Электрохимический способ восстановления металлов с переменной валентностью Советский патент 1982 года по МПК C25B1/00 C01G43/00 C25C1/22 

1

Изобретение относится к гидрометаллургии металлов, обладающих переменной валентностью, и может быть использовано vB металлургической и химической промышленности.

В современной гидрометаллургии металлов, обладающих переменной валентностью, широко используется электрохимический способ их восстановления в водных растворах электролитов с.целью получения низких валентных форм и их соединений, наиболее пригодных для аффинажных и других процессов.

Известен электрохимический способ восстановления металлов с переменной валентностью, в частности урана, в электролизере с диафрагмой, разделяющей анолит и католит, с использованием искоаного раствора в качестве католита СП.

Для известного способа характерны .следуюише электрохимические реакции: на катоде: , .

иОз «е

с последующей химической реакцией

- иОа - -2НгО на аноде: .,

2 НзО + А 2 есуммарная электрохимическая реакция

иоГ

в табл. 1 приведены основные показатели известного способа восстановления сульфата уранила до урана (1У) в серно10кислом растворе с: концентрацией HjSCW 58 г/л и концентрацией урана (1У) 70 г/л.фи t 41°С.

Данные табл. 1 показывают, что затраты электроэнергии на восстановление

5 1 кг и (1У) составляют 1,244 - 2,6 кВт- ч при изменении плотности тока 200 - 800 А/м.

Однако известный электрохимический способ восстановления металлов из-за

20 высоких затрат электроэнергии остается дорогостоящим. Снизить затраты электроэнергии за счет изменения режимов электролиза практически невозможно. Целью изобретения является снижений напряжения на электролизере. Указшшая цель достигается электрохимическим способом восстановления металлов с переменной валентностью в электролизере с диафрагмой, разделяющей анолит и католит, с исполызованиек исходного раствора в качестве катсшита, причем iqjouecc восстановления ведут при. одновременной подаче сернистого ангидрида в анолит и католит. Способ осуществляют в диафрагменном электролизере, а сернистый ангидрид подают одновременно в катодное и анодное пространство электролизера, В католит газ барботируют через раствор электролита, а в анолит через пористую стенку газопроницаемого графитного анода, рабочий слой которого промотирован платиновым катализатором от 1 до 2 мг на 1 см. В качестве катода используют свинец ют и графтйрованную ткань ТВШ-8О Электрохимический способ осуществляют согласно одновременному протеканию следующих реакций,, например для восстановле1шя сульфата уранила до урана (УХ): на катоде: - Н - -и -2НзО на аноде: ) Ре .суммарная peajfotHH;. иОг. Данные-реакции дают возможность снизить равновесный потенциал в 1федложенном способе более чем в два раза. . Пример 1. Электрохимическому восстановлению подвергают водный раствор католита, содержащий сульфат. уранила с концентрацией 70 г/л ОСУ) и 50-6О г/л избыточной серной кислоты, через который непрерьтно подают газообразный сернистый адгидрид и поддерживают концентрацию газа 5-10 г/л. В исходный раствор анолита с концентрацией 80-100 г/л Н)Ог непрерывно подают газообразный сернистый ангигц)ид через пористую стенку графитного анода, 1ричем скорость его подачи определяется плотностью анодного тока. Плотность ано ного, и катодного тока поддерживают в 15)еделах 500 - 2ООО А/м, 1федпочтительно до 1ООО А/м. Напряже}ше на. электролизере находится в пределах 1,4 2.3 В при 40-50 С. Основные показатели способа представ лены в табл. 2. Пример 2. Осуществляя операции, как указано в примере 1, подают исходный раствор католита с концентрацией Рвэ,(ЗОг)а 4О г/л, серной кис- . оть iO-2O г/л и сернистого ангидрида, на электрохимическое восстановление e - Fe. В качестве анолита подают раствор, содержащий 70-80 г/л серной кислоты и газообразный SO. Электролиз ведут при плотности тока 20О 1000 А/м и напряжении 1,2 - 2,1 В. Затраты электроэнергии на восстановление 1 кг Fe при плотности тока 500 А/м составляют 1,27 кВт-ч ; при плотности тока 1ООО 1,53 кВт.ч. Пример 3. Осуществляя операции, как указано в примере 1, подают исходный раствор католита с концентрацией СИ 30 г/д в виде Сг g (60)0,. Концентрация свободной серной кислоты 801ОО г/л, а сернистого ангидрида 5-1Ог/л. Электролиз ведут при плотности тока 300 - 10ОО А/м и напря кении 1,28 1,65 В. Выход продукта по току 70 8О%, а затраты 1 кг 1,51 кВт. ч. Пример 4. Осуществляя операции, как указано в примере 1, подают исходный раствор католита с концентрацией 45-50 г/л в виде сульфата титанила. Содержание свободной серной кислоты 1ОО-125 г/п, а сернистого ангидрида 5-7,5 г/л. Электролиз ведут TSpK плотности тока 2000 - 1ООО А/м и напряжении 0,85 - 1,24 В. Выход по току 68-75%, а затраты электроэнергии на 1 кг Ti 0,5 0,7 кВт-ч. Пример 5. Осуществляя опера1Ц1И, как показано в примере 1, подают исходный раствор католита с концентрацией плутония 40-45 г/л а виде сульфата плутонила. Концентрация свободной серной кислоты в католите 85-1ОО г/л, а содержание сернистого ангидрида 56 г/л. Электролиз ведут при плотности тока 250 - 1000 А/м и напряжении 1,8 - 2,2 В. Выход по току PU составляет 62 1-75,5%, .Затраты электроэнергии на получение 1 кг Ри 1,15 - 1,2 кВт .ч. Предложе1 шый электрохимический способ восстановления ионов металлов в водных растворах электролитов позволяет в 3-4 раза снизить напряжение на электролизере и, следовательно, затраты электроэнергии по сравнению с известным способом. Кроме того, способ позволяет получать восстановленный металл высокой чистоты и одновременно серную кислоту, которая может быть использована в 15 оизводстве,

Та б, липа 1

Формула изобретения

Электрохимический способ восстановления металлов с переменной валентностью в электролизере с диафрагмой, раз- 35 деляющей анолит и католит, с использованием исходного раствора в качестве като- лита, отличающийся тем, что.

Таблица 2

с целью снижения напряжения на электро-. лизере, процесс восстановления ведут при одновременной подаче сернистого адгидрида в анолит и католкт. Источники информации, принятые во внимание экспертизе

1. Журнал прикладной химии, 1972, т. 45, с. НО,