RU2553319C1 - Method of metal powder manufacturing by electrolysis - Google Patents

Method of metal powder manufacturing by electrolysis Download PDF

Info

Publication number
RU2553319C1
RU2553319C1 RU2014108811/02A RU2014108811A RU2553319C1 RU 2553319 C1 RU2553319 C1 RU 2553319C1 RU 2014108811/02 A RU2014108811/02 A RU 2014108811/02A RU 2014108811 A RU2014108811 A RU 2014108811A RU 2553319 C1 RU2553319 C1 RU 2553319C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
soluble
anodes
powder
insoluble
metal
Prior art date
Application number
RU2014108811/02A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Иванович Матренин
Наталия Владимировна Паршакова
Александр Семёнович Стихин
Александр Сергеевич Тюрин
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Завод электрохимических преобразователей" (ООО "ЗЭП")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Завод электрохимических преобразователей" (ООО "ЗЭП") filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Завод электрохимических преобразователей" (ООО "ЗЭП")
Priority to RU2014108811/02A priority Critical patent/RU2553319C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2553319C1 publication Critical patent/RU2553319C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: metallurgy.
SUBSTANCE: method includes simultaneous use of soluble and insoluble anodes. Water solution of electrolyte contains salt of the appropriate metal and buffer additions. The soluble and insoluble anodes are arranged in separate cells having common electrolyte recirculating circuit and independent cathodes. The soluble and insoluble anodes are connected to separate current sources to ensure permanent electrolysis conditions in the cell with soluble anodes due to deposition in the cell with insoluble anodes of the surplus metal ions on the cathode, and hydrogen ions separation on insoluble anode.
EFFECT: invention ensures electrolyte updating during electrolysis as per metal ions content and pH value, and reduces operation expenses.
6 dwg

Description

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к способам получения порошков металлов методом электролиза.The invention relates to the field of powder metallurgy, in particular to methods for producing metal powders by electrolysis.

Получение электролитических порошков металлов основано на процессе электролиза водных растворов, содержащих соль соответствующих металлов и буферные добавки (Кудра О., Гитмен Е., «Электрохимическое получение металлических порошков», Киев, 1952 г.) [1].Obtaining electrolytic metal powders is based on the electrolysis of aqueous solutions containing the salts of the corresponding metals and buffer additives (Kudra O., Gitmen E., “Electrochemical production of metal powders”, Kiev, 1952) [1].

Известен ряд способов получения порошка металла, заключающихся в растворении литых анодов и выделении на катоде порошка металла описанных в авторских свидетельствах СССР на изобретение №1025757 «Способ получения магнитного порошка» (кл. МПК С25С 5/02, дата приоритета 01.02.1982) [2], №1104193 «Способ получения высокодисперсного магнитного порошка» (кл. МПК С25С 5/02, дата приоритета 08.04.1983) [3], №956627 «Способ получения высокодисперсных магнитных порошков» (кл. МПК С25С 5/02, дата приоритета 20.02.1981) [4], №1183566 «Электролит для получения металлических порошков» (кл. МПК С25С 5/02, дата приоритета 13.06.1983) [5], №1199827 «Электролит для получения никелевого порошка» (кл. МПК С25С 5/02, дата приоритета 10.01.1983) [6], №1257120 «Способ получения никелевого порошка из сульфат-хлоридного электролита» (кл. МПК С25С 5/02, дата приоритета 15.04.1985) [7].There are a number of methods for producing metal powder, which include dissolving cast anodes and isolating metal powder at the cathode described in the USSR inventor certificates for invention No. 1025757 “Method for producing magnetic powder” (CL IPC C25C 5/02, priority date 02/01/1982) [2 ], No. 1104193 “Method for producing highly dispersed magnetic powder” (class MPK S25C 5/02, priority date 04/08/1983) [3], No. 956627 “Method for producing highly dispersed magnetic powders” (class MPK C25C 5/02, priority date 02/20/1981) [4], No. 1183566 "Electrolyte for the production of metal powders" (class MP To C25C 5/02, priority date 06/13/1983) [5], No. 1199827 “Electrolyte for the production of nickel powder” (CL IPC C25C 5/02, priority date 01/10/1983) [6], No. 1257120 “Method for the production of nickel powder from sulfate-chloride electrolyte ”(CL IPC C25C 5/02, priority date 04/15/1985) [7].

Известен способ получения порошка металла при переработке металлсодержащих отходов, описанный в авторском свидетельстве СССР на изобретение №2319 «Способ электролитической переработки латуни на порошкообразную медь и хлористый цинк» (кл. МПК С25С 5/00, дата приоритета 15.04.1924) [8], заключающийся в плавке металлсодержащих отходов с получением литых анодов, и последующей операции рафинирования литых анодов с получением порошкообразного материала.There is a method of producing metal powder in the processing of metal-containing waste, described in the USSR author's certificate for invention No. 2319 "Method for the electrolytic processing of brass into powdered copper and zinc chloride" (class MPK C25C 5/00, priority date 04/15/1924) [8], consisting in the smelting of metal-containing waste to obtain cast anodes, and the subsequent operation of refining cast anodes to obtain a powdery material.

Известен ряд способов получения порошка металла, заключающихся в приготовлении электролита из солей и последующем электролизе полученного раствора с применением нерастворимых анодов, описанных в авторских свидетельствах СССР на изобретение №933811 «Способ электролитического получения порошка никеля» (кл. МПК С25С 5/02, дата приоритета 26.03.1980) [9], №189155 «Способ электролитического получения высокодисперсного магнитного порошка кобальта» (кл. МПК С25С 5/00, дата приоритета 06.01.1965) [10], №990882 «Электролит для получения металлического порошка сплава цинка с никелем» (кл. МПК С25С 5/02, дата приоритета 23.07.1980) [11].A number of methods for producing metal powder are known, which consist in preparing an electrolyte from salts and subsequent electrolysis of the resulting solution using insoluble anodes described in the USSR copyright certificates for invention No. 933811 “Method for the electrolytic production of nickel powder” (class IPC C25C 5/02, priority date 03/26/1980) [9], No. 189155 “Method for the electrolytic production of highly dispersed magnetic cobalt powder” (class MPK S25C 5/00, priority date 01/06/1965) [10], No. 990882 “Electrolyte for producing metal powder of alloy c NCA nickel "(Cl. IPC S25S 5/02, priority date 23.07.1980) [11].

