Спосіб видобування цинку

Изобретение относится к области гальваностегии, в частности, к электролитическому извлечению цинка из растворов ванн улавливания хлораммиакатных электролитов цинкования. Наиболее близким техническим решением является способ извлечения цинка из растворов ванн улавливания хлораммиакатных электролитов с помощью погружаемого в ванну улавливания электродного блока без разделения электродных пространств. В качестве нерастворимого анода используют титандиоксидномарганцевый электрод, в качестве катода - пластины из нержавеющей стали или титана. Электролиз осуществляют при плотности тока 20-40 А/м2, поддержании значения рН равным 5,5 и концентрации ионов цинка 1,0-2,0 кГ/м3 (остальные компоненты электролита цинкования - в накапливаемых количествах) [1]. Способ позволяет упростить оборудование (не требуется дефицитных мембран и катодных материалов, резервуаров и насосов). Недостатком способа является то, что его можно осуществить лишь на небольших линиях при наличии свободного от промываемых деталей объема ванны улавливания. Осадок цинка не является готовой продукцией из-за его грубой структуры и загрязненности соосаждающимися примесями (темное покрытие), а представляет собой сырье для металлургической промышленности, следствием чего является необходимость забот об утилизации извлеченного цинка. Высокая скорость подкисления раствора требует, во избежание ухудшения качества осадка цинка и уменьшения выхода по току при его выделении, частого корректирования значения рН, что создает дополнительные сложности при эксплуатации процесса. При промывании деталей в растворе ванны улавливания, одновременно служащей электролизером, имеет место растворение цинка покрытия. Это обстоятельство налагает условие соответствующего упреждающего увеличения толщины рабочего слоя при цинковании, а также увеличивает количество цинка, которое необходимо извлекать из раствора ванны улавливания. Выход по току при осаждении цинка составляет 2060%. Кроме того, следствием накопления в ванне улавливания ионов аммония почти до их содержания в электролите цинкования является существенный вынос промываемыми в ванне улавливания деталями ионов, затрудняющих последующую очистку сточных вод (т.к. ионы аммония образуют растворимые в условиях реагентной нейтрализации соединения со многими металлами). В основу изобретения поставлена задача усовершенствования способа извлечения цинка, в котором использование в качестве катодов промываемых в ванне улавливания деталей при определенных условиях позволит увеличить выход цинка по току, снизить вынос ионов аммония, улучшить качество покрытий деталей, а также упростить процесс. Поставленная задача решается предложенным способом извлечения цинка из ванн улавливания хлораммиакатных электролитов осаждением на катоде при плотности тока 20-40 А/м, содержании ионов цинка 1,0-2,0 кГ/м и использовании титандиок-сидномарганцевых анодов, в котором в качестве катодов используют промываемые в ванне улавливания детали при отношении площади поверхности анодов к площади поверхности этих деталей 1:(8—10), а значение рН раствора поддерживают в диапазоне 9.0-9.5. Процесс осуществляют следующим образом. Оборудуют ванну улавливания питанием постоянным током. Наполняют ее водой. Доводят рН раствора ванны улавливания до значения 9,5 20%-ым раствором щелочи (гидроокиси калия, натрия или каким-либо щелочным цинксодержащим отходом). Промывают в ванне улавливания детали до накопления β ней 2 кГ/м3 ионов цинка. Завешивают на анодные штанги титандиоксидномарганцевые аноды, площадь поверхности которых в 0-10 раз меньше площади поверхности промываемых деталей. Включают перемешивание, источник питания постоянным током. Во время промывки детали подключают к катодной штанге. На выпрямителе включают силу тока, обеспечивающую плотность тока на деталях 20-40 А/м3. Поддержание концентрации ионов цинка в растворе в пределах 1,0-2,0 кГ/м обеспечивают временем нахождения деталей в ванне улавливания, которое в зависимости от состава выносимого электролита и удельного выноса его деталями составляет 5-20 минут. 1-2 раза в неделю добавляют 10-20%-ный раствор щелочи до достижения рН-9,5. При выполнении совокупности указанных операций обеспечиваются условия электролиза в ванне улавливания (замена электролита на поверхности деталей при промывке на раствор ванны улавливания, имеющий рН-9-9,5, соотношение электродных площадей; время осаждения), позволяющие осаждать с высоким выходом по току (65-88%) и достаточно большим межкорректировочным интервалом (1-2 раза в неделю, что, в сравнении с 1-2 раза в день по способу-прототипу, упрощает процесс) светлые мелкокристаллические осадки, которые могут служить частью слоя рабочего покрытия. Использование при извлечении цинка в качестве катода промываемых деталей упрощает процесс также и за счет отсутствия необходимости изготовления и обслуживания катодов, забот об утилизации извлеченного цинка, снятия габаритных ограничений по катоду, предотвращения растворения цинкового покрытия промываемых деталей. Использование электродов с соотношением их площадей поверхности в диапазоне 1:(8—10) и рН раствора в диапазоне 9,0-9,5 способствует интенсификации не только испарения свободного аммиака (сравнить примеры 9 и 10), но и окисления ионов аммония на аноде и в объеме раствора за счет продуктов анодных реакций (сравнить примеры 3 и 10). Это приводит к снижению содержания ионов аммония в ванне улавливания и к соответствующему уменьшению выноса ионов аммония из ванны улавливания в сточные воды (сравнить примеры 1 и 2). В технологическом плане отличительной особенностью предполагаемого изобретения является то, что выделение цинка осуществляют не на специально помещаемых в ванну улавливания катодах одновременно с операцией промывки оцинкованных деталей, а непосредственно на подключаемых к отрицательному полюсу источника питания промываемых в это время оцинкованных деталях при отношении площади поверхности анодов к площади поверхности этих деталей 1:(8-10). В растворе поддерживают значение рН не 5,5, а 9,0-9,5. В описании способа-прототипа не указано, при каком соотношении площадей поверхности анода и катода используют титандиоксидномарганцевый анод. Экспериментально выявлено (см. пример 11), что при соотношении Sa:Sk1:8 не достигается высокое качество осадков цинка (покрытие темное), возрастает удельный вынос ионов аммония, при соотношении менее 1:10 наблюдается выделение хлора в атмосферу. Предлагаемый способ более прост в реализации (т.к. не требует изготовления катодов, забот об утилизации извлеченного цинка, частого корректирования по рН), цинк выделяется с большим выходом по току, меньше удельный вынос деталями ионов аммония. Экономический эффект от использования предлагаемого способа достигается за счет меньших затрат на электродные материалы (при равной производительности требуется в 3 раза меньше титандиоксидномарганцевых анодов, а 1,1-1,3 раза меньше удельный расход цинковых анодов, отсутствуют затраты на изготовление катодов), снижения расхода электроэнергии (за счет уменьшения на 5-10% времени цинкования в ванне цинкования и большего в 1,5-3 раза выхода по току в ванне улавливания), снижения затрат на обезвреживание сточных вод (за счет уменьшения выноса ионов аммония).