, вращающиеся на общем валу электроды, токоподводы, систему питания электролитом, ножи для срезания катодного осадка, закрепленные на крышке аппарата, согласно изобретению электроды

соединены попарно металлической втулкой, помещенной на валу вращения, изготовленном из диэлектрического материала,а ванна снабжена перегородками,

выполненными из диэлектрического материала и установленными внутри спаренных электродов.

В источниках научно-технической и патентной информации технических решений

0 со сходными признаками не обнаружено.

Будучи соединенными между собой металлической втулкой каждая пара электродов, находясь на диэлектрическом валу, изолирована друг от друга. При подаче на

5 крайние электроды электрического напряжения эта пара начинает работать как один биполярный электрод: на одном диске протекают анодные процессы, а на другом - катодные. Величина токовой нагрузки в

0 этом случае определяется только рабочей площадью одного электрода, так как электрический ток при этом проходит через все электроды последовательно, осуществляя полезную работу на каждой паре. Кроме то5 го, вследствие изоляции электродов друг от друга исключается шунтирующее действие токоподводов. Наличие же в ванне перегородок, изготовленных из диэлектрического материала практически устраняет шунтиру0 ющее действие электролита. Таким образом электрический ток проходит только через электроды. Последовательное соединение электродов при этом способствует тому, что в случае возникновения анодной пассива5 ции, сопровождающейся ростом электрического напряжения на запассивированном электроде, происходит рост напряжения на всем электролизере, который может быть легко зафиксирован известным способом.

0 На фиг. 1 схематично изображено расположение основных узлов электролизера; на фиг. 2 - схема соединения электродов и вала вращения.

Электролизер включает ванну, состоя5 щую из корпуса 1 с крышкой 2. Вдоль всей ванны проходит вал вращения 3, выполненный из диэлектрического материала (винил ласт, фторопласт и т.п.). Для вращения вала к нему подсоединен электромеханический

0 привод 4. На валу вращения помещены спаренные электроды 5, состоящие из двух дисков 6, соединенных между собой металлической втулкой 7, жестко закрепленной на валу. К наружным поверхностям

5 крайних электродов присоединены токоподводы -скользящие контакты 8. На крышке электролизера 2, выполненной с прорезями для вращения дисковых электродов, установлены желобчатые ножи 9, режу- щая кромка которых плотно при/егает к

катодным поверхностям электродов. Угол установки ножей по отношению к поверхности электродов выбирается из условия обеспечивания перемещения срезаемого катодного осадка под действием собствен- ной тяжести. Внутри ванны установлены на всю глубину вертикальные диэлектрические перегородки 10, делящие межэлектродное пространство на изолированные секции. Высота перегородок должна превышать уровень электролита в ванне, Для обеспечения непрерывной работы аппарата в нем имеется система питания (на рис. условно не показана): коллектор питания и желоб- сборник отработанного электролита.

Работа электролизера осуществляется следующим образом.

В межэлектродное пространство ванны через коллектор питания непрерывно под- ают свежий раствор, который, проходя через аппарат, выводится в желоб-сборник отработанного электролита. Скорость подачи раствора выбирают таким образом, чтобы кислотность отработанного электролита соответствовала требуемой для его повторного использования в производственном цикле. Во избежание локальных застоев электролита подачи раствора осуществляют в каждую секцию ванны отдельно от осталь- ных. Через скользящие контакты токопод- водов 8 на крайние электроды подают токовую нагрузку. В течение всего процесса при помощи электромеханического привода 4 осуществляют вращение вала 3 с за- крепленными на нем спаренными электродами 5. По мере накопления на анодных поверхностях продуктов электролиза, а также при запассивировании анодов, они извлекаются из ванны и направляются на регенерацию, а на их место ставятся свежие. Запассивирование анодов определяют по резкому повышению напряжения на ванне с помощью контрольного вольтметра. При этом визуально опре- деляют запассивированный анод (в случае электролиза свинцовонитратных растворов

признаком запассивирования анода является газовыделение не нем).

Срезаемый при вращении электродов ножами слой катодного губчатого металла под действием собственной тяжести собирается в специальном приемнике и после брикетирования направляется на получение товарного металла. При накапливании в электролизере шламов, кусочков отслоившейся губки, а также при аварийных ситуациях при механическом разрушении электродов процесс останавливают и сливают электролит.

По сравнению с прототипом электролизер предлагаемой конструкции обладает следующими преимуществами:

-снижены энергозатраты на тепловыделение за счет снижения токовой нагрузки и числа токоподводов;

-повышается общий выход по току и степень использования электроэнергии за счет устранения шунтирующего действия токоподводов и электролита;

-повышается надежность работы аппарата за счет предотвращения перегревов токоподводов, а также за счет обеспечения возможности своевременного обнаружения анодной пассивации электродов.

Формула изобретения Электролизер для выделения металлов из водных растворов, содержащий ванну с крышкой, вал, установленный с возможностью вращения, электроды, закрепленные на валу, ножи для срезания катодного осадка, закрепленные на крышке, и токоподвод, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности электролизера и снижения энергозатрат, он снабжен диэлектрическими перегородками и установленными на валу металлическими втулками, электроды попарно соединены втулками, диэлектрические перегородки установлены внутри спаренных электродов с исключением возможности перетекания электролита через них, вал выполнен из диэлектрическо го материала, а разные полюса токоподвода подсоединены к крайним электродам.

VueJ

Сущность: в ванну электролизера устанавливают с возможностью вращения вал. выполненный из диэлектрического материала. На валу закрепляют электроды и соединяют их попарно металлическими втулками. Внутри спаренных электродов размещают перегородки из диэлектрического материала. Причем высота перегородок должна превышать уровень электролита. Крайние электроды подключают к разным полюсам источника тока. Ванну закрывают крышкой, на которой закрепляют ножи для срезания катодного осадка, Устройство электролизера устраняет шунтирующее действие токо- подводов и электролита, что повышает его надежность и снижает энергозатраты. 2 ил.