Изобретение касается способа электрохимического разделения смесей и сплавов металлов.
Задачей изобретения является создание возможности .экономично, т.е. с минимальными затратами на технические вспомогательные средства и энергию, и наиболее полно отделять содержащиеся в отходах тяжелые металлы и регенерировать их для повторного использования так, чтобы их не нужно было складировать в месте хранения и там подвергать опасности окружающую среду,
В каждом случае при практическом исполнении изобретения могут использоваться электрохимические свойства рассматриваемых тяжелых металлов, в частности их электррхимическиё нормальные потенциалы по ряду напряжений. Это означает, что каждый металл в растворе своей соли металла замещается так называемым неблагородным металлом с меньшим электрохимическим потенциалом и выделяется в виде металла с захватом электронов, причем неблагородный металл растворяется как катион с отдачей электронов, - процесс, происходящий без подачи энергии извне.
На фиг.1 показана батарея последовательно соединенных отделительных ячеек;
00
ю
ю
Ч)
vl
ОС
на фиг.2 и 3 - отделительная ячейка, варианты выполнения.
Устройство для осуществления способа состоит из батареи последовательно соединенных отделительных ячеек 1-11 и установленного в конце электролизера 12. При этом каждая из ячеек 1-12 имеет вход 20 и выход 21, а также разгрузочное устройство 22 для отделенного металла.
Каждая ячейка (фиг.2) постоянно содержит металл Me с определенным электрохимическим потенциалом, уменьшающимся от ячейки к ячейке 1-11, согласно так называемому ряду напряжений, как показано на фиг.1 соответствующими символами. Эти металлы, кроме ртути, могут быть выполнены, например, в виде шариков. Эти шарики с диаметром, например, 3-5 см расположены неплотно с зазором между ними слоями друг возле друга и друг над другом и дают возможность протеканию электролита, который при этом омывает эти шарики,
Материал для изготовления ячеек и соединительных линий должен быть прочным и нечувствительным к электролитному растворителю. Для этого особенно предпочти- тельными оказались, некоторые синтетические материалы - полиэтилен и полипропилен. Однако могут использоваться и природные материалы с плотным резиновым покрытием.
Электролит получают анодным растворением разделяемых исходных смесей или сплавов, например металлов из использованных электрических батарей, электронных печатных плат и другого электронного скрапа, а также из изношенных холодильников и автомобилей в борофтористоводород- ной кислоте (HBF4), в которой растворяются почти все металлы.Этот электролитный раствор через вход 20 ячейки подается в первую ячейку 1 и затем последовательно проходит через ячейки 1-11, где он вступает в химически активное соприкосновение с содержащимся там металлом. При этом, например, в ячейке 1, содержащей ртуть/отделяется в виде металла растворенное в электролите золото, а эквивалентное количество ртути растворяется как катион. В ячейке 2, содержащей серебро, из электролитного раствора выделяется более благородная по сравнению с ним ртуть, а эквивалентное количество неблагородного серебра растворяется как катион. Затем оно выделяется в ячейке 3 с помощью меди, которая, в свою очередь, отделяется в ячейке 4 посредством свинца, и т.д.,пока выходящий из последней ячейки 11 электролитный раствор не будет содержать из тяжелых металлов только эквивалентное количество катионов цинка, ко торые затем в электролизере 12 электроли тически могут быть выделены в виде металлического цинка. Однако, также воз- можно химически регенерировать растворенный цинк, например, посредством осаждения в виде гидроокиси и восстановления в металлический цинк. В этом случае для разделения исходных смесей даже не
нужны затраты электроэнергии.
Еще менее благородные металлы с еще Меньшим электрохимическим потенциалом не могут непосредственно выделяться из
электролитного раствора и остаются в растворе в виде боратов фтора. Этот раствор выходит затем из устройства через последнюю ячейку. Он представляет собой в основном смесь щелочно-земельных и щелочных
металлов, как алюминий, магний, натрий, литий, которые в большинстве случаев присутствуют в исходных материалах в очень незначительных количествах и могут регенерироваться известными технологическими способами.
