BG110844A

BG110844A - Метод и устройство за електроекстракция на цинк от сулфатни разтвори

Info

Publication number: BG110844A
Application number: BG10110844A
Authority: BG
Original assignee: "Кцм" Ад; Енчев Иван
Priority date: 2011-02-04
Filing date: 2011-02-04
Publication date: 2012-10-31
Also published as: WO2012103606A2; WO2012103606A3; US20130319877A1; CN103687981A; JP2014504678A

Abstract

Изобретението се отнася до метод и устройство за електроекстракция на цинк от сулфатни разтвори. Електролизьорът за екстракция на цинк съгласно изобретението включва вана-реактор (5), която е снабдена с токоподвеждащи шини (6), тръбопровод от две тръби (1) за захранване с електролит, катоди (3), аноди (4), пластмасови лайстни (8) по височина на анодите (4), преливник (2) за изход на самотек. Катодите (3) са с площ 3,5-10 m2. Височината на електролизьора е поне два пъти по-голяма от ширината му, а дължината му е зависима от броя на електродите. Дъното на електролизьора е разделено с жлеб (11) по дължината на ваната (5). Методът, изпълняван посредством електролизьора съгласно настоящото изобретение, се състои от етапите: подаване на работен електролитен разтвор, съдържащ цинк, сярна киселина ~ 120-200 g/l и по избор добавки при температура на вход 25-32 градуса С и на изход 36-38 градуса С, с налягане 1,5-2 at, по тръбопровод (1) във ваната-реактор (5) и на електроенергия по шините (6)</B561>

Description

Изобретението се отнася до метод и устройство за електроекстракция на цинк от сулфатни разтвори.

Предшестващо състояние на техниката

Известни са различни методи и устройства за електролизно получаване на цинк като

% от неговото производство се реализира чрез хидроелектрометалургия. В класическите електролизни вани процесът се извършва с плътност на тока ~ 400 4- 600 А/м , катоди с площ ~ 1,0 4-1,6 м и отделяне на цинка от матриците ръчно на 24 часа. Новост в тази насока, която започна приложението си преди приблизително 25 години, са така наречените „Джумбо вани и електроди с площ ~ 2,60 4- 3,40 м², заредени от по ~ 80 4

120 бр. катоди на вана. Тази технология сега се използва от модерните цинково електролитни заводи като здирането на цинка се извършва механизирано с различни устройства на всеки 48 часа при разход на енергия ~ 3100 4- 3500 квтч/т.

Недостатък на всички известни процеси и апарати, независимо от увеличената относителна производителност, се явява основният показател за ефективност при електроекстракция на метала, а именно разходът на електроенергия. Последният представлява ~ 70 % от всички преработвателни разходи за извличането на цинка, наред с тези за електродното стопанство, охлаждането на

електролита, разхода на труд, консумативи и др.

Техническа същност на изобретението

Същността на метода и устройството, съгласно изобретението, или новата технология и устройство за електроекстракция на цинк се състои в създаване на ново поколение електролизьори, разглеждани като своеобразни реактори. Това се диктува от процеса, който е сложна функция от електропотенциали, оксиредукционни актове и хидро-аеродинамична среда, при което ваната (реактора) условно е разделена на горна и долна и, съответно, лява и дясна симетрични зони. Този дизайн и съответно процес са съобразени с електродните потенциали, производителността, електродната конфигурация, фиксация и позициониране на катодите и анодите, тяхното оформяне и обработка, циркулационната система на електролиза и др. фактори.

Освен това, отделящите се газове - кислород на анодите и водород на катодите.

• · създават своеобразен „кипящ слой” и допринасят за движението на електролита отдолу нагоре между електродите и обратно в страни от тях. При това, подаването на свежия разтвор с налягане — 1,5 ч- 2,0 атм, отвеждането му чрез преливник като отработен и анодните фиксатори влияят благоприятно на движението на разтвора (Фиг.2, [а] [б]).

.Принципно електролизьорът може да се оформи и по дължина от две свързани с преливник вани, захранвани от обща циркулация, така че скоростта на последната се удвоява и може да се поставят още катоди и аноди допълнително (Фиг.5, [а] [б]).

Целта на метода и устройството, съгласно изобретението за ново поколение електроекстракция на цинк, е, при запазване на високата производителност, да бъде повишена ефективността на процеса чрез намаление на енергийния разход е ~ 20 4- 30% и свързаните с това други преработвателни разходи като цяло при съпоставими

инвестиционни разходи за строителство, машини, съоръжения и монтаж (инженеринг).

Това се постига чрез въвеждане на един нов дизайн на електролизната вана и, съответно, на заредените в нея електроди в сравнение със съществуващите такива досега.

