Устройство для электрохимического выщелачивания благородных металлов из шламов и концентратов

 

Изобретение относится к металлургии благородных металлов, в частности к конструкциям устройств для выщелачивания золота и платиновых металлов из шламов и концентратов. Устройство для электрохимического выщелачивания благородных металлов из шламов и концентратов содержит корпус, катодную камеру с каркасом и осевым вертикальным каналом, катодом и переливным патрубком, анодную камеру с нерастворимым анодом и переливным патрубком, лопастную мешалку с валом, расположенным внутри канала катодной камеры, диафрагму, разделяющую анодную и катодную камеры, источник питания. При этом диафрагма выполнена из ткани с протекаемостью 4-8 дм³/м²•ч, натянутой на каркас, а переливной патрубок катодной камеры расположен выше переливного патрубка анодной камеры на расстояние, равное 0,1-0,2 от высоты анодной камеры. Устройство позволяет интенсифицировать процесс и повысить извлечение металлов в раствор. 1 ил., 1 табл.

Изобретение относится к металлургии благородных металлов, в частности к конструкциям устройств для выщелачивания золота и платиновых металлов из шламов и концентратов электрохлоринацией.

Известно устройство для выщелачивания благородных металлов под действием газообразного хлора, представляющее собой цилиндрическую емкость с мешалкой, в которую через диспергатор из специальных резервуаров подается газообразный хлор. [Меретуков М. А. , Орлов А.М. Металлургия благородных металлов, М., "Металлургия", 1991, стр.366].

Недостатком известного устройства является то, что для его работы необходимо наличие установки по производству хлора или резервуаров для его хранения, а также трубопроводов и запорной аппаратуры для транспортировки хлора в устройство, и в случае их разгерметизации возможна утечка хлора, что представляет серьезную экологическую опасность.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство, содержащее корпус, катодную камеру с катодом и анодную камеру с нерастворимым анодом, лопастную мешалку, источник питания, полупроницаемую диафрагму - ионитную мембрану, разделяющую анодную и катодную камеры и являющуюся стенкой катодной камеры, и контактный манометр. Анод установлен в корпус без зазора, а катодная камера размещена внутри анода концентрично его поверхности и выполнена с осевым вертикальным каналом, в нижней части которого установлена лопастная мешалка [А. с. 1712438, МКИ С 22 В 11/02, С 25 С 7/00, опубл. 15.02.92 - прототип].

Недостатком устройства является то, что материал, из которого изготовлен корпус, - винипласт и ионитная мембрана - выдерживают температуру только до 70^oС [Масленицкий И. Н., Чугаев Л.В. Металлургия благородных металлов, М., "Металлургия", 1987, стр.230]. Это не позволяет устройству работать в оптимальном температурном режиме -70-90^oС, при котором выщелачивание платиновых металлов и золота из шламов и концентратов происходит интенсивно [Меретуков М. А., Орлов А.М. Металлургия благородных металлов, М., "Металлургия", 1991, стр. 366]. Устройство осуществляет процесс выщелачивания благородных металлов с настолько низкой скоростью - 0,53-0,55 г/ч (или 0,35-0,37 г/л•ч), что использование его в промышленном масштабе неприемлемо. Кроме того, устройство работает в периодическом режиме, а это снижает производительность устройства.

Также в устройстве отсутствует узел для утилизации выделяющегося в катодной камере водорода, без которого данное устройство не может работать длительное время, так как избыточное давление, создаваемое образующимся водородом, приведет либо к отключению устройства от источника питания из-за проникновения в анодную камеру, либо к разрушению катодной камеры.

Задача изобретения заключается в усовершенствовании конструкции электролизера и повышении за счет этого его производительности.

Технический результат использования заявляемого устройства заключается в обеспечении интенсивного выщелачивания платиновых металлов и золота из шламов и концентратов с высоким извлечением их в раствор.

