RU2346085C2

RU2346085C2 - Electrolyser for gallium emission from solution

Info

Publication number: RU2346085C2
Application number: RU2007109734/02A
Authority: RU
Inventors: Александр Сергеевич Сенюта (RU); Александр Сергеевич Сенюта; Иоан Владимирович Давыдов (RU); Иоан Владимирович Давыдов
Original assignee: Открытое акционерное общество "РУСАЛ Всероссийский Алюминиево-магниевый Институт"
Priority date: 2007-03-12
Filing date: 2007-03-12
Publication date: 2009-02-10
Also published as: RU2007109734A

Abstract

FIELD: metallurgy, electrolysis.

SUBSTANCE: invention concerns electrolyser for gallium emission from solutions by reducing on liquid metal cathode. Electrolyser includes circular-shaped body with horizontal bottom, allowing cathode current contact jaw, anode and blade agitator. At that anode is implemented in the form of planar annulus and located horizontally between bottom and mixer. Dimensions of anode are defined by ratio: (D₁ ²-D₂ ²)/D₃ ²=0.5÷1.5, where D₁ - internal diameter of body; D₂ - external diameter of anode; D₃ - internal diameter of anode.

EFFECT: productivity improvement of electrolyser, outlet by current and reduction of sliming.

2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к электролизерам для извлечения металлов из растворов на жидком металлическом катоде и может быть использовано для извлечения галлия из алюминатно-щелочных растворов глиноземного производства.The invention relates to electrolyzers for the extraction of metals from solutions on a liquid metal cathode and can be used to extract gallium from aluminate-alkaline solutions of alumina production.

Известен электролизер для извлечения металлов из растворов на жидком катоде (Авторское свидетельство СССР №436872). Он состоит из корпуса, твердой вращающейся основы в виде вертикально установленного барабана с приводом вращения и крышкой из токонепроводящего материала, цилиндрической камеры с отверстием для анода, помещенного в диафрагму, двух камер, отстойника-разлагателя металла, трубок для циркуляции металла и раструба находящейся внутри барабана неподвижной рамы для торможения (перемешивания) раствора, кольцевого желоба, образованного верхней расширяющейся частью барабана и крышкой, патрубков и для ввода и вывода электролита, токоподводов, патрубков, по которым отсасывают газы,Known electrolyzer for the extraction of metals from solutions on a liquid cathode (USSR Author's Certificate No. 436872). It consists of a casing, a solid rotating base in the form of a vertically mounted drum with a rotation drive and a cover of non-conductive material, a cylindrical chamber with an aperture for the anode placed in the diaphragm, two chambers, a metal decay-decomposer, tubes for metal circulation and a socket inside the drum a stationary frame for braking (mixing) the solution, an annular groove formed by the upper expanding part of the drum and the cover, nozzles and for input and output of electrolyte, current leads, pa Cuttings which aspirated gases

Недостатком устройства является сложность конструкции и трудности в эксплуатации, именно поэтому данный аппарат не нашел применения в промышленности.The disadvantage of this device is the complexity of the design and difficulties in operation, which is why this device did not find application in industry.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению (прототипом) является электролизер для электроосаждения галлия из алюминатных растворов (Зазубин А.И., Шалавина Е.Л., Романов Г.А., Иванова Г.А. Извлечение галлия из алюминатно-галлатных растворов глиноземного производства электрохимическими методами. В кн.: Излечение галлия, ванадия скандия из продуктов глиноземного производства. - Наука АН КазССР, Алма-Ата, 1969, с.39), включающий цилиндрический корпус с плоским горизонтальным дном.Closest to the claimed technical solution (prototype) is an electrolyzer for electrodeposition of gallium from aluminate solutions (Zazubin A.I., Shalavina E.L., Romanov G.A., Ivanova G.A. Extraction of gallium from aluminate-gallate solutions of alumina production electrochemical methods. In the book: Healing of gallium, vanadium scandium from products of alumina production. - Science of the Academy of Sciences of the Kazakh SSR, Alma-Ata, 1969, p. 39), including a cylindrical body with a flat horizontal bottom.

