Электролит для получения кальция

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик ()956623 (61) Дополнительное к аат. свид-ву— (22) Заявлено 120281 (21) 3249684/22-02 1М К з с присоединением заявки №С 25 С 3/02

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано07.09.82, Бюллетень ¹ 33 (S3) УДК 669.891

<088.8) Дата опубликования описания 070982. А.В.Проценко и А.С.Кирюха

1ч, !

Днепродзержинский индустриальный инстит т им.М.И.Арсеничева м (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) ЭЛЕКТРОЛИТ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ КАЛЬЦИЯ

Изобретение относится к металлур- гии щелочных и щелочноземельных металлов, а именно к получению кальция электролизом из расплавленных электролитов, и может быть применено в отраслях промышленности, связанных с получением кальция и с использованием его в качестве раскислителя, дегазатора и воссгановителя при получении стали, меди, никеля, чугуна, урана, титана, циркония, для получения антифрикционных сплавов и др.

Известен электролит для получения кальция электролизом из расплава, состоящего из 75-85 вес.% хлорида кальция и 15-25 вес.% хлорида калия(1) .

Однако при электролизе на твердом катоде (в промышленности этот вариант не используется в настоящее время ) получают кальций, загрязненный примесями продуктов взаимодействия кальция с электролитом и включенйями электролита.

При использовании жидкого медного катода (современный промышленный вариант получения кальция) в результате электролиза получают медно-кальциевый сглав с содержанием кальция 60-65 вес.%(2).

Для получения кальция без примесей требуется дополнительная операция. по разгонке выделенного продукта (в загрязненном состоянии кальция не может быть использован в практических целях ). Кроме того, из-за высокой температуры плавления электролита электролиз ведут при высокой рабочей температуре

700-750оС и выше, чу приводит к преждевременному износу аппаратуры и повышению энергОзатрат; высокая каторжная плотность тока 0,81,0 A/см требует большого количест15 ва электроэнергии; хлоридный электролит вызывает коррозию аппаратуры и ее износ; получение кальция в виде медно-кальциевого сплава снижает выход основного продукта.

Цель изобретения — повышение чистоты целевого продукта при электролизе, а также повышение выхода продукта и уменьшение энергетических затрат за счет снижения температуры плавления электролита, уменьшение износа аппаратуры в результате отсутствия агрессивных в коррозионном отношении компонентов электролита и проведения электролиза при более низкой температуре, уменьшение рас956623

Состав электролита, вес.Ъ

Опыт

Катодная плотность тока, A/см

Выход металла по току, Ъ

Чистота Са,Ъ

Анодные продукты

Нитрат кальция

Нитрат калия

44 1

0,03

99,4

Двуокись азота и кислород

56 2

46 1

0,06

0,09

0,12

0,03

82

81

99,6

99,6

99,8

99,5

Нитрат кальция

Двуокись азота и кислород

Нитрат калия

82

81

54 2

48 1

0,06

0,09

0,12

0,03

99,6

99,8

99,4

99,6

Нитрат кальция

Нитрат калия

Двуокись азота и кислород

52 2

0,06

0,09 81

99,5

99,6

40 1

0,12

0,03

99,8

99,8

Нитрат кальция

Двуокись азота и кислород

Нитрат калия

60 2

0,06

0,09) 81

99,6

99,4

0,12

99,,4

0,03

99,5

Двуокись азота и кислород

48 2

0,06

Нитрат калия

99,5

99,6

0,09

0,12

99,4 хода электроэнергии за счет снижения катодной плотности тока.

Цехп достигается тем, что электролит на основе солей кальция и калия содержит в качестве солей металлов их нитраты при следующем соот- 5 ношении компонентов, вес.Ъ|

Нитрат кальция . 44-48

Нитрат калия 52-56

Еще не удавалось получить кальций без примесей из нитратного электроли- 0 та и неизвестны закономерности между составом нитратов и получаемым металлом (сплавом ), в частности кальция.