Известен ряд способов получения порошка металла при переработке металлсодержащих материалов и отходов, заключающихся в растворении их в различных растворителях и последующем электролизе полученного раствора с применением нерастворимых анодов, описанный в патентах РФ на изобретение №2469111 «Способ получения медных порошков из медьсодержащих аммиакатных отходов» (кл. МПК С22В 7/00, дата приоритета 04.05.2011) [12], №2157417 «Способ утилизации медьсодержащих отходов» (кл. МПК С22В 7/00, дата приоритета 18.06.1996) [13], №2126312 «Способ получения металлического порошка, оксидов меди и медной фольги» (кл. МПК B22F 9/23, дата приоритета 17.03.1994) [14], №2134311 «Способ получения металлического порошка, оксидов меди и медной фольги» (кл. МПК С25С 1/12, дата приоритета 17.06.1996) [15], заявка на Евразийский патент №200700275 «Способ электролитического получения медного порошка в проточной электролитической ячейке» (кл. МПК С25С 5/02, дата приоритета 15.07.2005) [16].There are a number of methods for producing metal powder in the processing of metal-containing materials and waste, which consists in dissolving them in various solvents and subsequent electrolysis of the resulting solution using insoluble anodes, described in RF patents for invention No. 2469111 "Method for producing copper powders from copper-containing ammonia waste" (cl IPC С22В 7/00, priority date 04/05/2011) [12], No. 2157417 "Method for the disposal of copper-containing waste" (cl. IPC С22В 7/00, priority date 06/18/1996) [13], No. 2126312 "Method for producing metal since casing, copper oxides and copper foil "(CL IPC B22F 9/23, priority date 03/17/1994) [14], No. 2134311" Method for producing metal powder, copper oxides and copper foil "(CL IPC C25C 1/12, priority date 06/17/1996) [15], application for Eurasian patent No. 200700275 “Method for the electrolytic production of copper powder in a flowing electrolytic cell” (class IPC C25C 5/02, priority date 15.07.2005) [16].

Недостатками данных способов является:The disadvantages of these methods is:

- наличие дополнительной операции плавки и литья анодов;- the presence of an additional operation of smelting and casting anodes;

- отсутствие возможности полного растворения литого анода;- the lack of the possibility of complete dissolution of the cast anode;

- отсутствие возможности перерабатывать все виды металлсодержащих отходов в связи с неэффективностью и невозможностью плавильного передела некоторых материалов;- the inability to recycle all types of metal-containing waste due to the inefficiency and impossibility of the smelting process of some materials;

- отсутствие стационарных условий электролиза;- lack of stationary electrolysis conditions;

- получение порошка с неравномерным размером частиц;- obtaining a powder with an uneven particle size;

- непродолжительное использование раствора с последующей необходимостью его корректировки по составу или полной заменой;- short-term use of the solution with the subsequent need for its adjustment in composition or complete replacement;

- большой расход реагентов на растворение отходов.- high consumption of reagents for dissolving waste.

Известен ряд способов получения порошка металла, заключающихся в применении комбинированных анодов: растворимого и нерастворимого, описанные в патенте РФ на изобретение №2022717 «Способ получения медного порошка электролизом из сульфатных растворов и устройством для его осуществления» (кл. МПК B22F 9/16, дата приоритета 03.07.1991) [17], авторских свидетельствах СССР на изобретение №410127 «Способ электролитического получения кобальт-вольфрамовых сплавов» (кл. МПК С25С 1/24, дата приоритета 28.02.1972) [18], №33680 «Способ электролитического совместного осаждения кадмия и железа в губчатой форме» (кл. МПК С25С 1/06, дата приоритета 05.09.1931) [19].There are a number of methods for producing metal powder, consisting in the use of combined anodes: soluble and insoluble, described in the RF patent for invention No. 2022717 "Method for producing copper powder by electrolysis from sulfate solutions and a device for its implementation" (CL IPC B22F 9/16, date priority 03.07.1991) [17], USSR copyright certificates for invention No. 410127 “Method for the electrolytic production of cobalt-tungsten alloys” (class IPC C25C 1/24, priority date 02.28.1972) [18], No. 33680 “Method for electrolytic joint precipitation I have cadmium and iron in sponge form ”(CL IPC С25С 1/06, priority date 09/09/1931) [19].

Недостатками данных способов является:The disadvantages of these methods is:

- наличие дополнительной операции плавки и литья анодов;- the presence of an additional operation of smelting and casting anodes;

- отсутствие возможности полного растворения литого анода;- the lack of the possibility of complete dissolution of the cast anode;

- отсутствие возможности регулирования в процессе электролиза растворения растворимого анода;- the lack of regulation in the process of electrolysis of the dissolution of the soluble anode;

- сложность в выборе соотношения площадей растворимого и нерастворимого анодов, так как в течение времени электролиза меняется соотношение площадей комбинированных анодов.- the difficulty in choosing the ratio of the areas of soluble and insoluble anodes, since the ratio of the areas of the combined anodes changes during the electrolysis time.