Указанный технический результат достигается тем, что устройство для электрохимического выщелачивания благородных металлов из шламов и концентратов, содержащее корпус, катодную камеру с осевым вертикальным каналом и катодом, анодную камеру с нерастворимыми анодами, лопастную мешалку с валом, расположенным внутри канала катодной камеры, диафрагму, разделяющую анодную и катодную камеры и являющуюся стенкой катодной камеры, источник питания, согласно изобретению снабжено переливными патрубками, расположенными в анодной и катодной камерах, катодная камера выполнена с каркасом, диафрагма выполнена из ткани с протекаемостью 4-8 дм³/м²•ч, натянутой на каркас, при этом переливной патрубок катодной камеры расположен выше переливного патрубка анодной камеры на расстояние, равное 0,1-0,2 от высоты анодной камеры.

Экспериментально установлено, что заявляемая совокупность существенных признаков является оптимальной и обеспечивает достижение технического результата.

Так, размещение переливных патрубков в катодной и анодной камерах на расстоянии между ними, составляющем 0,1-0,2 от высоты анодной камеры, оптимальная плотность ткани, из которой сделана диафрагма, и определяющаяся ее протекаемостью по воде в пределах 4-8 дм³/м²•ч, при непрерывной подаче электролита в катодную камеру обеспечивают избыточное давление столба жидкости в катодной камере по сравнению с анодной, что позволяет организовать направленное движении электролита из катодной камеры в анодную и благодаря этому свести к минимуму диффузию электролита, содержащего благородные металлы, из анодной камеры в катодную и исключить осаждение благородных металлов на катоде, что привело бы к снижению их извлечения в раствор. Кроме того, диафрагма из ткани с протекаемостью (протекаемость, или фильтрующая способность диафрагмы, является одним из наиболее важных ее свойств, мерой, которой служит объем жидкости (V), проходящий в единицу времени (Т) через рабочую (фильтрующую) поверхность испытуемого образца ткани (S), и определяемая как G=V/S*T, дм³/м²•ч (Баймаков Ю.В., Журин А. И. Электролиз в гидрометаллургии, М. , Металлургия, 1963, с. 138)) в заявляемых пределах выдерживает температурный режим, позволяющий значительно интенсифицировать процесс. В результате устройство работает с высокой скоростью выщелачивания, что повышает его производительность и одновременно обеспечивает высокое извлечение в раствор благородных металлов.

Экспериментально установлено, что расположение переливного патрубка катодной камеры выше переливного патрубка анодной камеры на расстояние менее 0,1 от высоты анодной камеры уменьшает напор электролита катодной камеры и, следовательно, увеличивает диффузию анолита в катодную камеру и степень осаждения благородных металлов на катоде, что приводит к уменьшению их извлечения в раствор.

Увеличение расстояния, на которое переливной патрубок катодной камеры расположен выше переливного патрубка анодной камеры, более 0,2 от высоты анодной камеры, приведет к увеличению объема электролита, необходимого для заполнения катодной камеры, соответственно, увеличиваются общие размеры аппарата без увеличения его производительности. Также повышается гидростатическое давление электролита в катодной камере, что увеличивает поток электролита в анодную камеру и приводит к излишнему разбавлению раствора благородных металлов, получаемого в результате выщелачивания концентратов, что снизит эффективность последующей переработки полученного раствора.

При протекаемости ткани, из которой изготовлена диафрагма, ниже 4 дм³/м²•ч резко сокращается количество электролита, вытекающего из катодной камеры, что приводит к падению уровня электролита в анодной камере и, следовательно, сокращению рабочей площади анодов. Это означает потерю производительности устройства при работе в условиях постоянной плотности тока либо при неизменной силе тока увеличение электрического сопротивления между электродами, что повышает расход электроэнергии на проведение процесса.

При протекаемости ткани, из которой сделана диафрагма, выше 8 дм³/м²•ч возрастает количество электролита, вытекающего из катодной камеры в анодную, что приводит к значительному разбавлению раствора платиновых металлов, увеличению расхода электролита, то есть избыточному расходу реагентов, что в целом снижает эффективность работы устройства.

Таким образом, устройство с заявляемыми признаками обеспечивает интенсивное выщелачивание благородных металлов из шламов и концентратов с высоким извлечением их в раствор. Отсутствие хотя бы одного из признаков приводит либо к снижению производительности устройства, либо к ухудшению технологических показателей: получению большого объема разбавленных растворов и снижению извлечения в раствор благородных металлов.

