Способ получения свинца
Изобретение относится к электрическому получению металлов электролизом. Сущность: свинец получают путем электролиза в электролите из расплава гидроксида натрия с растворенным в нем свинецсодержащим сырьем, в качестве которого используют кристаллогидрат оксида свинца (II) nPbO
H2O при 1 о С проводят электролиз. При электролизе на аноде выделяется кислород, а на катоде свинец, не требующий дальнейшего рафинирования и переплавки. Использование кристаллогидрата оксида свинца (II) в качестве свинецсодержащего сырья предотвращает осаждение натрия на катоде, поскольку вода, входящая в состав кристаллогидрата оксида свинца (II), разряжается на катоде при более положительном потенциале, чем ионы натрия. При истощении электролита по свинецсодержащему сырью на катоде наряду со свинцом будет выделяться газообразный водород, выделение пузырьков газа на катоде служит сигналом для очередной загрузки свинецсодержащего сырья в электролизер. Кристаллогидрат оксида свинца может вводиться в электролит в смеси с оксидами свинца. Содержание оксидов свинца в такой смеси находится в пределах 1-50 мас.
Пpимеры выполнения способа. Электрохимическая ячейка выполнена в виде стакана из алунда, в котором находились стальной катод, никелевый анод, расплавленный электролит и термопара.
П р и м е р 1. В стакан помещали обезвоженный гидроксид натрия NaOH и после его расплавления вводили кристаллогидрат оксида свинца (II)-nPbO
H2O 1 о С к электродам подключили источник постоянного тока и проводили электролиз в течение 2-3 ч при плотности тока на катоде 0,3-5 А/см 2 и плотности тока на аноде 0,6-4,5 А/см 2 . Напряжение на ячейке 3,5-4,5 В. По окончании электролиза извлекали металлический свинец. Зная количество выделившегося свинца и количество пропущенного электричества, рассчитывали выход свинца по току, который всегда превышая 90% а при n=2, J=4 А/см 2 , Т=550 о С, PbO=15% выход по току составил 97% П р и м е р 2. В стакан помещали обезвоженный гидроксид натрия /NaOH/ и после его расплавления вводили кристаллогидрат оксида свинца (II)-nPbOH2O 1 о С к электродам подключали источник постоянного тока и проводили электролиз в течение 2-3 ч при плотности тока на катоде 0,3-0,5 A/см 2 и плотности тока на аноде 0,6-4,5 А/см 2 . Напряжение на ячейке 3,5-4,5 В. В окончании электролиза извлекали металлический свинец. Зная количество выделившегося свинца по току.
Результаты экспериментов приведены в таблице.
Даже в случае содержания 50 мас. оксидов свинца в смеси, содержание воды в кристаллогидрате оксида свинца достаточно для того, чтобы недостатки прототипа были устранены.
Способ получения свинца в промышленном масштабе имеет преимущества перед используемым в настоящее время промышленным способом в улучшении санитарно-гигиенических условий труда и снижении загрязнений воздушного бассейна окружающей среды. Выделяющийся при электролизе кислород не содержит пыли свинца, что значительно упрощает очистку газов и достижению предельно допустимой концентрации по свинцу на рабочем месте.
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СВИНЦА, включающий электролиз в электролите из расплава гидроксида натрия с растворенным в нем свинецсодержащим сырьем, отличающийся тем, что в качестве свинецсодержащего сырья используют кристаллогидрат оксида свинца (II) n PbO H2O при 1 Изобретение относится к цветной металлургии, а именно к металлургии свинца
Источник
Способ электролитического получения свинца
Владельцы патента RU 2487199:
Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к получению свинца электролитическим способом. Способ включает электролитическое рафинирование свинца в расплаве галогенидов солей с использованием жидкометаллических катода и анода. При этом процесс электролиза ведут с применением одного и более биполярного электрода, в качестве которого используется жидкий свинец, при катодной плотности тока от 0,5 до 2,0 А/см 2 , анодной от 0,3 до 1,5 А/см 2 и температуре 450-600°С. Обеспечивается повышение степени очистки чернового свинца от примесей. 1 табл.
Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к получению свинца электролитическим способом.
Известен способ рафинирования висмутистого свинца (Делимарский Ю.К., Зарубицкий О.Г и др. Цветная металлургия, 1974, №15, с.23-25) [1]. Сущность известного способа заключается в очистке свинца посредством анодной поляризации в расплавленной эвтектической смеси PbCHl2 (18 мол.%) — ZnCl2 (30 мол.%) — KCl (52 мол.%) при плотности тока 0,38-0,40 А/см 2 в интервале температур 440-470°С. Данный способ характеризуется недостаточной глубиной очистки свинца, низкой производительностью процесса из-за низкой плотности тока, а также требует применения дорогостоящего реагента ZnCl2 и дополнительных энергозатрат в связи с необходимостью предварительной подготовки электролита.