Характерното в случая е, че при запазване относително на приетата в практиката ширина и дължина на електролизьора неговата височина се удвоява, т.е. оформя се вече споменатата горна и долна зона (фиг.1). Това позволява да се увеличи ефективната площ на електродите като за един катод тя е минимум 3,5 m2 и максимум ~ 10 m2, която промяна е съобразена е особеностите на процеса, неговите параметри и т.н., „разсейваща способност на електролита. Така използваната плътност на тока до 500 А/м2 може да бъде намалена на

250 4- 300 А/м2, което води до намаление на електродните потенциали, съответно на разхода на енергия, без да се влияе на високата производителност при периодично отлагане от 48 до

часа. Това изменение в конфигурацията на ваната и електродите обуславя промени в други параметри, което е отбелязано в приложените фигури.

Общият вид на устройството е даден на Фиг.1, а неговите проекции - на Фиг.2 [а], представляваща ваната-реактор 5, снабдена с токоподвеждащи шини 6, тръбопровод 1 за захранване е електролит и е заредена е необходимите за процеса катоди 3 и аноди 4. Електроекстракцията се реализира чрез подаване на работния разтвор по тръбопровода 1 е налягане ~ 1,5 4- 2 атм и на електроенергия по шините 6. Електролитът постъпва във ваната чрез две тръби 1 на самотек в горния край и средата (Фиг.2а) и напуска реактора от другия край чрез преливник 2 по цялата му ширина (Фиг.2б). Подаваният ток се разпределя между електродите - катоди 3 (от Фиг.2) и аноди 4 (от Фиг. 2) и така се провежда електролизния процес е плътност на тока ~ 250 4- 500 А/м . Температурата на електролита на вход във ваната е ~ 25 4- 30°С и съответно на изход ~ 36 4- 38°С при съдържание на сярна киселина • ·

~ 120 до 200 г/л. Циркулацията на електролита се поддържа със скорост от ~ 1,5 ч- 3 обема на вана в час като междуелектродното разстояние е 80 ч- 86 мм.

Използваните аноди 4 (Фиг. За и Фиг. 36) са оловни, с ~ 0,5 ч- 1,0% Ag (лети или валцовани) като са оформени от две симетрични платна, медна щанга 7 за поддържане във ваната и подаване на тока и пластмасови лайсни 8 за фиксация (линейна скорост ~ 0,15 ч

0,30 м/мин).

На фиг.4 е дадена пластмасовата лайсна в две проекции, която се закрепва по двата края на анодите и спомага за тяхното точно позициониране във ваната. При това, анодите са оформени така, че тяхната ефективна площ се увеличава благодарение на вертикално рифелованата им повърхност по височина (Фиг.Зб) при дебелина на анода ~ 12 ч- 18 мм.

Вариант на предлаганото устройство, съгласно изобретението, е сдвоеният

електролизьор или свързването на две вани в обща система (Фиг. 5а и Фиг. 56). В този случай електролитът постъпва във ваните по две тръби 1 от горните им части, или общо по четири броя тръби (Фиг. 5), електрозахранването е с отделни шини за двата обема на сдвоената вана, при което отработеният разтвор напуска първата вана по цялата й ширина на самотек в горната част и чрез сифон-преливник постъпва във втората вана отдолу нагоре (позиция 9 на фиг.5)

Дъното на електризьора (фиг. 2а) е разделено по дължина на ваната с жлеб 11 и позволява отстояването на електродния шлам (относително тегло ~ 5 г/см ) и неговото периодично почистване, докато анодните повърхности се почистват вън от ваната чрез подходяща обработка (в т.ч. разтвор на феросулфат) и събиране на шлама (над 60 % МпО₂) за използването му като окислител. Очистването на анодите се реализира в разтвор на

феросулфат с последваща обработка с ротационни четки и воден душ под налягане, при корекция на анодното платно само при необходимост чрез подходящо „пресоване.

Пояснение на приложените фигури

Фиг. 1 - Общ вид на устройството от настоящото изобретение;

Фиг.2а - Устройството, представено в три проекции, от настоящото изобретение;

Фиг.2б - Преливник на електролита от настоящото изобретение;

Фиг. За и 36 - Оловен анод за електроекстракция на цинк от настоящото изобретение;

Фиг.4 - Лайсна-фиксатор от пластмаса (PVC, PPL и др.) за фиксация на електродите от настоящото изобретение;

