Для повышения разделения компонентов используют разделение катода и анода перфорированным экраном [1], на котором накапливаются более положительные металлы. При разделении катода от анода пористой диафрагмой [2] из углеграфитовой ткани на порядок снижается концентрация примесей на катоде. Более прогрессивным является электролиз c горизонтально расположенными слоями расплавленного анода и катода, разделенных тонкой пористой кварцевой тканью пропитанной электролитом [3].
В описываемой работе приводится описание испытание пленочного электролитического разделения металлических отходов через 10 тонкослойных кварцевых диафрагм пропитанных электролитом. В качестве диафрагм использована термостойкая кремнеземная ткань марки КТ-11-с83-ТО по ТУ 6-48-05786904-171-98 производства ОАО «НПО Стеклопластик» толщиной 1,0 мм. с диаметром микроволокна 7 ммк. Навеску сплава отходов, содержащего (вес %): Bi-29,4; Sn-23; Pb-42; Cd-3,8; In-1,8; Sb-0,2 загружали в анодную ванну. Анодную ванну нагревали и поддерживали температуру 240 °С. На поверхность расплавленного анода устанавливали катодный стеклянный цилиндр внутренним диаметром 42 мм с дном из кремнеземистой пористой ткани. Полость катодного цилиндра предварительно заполнена послойно пакетом из 10 диафрагм из листов ткани по диаметру цилиндра, пропитанных электролитом состава (вес %): 70 - хлористого цинка, 18 - хлористого калия, 12 - хлористого натрия марок «хч». Сверху пакета диафрагм пропитанных электролитом накладывали титановый диск-катод с токоподводом к отрицательному полюсу источника постоянного тока. Электролиз вели при напряжении постоянного тока 31 В и силой тока 0,2 А в течение 16 часов. По окончании электролиза из полостей между диафрагмами поочередно извлекался катодный металл. Продукты анализировались атомно-адсорбционным методом на приборе Varian Techtron. В результате опыта (таблица) на выделенных диафрагмах получены селективные сплавы.
Селективные продукты пленочного электролиза через 11 диафрагм
|
Продукт исходный |
Номер диафрагм |
Состав сплавов на диафрагмах, % |
Вес металла |
|||||
|
Bi |
Sb, |
Pb |
Sn, |
In, |
Cd |
|||
|
29,4 |
0,20 |
42,0 |
23,0 |
1,80 |
3,80 |
78,3 |
||
|
Сплав Cd |
Катод,2,3 |
0,003 |
0,006 |
26,5 |
2,69 |
5,48 |
30 |
3,8 |
|
Сплав In |
4-5 |
0,002 |
0,012 |
44,5 |
11,9 |
13,3 |
16,9 |
7,0 |
|
Сплав Sn |
6-7 |
0,001 |
0,011 |
45,6 |
48,5 |
3,49 |
8,92 |
6,6 |
|
Сплав Pb |
8-11 |
0,003 |
0,039 |
82,7 |
21,4 |
0,27 |
0,75 |
5,6 |
|
Сплав Bi |
Анод |
41,6 |
0,3 |
38,2 |
22,9 |
0,04 |
0,02 |
55,3 |
В таблице показано изменение составов сплавов на диафрагмах по мере удаления от анода к катоду.
Под действием постоянного тока происходит ионизация металла на аноде и переносе ионов в электролите в порах ткани к поверхности ткани со сплошным слоем электролита. В сплошном слое электролита увеличивается электропроводность пленки электролита и она служит промежуточным микрокатодом для разряда электроположительных примесей. Поэтому поверхность ткани диафрагмы обращенная к аноду приобретает отрицательный потенциал, а поверхность обращенная к катоду - положительный. На катодной стороне диафрагмы происходит разряд более электроположительных примесей. Металл на этой поверхности имеет более электроположительный потенциал по отношению к вышестоящей диафрагме и более электроотрицательные металлы вторично растворяются в ионы и диффундируют через вышестоящую пористую диафрагму. Таким образом, по мере удаления слоя диафрагмы от анода к катоду происходит многократная ионизация и разряд ионов с отделением более электроотрицательных металлов.
Проведенные испытания показали, что при прохождении тока через пленки электролита в пакете диафрагм из кварцевой ткани металлы поднимаются по капиллярам на разную высоту. При этом происходит послойное разделение металлов в соответствии с их электродными потенциалами до разной концентрации с образованием селективных сплавов.
Список литературы
- Дьяков В.Е., Корюков Ю.С. Электролизер для получения легкоплавких металлов: Авт св. СССР №453448, Заявлено №1870379 от 1.09.73. опуб. Оф. бюл. «Открытия, изобретения, пром. образцы, тов. знаки». - М.: ЦНИИПИ, опуб. №46, 1974. - С. 74.
- Зарубицкий О.Г., Дугельный А.П., Омельчук А.А., Дьяков В.Е., Мелехин В.Т. Разделение продуктов вакуумного рафинирования олова в расплавленных электролитах // Цветные металлы. - 1991. - №3. - С. 30-32.
- Омельчук А.А., Горбач В.Н., Зарубицкий О.Г., Дьяков В.Е Электролитическое рафинирование олова через тонкие слои расплавленных электролитов // Укр.хим.ж. - 1993. - Т. 59, №6. - С. 604-608.