Известен способ усовершенствования методов получения чистого металлического кобальтового порошка (патент Великобритании на изобретение №403.281 (кл. МПК С25С 5/02, дата приоритета 29.04.1932) [20], согласно которому электролитический кобальтовый порошок может быть получен электролизом водного раствора соли кобальта (преимущественно сульфата кобальта) с применением анода, преимущественно из платины или чистого кобальта, а также при объединении двух видов анодов, которые образуют специальную платиновую секцию, которая не формирует электролитический экран относительно кобальта, помещенного в этом месте.A known method of improving methods for producing pure metallic cobalt powder (UK patent for invention No. 403.281 (class IPC C25C 5/02, priority date 04.29.1932) [20], according to which electrolytic cobalt powder can be obtained by electrolysis of an aqueous solution of cobalt salt (mainly cobalt sulfate) using an anode, mainly from platinum or pure cobalt, and also when combining two types of anodes, which form a special platinum section that does not form electrolytic th screen relative to cobalt placed in this place.

В этом способе одновременное применение растворимого и нерастворимого анодов обеспечивает снижение интенсивности растворения кобальтовых пластин за счет уменьшения их рабочей поверхности. Также применение конструкции анода засыпного типа в виде платиновой секции с помещенным в нее кобальтовым материалом позволяет загружать другие виды металлсодержащего материала для переработки его без предварительной операции плавки и литья анодов. В то же время у указанного способа получения кобальтового порошка сохраняется трудность в выборе оптимального соотношения площади растворимого анода к площади нерастворимого анода, которое позволяет поддерживать неизменную концентрацию ионов кобальта в течение длительного процесса электролиза. К тому же с течением времени кобальтовая пластина в платиновой секции растворяется, что приводит к изменению рабочей поверхности растворимого анода и, следовательно, к нарушению соотношения площадей анодов двух видов и изменению состава электролита.In this method, the simultaneous use of soluble and insoluble anodes reduces the intensity of dissolution of cobalt plates by reducing their working surface. Also, the use of a backfill type anode design in the form of a platinum section with cobalt material placed in it allows you to load other types of metal-containing material for processing without preliminary melting and casting anodes. At the same time, the specified method for producing cobalt powder still has difficulty in choosing the optimal ratio of the area of the soluble anode to the area of the insoluble anode, which allows you to maintain a constant concentration of cobalt ions during a long electrolysis process. In addition, over time, the cobalt plate dissolves in the platinum section, which leads to a change in the working surface of the soluble anode and, therefore, to a violation of the ratio of the areas of the anodes of the two types and a change in the composition of the electrolyte.

Наиболее близким по технической сущности и поэтому выбранным в качестве прототипа является способ получения электролитических порошков металла, описанный в патенте РФ на изобретение №2420613 «Способ получения электролитических порошков металлов» (кл. МПК С25С 5/02, дата приоритета 13.04.2010) [21], согласно которому электролитические порошки металла могут быть получены электролизом из водного раствора, содержащего соль соответствующего металла и буферные добавки. При этом используют растворимый и нерастворимый аноды, которые подключают к отдельным источникам тока для контроля растворения растворимого анода в течение процесса электролиза и концентрации ионов металла в растворе с помощью корректировки соотношения анодных сил тока растворимого и нерастворимого анодов при постоянном значении катодной плотности тока.The closest in technical essence and therefore selected as a prototype is the method for producing electrolytic metal powders described in the patent of the Russian Federation for invention No. 2420613 "Method for producing electrolytic metal powders" (CL IPC C25C 5/02, priority date 04/13/2010) [21 ], according to which electrolytic metal powders can be obtained by electrolysis from an aqueous solution containing a salt of the corresponding metal and buffer additives. In this case, soluble and insoluble anodes are used, which are connected to separate current sources to control the dissolution of the soluble anode during the electrolysis process and the concentration of metal ions in the solution by adjusting the ratio of the anode current strengths of the soluble and insoluble anodes at a constant cathode current density.

В прототипе постоянное значение катодной плотности тока (обязательное условие получения порошка с заданными характеристиками) достигается постоянством площади катода и суммы сил тока на растворимом и нерастворимом аноде. Применение технического решения прототипа описано на примере процессов получения порошков никеля и кобальта, в которых используются аноды засыпного типа, позволяющие производить переработку металлсодержащих отходов.In the prototype, a constant value of the cathodic current density (a prerequisite for obtaining a powder with specified characteristics) is achieved by the constancy of the cathode area and the sum of the currents on the soluble and insoluble anode. The application of the technical solution of the prototype is described by the example of processes for the production of nickel and cobalt powders, in which anode of the filling type is used, which allows the processing of metal-containing waste.

Однако согласно прототипу при увеличении количества ячеек потребуется увеличить так же и количество применяемых источников тока. Так, например, согласно прототипу, для устройства, состоящего из двух ячеек, потребуется 3 источника тока, для трех ячеек - четыре источника тока, для четырех пять и так далее. Данный факт приводит к загромождению установки и возрастанию эксплуатационных затрат.However, according to the prototype, with an increase in the number of cells, it will also be necessary to increase the number of current sources used. So, for example, according to the prototype, for a device consisting of two cells, 3 current sources are required, for three cells - four current sources, for four five and so on. This fact leads to clutter of the installation and an increase in operating costs.

Увеличение применяемых ячеек может быть вызвано необходимостью увеличения производительности по порошку установки и, следовательно, для устройств, содержащих более одной ячейки, требуется применить иной подход.The increase in the cells used can be caused by the need to increase the powder productivity of the installation and, therefore, for devices containing more than one cell, a different approach is required.

Задачей заявляемого технического решения является создание способа переработки металлсодержащих отходов в порошок металла при постоянстве условий (режима электролиза) получения порошка в течение длительного времени с постоянными характеристиками и с возможностью корректировки состава электролита в процессе электролиза по содержанию иона металла и значению рН раствора и снижении при этом эксплуатационных затрат.The objective of the proposed technical solution is to create a method for processing metal-containing waste into metal powder under constant conditions (electrolysis mode) of powder production for a long time with constant characteristics and with the possibility of adjusting the electrolyte composition in the electrolysis process according to the content of the metal ion and the pH value of the solution and lowering operating costs.