Электролизер весьма прост по конструкции и состоит из цилиндрического корпуса с горизонтальным дном, анода, катодного токоподвода, и снабжен лопастной мешалкой с электроприводом. В рабочем состоянии корпус заполнен исходным галлийсодержащим раствором. В качестве катода использован жидкий технический галлий, располагающийся на дне, контактирующий с катодным токоподводом. Анодом служит никелевая пластинка, расположенная горизонтально над мешалкой. Поверхностный слой галлиевого электрода перемешивается с помощью мешалки, погруженной в галлий на 2-3 мм.The cell is very simple in design and consists of a cylindrical body with a horizontal bottom, an anode, a cathode current lead, and is equipped with a paddle mixer with an electric drive. In working condition, the housing is filled with the original gallium-containing solution. As the cathode used liquid technical gallium, located at the bottom, in contact with the cathode current supply. The anode is a nickel plate located horizontally above the mixer. The surface layer of the gallium electrode is mixed with a mixer immersed in gallium by 2-3 mm.

Поскольку мешалка погружена в галлий, то невозможно добиться эффективного перемешивания раствора по всему объему ячейки без диспергирования жидкого сплава. Для свободного вращения мешалки в пространстве между анодом и катодом неизбежно приходится увеличивать межполюсное расстояние, что в конечном итоге негативно сказывается на процессе электролиза, снижает производительность аппарата и выход по току, а также увеличивает шламообразование.Since the mixer is immersed in gallium, it is impossible to achieve effective mixing of the solution throughout the cell without dispersing the liquid alloy. For the mixer to rotate freely in the space between the anode and cathode, it is inevitable to increase the interpolar distance, which ultimately negatively affects the electrolysis process, reduces the apparatus performance and current efficiency, and also increases sludge formation.

Галлиевый шлам - специфическая металлическая пастообразная масса, образующаяся в процессе восстановления галлия из промышленных растворов, содержащих микропримеси соединений ванадия, хрома, железа и т.п., не менее чем на 80% представлен галлием, но требует повторной переработки и дополнительных затрат.Gallium sludge - a specific metal paste-like mass formed during the recovery of gallium from industrial solutions containing trace elements of vanadium, chromium, iron, etc., is represented by gallium at least 80%, but requires re-processing and additional costs.

Задачей изобретения является повышение производительности аппарата и выхода по току, а также снижение шламообразования при извлечении галлия на жидком галлиевом катоде из алюминатно-щелочных растворов глиноземного производства.The objective of the invention is to increase the productivity of the apparatus and current efficiency, as well as reducing sludge formation during extraction of gallium on a liquid gallium cathode from aluminate-alkaline solutions of alumina production.

Получение технического результата достигается тем, что в электролизере для выделения галлия из растворов восстановлением на жидком металлическом катоде, включающем цилиндрический корпус с горизонтальным дном, имеющим катодный токоподвод и лопастную мешалку, анод выполнен в виде плоского кольца и расположен горизонтально между дном и мешалкой.Obtaining a technical result is achieved by the fact that in the electrolyzer for separating gallium from solutions by reduction on a liquid metal cathode, including a cylindrical body with a horizontal bottom having a cathode current supply and a paddle mixer, the anode is made in the form of a flat ring and is located horizontally between the bottom and the mixer.

Размеры анода определяются соотношением:The dimensions of the anode are determined by the ratio:

где D₁- внутренний диаметр корпуса;where D ₁ is the inner diameter of the housing;

D₂, D₃ - внешний и внутренний диаметры анода соответственно.D ₂ , D ₃ - external and internal diameters of the anode, respectively.

На фиг.1 схематически показан электролизер периодического действия для извлечения галлия из растворов.Figure 1 schematically shows a batch cell for extracting gallium from solutions.

На фиг.2 представлены гидродинамические линии тока при перемешивании раствора лопастной мешалкой.Figure 2 presents the hydrodynamic streamlines while stirring the solution with a paddle mixer.

Электролизер состоит из цилиндрического корпуса 1, плоского горизонтального дна 2, в котором имеется катодный токоподвод 3. Над катодным токоподводом размещен анод 4, выполненный в виде плоского кольца и расположенный горизонтально между дном 2 и мешалкой 5.The cell consists of a cylindrical body 1, a flat horizontal bottom 2, in which there is a cathode current lead 3. Above the cathode current lead there is an anode 4 made in the form of a flat ring and located horizontally between the bottom 2 and the mixer 5.

Работа аппарата осуществляется следующим образом.The operation of the apparatus is as follows.