Если отделительный металл используется в виде шариков, расположенных неплотными слоями друг над другом, как в ячейках на фиг.2, то целесообразно предусмотреть
вибрационное устройство или. подобное, приводимое в действие время от времени, чтобы освобождать шарики от осаждаемого на их внешней поверхности металла и создавать свободные поверхности. Сами шарикн постепенно по мере растворения их металла уменьшаются в обьеме, что может привести к полному растворению. Выделенный и опускающийся вниз в ячейке металл затем отгоняется чаще всего в виде кристаллического осадка в разгрузочном устройстве 22..
Скорость реакции зависит от ионообменной поверхности для реакции и времени реакции и может быть ускорена посредством подогревания.
Вариант выполнения отделительной ячейки согласно фиг.З предназначен для использования у бинарных систем, однако также может применяться для непрерывного процесса. Ячейка состоит из трубчатого корпуса со входом 20 и выходом 21 для электролитного раствора и оборудована установленным по направлению потока за входом ячейки устройством 23 для дозиро.ванной подачи отделительного металла. Кроме того, она также имеет разгрузочное устройством 22 для отделенного металла и может быть снабжена, кроме того, фильтром 24 перед выходом 21 и мешалкой 25 на загрузочном устройстве 23.
Если в этой ячейке осаждается, например, свинец с помощью цинка, то посредством загрузочного устройства 23 в электролит, содержащий растворенный свинец и проходящий через ячейку, вносится мелкий порошок цинка, предпрчтитель- но, при помешивании с помощью мешалки 25 и в избытке таким образом, что достигается и поддерживается нужная температура реакции, однако предотвращается спонтанная реакция и перегревание. Путем соответствующего дозирования подачи порошка цинка можно определенным образом регулировать скорость хода реакции. Отгоняемый в разгрузочном устройстве 22 в виде кристаллического осадка свинец является почти-чистым и содержит менее 1% цинка, состоящего из невступившего, в реакцию порошка-цинка и вымываемого с помощью борофтористоводородной кислоты, в случае необходимости, с подогревом. На выходе 21 ячейки электролит более не содержит свинца, а эквивалентное выделенному свинцу; количество ионов цинка, затем или электролитически выделяется в виде металлического цинка, или химически выводится в осадок и подвергается дальнейшей переработке.
Фильтр 24 должен предотвращать за-, хват вивоенного в избытке порошка цинк а и осажденного свинца электролитом.;
Кроме того, по направлению потока за фильтром 24 и перед выходом 21 из ячейки j может быть предусмотрено аналитическое устройство 26, которое может работать не-j прерывно и постоянно контролировать npo-j ходящий поток электролита в отношении содержащихся ионов металла, в описывав- мом примере ионов свинца и цинка, поэто- му подача цинка может дозироваться в соответствии с этим, например, при появлении ионов свинца - повышаться.j
При определенных условиях в зависимости от природы перерабатываемого исходного материала может оказаться целесообразным выделять металлы н.е отдельно один за другим, как это иллюстриру-j ется на фиг.1, а группами металлов, причем j несколько металлов с одинаковым электро-) химическим потенциалом одновременно, замещаются одним или несколькими менее j благородными по своим электрохимическим свойствам металлами и выделяются, и j эта группа выделенных совместно металлов; затем разделяется электролитически или; другим известным металлургическим спо-; собом. Металлы, которые при этом аследст- , вне своего меньшего электрохимического потенциала снова переходят в раствор, могут затем повторно осаждаться на каком-либо соответственно менее благородном по
0
5
0
5
0
5
0
5
0
5
электрохимическим свойствам металле, Например, можно выделять одновременно из электролитного раствора первую группу благородных по электрохимическим свойствам металлов, как золото, ртуть, серебро и медь, с помощью свинца, а вторую группу менее благородных металлов, как свинец, никель, кобальт, кадмий, железо, хром, - с помощью цинка, который затем может выделяться непосредственно на катоде с помощью других, еще имеющихся металлов, как третья группа, или осаждаться химиче- . ски. Четвертая группа содержит только неблагородные металлы, которые не могут непосредственно выделяться из раствора, как алюминий, магний, натрий, калий, литий.