Электролит готовят смешением без- 15 водных нитратов кальция (44-48 вес.Ъ) и калия (52-.56 вес.Ъ) . Электролит в таком виде готов для работы и может длительно храниться в герметической таре во избежание поглощения паров 2р воды (известно, что нитраты металлов гигроскопичны). Электролит помещают .в электролизер и плавят при перемешивании. Электролиз ведут в V-образном электролизере,в который введены железный (никелевый ) катод и платиновый (или графитовый ) анод, при

Нитрат кальция . 52 1 катодной плотности тока 0,03

0,12 A/см, напряжении 10-15 H u температуре электролиза,(без охлаждения) 180-200 С.

В результате электролиза на катоде выделяется кальций в виде плотно пристающего осадка, а на аноде газы: двуокись азота и кислород.

Реакции, протекающие на катоде и аноде, могут быть выражены уравнениями Ф катод Са + 2е = Са, анод 2ИО - 2е = 2NOn+ О

Выход металла по току, составляющий 80-89Ъ, определяют по известной методике113. Металл переводят в раствор с последующим определением кальция двумя различными способами: титрованием раствором соляной кислоты и трилонометрическим. В обоих случаях анализа содержание кальция одинаковое. Степень чистоты кальция

99,4-99,8Ъ.

Результаты лабораторных испытаний при напряжении 10-15 В, температуре 180-200 С, в том числе с други ми концентрациями компонентов, приведены в таблице.

956623

Формула изобретения

Составитель В.Бадовский

Техред М. Надь Корректор A.Ôåðåíö

Редактор Т.Парфенова

Заказ 6527/8

Тираж 686 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4у5 Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

На основании лабораторных испытаний можно сделать вывод, что электролит, содержащий нитраты кальция и калия в указанных соотношениях, может служить для получения кальция без примесей электролизом из расплава с выходом по току 80-89Ъ и степенью чистоты 99,4 -99,8Ъ. Отклонение в содержании компонентов электролита в меньшую или большую сторону от указанного состава электролита нецелесообразно,так как,хотя кальций и выДеляется достаточной степе- ни чистоты, но при этом снижается выход металла по току и растет температура электролиза. t5

Преимущество предлагаемого электролита состоит в том, что получается кальций без примесей других металлов, вместо меднокальциевого сплава, содержащего только 62-65Ъ каль- 20 ция, .по сравнению с известным электролитом, с более высоким выходом по току 80-89Ъ, по сравнению с известным электролитом (70-75Ъ), температура плавления электролита 25

146оС вместо 750оС в известном, рабочая температура электролиза 180200ОС вместо 760-800ОС, катодная плотность тока 0,03-0,12 A/ñì âìåñòo

0 8-1,0 А/см1 Кроме того. распла 30 вы нитратов, в отличие от .хлоридов, не разрушают, а пассивируют металлическую поверхность электролизера — процесс оксиазотирования, а анодные газы (двуокись азота и кислород), в отличие от хлора в известном электролите могут быть утилизированы. Таким образом, при использовании предлагаемого электролита могут быть снижены общие энергозатраты при производстве кальция за счет ликвидации операции по его очистке от примесей, экономии электроэнергии, уменьшения износа аппаратуры и утилизации анодных газов.

Электролит для получения кальция, содержащий соли кальция и калия, отличающийся тем, что, с целью повышения чистоты целевого продукта, в качестве солей кальция и клелия электролит содержит их нитраты при следующем соотношении компонентов, вес,Ъ:

Нитрат кальция 44-48

Нитрат калия 52-56

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Баймаков fO.Â. и Ветюков t1 ° M.

Электролиз расплавленных солей. М., "Металлургия", 1966, с. 174-176, 259-261.

2. Родякин В.В.. Кальций, его соединения и сплавы. М., "Металлургия", 1967, с.83.