Данные задачи в заявляемом способе получения порошка металла электролизом решаются за счет того, что в известном способе, включающем получение порошков металлов электролизом из водного раствора, содержащего соль соответствующего металла и буферные добавки, с использованием растворимых и нерастворимых анодов одновременно, предлагается, согласно заявляемого технического решения, дополнительно расположить растворимые и нерастворимые аноды в отдельных ячейках, имеющих общий контур циркуляции электролита и независимые катоды, и подключить их к отдельным источникам тока для постоянства условий электролиза в ячейке с растворимыми анодами с помощью осаждения в ячейке с нерастворимыми анодами избытка ионов металла на катоде и выделения ионов водорода на аноде. При этом переработка металлических отходов (отсевы порошков, скрап, лом и т.п.) производится растворением их на аноде засыпного типа и осаждением металла на катоде в виде порошка.These tasks in the inventive method for producing metal powder by electrolysis are solved due to the fact that in the known method, including obtaining metal powders by electrolysis from an aqueous solution containing a salt of the corresponding metal and buffer additives, using soluble and insoluble anodes at the same time, it is proposed, according to the claimed technical solution , additionally arrange soluble and insoluble anodes in separate cells having a common electrolyte circulation circuit and independent cathodes, and connect it to their individual sources of constant current for electrolysis conditions in the cell with soluble anodes by precipitation in a cell with insoluble anodes excess of metal ions on the cathode and the evolution of hydrogen ions at the anode. In this case, the processing of metal waste (screenings of powders, scrap, scrap, etc.) is carried out by dissolving them at the anode of the filling type and depositing the metal on the cathode in the form of a powder.

Заявляемое техническое решение поясняется чертежами и схемами, представленными на фиг.1, 2 и 3.The claimed technical solution is illustrated by drawings and diagrams presented in figures 1, 2 and 3.

На фиг.1 представлены примеры вариантов исполнения засыпного анода. Засыпной анод состоит из тканевого чехла (на фиг.1 он не показан), помещенной в него корзины (1) из нерастворимого и проводящего ток материала, например титана, и засыпанного в нее растворимого анодного материала (отсевы порошков, скрап, лом и т.д.). Засыпные аноды помещаются в тканевый чехол с целью исключения возможности загрязнения порошка анодным шламом.Figure 1 presents examples of embodiments of the backfill anode. The filling anode consists of a fabric cover (not shown in Fig. 1), a basket (1) placed in it of insoluble and current-conducting material, such as titanium, and a soluble anode material filled into it (powder screenings, scrap, scrap, etc.). d.). The filling anodes are placed in a fabric cover in order to exclude the possibility of powder contamination with anode sludge.

На фиг.2 схематически представлена установка, используемая в заявляемом способе получения порошка металла электролизом и схема ее электроснабжения, установка состоит, например, из четырех ячеек, где 2 - рабочие ячейки с растворимыми анодами, 3 - регенерирующая ячейка с нерастворимыми анодами, 4 и 5 - источники тока, 6 - катоды в ячейках с растворимыми анодами, 7 - катоды в ячейке с нерастворимыми анодами, 8 - засыпные растворимые аноды, 9 - нерастворимые аноды, 10 - корпус электролизера, 11 - непроницаемые для электролита перегородки между ячейками.Figure 2 schematically shows the installation used in the claimed method for producing metal powder by electrolysis and the scheme of its power supply, the installation consists, for example, of four cells, where 2 are working cells with soluble anodes, 3 is a regenerating cell with insoluble anodes, 4 and 5 - current sources, 6 - cathodes in cells with soluble anodes, 7 - cathodes in a cell with insoluble anodes, 8 - charge soluble anodes, 9 - insoluble anodes, 10 - electrolyzer body, 11 - bulkheads between cells that are impermeable to electrolyte.

На фиг.3 представлен вариант схемы циркуляции электролита, например, четырех ячеек, где 12 - рабочие ячейки с растворимыми анодами, 13 - регенерирующая ячейка с нерастворимыми анодами, 14 - циркуляционный центробежный насос, 15 - контур циркуляции электролита.Figure 3 shows a variant of the electrolyte circulation scheme, for example, four cells, where 12 are working cells with soluble anodes, 13 is a regenerating cell with insoluble anodes, 14 is a centrifugal circulation pump, 15 is an electrolyte circulation circuit.

Согласно заявляемому техническому решению, такой способ получения порошка электролизом позволяет обеспечить постоянство состава электролита по значению рН и содержанию иона осаждаемого металла в течение длительного времени при помощи процессов, происходящих в ячейке с нерастворимыми анодами:According to the claimed technical solution, this method of producing powder by electrolysis allows us to ensure the constancy of the electrolyte composition in terms of pH and ion content of the deposited metal for a long time using processes that occur in a cell with insoluble anodes:

- осаждение избытка ионов металла на катоде в компактном виде;- deposition of excess metal ions on the cathode in a compact form;

- выделение ионов водорода на аноде.- the release of hydrogen ions at the anode.

В заявляемом техническом решении ячейка с нерастворимыми анодами является регенерирующей. Количество катодов и анодов в регенерирующей ячейке и подаваемая сила тока варьируется и зависит от природы иона металла и величины прироста его концентрации в электролите. Регенерирующая ячейка выполняет функцию управления процессом электролиза, так как подаваемая на нее сила тока при необходимости регулируется в течение всего процесса электролиза.In the claimed technical solution, the cell with insoluble anodes is regenerative. The number of cathodes and anodes in the regenerating cell and the supplied current strength varies and depends on the nature of the metal ion and the magnitude of the increase in its concentration in the electrolyte. The regenerating cell performs the function of controlling the electrolysis process, since the current supplied to it is regulated, if necessary, during the entire electrolysis process.