В порожний аппарат заливают галлийсодержащий раствор 6 и такое количество жидкого галлия 7, которое необходимо для покрытия дна 2 электролизера и осуществления контакта с катодным токоподводом 3. Далее включают перемешивающее устройство с мешалкой 5, подают постоянный ток на катодный токоподвод 3 и анод 4 в соответствующей полярности и проводят электролиз. При интенсивном перемешивании раствора 6 жидкий галлий (катод) 7 также увлекается им в движение, что благоприятно сказывается на процессе электролиза, так как приводит к ускорению межфазного обмена, а отсутствие непосредственного контакта жидкого галлия 7 с мешалкой 5 снижает шламообразование. Выделяемый в процессе электролиза металл осаждается на катоде 7, постепенно увеличивая массу первоначально залитого в электролизер жидкого галлия. Осажденный металл является продукционным и отделяется от первоначальной основы жидкого катода 7 при разгрузке.A gallium-containing solution 6 is poured into the empty apparatus and such an amount of liquid gallium 7 is necessary to cover the bottom 2 of the cell and make contact with the cathode current supply 3. Next, a stirring device with a stirrer 5 is turned on, direct current is supplied to the cathode current supply 3 and anode 4 in the corresponding polarity and carry out electrolysis. With intensive stirring of solution 6, liquid gallium (cathode) 7 is also carried away by it, which favorably affects the electrolysis process, since it leads to an acceleration of interphase exchange, and the absence of direct contact of liquid gallium 7 with a stirrer 5 reduces sludge formation. The metal released during the electrolysis is deposited on the cathode 7, gradually increasing the mass of liquid gallium initially poured into the electrolyzer. The deposited metal is production and is separated from the original base of the liquid cathode 7 during unloading.

Разгрузку электролизера осуществляют с помощью вакуум-ресивера или иным способом. Процесс электролиза в электролизере может осуществляться как в периодическом, так и в непрерывном (с протоком раствора) режимах работы.The discharge of the electrolyzer is carried out using a vacuum receiver or in another way. The electrolysis process in the electrolyzer can be carried out both in batch and continuous (with a solution flow) operating modes.

При перемешивании раствора 6 под действием центробежной силы жидкость отбрасывается лопастями мешалки 5 в радиальном направлении. В результате в электролизере возникают два тороидальных течения, разделенных плоскостью, в которой вращаются лопасти мешалки 5. Таким образом, в аппарате создается устойчивая циркуляция, визуально представленная на фиг.2. Анод 4, выполненный в виде кольца и расположенный горизонтально между мешалкой 5 и дном 2, незначительно нарушает гидродинамический режим, поскольку линии тока перемешиваемого раствора 6 практически беспрепятственно огибают анод 4. Практика металлургии галлия показывает, что такой характер перемешивания близок к оптимальному.When stirring the solution 6 under the action of centrifugal force, the liquid is discarded by the blades of the mixer 5 in the radial direction. As a result, two toroidal flows arise in the electrolyzer, separated by a plane in which the blades of the mixer 5 rotate. Thus, a stable circulation is created in the apparatus, visually presented in Fig. 2. The anode 4, made in the form of a ring and located horizontally between the mixer 5 and the bottom 2, insignificantly violates the hydrodynamic regime, since the streamlines of the mixed solution 6 almost envelope the anode 4. The practice of gallium metallurgy shows that this kind of mixing is close to optimal.

Выполнение анода 4 в виде плоского кольца и перемещение его под мешалку 5 позволяет значительно сократить межполюсное расстояние в электролизере и улучшить перемешивание, что на 5-10% увеличивает производительность аппарата и выход по току, а также на 15-20% снижает шламообразование. Таким образом, внесенные изменения в заявляемом электролизере положительно сказываются на процессе электролиза по сравнению с прототипом.The implementation of the anode 4 in the form of a flat ring and moving it under the mixer 5 can significantly reduce the pole gap in the cell and improve mixing, which increases the apparatus productivity and current efficiency by 5-10%, and also reduces sludge formation by 15-20%. Thus, the changes in the inventive electrolyzer have a positive effect on the electrolysis process compared to the prototype.

Claims

1. An electrolyzer for separating gallium from solutions by reduction on a liquid metal cathode, including a cylindrical body with a horizontal bottom having a cathode current supply, an anode and a paddle mixer, characterized in that the anode is made in the form of a flat ring and is located horizontally between the bottom and the mixer.

2. The cell according to claim 1, characterized in that the dimensions of the anode are determined by the ratio:

where D ₁ is the inner diameter of the housing; D ₂ is the outer diameter of the anode; D ₃ - the inner diameter of the anode.