Дослідження процесу електролітичного рафінування свинцю з метою його оптимізації

соиск. Борисенко В.В., проф. Рутковський А.Л.

Кафедра теорії та автоматизації металургійних процесів і печей.

Північно-Кавказький державний технологічний університет

Досліджено можливості отримання чистого катодного осаду в процесі електролітичного рафінування вісмутістого свинцю в кремнефторістоводородном електроліті.

В процесі електролітичного рафінування вісмутістого свинцю на поверхні розчиняється анода залишається пористий шар анодного шламу. В міру його збільшення відбувається забруднення катодного осаду домішками електропозитивні металів або механічним розпиленням шламу в електроліті і перенесенням його на катод.

При промисловому електролізі в серію включається послідовно кілька десятків електролізних ванн, що діють при постійній струмового навантаження і постійному напрузі на всій серії ванн. Для ванн серії встановлений цикл дії певної тривалості: від моменту завантаження ванн новими анодами до розвантаження з ванн анодних залишків і підготовки ванни до завантаження наступних анодів [1]. Оскільки величина напруги на ванні істотно збільшується в міру розчинення анодів і накопичення шламу, для збереження постійної сили струму і загальної напруги серії необхідно рівномірно розподілити в часі початок циклів роботи всіх ванн серії. При такій організації роботи отримання катодного металу заданої чистоти сильно лімітує продуктивність електролізу, оскільки наприкінці циклу збільшується перехід у розчин електропозитивні домішок, які накопичуються в шламі.

Недолік описаної організації роботи полягає в тому, що всі аноди ванн працюють при незмінною струмового навантаження, яка не повинна бути в кінці циклу вище певної межі, що забезпечує мінімально допустимий переклад домішок у розчин.

Дослідженнями процесу очищення свинцю від вісмуту [2] встановлено, що для отримання чистого катодного свинцю марки С0 по вісмуту необхідно мати падіння напруги в шарі шламу не вище 200 - 250 мВ. Для дотримання цієї умови технологію електролізу слід організувати таким чином, щоб сила струму ванни постійно знижувалася до кінця процесу.

Зниження сили струму в промисловій ванні важко здійсненне, однак можливі організаційні заходи, що перешкоджають збільшенню перепаду напруги в шарі анодного шламу вище допустимого рівня. На практиці одним із заходів, сприяють отриманню порівняно чистого катодного осаду, є очищення анода від нагромадилося шламу з поверненням анодів у ванну. Іншим - зміна анодів ванни в два, три прийоми. Перераховані вище способи пов'язані з великими додатковими витратами при виробленні анодів не більше 60 -. Запропонована нами організація роботи передбачає заміну частини анодів без необхідності проміжної очищення анодів від шламу.

Знову встановлені аноди, що не мають шару шламу, будуть працювати при більшій силі струму, ніж старі аноди з накопичилася шаром шламу. Цим досягається потрібний перерозподіл струму між анодами при незмінній силі струму ванни.

Для уточнення запропонованого режиму роботи ванни були поставлені дві серії лабораторних дослідів зі сплавами свинцю марки С0 і вісмуту марки ВИ-1. Електроліз проводили у ванні з органічного скла, куди поміщали 3 анода і 4 катода з свинцевого фольги. Перемішування електроліту здійснювали двома Аероліфт. Харчування струму проводили від селенових випрямляча, що дає при напрузі 6 В струм до 12 А. Падіння напруги в шарі анодного шламу вимірювали ламповим вольтметром з великим вихідним опором. Кожен анод екранованими проводами по черзі приєднували до вольтметр спільно з полуелементом, що давало можливість стежити за падінням напруги в шарі шламу з двох сторін на всіх анодах.

В роботі фіксували: загальну силу струму у ванні; величини сил струму в ланцюгах всіх анодів; час роботи кожного анода; тривалість процесу електролізу в цілому; температуру.

Результати однією з серії дослідів показані на рис. 1 і 2.

Рис. 1. Дослідження процесу електролітичного рафінування свинцю з метою його оптимізації.

Рис. 2. Зміна сили струму I і падіння напруги в шарі анодного шламу Dj при безперервному електролізі вісмутістого свинцю із заміною частини анодів.

В початку процесу електролізу всі аноди поміщали у ванну одночасно, і освіта шламу на поверхні анодів йшло приблизно з однаковими швидкостями, про що свідчать величини сил струму в ланцюгах анодів: 4,2 А - в ланцюгах першого анода; 3,8 А - в ланцюгах другого анода; 4,2 А - в ланцюгах третій анода.

Через 72 годин роботи, коли падіння напруги в шарі шламу на першому аноді досягло 125 мВ, замінили третій анод на новий. В результаті відбувся перерозподіл струму: 3,8 А - в ланцюгах першого анода; 3,5 А - в ланцюгах другого анода; 5,1 А - в ланцюгах третій анода (свіжого).

Таке розподіл струму пов'язано з різним електричним опором, внаслідок чого струм в ланцюзі третій анода після його заміни вище, ніж у ланцюгах анодів з шламом. Падіння напруги в шарі анодного шламу за такої організації роботи не перевищувала допустиму межу, що дозволило забезпечити 100% вихід кондиційного катодного осаду, зменшити вихід анодних залишків у середньому до 20%, і тим самим збільшити вироблення анодів до 80%.

Висновки: 1. У процесі електролітичного рафінування вісмутістого свинцю досліджені можливості організації роботи з низкою заміною анодів, що забезпечує 100% вихід кондиційного катодного осаду.

2. Вироблення анодів за запропонованою методикою досягає 70 - 80% в порівнянні з існуючої, що не перевищує 60%.

Список літератури

Баймак Ю.В., Журин А.І. Електроліз в гідрометалургії. М.: Металургія, 1963. С. 613.

Резниченко Л.І.// Изв. вузів. Цв. металургія. 1976. № 6. с. 130.

Для підготовки даної роботи були використані матеріали з сайту http://www.skgtu.ru/