Изобретение поясняется чертежом, на котором представлен общий вид (вертикальный разрез) заявляемого устройства.

Устройство имеет титановый корпус 1 в форме цилиндра или многогранника, вдоль боковых стенок которого находится графитовый анод 2 и пространство анодной камеры 3. На боковой стенке корпуса 1 расположен переливной патрубок 4 анодной камеры 3, с помощью которого в ней поддерживается постоянный уровень анолита. Внутри корпуса 1 концентрично его поверхности располагается катодная камера 5, выполненная с каркасом 6 цилиндрической формы из токонепроводящего материала, диаметр которого составляет 0,5-0,6 внутреннего диаметра корпуса 1. На каркас 6 натянута ткань 7, имеющая протекаемость 4-8 дм³/м²•ч. Дно катодной камеры 5 находится выше дна корпуса 1 на 100-150 мм. Вдоль центральной оси катодной камеры 5 имеется продольный канал 8, в который помещен вал лопастной мешалки 9, соединенный с приводом 10. Катод 11 выполнен из металла, устойчивого к действию растворов соляной кислоты, и имеет форму цилиндра, диаметр которого на 60-80 мм меньше внутреннего диаметра каркаса 6. В верхней части катодной камеры 5 имеется переливной патрубок 12, расположенный выше переливного патрубка 4 анодной камеры 3 на расстояние, равное 0,1-0,2 от высоты анодной камеры 3.

Анодная камера 3 снабжена крышкой 13, имеющей люк 14 для загрузки исходного материала и раствора и патрубок 15 для подключения вытяжной вентиляции. Крышка 16 катодной камеры 5 имеет патрубок 17 для подачи раствора кислоты и патрубок 18 для подключения вытяжной вентиляции.

Корпус 1 устройства снабжен охлаждающей рубашкой 19 с патрубками 20 и 21 для подвода и отвода охлаждающей воды, а также патрубком 22 для слива пульпы после выщелачивания.

Устройство включает также источник постоянного тока 23, напорный бак 24 для раствора кислоты и расходомер 25.

Устройство работает следующим образом. В анодную камеру 3 через люк 14 заливается раствор хлорида натрия или соляной кислоты (примерно половина всего объема), в катодную камеру 5 через патрубок 17 заливается раствор кислоты до уровня расположения переливного патрубка 12, и из напорного бака 24 через расходомер 25 подается раствор кислоты, поток которого в час составляет 15-20% от объема катодной камеры 5. Затем включается лопастная мешалка 9 и через люк 14 производится загрузка исходного материала, затем объем пульпы в анодной камере 3 доводится раствором хлорида натрия до уровня расположения переливного патрубка 4 анодной камеры 3. На анод 2 и катод 11 подается напряжение, и устанавливается необходимая сила тока. При этом на аноде 2 происходит генерация элементарного хлора, под действием которого осуществляется выщелачивание концентрата благородных металлов. На катоде 11 идет процесс восстановления ионов водорода с образованием газообразного водорода, который удаляется из катодной камеры 5 при помощи вытяжной вентиляции через патрубок 18.

Переливной патрубок 12 катодной камеры 5 расположен выше переливного патрубка 4 анодной камеры 3 на расстояние, равное 0,1-0,2 от глубины погружения в анолит катодной камеры 5, что позволяет в совокупности с протекаемостью ткани, из которой сделана диафрагма, равной 4-8 дм³/м²•ч, на протяжении всего процесса электрохимического вскрытия поддерживать уровень электролита в катодной камере 5 выше уровня пульпы в анодной камере 3. В результате этого разница уровней электролитов в катодной 5 и анодной 3 камерах обеспечивает избыточное гидравлическое давление католита и позволяет организовать движение электролита в направлении из катодной камеры 5 в анодную камеру 3 и тем самым препятствует поступлению раствора, содержащего благородные металлы, из анодной камеры 3 в катодную 5 и осаждению их на катоде 11, что привело бы к снижению их извлечения в раствор.

