Аппарат для извлечения ионов металлов из водных растворов

 

Сущность изобретения: аппарат выполнен в виде установленного с возможностью вращения горизонтального барабана. На его внутренней поверхности закреплены полки для перемешивания скрапа. Аппарат содержит магниты для укрупнения ферритов, привод, сетку для предотвращения выноса скрапа, загрузочное и разгрузочное устройства. Внутренний объем барабана разделен перфорированной перегородкой на две равные части, причем предусмотрена загрузка в обе эти части. Такая конструкция аппарата обеспечивает увеличение его производительности. 1 ил., 1 табл.

Изобретение относится к области металлургии цветных металлов и может быть использовано для очистки сточных вод.

Известны устройства для извлечения ионов металлов из водных растворов путем их обработки коллоидным гидроксидом железа (Бабенков Е.Д. Очистка воды коагулянтами. - М.: Наука, 1977, с. 244-248).

Однако данные аппараты неприменимы для выделения ионов благородных металлов, например, золота, серебра, так как не обеспечивают осаждения этих металлов из цианистых растворов.

Известно устройство для извлечения ионов благородных металлов из водных растворов, содержащее барабан, снабженный полками, расположенными на его внутренней поверхности. Барабан содержит также сетку, привод, загрузочное и разгрузочное устройства (авт. св. СССР N 380728, кл. C 22 B 15/12, 1969).

Недостатком данного устройства является длительность процесса извлечения ионов из их водных растворов, низкая производительность устройства.

Наиболее близким к предлагаемому является аппарат, состоящий из горизонтального вращающегося барабана, выполненного из диэлектрического материала и футерованного медью (авт. св. СССР N 841369, кл. C 22 B 11/12, 1980).

Внутри барабана расположены продольные перфорированные полки, выполненные из диэлектрика или меди. Аппарат снабжен входной и разгрузочной горловинами для загрузки скрапа, удаления образующегося феррита, подвода и отвода раствора, а также обеспечения вентиляции барабана при непрерывной работе устройства. Аппарат разделен сеткой, препятствующей выносу скрапа. Барабан установлен на опорных роликах и с помощью опорных и упорных роликов приводится во вращение.

Однако, известный аппарат имеет ряд существенных недостатков. Так, например, конструкция аппарата обеспечивает загрузку в него скрапа только на 1/3 внутреннего (рабочего) объема барабана, что отрицательно влияет на производительность процесса извлечения металла.

Другим существенным недостатком является периодичность процесса извлечения ионов металлов из их водных растворов. Периодичность процесса обусловлена тем, что при вращении барабана скрап увлекается полками и выносится из поступающей на очистку жидкости. Процесс извлечения начинается вновь в тот момент, когда под действием силы тяжести скрап падает с полки вниз и попадает таким образом в жидкость. В итоге в очищаемой жидкости скрап находится периодически и его количество колеблется практически от полного отсутствия до максимума, равного загрузке.

Целью изобретения является увеличение производительности аппарата.

Цель достигается путем установки в барабане горизонтальной несущей перфорированной плоскости, делящей внутренний объем на две равные части. Плоскость жестко соединена с боковыми стенками барабана.

Сущность изобретения состоит в том, что в предложенном изобретении скрап загружают в барабан как на несущую перфорированную плоскость, так и под нее. Удвоенное количество скрапа, загружаемое в барабан, повышает производительность работы аппарата вследствие установления непрерывности процесса очистки воды от ионов металлов.

Непрерывность процесса обусловлена тем, что при вращении барабана скрап увлекается полками и выносится из поступающей на очистку жидкости. Однако, сколько скрапа из жидкости вынесено, столько же одновременно его поступает вновь по мере погружения несущей плоскости со скрапом в очищаемую жидкость. Последнее ассоциируется с вальсом, в котором партнеры постепенно меняются своими местами друг с другом.

Новизна и существенные отличия заявленного технического решения состоят в том, что новый конструктивный элемент позволил увеличить загрузку скрапа и обусловил непрерывность процесса очистки.

На чертеже дана схема предлагаемого аппарата, разрез.

Аппарат состоит из горизонтального вращающегося барабана 1, выполненного из диэлектрического материала и футерованного медью 2. Внутри барабана расположены продольные перфорированные полки 3, выполненные из диэлектрика или меди. Аппарат снабжен входной 4 и разгрузочной 5 горловинами для загрузки скрапа, удаления образующегося феррита, подвода и отвода раствора, а также обеспечения вентиляции внутри барабана. Аппарат имеет две зоны очистки: зону образования 6 и укрупнения 7 ферритов, снабженную магнитами 8. Зоны разделены вертикальной сеткой 9, препятствующей выносу скрапа. Барабан аппарата устанавливается на опорные ролики 10 и с помощью роликов 11 приводится во вращение. Известное устройство дополнительно снабжено горизонтальной перфорированной металлической плоскостью 12 или плоскостью из диэлектрика, футерованного медью.