Известен способ рафинирования свинца от примесей (RU 2291213, опубл. 2006 г.) [2]. Способ включает анодную поляризацию расплава, содержащего хлориды калия и свинца, при этом анодную поляризацию чернового свинца проводят при плотности тока 0,41-1,2 А/см 2 в интервале температур 480-700°С при концентрации KCl 30-50 мол. %. Расплав свинца помещают в электролизер с разделенными друг от друга катодным и анодным пространствами, при этом анодом служит черновой свинец, а катодом — графитовый электрод, расположенный над катодным пространством. В систему заливают расплав хлоридов калия и свинца и при наложении постоянного тока производят электролиз. Полученный на катоде свинец содержит, мас.%: 0,0001 Ag; 0,0005 Bi; 0,0005 As; 0,0007 Sn; 0,015 Sb. Применение в известном способе прямого одностадийного анодно-катодного рафинирования ограничивает возможность повышения чистоты катодного металла: полученный катодный металл по содержанию сурьмы не соответствует требованиям действующего стандарта. Кроме того, ведение процесса в интервале температур от 600 до 700°С вызывает интенсивное испарение компонентов расплава, что приводит к изменению состава и температуры плавления электролита.
Задача предлагаемого изобретения заключается в электролитическом получении металлического свинца с высокой степенью чистоты, без применения дорогостоящих реагентов и обеспечении надежности работы электролизера.
Для достижения поставленной задачи проводят электролитическое рафинирование металлического свинца в расплаве галогенидов солей с использованием жидкометаллических катода и анода. При этом процесс электролиза ведут с применением одного и более биполярного электрода, в качестве которого используется жидкий свинец, при катодной плотности тока от 0,5 до 2,0 А/см 2 , анодной от 0,3 до 1,5 А/см 2 , температуре 450-600°С.
Сущность способа заключается в следующем. Расплавленный черновой свинец помещают в анодную часть электролизера, свинец марки C1 — в биполярную и катодную части. При включении постоянного электрического тока поверхность чернового свинца приобретает положительный заряд, поверхность биполярного жидкометаллического электрода, контактирующая с анодным электролитом, — отрицательный заряд, а поверхность, контактирующая с катодным электролитом, — положительный заряд. Под воздействием электрического тока на аноде происходит растворение свинца до катионов Pb 2+ , которые переходят в солевой расплав, и осаждаются на отрицательно заряженной поверхности биполярного электрода. Далее процесс повторяется, и на катоде осаждается свинец, прошедший двойную электролитическую очистку. Таким образом, в отличие от способа [2], высокая степень очистки чернового свинца от примесей достигается за счет двойной электролитической очистки, достигаемой применением жидкометаллических биполярных электродов, количество которых можно изменять в зависимости от требуемой чистоты катодного свинца. Использование биполярного электрода обеспечивает последовательное уменьшение концентрации электроположительных металлов-примесей от анодного к биполярному и от биполярного к катодному жидкометаллическому электроду. Это позволяет применять более широкий интервал плотности тока. Исходя из этого, заявляемый интервал величин анодной и катодной плотности тока выбран в зависимости от концентрации электроположительного компонента сплава. Чем меньше концентрации металлов-примесей, тем выше будет значение плотности тока. Соответственно, при увеличении концентрации металлов-примесей необходимо уменьшить плотность тока. Рекомендуемый интервал плотности тока обусловлен с одной стороны скоростью процесса, с другой — чистотой катодного металла. Ниже ia 0,3 А/см 2 и iк 0,5 А/см 2 будет низкая производительность процесса, выше ia 1,5 А/см 2 и iк 2,0 А/см 2 — концентрация электроположительного компонента превысит допустимый уровень в катодном металле. При этом температурный интервал от 450 до 600°С, превышающий температуру плавления не более чем на 50°С, позволяет минимизировать испарение расплава.
Новый технический результат, достигаемый заявленным решением, заключается в повышении степени очистки чернового свинца от примесей.
Способ апробирован в опытно-промышленном масштабе и иллюстрируется примером практического применения. Электролитическое получение свинца осуществляли в электролизере, имеющем монолитно выполненный корпус, изготовленный из жаропрочного бетона. Внутреннее пространство корпуса разделено перегородкой на две части: анодную и катодную. Нижняя часть электролизера разделена бетонными перегородками по металлу на три части: анодную, биполярную и катодную — таким образом, что биполярный металл имеет контакт как с анодным электролитом, так и с катодным. Подвод тока к электродам осуществляется графитовыми стержнями. Загрузка, выгрузка металла и отбор проб для химического анализа осуществляется через алундовые трубы. Реализация заявляемого способа в электролизере предполагает последовательное выполнение следующих действий:
— начальная загрузка металла;
— подача токовой нагрузки на электроды;
— установка уровней анодного и катодного электролитов;
— загрузка чернового свинца;
— выгрузка катодного металла;
Опытные испытания способа проводили с токовой нагрузкой до 1 кА в течение 15 суток в расплаве из хлоридов калия и свинца при непрерывном контроле режимов процесса рафинирования.
