Спосіб електролітичного одержання металів

WCS7H С 25 С 3/06 СПОСІБ ЕЛЕКТРОЛІТИЧНОГО ОДЕРЖАННЯ МЕТАЛІВ Винахід відноситься до кольорової металургії і може бути використаний при одержанні металів, зокрема, при одержанні алюмінію електролізом розплавлених електролітів, що містять глиноземи. Відомий спосіб електролітичного одержання металів з окислів ряду А1 2 О 3 , Мд і ін., у яких розчинником являється, наприклад, крволіт (натрієвий Na2AIFe, калієвий K3A1F6( літієвий Li3AJFe) Для забезпечення оптимального режиму електролізу в електролітичну систему, що містить, як цравило, графітову катодну ванну і графітовий електрод, добавляють фтормісткі солі типу флюориту (CaF2r LiFs), а іноді хлорид натрію (NaCl). Недоліком відомого засобу є дорожнеча електролітичного процесу одержання металу, що полягає в надмірно великих витратах електроенергії. Так, наприклад, при електролізі алюмінію на одну тонну продукту витрачається до 14-18 тисяч кіловат-годин, у залежності від стану устаткування. У кінцевому рахунку, мета\ виявляється дорогим. Відомий спосіб електролітичного одержання металів - одержання алюмінію з алюмосилікатів (хдоридна технологія) (патент РФ №2052544, публ. 20.01.96 г), який полягає в тому, що алюмосилікати піддають обробці при температурі 800-1110вС сполученнями фтору і хлору до вмісту хлориду алюмінію 10-40 мас.%. Продукти обробки змішують із хлоридвим лужним 2 розплавом і піддають електролізу. Недоліками відомого способу є: низька продуктивність; складний багатоступінчастий процес; великі витрати електроенергії; одержання багатокомпонентного сплаву (до 11 складових) і складність його поділу; підвищений знос графітових електродів. Відомий також спосіб електролітичного одержання металів одержання алюмінію особливої чистоти (патент РФ № 2041292, публ. 09.08.95 p.), який полягає в тому, що очищення алюмінію до особливої чистоти здійснюють постадіиним зниженням різноманітних класів домішок. Очищення від лужних і луто-земельних металів здійснюють шляхом перемішування алюмінію з флюсом із фтористих і\або хлористих солеи у кількості 0,1-0,3 % від маси алюмінію при температурі 680-800 °С із числом обертів мішалки 400-800 об-хвилин, потім вводять в алюміній сполучення, що містить бор, або лігатуру в кількості 3-10,5 разу перевищуючім необхідне по стехіометрії при 680-800 °С і перемішуванні з кутовою швидкістю 400800 цроЧхвилин, для видалення перитектичних домішок, а фракційну кристалізацію проводять на охолоджуваному тілі, що обертається з кутовою швидкістю 500-2000 про\хвил. Недоліками відомого способу є; складність способу через багатостадшність процесу; велика кількість устаткування та апаратури; значна витрата електроенергії; низька продуктивність. Відомий спосіб електролітичного одержання металів - спосіб одержання алюмінію (авторське свідоцтво СРСР № 1708933, пріоритет від 12.06.89 p.), який включає електролітичне розкладання в електроліті ари температурі завантажуваного в розплав глинозему 700-820 С С Г щільність 3 якого на 0,05-0,4 г/см вища за щільність алюмінію. Алюміній, що накопичується на поверхні електроліту, при направленій циркуляції розплаву виноситься в збірні комірки з наступною з періодичною або безупинною вибіркою металу і загрузкою глинозему. Недоліками відомого способу є: складність конструкції електролізеора; необхідність частих зупинок процесу для очищення каналів перетікання алюмінію й електроліту; мала продуктивність у зв'язку з використанням процесу на малооб'ємних електролізерах. Відомий спосіб електролітичного одержання металів - спосіб одержання алюмінію електролізом і електролізер для його здійснення (патент РФ № 2055943, публ. 06.08.93 р.), суть якого полягає в екрануванні периферії рідкого катода діафрагмою, розташованою під рідким катодом, а також підведення струму до додаткового шару рідкого алюмінію, розташованого під діафрагмою, що призводить до гасіння конвекції рідкого алюмінію. Недоліки, відомого способу: введення додаткових елементів (діафрагми і її кріплення) ускладнюють і вдорожають спосіб; складність здійснення (заливка електролізера рідким алюмінієм і електролітом). Відомий спосіб керування струмом серії алюмішєвпх електролізерів (авторське свідоцтво СРСР № 177092. публ.. 