Работа аппарата осуществляется следующим образом.

Аппарат 1 загружают через входную горловину 4 медным и железным скрапом. Его загружают в необходимом количестве на несущую перфорированную плоскость 12. Затем поворачивают барабан на 180^o и повторяют операцию загрузки. В итоге в барабане содержится две загрузки скрапа, одна из которых помещена на несущей перфорированной плоскости 12, а другая - под ней. Коэффициент заполнения скрапом внутреннего объема барабана над перфорированной плоскостью и под ней не превышает 0,7-0,8. Вращение барабана способствует перемешиванию скрапа и попеременному его контакту с кислородом воздуха.

Исходный раствор, содержащий ионы металлов, поступает через горловину 4 внутрь барабана 1 в его нижнюю часть 3. Контактирование скрапа, размещенного в нижней части барабана, с очищаемой жидкостью сопровождается образованием гальванопары медь - железо или графит - железо. В ходе электрохимической коррозии железный скрап подвергается анодному растворению. Вращение барабана приводит к постепенному обмену скрапа местами: нижняя часть барабана занимает верхнее положение и наоборот. При этом в верхнем положении оказывается скрап, а жидкость перетекает через перфорированную плоскость и орошает переместившийся туда скрап. Процесс анодного растворения железа с образованием коагулянта в результате вращения барабана со скрапом протекает непрерывно.

Магниты 8 на разгрузочном конце барабана препятствуют быстрому выносу из зоны барабана дисперсного феррита и способствуют его укрупнению. Очищенная от ионов металлов вода удаляется через разгрузочную горловину в отстойник для отделения осадка.

Пример 1 (по прототипу). В барабан с объемом рабочей зоны 0,008 м³ загружают дробленый графит с железной стружкой (для образования гальванической пары) в количестве 0,5 и 1,5 кг соответственно.

Для очистки используется раствор, содержащий, мг/л: Zn⁺² - 2,92 SO^-₄² - 96,4 Ca⁺² - 64,1 Pb⁺² - 1,42 Fe⁺² - 1,65 Опыты проводили при комнатной температуре 20^oC. Продолжительность обработки раствора в аппарате 1 ч. Скорость вращения барабана 11 об/мин. Результаты опыта представлены в таблице.

Производительность аппарата - 100 г раствора в час.

Пример 2 (по прототипу). В условиях примера 1 обрабатывали воду, содержащую 500 мг/л цинка и такое же количество свинца. Результаты опыта представлены в таблице.

Пример 3. В условиях опыта 1 на перфорированную плоскость, размещенную в пазах внутри барабана, равномерно по ее поверхности размещено 2 кг скрапа, содержащего 0,5 кг графита и 1,5 кг железной стружки. Коэффициент заполнения пространства 0,62.

После переворачивания барабана на 180^o на перфорированную плоскость размещено еще 2 кг вышеуказанного скрапа. Время обработки 30 мин. Результаты опыта приведены в таблице.

Пример 4. В условиях опыта 3 обрабатывали водный раствор, содержащий 500 мг/л цинка и свинца. Время обработки 23 мин. Результаты опыта приведены в таблице.

Пример 5. В условиях опытов 3, 4 обрабатывали водный раствор, содержащий 500 мг/л цинка и 500 мг/л свинца. Загруженный скрап содержал 1,5 кг железных и 0,5 кг медных стружек. Результаты опыта приведены в таблице.

Из результатов, приведенных в таблице, видно, что в присутствии удвоенного количества скрапа процесс очистки воды от ионов металлов завершается через 30 мин, в то время как в условиях прототипа необходимо затратить не менее 1 ч. Сравнительные данные опыта 5 и опыта 4 показывают возможность очистки при различных гальвано-парах (графит-железо или медь-железо) с одинаковым положительным эффектом.

Из данных опытов 1-5 видно, что поставленная в изобретении цель - увеличение производительности работы аппарата - достигается.

Формула изобретения

Аппарат для извлечения ионов металлов из водных растворов, содержащий горизонтальный цилиндрический барабан, полки, расположенные на его внутренней поверхности, привод, сетку, загрузочное и разгрузочные устройства и магниты, отличающийся тем, что он снабжен продольной перфорированной перегородкой, установленной в барабане с разделением его внутреннего объема на две равные части, загрузочное устройство выполнено с возможностью обеспечения загрузки в обе части барабана.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2