Спосіб розділення технологічного сплаву індій-галій-олово і прилад для його здійснення

Способ относится к металлургии редких и рассеянных металлов, в частности к технологии разделения легкоплавких сплавов индий-олово-галлий, содержащихся в отработанном свой срок теплоносительном сплаве. Технологический сплав состава, галлий 53,8%. индий 27,8% и олова 18,4% обладает низкой температурой плавления и находит широкое применение в терморегуляторах и как рабочее тело теплообменника радиационных контуров; после отработки своего с рока поступает на переработку и представляют вторичное сырье Разделение сплавов имеет важное значение в народном хозяйстве, так как возвращает редкометальной промышленности индий, галлий и олово на которые спрос непрерывно растет. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ переработки вторичного сырья [1], принятый за прототип. Способ заключается в переработке отходов на основе индия; сплавов индий-таллий и индий-германий, электрохимическим растворением в расплаве солей хлоридов цинка и аммония, с последующим рафинированием по известному способу в водных электролитах. Однако данный способ имеет ряд существенных недостатков: низкая степень извлечения и разделения индия из отходов индийсодержэщего сырья, низкий выход товарного продукта - индия, малая производительность процесса. В данном техническом решении предложен низкотемпературный способ разделения сплава, который осуществляют в электролизере с биполярными электродами, расположенными коаксиально в цилиндрических секциях, Наиболее близким техническим решением аппаратурного оформления является электролизер, снабженный центробежными насосами [2]. Недостатками известного устройства является то, что вращающиеся части центробежного насоса, при трении загрязняют катодный металл, а также требует непрерывного контроля оператора. Задачей предложенного решения является разработка энергосберегающего эффективного способа разделения тройного сплава с получением чистого ИНДИЙ И устройства для его осуществления. Поставленная задача решается путем разделения сплава в хлоридно-бромидных электролитах электрохимическим способом в электролизере с двумя цилиндрическими секциями, днища которых изготовлены из термостойкой кременеземной ткани, на которые помещаются биполярные электроды, расположенные коаксиально, функцию биполяров выполняет металлический индий высокой чистоты. Для достижений поставленной задачи -разделения сплава, электролизер имеет три секции, расположенные коаксиально одна внутри другой, Днища цилиндрических секций изготовлены из термостойкой кремнеземной ткани. Из-за высокого поверхностного натяжения сплава индий-галлий-олово он не может протекать через поры ткани. Между секциями электролизера находится хлоридно-бромидный электролит, через который осуществляется непрерывное рафинирование в биполярном электролизере. В основе низкотемпературного способа разделения сплава в хдоридно-бромидном электролите лежат электрохимические и химические реакции. Установлено, что при анодной поляризации сплава в хлориднобромидном электролите наблюдается селективное растворение индия по реакции а на катоде протекает восстановление одновалентного индия ln++ е===ln0. (2) Для реализации предложенного способа разделения технического сплава индий-галлий-олово предложено устройство -электролизер, приведенный на чертеже. На чертеже приведен разрез электролизера для осуществления предложенного способа. Электролизер состоит из емкости 1, для исходного перерабатывающего сплава 2 и электролита 3 Емкость 1 выполнена из ситалла, кварца или не подвергающихся растворению или выщелачиванию в хлоридно-бромидных расплавах В емкости 1 последовательно снизу вверх установлены емкости для биполярных электродов 4 и катода 5, выполненные из того же материала, что и емкость 1. Основание 6 емкостей 4 и 5 выполнены из пористого диэлектрического материала (например кремнеземная базальтовая ткань, корунд, спеченное стекло и т.д , проницаемого для расплавленных солей и непроницаемого для расплавленных металлов Катодная емкость 5 имеет токоподвод 7 Подвод тока к перерабатываемому сплаву реализуется посредством токоподвода 8. Электролизер установлен на установочную плиту 9 и снабжен установочным домкратом 10 Требуемый температурный режим обеспечивается с помощью нагревательных элементов 11. Электролизер работает следующим образом. На дно электролизера помещали перерабатывающий сплав 2 и подлежащий разделению, в катодную емкость 5 помещали чистый индий, который служит катодом В качестве биполярных электродов применяли чистый индий, через который из секции в секцию под действием постоянного тока переосаждается выделяемый индий. Между анодом и биполярными электродами и вспомогательным катодом, заливается электролит 3 - монохлорид и монобромид индия. При подведении постоянного тока к токоподводам электродов 7 и 11 электролиз можно вести непрерывно. Из разделяющего сплава индий селективно растворяется и осаждается на катоде, проходя через два биполярных электрода. Металлы олово и галлий имеют более положительные потенциалы .и не растворяются в электролите, а накапливаются в аноде, одновременно задерживаются в теле биполярных электродов. Устройство позволяет использовать электролит и индиевые биполяры неограниченно длительное время Изобретение иллюстрируется следующими примерами. Пример 1. В анодное пространство электролизера загружали сплав подлежащий разделению. Сверху помещали смесь солей моногалогенидов индия tnBr - 60%, InCI - 40%. Обе секции помещали чистый металлический индий, выполняющий роль биполярного электрода, сверху помещали смесь солей InBr и InCI, служащую электролитом. Катодом служил чистый индий. При заполнении всех секций и анодной и катодной камер включали нагреватели и при температуре 350°С вели электролиз. При анодной поляризации плотностью тока 100 мА/см 2 вследствие электрохимических реакций индий из сплава селективно растворяется и переосаждается через два биполяра и разряжается на катоде. Так, за 5 часов работы электролизера выделилось 12,042 г. металлического индия, что составляет выход 270% в расчете на трехвалентный индий. В процессе электролизера индий непрерывно растворяется и разряжается на катоде. Анализ содержания примесей в индии приведен в таблице. Компоненты сплава галлий и олово накапливаются в анодном остатке до концентрации In - 5%, галлия - 61,8%, олова - 33,2%, Дальнейшее разделение галлий-оловянного остатка ведут известным способом. Пример 2. Загрузку и запуск электролизера проводили аналогично описанному в примере 1. Электролит состоял из смеси солей InBr - 75% и InCI - 25%. Процесс разделения сплава вели при анодной поляризации плотностью тока 90 мА/см 2. За 5 часов работы выделилось 11,441 г. металлического индия, что составляет 285% в расчете на трехвалентный индий. Анализ содержания примесей в индии приведен в таблице. Как видно из данных, приведенных в таблице, содержание металлов - примесей железа, никеля, меди и мышьяка находится на уровне 2-7 10 мас.%, а олова, галлия, свинца, цинка на уровне 4-6 х 10-4 мас.%, что соответствует ГОСТу на индий марки ИН-ОО. Компоненты сплава галлий и олово накапливаются в анодном остатке до концентрации In - 5%, галлия -62,0%, олова - 33,0%, Дальнейшее разделение остатка ведут известным способом. Пример 3. Загрузку и запуск электролизера проводили аналогично описанному в примере 1. Электролит состоял из смеси моногапогенидов индия InBr - 90%, InCI - 10%. Процесс разделения сплава вели при анодной поляризации плотностью тока 150 мА/см 2. За 5 часов работы выделилось 18,40 г металлического индия, что составляет выход 275% а расчете на трехвалентный индий. Компоненты сплава галлий и олово накапливаются в анодном остатке до концентрации индия - 5,5%, галлия - 63,0%, олова - 34,0%. Дальнейшее разделение остатка ведут известным способом. Эффективность предложенного электролизера и способа заключается в том, что позволяет селективно извлекать из тройного сплава индий-галлий-олово индий очень высокой степени чистоты, исключает перевод индия в водный электролит с последующей электроэкстракцией.