Полученный в регенерирующей ячейке металлический катодный лист может быть использован в качестве сырья для получения порошка металла путем загрузки его в корзину растворимого анода засыпного типа рабочей ячейки. Такая возможность делает заявляемый способ получения порошка металла безотходным производством.The metal cathode sheet obtained in the regenerating cell can be used as a raw material for producing metal powder by loading it into the soluble anode basket of the charge cell of the working cell type. This opportunity makes the inventive method of producing a powder of metal waste-free production.

При применении заявляемого технического решения используемая установка электролиза может содержать любое количество ячеек, любую подходящую форму, комбинацию и количество катодов и анодов в них.When applying the claimed technical solution, the used electrolysis unit may contain any number of cells, any suitable shape, combination and number of cathodes and anodes in them.

Счистка наросшего на катодах порошка может производиться периодически приспособлением для съема порошка любой известной конструкции. Выбор конструкции приспособления для съема порошка зависит от формы используемых анодов и катодов.The powder that has grown on the cathodes can be cleaned periodically by a device for removing powder of any known design. The choice of design for powder removal devices depends on the shape of the anodes and cathodes used.

Заявляемое техническое решение может применяться для получения любого порошка металла или сплава порошков металлов, которые могут быть получены при электролизе водных растворов.The claimed technical solution can be used to obtain any metal powder or alloy of metal powders that can be obtained by electrolysis of aqueous solutions.

Примеры конкретного примененияCase Studies

Примером конкретного применения заявляемого способа получения порошка металла электролизом может служить описание технологического процесса получение порошка никеля в электролизере объемом 3 м3 с коническим дном, например, с четырьмя ячейками, одна из которых является регенерирующей. Схема электроснабжения ячеек приведена на фиг.2. В каждой рабочей ячейке с растворимым анодом (2) содержится два катода (6) в виде пластины из титана и три засыпных растворимых анода (8). Засыпной растворимый анод (8) состоит из тканевого чехла (на фиг.2 он не показан) из полипропилена, титановой корзины (1), конструкция которой приведена на фиг.1, и помещенных в нее отсевов порошков никеля. В регенерирующей ячейке с нерастворимым анодом (3) содержится два окисно-рутениевых нерастворимых анода (9) и три катода (7) в виде пластины из никеля. Электролиз проводился в электролите, содержащем сульфат никеля в количестве 10 г/л и буферную добавку, в качестве которой взят сернокислый аммоний в количестве 60 г/л, при рН электролита равного 5,5±0,5 и температуре 50±5°С. Катодная плотность тока в рабочих ячейках с растворимым анодом (2) равна 20 А/дм2. Катодная плотность тока в регенерирующей ячейке с нерастворимым анодом (3) равна 3,5 А/дм2. При подаче электрического тока на электродах рабочих ячеек с растворимым анодом (2) протекают следующие электрохимические реакции:An example of a specific application of the proposed method for producing metal powder by electrolysis can be a description of the technological process for producing nickel powder in an electrolyzer with a volume of 3 m 3 with a conical bottom, for example, with four cells, one of which is regenerative. The power supply circuit of the cells is shown in figure 2. Each working cell with a soluble anode (2) contains two cathodes (6) in the form of a titanium plate and three soluble bulk anodes (8). The bulk soluble anode (8) consists of a fabric cover (not shown in FIG. 2) made of polypropylene, a titanium basket (1), the construction of which is shown in FIG. 1, and nickel powder screenings placed therein. A regenerating cell with an insoluble anode (3) contains two ruthenium oxide insoluble anodes (9) and three cathodes (7) in the form of a nickel plate. The electrolysis was carried out in an electrolyte containing nickel sulfate in an amount of 10 g / l and a buffer additive, which was taken as ammonium sulfate in an amount of 60 g / l, with an electrolyte pH of 5.5 ± 0.5 and a temperature of 50 ± 5 ° С. The cathodic current density in the working cells with a soluble anode (2) is 20 A / dm 2 . The cathodic current density in the regenerating cell with an insoluble anode (3) is 3.5 A / dm 2 . When applying electric current to the electrodes of the working cells with a soluble anode (2), the following electrochemical reactions occur:

на катоде (6):at the cathode (6):

Ni2++2е→Ni;Ni 2+ + 2e → Ni;

2H+2e→H2,2H + 2e → H 2 ,

на засыпном растворимом аноде (8):on the backfill soluble anode (8):

Ni-2е→Ni2+;Ni-2e → Ni 2+ ;

H2O-2е→2H++0,5O2.H 2 O-2e → 2H + + 0.5O 2 .

При подаче электрического тока на электродах регенерирующей ячейки с нерастворимым анодом (3) протекают следующие электрохимические реакции:When applying electric current to the electrodes of the regenerating cell with an insoluble anode (3), the following electrochemical reactions proceed:

на катоде (7):at the cathode (7):

Ni2++2е→Ni;Ni 2+ + 2e → Ni;

++2е->Н2;2H + + 2-> H 2 ;

на нерастворимом аноде (9):on an insoluble anode (9):

H2O-2е→2Н++0,5O2.H 2 O-2e → 2H + + 0.5O 2 .