Избыток электролита из анодной камеры 3 через переливной патрубок 4 сливается в сборник.

Заданная температура процесса выщелачивания поддерживается с помощью циркуляции холодной воды, подаваемой в охлаждающую рубашку 19 через патрубок 20 и отводимой через патрубок 21.

По окончании процесса выщелачивания пульпа из анодной камеры 3 через патрубок 22 сливается на нутч-фильтр для последующей фильтрации. Католит может использоваться для проведения следующей операции выщелачивания.

Ниже приведены конкретные примеры выполнения устройства и его работы. Для проведения опытов по электрохимическому выщелачиванию благородных металлов из концентратов использовали конструкцию электролизера, в которой переливной патрубок катодной камеры имеет съемную трубку, позволяющую в зависимости от ее длины изменять уровень перелива в катодной камере.

Пример 1.

Корпус 1 устройства выполнен из титана, имеет внутренний диаметр 700 мм, снабжен водяной рубашкой 19 для охлаждающей воды. Вдоль боковых стенок корпуса укреплен анод 2, состоящий из отдельных графитовых блоков, толщиной 50 мм. На боковой стенке корпуса 1 имеется переливной патрубок 4, расположенный на расстоянии 720 мм от дна. Внутри корпуса 1 находится катодная камера 5, выполненная с каркасом 6 из полиэтилена марки ПНД диаметром 400 мм, центрично расположенной трубой диаметром 60 мм, образующей канал 8 для лопастной мешалки 9. На каркас 6 натянута ткань 7 - полиэстер C-712260-V5-K2, прошедшая температурную обработку в растворе соляной кислоты при 80^oС, для того чтобы в процессе работы не изменялась ее протекаемость, составляющая по воде 6 дм³/м²•ч.

Катодная камера 5 имеет переливной патрубок 12, который снизу соединяется шлангом с баком для сбора электролита, а сверху - со съемной трубкой, с помощью которой в зависимости от длины трубки изменяли уровень электролита в катодной камере 5. Переливной патрубок 12 катодной камеры 5 установили выше переливного патрубка 4 анодной камеры 3 на 95 мм, что составляет 0,15 от глубины погружения катодной камеры 5 в анолит.

Дно катодной камеры 5 расположено на 100 мм выше дна корпуса 1. Под катодной камерой 5 находится лопастная мешалка 9, длина лопастей которой составляет 160 мм.

Катод 11 изготовлен из серебра, выполнен в форме цилиндра диаметром 340 мм, закреплен на крышке 16 катодной камеры 5. Питание электролизера осуществляется от выпрямителя ТВ-1-3150/12Т-2УХЛ4. Воздушное пространство анодной 3 и катодной 5 камер с помощью патрубков 15 и 18 соединено с вытяжной вентиляцией. Пульпу в электролизере охлаждали с помощью водопроводной воды, подаваемой в рубашку 19.

В анодную камеру 3 заливали 125 л раствора NaCI с концентрацией 100 г/л, в катодную камеру 5 - раствор HCI - 200 г/л. В катодную камеру 5 через расходомер 25 непрерывно подавали раствор соляной кислоты такой же концентрации, поток которой составлял 10 л/ч.

Во всех опытах электрохимическому выщелачиванию подвергали концентрат благородных металлов (КП-1), содержащий,%: Pt-10,3; Pd-43,3; Au-2,3; Ад-10,4; Cu-4,3; Ni-2,1; Pb-5,3; Te-3,5; Se-3,0. Количество загружаемого концентрата на один опыт 10 кг.

Процесс электрохимического выщелачивания концентрата проводили в течение 4 ч при плотности тока 2000 А/м², температуре 70-90^oС, расходе количества электричества 800 А•ч/кг концентрата. Избыток электролита из анодной камеры 3 через переливной патрубок 4 сливался в отдельную емкость, по окончании процесса его совместно с пульпой из анодной камеры 3 фильтровали на нутч-фильтре. Осадок после выщелачивания промывали, сушили, взвешивали. Измеряли объемы растворов и промывной воды. Электролит из катодной камеры 5 с помощью сифона сливали в емкость, затем фильтровали и анализировали. По анализу растворов, нерастворимого остатка после выщелачивания и раствора и осадка из катодной камеры 5 рассчитывали извлечение благородных металлов в раствор, среднюю скорость процесса выщелачивания и выход по току.

