RU5184U1 - Погружной электрохимический модуль - Google Patents

Description

М. Кл, С 25 В 7/00 - 9/00, С 25 С 7/00 - 9/00

ПОГРУШОЙ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ МОДУЛЬ

Полевная модель относится к прикладной электрохимии и может быть использовала для электрохимической обработки растворов электролитов, например, с целью электролитического извлечения металлов или проведения окислительно-восстановительных процессов.

Известна электрохш ическая установка, используемая для извлечения металлов из разбавленных рас.творов 1, а также известна установка для проведения окиолительно-восстановительных процессов . Обе они, как миншлум, включают электроливер, напорную емкость, насос и систему трубопроводов с запорной арматурой. В ходе электролиза, обрабатываемой раствор с помощью насоса непрерывно циркулирует между накопительной емкостью и электродным пространством электролизера.

Недостатком каждой из известных электрохимических установок ЯВЛЯЮТСЯ: повышенная материалоемкость, большие занимаемая производственная площадь (в том числе на разных высотах) и объем, сложность и трудоемкость обслуживанияИзвестен аппарат для извлечения металлов из растворов, располагающийся непосредственно в ванне с раствором, состоящий из цилиндрриеского корпуса с входом и выходом и снабженный внешним контуром с HaiDocoM для циркуляции раствора, расположенные в корпусе анод и катод подсоединены к источнику постоянного тока 33.

Недостатками прототипа также являются высокая материалоемкость и низкая эффе :тивность работы. Известно, что обеспечить герметичность внешних перекачиваюпщх систем сложно, что затрудняет их обслуживание и вызывает потери обрабатывае} шБ растворов.

Горивонтальное расположение элер троливера,. на дне емкости с обрабатываеыым раствором усложняет подвод TOPS к электрода / sa счет необходюгюоти хюжчески стойкой изоляции шин, а тарже затрудняет контроль за работой электролизера. В процессе электролиза (особенно очень рае-бавленных растворов) часть металла осаждается в порошкообравной форме, осыпается с катода и теряется. Никаких мер по сбору осыпающегося порошка металла в известных конструкциях не предусмотрено. Кроме того, внешняя система подачи раствора требует повышенного расхода алектроанергии. Это связано с налр1чием гидродиналического сопротивления раствора, проходящего через трубопровод к назосу и от Hasooca к электроливеру. Из-за малоэффективного перемешивания раствора в прикатодном пространстве низок выход продукта по току. Все это в целом приводит к малой Э $фективности работы иввестны : устройств.

Задачей полезной модели является уменьшение материалаемкости и повышения эффективности работы погружного электрохшличесрюго модуля.

Поставленная задача достигается тем, что в погружном электрохимическом модуле для обработки рззтворов, содержащем Щтлиндрический проточный электролизер с коаксиально ра(зположенными электродами , соединенныгли с источником постоянного тока, отверстие для ввода раствора и узел его подачи, согласно предполагаемому изобретению увел подачи раствора непосредственно соединен с эле ;:тролизером, расположенным вертикально так, чтобы выводы токоподводов к алер;тродам находились выше уровня pascTBOpa, при этом основание электролизера содержит каналы для подачи раствора в межэлер тродное пространство, расположенные под углом к.горизонтальной плоскости в сторону катода и по направлению враделия крыльчатки узла подачи, а со стороны мэжэлектродного пространства, основание электролизера снабжено дугообразными канавкаж, ржторые граничат своей внешней стороной с внутренней стороной катода, ушеют наклон в направлении вращения крыльчатки и заканчиваются вертикальными калалагж, соединяющими межалер:тродное пространство с ка лерой, расположенной коаксиально осевой полости узла подачи раствора, причем выход обрабатываемого раствора осуществляется через слой материала и его сетчатый токоподвод.

- s содержит цилиндрический проточный электроливер 1 с коаксиадьно рас-положенншж объемно-пористым углеграфитовым гатодом S и анодом 3, обрав тощих межэлектродное пространство 4 и соединенных черев сетчатый токоподвод 5 и соответствуюпцте эжектроиволированные выводы 6 и с источником постоянного тока 8, г- ежзлектродное пространство 4 разделено пористой диафрагмой 9 и сообщается с полостью 10 узла подачи раствора посредством каналов 11 направленны в сторону катода под углом к горивонтальной плоскости в направлении вращения крыльчатки IS закрепленной на нижнем конце вала 13. Вал 13 пропущен черев трубу 14 и соединен с электродвигателем 15 вакрепленны л на гавооборнике 16. Гавосборник 16 снабжен двумя штуцерами 1 и 18, расположенными на равных уровнях- Штуцер 17, расположенный на верхнем уровне, служит для вывода гава ив калеры 19 гавосборника 16, а штуцер 18, имеющий гвдроватвор, является одновременно и предохранительньм и сигналивирующ1М о ваполнении металлом материала катода, Гавосборник 16 соединен с верхней частью электроливера 1 прианодное пространство которого соединено с камерой 19 черев вертрткальные отвестия 20. Основание .21 электроливера 1 снабжено дугообравными канавками ЙЕ (см. фиг.) которые ваквнчиваются рханалали 23, соединяющвли прикатодное пространство о накопительной р:а}:№рой 24 гшеющгж сливной штуцер S5 с фильтром 26.

Погружной электрохшл иеский модуль работает следующим обравом.