Никель, образующийся в ячейке с растворимыми анодами на катоде (6) в порошкообразном виде, счищается каждые 30 минут при помощи автоматизированного приспособления для съема порошка типа «гильотина». Приспособление, счищающее порошок сразу с обеих сторон электрода, приводится в движение через определенное время с выключением нагрузки на электроды. Никелевый порошок, накопившийся в течение 24 часов на дне ванны, отфильтровывается от электролита, промывается обессоленной водой, сушится, термообрабатывается в атмосфере водорода и просеивается. Средний размер частиц полученного порошка никеля равен 28 мкм. На фиг.4 представлен гранулометрический состав (определено методом седиментации) порошка никеля, полученного по описанному выше заявляемому способу, который подтверждает его однородность при использовании заявляемого технического решения.The nickel formed in the cell with soluble anodes on the cathode (6) in powder form is brushed off every 30 minutes using an automated guillotine-type powder removal device. A device that cleans the powder immediately on both sides of the electrode is set in motion after a certain time with the load on the electrodes turned off. Nickel powder accumulated over 24 hours at the bottom of the bath is filtered off from the electrolyte, washed with demineralized water, dried, heat treated in a hydrogen atmosphere and sieved. The average particle size of the obtained nickel powder is 28 μm. Figure 4 presents the particle size distribution (determined by sedimentation) of nickel powder obtained by the above-described inventive method, which confirms its uniformity when using the claimed technical solution.

Вторым примером применения заявляемого технического решения может служить описание технологического процесса получения порошка меди (фиг.5) в электролизере (16) объемом 10 литров, например, с двумя ячейками, одна из которых является регенерирующей. Схема электроснабжения ячеек для получения порошка меди представлена на фиг.5. Ячейки разделены между собой непроницаемой для электролита перегородкой (17). В рабочей ячейке с растворимым анодом (18) содержится катод (19) в виде стержня из титана и два засыпных растворимых анода (20). Засыпной растворимый анод (20) состоит из тканевого чехла (на фиг.5 он не показан) из полипропилена, титановой корзины (конструкция приведена на фиг.1) и помещенной в нее медной стружки марки БрКМц3-1. В регенерирующей ячейке с нерастворимым анодом (21) содержится один нерастворимый анод (22) из свинца и два катода (23) в виде пластины из меди. Электроды рабочей ячейки с растворимым анодом (18) подключены к источнику тока (24). Электроды регенерирующей ячейки с нерастворимым анодом (21) подключены к источнику тока (25). Электролиз проводился в электролите, содержащем сульфат меди в количестве 13,5 г/л и буферную добавку, в качестве которой взята серная кислота в количестве 170 г/л при температуре электролита 50±5°С. Катодная плотность тока в рабочей ячейке с растворимым анодом (18) равна 31 А/дм2. Катодная плотность тока в регенерирующей ячейке с нерастворимым анодом (21) равна 2,8 А/дм2. При подаче электрического тока на электродах рабочей ячейки с растворимым анодом (18) протекают следующие электрохимические реакции:A second example of the application of the claimed technical solution can be a description of the technological process for producing copper powder (Fig. 5) in an electrolyzer (16) with a volume of 10 liters, for example, with two cells, one of which is regenerative. The power supply circuit of the cells for producing copper powder is shown in Fig.5. The cells are separated by a septum impermeable to electrolyte (17). A working cell with a soluble anode (18) contains a cathode (19) in the form of a rod of titanium and two soluble bulk anodes (20). The bulk soluble anode (20) consists of a fabric cover (not shown in FIG. 5) made of polypropylene, a titanium basket (design is shown in FIG. 1) and BrKMts3-1 grade copper shavings placed in it. A regenerating cell with an insoluble anode (21) contains one insoluble lead anode (22) and two cathodes (23) in the form of a copper plate. The electrodes of the working cell with a soluble anode (18) are connected to a current source (24). The electrodes of the regenerating cell with an insoluble anode (21) are connected to a current source (25). The electrolysis was carried out in an electrolyte containing copper sulfate in an amount of 13.5 g / l and a buffer additive, which was taken as sulfuric acid in an amount of 170 g / l at an electrolyte temperature of 50 ± 5 ° C. The cathodic current density in the working cell with a soluble anode (18) is 31 A / dm 2 . The cathodic current density in the regenerating cell with an insoluble anode (21) is 2.8 A / dm 2 . When applying electric current to the electrodes of the working cell with a soluble anode (18), the following electrochemical reactions proceed:

на катоде (19):at the cathode (19):

Cu2++2е→Cu;Cu 2+ + 2e → Cu;

2H++2е→Н2;2H + + 2e → H 2 ;

на растворимом аноде (20):on a soluble anode (20):

Cu-2е→Cu2+;Cu-2e → Cu 2+ ;

H2O-2е→2H++0,5O2.H2O-2e → 2H + + 0.5O 2 .

При подаче электрического тока на электродах регенерирующей ячейки с нерастворимым анодом (21) протекают следующие электрохимические реакции:When an electric current is applied to the electrodes of a regenerating cell with an insoluble anode (21), the following electrochemical reactions proceed:

на катоде (23):at the cathode (23):

Cu2++2е→Cu;Cu 2+ + 2e → Cu;

2H++2е→H2;2H + + 2e → H 2 ;

на нерастворимом аноде (22):on an insoluble anode (22):

H2O-2е→2H++0,5O2.H2O-2e → 2H + + 0.5O 2 .

Медь, образующаяся на катоде (19) в порошкообразном виде, счищается каждые 90 минут с выключением нагрузки на электроды. Медный порошок, накопившийся в течение 24 часов на дне ванны, отфильтровывается от электролита, промывается дистиллированной водой, сушится, термообрабатывается в атмосфере водорода и просеивается. Средний размер частиц полученного порошка меди равен 26 мкм. На фиг.6 представлен гранулометрический состав (определено методом седиментации) порошка меди, полученного по описанному выше способу, который подтверждает его однородность при применении заявляемого технического решения.The copper formed on the cathode (19) in powder form is cleaned every 90 minutes with the load on the electrodes turned off. Copper powder accumulated over the course of 24 hours at the bottom of the bath is filtered off from the electrolyte, washed with distilled water, dried, heat treated in a hydrogen atmosphere and sieved. The average particle size of the obtained copper powder is 26 μm. Figure 6 presents the particle size distribution (determined by sedimentation method) of copper powder obtained by the method described above, which confirms its uniformity when applying the claimed technical solution.