Извлечение благородных металлов в раствор составило 98,8%, в катодный осадок 0,2%, выход по току составил 62,2%, скорость растворения 11,8 г/л•ч, объем раствора после выщелачивания увеличился на 11 л по сравнению с исходным объемом и составил 136 л.

Примеры 2-3 осуществляются так же, как пример 1, отличием является то, что разница уровней расположения переливных патрубков катодной 5 и анодной 3 камер составляет 45 мм, то есть 0,01 от глубины погружения катодной камеры 5 в анолит (пример 2) и 180 мм - 0,2 от глубины погружения катодной камеры 5 в анолит (пример 3).

Примеры 4-7 осуществляются при разнице уровней расположения патрубков катодной 5 и анодной 3 камер 135 мм, то есть - 0,15 от погружения в анолит катодной камеры 5 и при различной протекаемости ткани, из которой сделана диафрагма.

Результаты примеров работы устройства для электрохимического выщелачивания концентрата благородных металлов, например платиновых металлов (КП-1), приведены в таблице.

Как следует из результатов опытов, во всех приведенных примерах извлечение благородных металлов в нерастворимый остаток после выщелачивания не превышала 0,8-1,1%, что доказывает то, что предлагаемое устройство позволяет проводить процесс элекрохимического выщелачивания этих металлов из концентратов с высокой эффективностью.

При уменьшении расстояния между уровнями расположения патрубков катодной и анодной камер менее 0,1 от глубины погружения катодной камеры в анолит (пример 2) возросло осаждение благородных металлов на катоде до 2,5%, что привело к снижению их извлечения в раствор до 96,6% по сравнению с оптимальным 98,8-99,0% (примеры 1 и 3).

При использовании диафрагмы из ткани с протекаемостью менее 4 дм³/м²•ч (пример 4) уменьшился объем пульпы в анодной камере (до 119 л) за счет того, что объем испарившейся жидкости превысил количество электролита, перетекающего через диафрагму из катодной камеры. Это привело к падению уровня электролита в анодной камере и уменьшению рабочей площади анодов, что вызвало рост электрического сопротивления в электролизере и падение напряжения. В результате на 6% увеличился расход электроэнергии на проведение процесса, что доказывает недостаточную эффективность работы устройства.

Использование диафрагмы из ткани с протекаемостью более 8 дм³/м²•ч (пример 7) привело к излишнему разбавлению раствора после выщелачивания (151 л), что неблагоприятно сказывается на дальнейшей переработке раствора платиновых металлов и указывает на недостаточную эффективность работы устройства.

Во всех примерах скорость растворения благородных металлов в пересчете на объем 1 л примерно в 30 раз превышает скорость процесса, достигаемую в прототипе (0,35-0,37 г/л•ч), выход по току (60,9-62,5%) также значительно выше, чем в прототипе.

Таким образом, совокупность признаков заявляемого устройства является оптимальной и обеспечивает возможность осуществить процесс электрохимического выщелачивания благородных металлов с высокими скоростью, выходом по току и извлечением металлов в раствор, что позволяет использовать данное устройство в процессе промышленного масштаба.

Формула изобретения

Устройство для электрохимического выщелачивания благородных металлов из шламов и концентратов, содержащее корпус, катодную камеру с осевым вертикальным каналом и катодом, анодную камеру с нерастворимыми анодами, лопастную мешалку с валом, расположенным внутри канала катодной камеры, диафрагму, разделяющую анодную и катодную камеры и являющуюся стенкой катодной камеры, источник питания, отличающееся тем, что устройство снабжено переливными патрубками, расположенными в анодной и катодной камерах, катодная камера выполнена с каркасом, диафрагма выполнена из ткани с протекаемостью 4-8 дм³/м²•ч, натянутой на каркас, при этом переливной патрубок катодной камеры расположен выше переливного патрубка анодной камеры на расстояние, равное 0,1-0,2 от высоты анодной камеры.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2