Перед началом обработки раствора погружной электрохимический модуль устанавливается в емкость с раствором и при необходршости вакрепляется с помощью устройства 27 (см. фиг.1) так, чтобы уровень раствора прржерно совпадал с основанием гавосборника 16. Электрические выводы 6 и 7 подключаются к соответствующим клемам источни.ка питания 8. С помощь-.ю двигателя 15 приводится во вращение крыльчатка 12 и черев каншгы 11 в прикатодное пространство непрерывно поступает раствор при этом объем paiCTBOpE интенсивно перемешивается и приобретает врщательное движение. При прохождении электрического тока на объемно-пористом углеграфитовом катоде 2 протекают процессы восстановления, например, восстановление ионов металла до металла, а на аноде 3 - процесс окисления. В процессе эле ;тролива. частицы металла, не вакрепившиеся на катоде, осыпаются и ва:{ватываются раствором j вращалзщкмся в объеме прикатодного пространства. Благодаря центробежной силе частицы металла

- 3 собираются вбливи катода Е в основании прикатодного пространства и попадая в дугообразные канавк:.и SS, а затем в ивналы S3, собираются в накопительной к:айере 24 закрытой фильтром 26, пропускаюпръм раствор. По мере заполнения металлом проточного объемно-пористого катода (при постоянной скорости протока)его гидродиншшческое сопротивление растет и уровень раствора в 1Q гааосборш-жа 16 будет постепено повышаться. Повышение уровня раствора в гидрозатворе указывает на близкую к предельной степени заполнения пористого материала катода металлом и необходимости его замены. Следует отметить что этот факт может быть легко использован для автоматического отключения погружного электрохимического модуля.

Непосредственное соединение узла подачи раствора с основанием .электролизера исключает необходимость в системе трубопроводов и запорной арматуре, в результате уменьшается материалоемкость, ислючается потеря электролита, снижаются требования i герметичности соединений, ва счет компактности повышается мобильность использования элер трокимического модуля . Ра сположение выше уровня рас-твора выводов токоподводов к: аноду и катоду значительно упрошает обслужр1ввние, так как при этом легко обеспечить контроль злектричесрюго соединения и ис 1ж«чить неоправданные потери электроэнергии. Выполнение отверстий для подачи раствора в направлении катода под углом к горизонтальной плоскости и в направлении вращения рфыльчатки узла подачи раствора обеспечивает образование в межзлергтродном пространстве спиралевидных гидродинамических потоков, объем электролита в межэлектродном пространстве интенсивно перемешивается и приобретает вращательное движение, Ва счет перемешивания интенсифицируется процесс элек;тролиза, что позволяет улучшить равномерность рапределения металла по высоте катода, обеспечить анергетическ - более экономичный режим раб-оты и тем самым существенно снизить эксплуатационные затраты. Выполнение дугообразных канавок в основании злер;тролизера со стороны мэжзлектродного пространства, граличаш тх своей внешней стороной с внутренней стороной катода и имеющих наклон в направлении вращения объема электролита и заканчивающиеся вертикальны}ли рганалами, соединяющими межвлектродное пространство с р амерой, обеспечивает автоматичесршй сбор в р амере осыпающегося с катода металла. Расположение н-арюпительной р амеры коаксиально осевой полости узла подачи раствора способствует продв1тен1Ш частиц металла в камеру и при этом сохраняет рюмпактность погружного электрохимического мо- 4 дуля. Выход обрабатываемого раствора черев слой объемно-пористого катода и его сетчатый токоподвод повволяет исключить материалоемкий корпус и упростить обслуживание по установке и удаленрш катода с осажденным металлом.

Введение новых существенных привнаков позволяет сократить материалоемкость и повысить эффективность работы погружного электрох1Шического модуля.

Изготовлен опытный образец погружного элер -трохшлического модуля IIM-1 (геометрическая плопщдь катода 18 кв. дм ) и проведены его испытания для извлечения серебра из отработанных фирюажных и фиксажйоотбеливающих расворов (см. приложение N 1 - Акт об испытаниях) , а также для очистки электролитов никелирования от ионов меди (см. пр11ложение N Е - Акт о производственных испытаниях). Результаты испытаний показали, что при обработке 30 л фирюажного раствора с исходным содержанием серебра 2-4 г/л (режрм электролиза: ток IS-16 Aj напряжение на модуле 3,5-4 В, температура комнатная) уже через 3 часа электролиза остаточная концентрация серебра составила 10-20 мг/л а степень извлечения - более 99 %.

Таким образом, конструктивные отличия предложенного погружного электрохимического модуля в сравнении с прототипом позволяют значительно повысить эффективность работы модуля, уменьшить материалоемкость, упростить обслуживание и повысить мобильность использования. 1. Е. 3.

- Ез Испольвованнач информация А.И.Маслий, Р.Ю.Бек и др. Цветнйе металлы, 1973, N 8, с.73 Патент США М 4834848, кл. С 25 С 1/10, 1989. Патент СЕ4 N 4276147, кл. С 25 В 7/00, 1981.

Claims (1)

1. Погружной электрохимический модуль для обработки растворов, содержащий цилиндрический проточный электролизер с коаксиально расположенными электродами, соединенными с источником постоянного тока, отверстие для ввода раствора и узел его подачи, отличающийся тем, что узел подачи раствора непосредственно соединен с электролизером, расположенным вертикально так, чтобы выводы токоподводов к электродам находились выше уровня раствора, при этом основание электролизера содержит каналы для подачи раствора в межэлектродное пространство, расположенные под углом к горизонтальной плоскости в сторону катода и по направлению вращения крыльчатки узла подачи, а со стороны межэлектродного пространства основание электролизера снабжено дугообразными канавками, которые граничат своей внешней стороной с внутренней стороной катода, имеют наклон в направлении вращения крыльчатки и заканчиваются вертикальными каналами, соединяющими межэлектродное пространство с камерой, расположенной коаксиально осевой полости узла подачи раствора, причем выход обрабатываемого раствора осуществляется через слой материала катода и его сетчатый токоподвод.