Технологические параметры осуществления способа:
| анодная плотность тока | от 0,3 до 1,5 А/см 2 |
| катодная плотность тока | от 0,5 до 2,0 А/см 2 |
| токовая нагрузка | от 200 до 1000 А |
| — температура процесса | от 450 до 600°С |
Состав чернового свинца, мас.%: сурьма от 1,0 до 1,5; висмут от 0,01 до 0,02; мышьяк от 0,05 до 0,07. Результаты процесса электрорафинирования, включая химический состав исходных материалов и продуктов электрорафинирования, приведены в таблице.
Как видно из данных таблицы, полученный на катоде свинец содержал в мас.%: 2 , анодной от 0,3 до 1,5 А/см 2 и температуре 450-600°С.
Источник
Свинец способ получения электролиз
С.А. Абдулина, В.К. Манашева, Э. Садвакасов, Н. Булькубаева
Восточно-Казахстанский государственный технический университет,
г. Усть-Каменогорск, Республика Казахстан
Электроосаждение свинца из хлоридных растворов
Проблема извлечения свинца из различных свинецсодержащих материалов гидрометаллургическим путем продолжает оставаться актуальной.
Наиболее изученными и практически осуществимыми являются гидрометаллургические схемы, в которых в качестве выщелачивающего агента применяются концентрированные растворы хлористых солей натрия и кальция.
Для извлечения свинца из хлоридного раствора наиболее рациональным способом может быть электролиз с получением металла на катоде в виде некомпактного (рыхлого) осадка. Это позволяет вести процесс электролиза при повышенных плотностях тока и иметь сравнительно высокие технологические показатели.
Электролиз растворов PbCl2 с получением на катоде некомпактного осадка можно проводить в ваннах с растворимыми или нерастворимыми анодами.
Сущность процесса электролиза с растворимыми анодами заключается в том, что ванна с железными анодами и катодами заливается нейтральным свинецсодержащим раствором и электролиз ведется по принципу истощения раствора по содержанию свинца. В процессе электролиза с анода в раствор переходит эквивалентное количество железо.
Для проведения полупромышленных опытов на гидроустановке были смонтированы две винипластовые ванны. В днищах ванн имелись отверстия для выпуска отработанного электролита. В ванну помещались железные катоды и аноды, имевшие размер 750×500мм. В начальный период электролиза производился подогрев раствора в ванне острым паром, что устраняло выпадение из раствора кристаллов хлористого свинца. После электролиза катодный свинцовый осадок собирался со дна ванны, промывался и брикетировался на гидравлическом прессе.
На опытной установке было подвергнуто электролизу 2200л хлоридного свинцового раствора, полученного после выщелачивания сульфатного свинцового кека концентрированным раствором хлористого натрия.
Процесс электролиза протекал с высоким выходом по току и низким расходом электроэнергии. При плотности тока 200А/м выход по току составил 97-98% и расход электроэнергии 140-150кВт-ч/т. Напряжение на ванне при сравнительно большом межэлектродном расстоянии (15-17см) равнялось 0,55-0,6В, при сближении электродов до 7-8см напряжение снижалось на 0,2-0,3В.
Осадок свинца на катоде получался в виде крупнокристаллических блестящих наростов, которые по мере роста спадали на дно ванны. Свинцовый осадок легко промывался и хорошо брикетировался.
Ввиду значительного расхода анодного материала, а также необходимости очистки отработанного электролита от железа, этот метод может быть рекомендован для переработки свинцовых полупродуктов лишь в тех случаях, когда масштабы производства не особенно велики.
С этой точки зрения более перспективным является электролиз хлоридных растворов в ваннах с нерастворимыми анодами.
Были изучены условия электролиза растворов PbCl2 в ваннах с графитовыми анодами с получением на катоде некомпактного осадка свинца. Опыты проводились в лабораторных условиях при плотностях тока на катоде от 500 до 2000А/м 2 . Были также проведены опыты и при более высокой плотности тока, однако последние показали, что свинец выделяется на катоде в виде высокодисперсного осадка, частично взвешенного в массе электролита, и результаты электролиза в целом получаются неудовлетворительными.
В качестве материала катода были испытаны железные и свинцовые пластины. На железном катоде некомпактный осадок свинца удерживается слабо, и процесс электролиза протекает неустойчиво и при повышенном расходе электроэнергии.
При электролизе со свинцовыми катодами связь осадка с поверхностью электрода более прочная, поэтому величина действующей катодной поверхности оказывается больше, чем геометрический размер поверхности электрода, и выделение свинца из раствора фактически идет при плотности тока, которая намного ниже заданной (расчетной) плотности тока.
С увеличением плотности тока катодный выход свинца по току снижается (таблица 1). При повышении температуры выход по току возрастает, и особенно заметно в интервале 25-55 0 С.
Таблица 1 — Зависимость катодного выхода свинца по току от плотности тока (температура электролита 55 0 С ; количество электричества 1 А -час)
Источник