В зависимости от потребностей и цели эту разбивку разделяемых металлов можно делать более широкой или узкой на группы максимум с тремя катионами.
В каждой форме выполнения с помощью предложенных способа и устройства в любом случае возможно разделение смесей и сплавов металлов на основании разных электрохимических потенциалов их металлических компонентов без затрат энергии таким образом, что отдельные металлы могут направляться для утилизации, вследствие чего не только решается важная проблема защиты окружающей среды, но и достигается материальная польза.
Вследствие того что при применении предложенного в изобретении способа делается возможным полное разделение смесей и сплавов металлов и регенерация всех их компонентов, отходы, которые ранее были более или менее бесполезными, становятся ценным источником металлического сырья. С помощью изобретения может создаваться и поддерживаться замкнутый цикл имеющихся металлов, в котором только небольшие, неизбежные по технологическим причинам потери должны замещаться или пополняться..
Это рециклирование используемых материалов может предпочтительным способом происходить также у электролитного растворителя посредством того, например, что при использовании борофтористоводородной кислоты образующаяся снова во время электролиза цинка в электролизере в эквивалентном количестве кислота при необходимости после соответствующей очистки вновь направляется для получения электролита..
Формула изобретени я
1. Способ электрохимического разделения металлов, преимущественно из отходов, включающий их растворение в
растворителе и цементацию, отличающийся тем, что, с целью обеспечения селективного выделения металлов, в качестве растворителя используют борофтористо- водородную кислоту, а цементацию проводят последовательным контактированием полученного на предыдущей ступени раствора с металлами, имеющими уменьшающийся электрохимический потенциал.
2. Способ по п. 1, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что в качестве растворителя используют борофтористоводородную кислоту в си с ее солями.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что раствор направляют последовательно в несколько соединенных между собой ячеек с получением групп металлов.
4. Способ по пп.1 и 3, о т л и ч а ю щ и й- с я тем. что совместно отделенные в группы металлы разделяют электролизом с получением вновь растворенных металлов. .
5. Способ по пп.1 и 4, отличающий- с я тем, что растворенные металлы осаждают электролизом на катоде.
6. Способ по пп.1 и 4, отличающий- с я тем, что растворенные металлы осаждают химическим способом.
7. Способ по п.1,отличающийся тем, что использованную борофтористоводородную кислоту регенерируют и используют в качестве растворителя исходного сырья..
Использование: электрохимическое разделение смесей и сплавов металлов. Сущность: исходный материал растворяют в электролите, в качестве которого используют борофтористоводородную кислоту или смесь борофтористоводородной кислоты и ее солей, после чего проводят цементацию ступенчатообразно последовательным контактированием полученного на предыдущей ступени раствора с металлами, имеющими уменьшающийся электрохимический потенциал. Растворенные металлы осаждают электролизом на катоде или восстанавливают химическим способом. Раствор может быть направлен последовательно в нескояь- кр соединенных между собой ячеек с получением групп металлов. Совместно отделенные в группы металлы разделяют электролизом с получением вновь растворенных металлов. Использованную борофтористоводородную кислоту регенерируют и используют в качестве растворителя исходного сырья. 6 з.п. ф,-лы, 3 ил. 5 IS
i- Hg Ag Cu Pb 5n Ni Co CcT Fe Cr Zn
Au Hg Ag Си Pb Sn Ni . Co Cd ..Fe Cr 12 . /
oooooo
№.
Cr Q
21
-Me
22 Фи.
-Ь-HBI-Reoe/.
20-21
Т
| Заявка Франции №2550805, - кл | |||
| Машина для добывания торфа и т.п. | 1922 |
|
SU22A1 |