01.12.65 p.), який полягає в тому, що вимірюють і за деякий період часу усереднюють діючі значення сили струму серії, що порівнюють із заданим постійним значенням, і в залежності від знака неузгодженості здійснюють зміну робочої напруз'И випрямленого струму випрямленого струму в потрібну сторону. Недоліком відомого способу є відсутність оптимізації сили струму серії. Відомий спосіб одержання металів, зокрема алюмінію (патент ФРН № 1237330, публ. 1977р.) і спосіб електролізу розплаву (патент Великобританії Ns 1063855, публ. 24.10.63), що, із метою зниження енергетичних втрат, передбачають використання постійного струму низької напруги й імпульсів струму високої напруги (мінімум 1200 В). 4 Недоліком зазначених засобів є необхідність установки додаткового спеціального устаткування і додаткових істотних витрат електроенергії. Аналіз наведених вище способів одержання металів показує, що спільною і головною їхнім недоліком є значна енергоємність. Найближчим по технічній суті до заявлюваного способа є спосіб електролітичного одержання металів - спосіб електролітичного одержання алюмінію (патент РФ № 2027799, пріоритет 10.01.92 p.), який використовує електролітичну систему з розчинниками окислів відновлюваних металів, що включає пропускання імпульсів струму через кожну ванну і через серію електролізерів у цілому, що мають прямокутну форму і спрямованих нагору щодо діючого значення сили струму серії, а період проходження імпульсів вибирають у межах 100-300 сек., амплітуда імпульсів 3-12% від постійного значення сили струму, а тривалість кожного імпульсу - в межах 2-5 сек. Середнє значення зниження технологічної електроенергії складало U8%. Проте в способі-прототипі' не усуваються електрохімічні причини виникнення иасивізації анодів, а лише електричний пробій зони накопичення комплексних іонів; низька технологічність у силу необхідності доробки системи керування випрямної силової апаратури; не визначена надійність експлуатації електроапаратури в імпульсному режимі; витрата електроенергії .залишається дуже істотною і можлива економія не перевищує 1-1,2%, що дуже мало відрізняється від простої погрішності вимірів. В основу винаходу поставлена задача удосконалення способу електролітичного одержання металів шляхом оптишзації його алгоритму, усунення електрохімічної причини виникнення пасивації анодів, що дозволяє знизити енергоємність способу і підвищити його технологічність. Поставлена задача вирішується тим, що в анод, катод і шихту вводять 5 каталізатор (каталізатори), підібрані в залежності від одержуваного металу, що дозволяють у загальному результаті знизити витрати електроенергії, на одержання одиниці маси металу в декілька разів. Існує тісний причинно-наслідковий зв'язок між усією сукупністю суттєвих ознак і технічним результатом. Так, введення в механізм електролізу глинозему (А12О3) певного каталізатора (ZrO2) дозволяє, з одного боку, знизити підведену напругу електролітичної ванної, а з іншого боку, знизити енергію виходу кисню. Крім того, із метою ослаблення процесу пасивації підошви анода киснем, що виділяється, вводять в електролітичну систему окисел металу (ZrO3) . Запропонований спосіб універсальний, оскільки може бути застосовний при електролізі інших металів, що дозволяє підвищити технологічність способу за рахунок зменшення витрат на додаткове устаткування, скорочення витрати електроенергії при електролізі металів у декілька разів, зниження пасивації анодів, яка дає стабільний (спокійний) перебіг електролізу. Суть способу полягає в тому, що використовують електролітичну систему з розчинниками окислів відновлюваних металів і вводять щонайменше один каталізатор в анод і\або катод і\або шихту і вводять в шихту кисневопоглинаючу речовину, наприклад, окисли металів. Спосіб здійснюється таким чином. У електролітичну систему, що включає графітову катодну ванну і графітовий електрод, розплавлені електроліти, що містять глинозем, з метою зменшення енерговитрат в анод, катод і шихту вводять каталізатор, а з метою адсорбції кисню й ослаблення пасивації в шихту додають кисневопоглинаючу речовину у вигляді двоокису металу (наприклад, ZrO2). Автори заявники: І. Болотова М.Б. Болотов В. А. Добромислов Ю .М.Зузанський —