Заявляемое техническое решение позволяет обеспечить постоянство условий электролиза (концентрации осаждаемого металла и значение рН раствора) в течение длительного времени и тем самым сократить трудоемкую операцию корректировки состава электролита, обеспечить возможность переработки металлических отходов различных производств с получением продукции в виде порошка металла, имеющего постоянные характеристики, что приводит в целом к снижению эксплуатационных затрат установки и себестоимости получаемых порошков металлов.The claimed technical solution allows to ensure the constancy of the electrolysis conditions (the concentration of the deposited metal and the pH of the solution) for a long time and thereby reduce the time-consuming operation of adjusting the composition of the electrolyte, to ensure the possibility of processing metal waste from various industries to produce products in the form of a metal powder with constant characteristics, which leads in general to lower operating costs of the installation and the cost of the obtained metal powders.

Использование полученного в регенерирующей ячейке металлического катодного листа в качестве сырья для получения порошка металла путем загрузки его в корзину растворимого анода засыпного типа рабочей ячейки делает заявляемый способ получения порошка металла безотходным производством.The use of a metal cathode sheet obtained in a regenerating cell as a raw material for producing a metal powder by loading it into a soluble anode basket of a charge type of a working cell makes the inventive method for producing metal powder a non-waste production.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИINFORMATION SOURCES

1. Кудра О., Гитмен Е., «Электрохимическое получение металлических порошков», Киев, 1952 г.1. Kudra O., Gitman E., “Electrochemical production of metal powders”, Kiev, 1952

2. Авторское свидетельство СССР на изобретение №1025757 «Способ получения магнитного порошка».2. USSR author's certificate for the invention No. 1025757 "Method for producing magnetic powder."

3. Авторское свидетельство СССР на изобретение №1104193 «Способ получения высокодисперсного магнитного порошка».3. USSR author's certificate for the invention No. 1104193 "Method for producing highly dispersed magnetic powder."

4. Авторское свидетельство СССР на изобрете.4. Copyright certificate of the USSR on the invention.

ние №956627 «Способ получения высокодисперсных магнитных порошков» 5. Авторское свидетельство СССР на изобретение №1183566 «Электролит для получения металлических порошков».Resolution No. 956627 “Method for the production of highly dispersed magnetic powders” 5. USSR copyright certificate for the invention No. 1183566 “Electrolyte for the production of metal powders”.

6. Авторское свидетельство СССР на изобретение №1199827 «Электролит для получения никелевого порошка».6. USSR author's certificate for the invention No. 1199827 "Electrolyte for the production of nickel powder."

7. Авторское свидетельство СССР на изобретение №1257120 «Способ получения никелевого порошка из сульфат-хлоридного электролита».7. USSR author's certificate for the invention No. 1257120 “Method for producing nickel powder from sulfate-chloride electrolyte”.

8. Авторское свидетельство СССР на изобретение №2319 «Способ электролитической переработки латуни на порошкообразную медь и хлористый цинк».8. USSR author's certificate for invention No. 2319 “Method for the electrolytic processing of brass into powdered copper and zinc chloride”.

9. Авторское свидетельство СССР на изобретение №933811 «Способ электролитического получения порошка никеля».9. USSR copyright certificate for the invention No. 933811 "Method for the electrolytic production of nickel powder".

10. Авторское свидетельство СССР на изобретение №189155 «Способ электролитического получения высокодисперсного магнитного порошка кобальта».10. USSR author's certificate for the invention No. 189155 “Method for the electrolytic production of highly dispersed magnetic cobalt powder”.

11. Авторское свидетельство СССР на изобретение №990882 «Электролит для получения металлического порошка сплава цинка с никелем».11. USSR author's certificate for the invention No. 990882 "Electrolyte for producing metal powder of zinc alloy with nickel."

12. Патент РФ на изобретение №2469111 «Способ получения медных порошков из медьсодержащих аммиакатных отходов».12. RF patent for the invention No. 2469111 "Method for producing copper powders from copper-containing ammonia waste."

13. Патент РФ на изобретение №2157417 «Способ утилизации медьсодержащих отходов».13. RF patent for the invention No. 2157417 "Method for the disposal of copper-containing waste."

14. Патент РФ на изобретение №2126312 «Способ получения металлического порошка, оксидов меди и медной фольги».14. RF patent for the invention No. 2126312 "Method for producing metal powder, copper oxides and copper foil."

15. Патент РФ на изобретение №2134311 «Способ получения металлического порошка, оксидов меди и медной фольги».15. RF patent for the invention No. 2134311 "Method for producing metal powder, copper oxides and copper foil."

16. Заявка на Евразийский патент №200700275 «Способ электролитического получения медного порошка в проточной электролитической ячейке».16. Application for Eurasian patent No. 200700275 "Method for the electrolytic production of copper powder in a flowing electrolytic cell."

17. Патент РФ на изобретение №2022717 «Способ получения медного порошка электролизом из сульфатных растворов и устройством для его осуществления».17. RF patent for the invention No. 2022717 "Method for producing copper powder by electrolysis from sulfate solutions and a device for its implementation."

18. Авторское свидетельство СССР на изобретение №410127 «Способ электролитического получения кобальт-вольфрамовых сплавов»18. USSR author's certificate for the invention No. 410127 "Method for the electrolytic production of cobalt-tungsten alloys"

19. Авторское свидетельство СССР на изобретение №33680 «Способ электролитического совместного осаждения кадмия и железа в губчатой форме».19. USSR author's certificate for invention No. 33680 “Method for the electrolytic co-deposition of cadmium and iron in a sponge form”.