Фиг. 5а и 56 - Друг вариант на сдвоена вана от настоящото изобретение з

Примери за изпълнение на изобретението

Пример 1

Електроекстракцията се реализира в електролизьор с обем ~ 30 m3, височина ~ 3,5 м и ширина ~ 1,6 м, с 60 броя катоди 3, всеки с площ ~ 6 m2. Подаваната плътност на тока е ~ 300 А/м², при което електролитът постъпва във ваната-реактор 5 от две (дифузорни) тръби 1 със скорост ~ 500 700 л/мин и излиза по цялата й къса част чрез преливник 2. Оловните аноди 4 са оформени от две симетрични части и повърхността им е изготвена като стъпаловидни улеи със скосена долна част, като минимум на 80 % в краищата на анода 4 има фиксатори, които се допълват от пластмасови шайби 10 в средата и долния край на анода 4. Смесеният електролит постъпва в реактора с 70 г/л цинк и 180 г/л сярна киселина и температура ~ 30°С и на изход ~ 37°С с необходимите добавки, при което рандемана е

около 90 %, а разхода на енергия ~ 2600 квтч/т цинк. Продължителността на катодния цикъл е ~ 72 ч, а чистотата на метала е 99.995 % Zn.

Пример 2

Процесът се осъществява в сдвоен електролизьор, оформен от две вани с междинна преграда и свързани чрез сифон по цялата им ширина. Ваните са заредени с по 62 бр. катоди всяка, т.е. ~ 124 бр. с площ ~ 6 м всеки като циркулацията се постига с 4 бр. тръбидифузьори по два броя на вход от горните им части и средата и прелива помежду им отгоре надолу със скорост ~ 800 4-1200 л/минута. Конфигурацията на анодите и фиксаторите е

Λ както в Пример 1. Плътността на тока е ~ 300 А/м , а цикълът на отлагане на цинка е 72 часа. Рандеманът е ~ 90%, разходът на енергия ~ 2700 квтч, чистотата ~ 99,995 % Zn при

същия електролит. Ефективната очистка от шлам е на ~ 30 дни.

Claims

ПАТЕНТНИ ПРЕТЕНЦИИ

1. Електролизьор за екстракция на цинк, характеризиращ се с това, че се включва вана-реактор (5), която е снабдена с токоподвеждащи шини (6), тръбопровод от две тръби (1) за захранване с електролит, катоди (3), аноди (4), пластмасови лайсни (8) по височина на анодите (4), преливник (2) за изход на самотек, като катодите (3) са с площ 3.510м², а височината на електрод извора е поне два пъти по-голяма от ширината му, а дължината на електролизьора е зависима от броя на електродите, като дъното на електролизьора е разделено с жлеб (11) по дължината на ваната (5).
2. Електролизьор съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че анодите (4) са от чисто олово, сплавено с 0.5 до 1.0% Ag.
3. Електролизьор съгласно претенции 1 и 2, характеризиращ се с това, че всеки анод (4) е разделен по височина на две равни части като общата им ефективна повърхност е по-голяма от тази на катода (3), а дебелината на анода (4) е 12-18 мм.
4. Електролизьор съгласно всяка от предходните претенции, характеризиращ се с това, че токоподвеждащите шини (6) са медни и върху тях е фиксирана медна щанга (7).
5. Електролизьор съгласно всяка от предходните претенции, характеризиращ се с това, че пластмасовите лайсни (8) са монтирани като обхващат краищата на анода (4) попе на 80% от височината, а в средата и долната част са фиксирани по една пластмасова дискова шайба (10) между анода (4) и катода (3).
6. Електролизьор за екстракция на цинк, характеризиращ се с това, че се състои от два сдвоени електролизьора съгласно претенции от 1 до 5 като между двете вани е осигурен сифон-преливник (9) за постъпване на разтвора, напускащ първата вана на самотек във втората отдолу нагоре.
7. Метод за електроекстракция на цинк с устройство, съгласно предходните претенции, характеризиращ се с това, че се състои от:

- подаване на работен електролитен разтвор, съдържащ цинк, сярна киселина ~ 120200 г/л и по избор добавки при температура на вход 25-32°С и на изход 36-38°С, с налягане 1.5-2 атм, по тръбопровод (1) във ваната-реактор (5) и на електроенергия по шините (6) ··· ♦·· · · • · · ·· · ··· · · · ···

- електролиза при плътност на тока 250-500 А/м , като се поддържа циркулация на електролитния разтвор със скорост 1.5 4- 3 обема на ваната на час и електролитното разстояние ~ анод-анод е ~ 80-86 мм, при което продължителността на катодния цикъл е 72 часа (48-96 часа), а температурата на електролита на изход е 36-38°С.
8. Метод, съгласно претенция 7, характеризиращ се е това, че работният електролитен разтвор съдържа 120-200 г/л сярна киселина.