20. Патент Великобритании на изобретение №403.281 «Способ усовершенствования методов получения чистого металлического кобальтового порошка».20. UK patent for the invention No. 403.281 "Method for improving methods for producing pure metallic cobalt powder."

21. Патент РФ на изобретение №2420613 «Способ получения электролитических порошков металлов».21. RF patent for the invention No. 2420613 "Method for producing electrolytic metal powders."

Claims (1)

Способ получения порошков металлов электролизом из водного раствора, содержащего соль соответствующего металла и буферные добавки, с использованием растворимых и нерастворимых анодов одновременно, отличающийся тем, что растворимые и нерастворимые аноды располагают в отдельных ячейках, имеющих общий контур циркуляции электролита и независимые катоды, подключают к отдельным источникам тока и обеспечивают постоянство состава электролита по значению pН и содержанию иона осаждаемого металла в ячейке с растворимыми анодами путем осаждения избытка ионов металла на катоде и выделения ионов водорода на нерастворимом аноде в ячейке с нерастворимыми анодами. A method of producing metal powders by electrolysis from an aqueous solution containing a salt of the corresponding metal and buffer additives using soluble and insoluble anodes at the same time, characterized in that the soluble and insoluble anodes are located in separate cells having a common electrolyte circuit and independent cathodes, connected to separate current sources and ensure a constant electrolyte composition in terms of pH and ion content of the deposited metal in a cell with soluble anodes by precipitation the excess of metal ions at the cathode and the release of hydrogen ions at the insoluble anode in the cell with insoluble anodes.
RU2014108811/02A 2014-03-06 2014-03-06 Method of metal powder manufacturing by electrolysis RU2553319C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014108811/02A RU2553319C1 (en) 2014-03-06 2014-03-06 Method of metal powder manufacturing by electrolysis

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014108811/02A RU2553319C1 (en) 2014-03-06 2014-03-06 Method of metal powder manufacturing by electrolysis

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2553319C1 true RU2553319C1 (en) 2015-06-10

Family

ID=53295303

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014108811/02A RU2553319C1 (en) 2014-03-06 2014-03-06 Method of metal powder manufacturing by electrolysis

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2553319C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2585582C1 (en) * 2015-06-15 2016-05-27 Акционерное общество "Особое конструкторско-технологическое бюро "ОРИОН" Method of producing copper nanopowder

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB403281A (en) * 1932-04-29 1933-12-21 British Thomson Houston Co Ltd Improvements in and relating to methods of obtaining pure metallic cobalt in powder
SU70696A1 (en) * 1947-02-08 1947-11-30 А.Б. Альтман The method of obtaining metal powders by electrochemical
RU2420613C1 (en) * 2010-04-13 2011-06-10 Открытое акционерное общество "УРАЛЬСКИЙ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ КОМБИНАТ" Procedure for production of elctrolytic powders of metals

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB403281A (en) * 1932-04-29 1933-12-21 British Thomson Houston Co Ltd Improvements in and relating to methods of obtaining pure metallic cobalt in powder
SU70696A1 (en) * 1947-02-08 1947-11-30 А.Б. Альтман The method of obtaining metal powders by electrochemical
RU2420613C1 (en) * 2010-04-13 2011-06-10 Открытое акционерное общество "УРАЛЬСКИЙ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ КОМБИНАТ" Procedure for production of elctrolytic powders of metals

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2585582C1 (en) * 2015-06-15 2016-05-27 Акционерное общество "Особое конструкторско-технологическое бюро "ОРИОН" Method of producing copper nanopowder

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Sharma et al. Electrowinning of cobalt from sulphate solutions
CN104114750B (en) Method for industrial copper electrolyzing refining
Bergmann et al. Electrochemical antimony removal from accumulator acid: Results from removal trials in laboratory cells
JP3913725B2 (en) High purity electrolytic copper and manufacturing method thereof
CN102725086A (en) Method and arrangement for producing metal powder
CN103924267A (en) Method for manufacturing sponge cadmium under effect of micro currents
JP2020056093A (en) Method of producing sulfuric acid solution and electrolytic cell used in the same
Choi et al. Production of ultrahigh purity copper using waste copper nitrate solution
RU2553319C1 (en) Method of metal powder manufacturing by electrolysis
JP2016186115A (en) Method for electrolytic extraction of metal
Owais Effect of electrolyte characteristics on electrowinning of copper powder
RU2420613C1 (en) Procedure for production of elctrolytic powders of metals
Jiricny et al. Copper electrowinning using spouted-bed electrodes: part I. Experiments with oxygen evolution or matte oxidation at the anode
JP7211143B2 (en) Method for producing sulfuric acid solution
JP2009203487A (en) Metal electrowinning method by diaphragm electrolysis
CN107587169A (en) Ti in one kind regulation fused electrolyte2+And Ti3+The method of ratio
JP4323297B2 (en) Method for producing electrolytic copper powder
DE602004001677T2 (en) METHOD FOR THE ELECTROLYTIC RECOVERY OF COPPER IN SALZAGE SOLUTION
Jafar Effects of new additives (lanolin) on the electro-deposition of copper powder
Abbas et al. Monitoring the Effect of Additive Agents and Other Parameters on Copper Deposition by Electro Refining Process
Łukomska et al. Shape and size controlled fabrication of copper nanopowders from industrial electrolytes by pulse electrodeposition
US2796394A (en) Separating and recovering nonferrous alloys from ferrous materials coated therewith
JP2015101741A (en) Method for recovering metal from scrap
Samal et al. Behaviour of arsenic (III) and antimony (III) during electrowinning of nickel from aqueous sulphate solutions
Mantell Electrodeposition of powders for powder metallurgy

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20200307