Электрохимический смеситель-отстойник

 

В, И. Марченко, В. Д. Мельников, А. E. Павло, А. "К;-..Йонунин ., С, П, Родюшкин и В. М..Стариков

° ° ° (72) Авторы изобретения (7!) Заявитель (54) ЭЛККТРОХИМИЧЕСКИй СМГСИТКЛЬ-ОТСТОИНИ

Изобретение относится к переработке растворов экстракцией металлов из водного раствора в несмешивающийся с ним органический растворитель, например, в гидрометаллургии цветных и редких

S . металлов, в технологии регенерации отработавшего ядерного топлива, а также в лабораторной практике, где необходим перевод металла из одного валентного состояния (например, неэкстрагируемого) в другое (например, экстрагируемое).

Известны электрохимические смесители — отстойники, в которых в едином аппарате проводятся процессы экстракции и электрохимического восстановления. В одном из них катод и анод, разделенные пористой диафрагмой, помещают в смесительную камеру и проводят элект-.2о ровосстановление металла в эмульсии водной и органической фаз. В другом рабочий электрод (катод) располагают в смесительной камере, а вспомогатель.

2 ный электрод (анод) — в камере рассла ивания 1 1 ) .

Недостатком обеих конструкций являются невозможность проведения процесса электровосстановления при отношении потоков органической и водной фаз равном двум, так как система при этих условиях неэлектропроводна, а также разложение экстрагента под действием электрического тока с образованием продуктов (например, дибутилфосфорной кислоты в случае использования экстрагента — трибутилфосфата (ТБФ), снижающих технологические показатели экстракционного процесса.

Известен электрохимический смеситель-отстойник, включаюший корпус с днишем и крышкой, патрубок вывода водной фазы, электроды, две вертикальные перегородки, делящие корпус на смесительную камеру, расслаивания и камеру гидрозатвора, причем смесительная камера снабжена патрубками ввода водной. и органической фазы, а камера расслаива998589 мера расслаивания - патрубком вывода органической фазы, в перегородке меж- ду смесительной камерой и камерой расслаивания выполнен канал, перегородка между камерами расслаивания и гидрозатвора размещена на расстоянии от дна, патрубок вывода водной фазы и электроды размещены в камере гидро, затвора, На чертеже представлена схема предлагаемой конструкции злектрохимического смесителя — отстойника.

Смеситель - отстойник состоит из корпуса 1 и крышки 2, в корпусе аппарата размещается смесительная камера

3, отделенная от камеры 4 расслаивания фаз перегородкой, в которой выполнен канал 5 и содержащая патрубки входа потоков органической 6 и водной 7 фаз, а также устройство для создания эмульсии. Б концевой части аппарата находится камера гидрозатвора 8, отделенная от камеры расслаивания вертикальной перегородкой 9, не доходящей до дна аппарата, Отверстие между дном апаране и перегородкой 9 служит для перетока водной фазы из камеры расслаивания в гидрозатвор и далее через патрубок 10на выход из аппарата. Выход из аппарата органического раствора осуществляется через переток 11, расположенный в конце камеры расслаивания. Электроды

12 размещаются в.камере гидрозатвора и соединяются с источником тока с помощью токоподводов, закрепленных в отверстиях в крышке аппарата.

Расположение патрубка вывода водной фазы в камере гидрозатвора позволяет сделать гидрозатвор проточным и, таким образом, исключить возможность его заполнения Органической фазой и прерыiВания электрического тока, что обеспечивает стабильный режим работы аппарата.

Целью изобретения является увеличе43 ние срока службы, повышение надежнос- ти работы электрохимчческого смесителя — отстойника и снижение затрат электроэнергии.

Поставленная цель достигается тем

9 у) что в электрохимическом смесителе—

Отстойникеэ Включающем KooLÃóñ с дни-„ щем и крышкой, электроды, патрубок выводе водной фазы, две вертикальные перегородки, делящие корпус на смесительную камеру,,камеру расслаивания и камеру гидрозатвзре, причем смесительная камера снабжена патрубками

Ввода Водной и органической фаз, а кания — патрубком вывода органической фазы, в перегородке между смесительной камерой расслаивания выполнен канал, перегородка между камерами расслаивания и гидрозатвора размещена на расстоя- у нии От дна (2 ).

Недостатками злектрохимического смесителя- отстойника являются недостаточная надежность эксплуатации, обусловлен ная тем, что в пропессе электролиза 16 происходит коррозия корпуса-катода, что снижает срок службы аппарата; при сильной коррозии или в случае отравления рабочего электрода, например за счет адсорбции на нем органических веществ, возникает необходимость заменять весь аппарат- др- J ая причина снижающая надежность работы конструкции, заключаете-: В попадании органической (токо непроводящей} фазы в гидрозатвор, что 36 лривздит В конечном итоге к прекращепн а и;::-.«есса электролиза. (.рсме того

ВЫСОКИЕ ОМИЧЕСКИЕ ПОТЕРИ ВЬЧЕДСТВИЕ уда,—. е;.,:IocTJJ анода от той части катода, гдс происходит процесс злектровосста- 35

;-1О."=::ен,"..-::: -!oJJob металлов что приводит к увеличению клеммового напрях(ения и

В ИТОГŠ— К ПОВЫШЕННОМУ раСХОду эЛЕКтроэнергии. А также возможность осуществления в аппарате практически только %9 процес; †.ов электровосстановления„ так как для проведения процессов окисления необходимо на внутреннюю поверхнооть корпуса. аппарата нанестч слой платины (т е,: д:-.лат.=- его анодом), что неприем,:;ено из зкОИОмических СООбрах(ений вследстВие ВысОкОЙ стоимОсти платины) .

Кроме -îãî,,частичное разложение экстрагента поп действием элеМтрического тоКа ПРИВОД стЩЕЕ К Е1 О ИЭЛИШИЕМУ РаСХО,,д довани.,о и в ряде случаев =- к снижению технологических показателей процесса зкстракции.

Размещение обоих электродов в проточном гидрозатворе позволяет свести к минимуму Омические потери ввиду высокой электропроводности водного раствора и меньшего, чем в известном гидрозатворе, расстояния между электродаMH а также обеспечить равномерное распределенно плотности тока (потенциала) в объеме водйой фазы и избежать разложения зкстрагента.

Предлагаемая конструкция позволяет легко заменить электроды, закрепленные в крышке аппарата, и таким образом не требуется в случае коррозии или отрав-.

998589 6 но, затраты электроэнергии в этом случае в 3 раза выше.

Кроме того, скорость коррозии корпуса из нержавеющей стали, содержащего электроды (катод — титан, анод— платина), в растворе 2 моль./л Н t4 O +

О, 1 моль/л Й Н4 + 2 г/л укелеза при плотности тока 100 А/м составляет

0,015 мм в год. Скорость коррозии.

1о титана в растворе того же состава, раоль- ботающего. в качестве катода, при тех же условиях составляет 0,45 мм в год, т.е; срок службы известного аппарата в

30 раз меньше, чем в предлагаемой ! 5 конструкции.

Таким образом, предлагаемая конструкция электрохимического смесителяотстойника по сравнению с известными решениями обеспечивает больший (примерно 30 раз) срок службы аппарата, повышает устойчивость и эффективнОсть (примерно в 3 раза) электролиза, поз воляет проводить операции электрохими ческого восстановления и окисления.

50

5 ления электродов заменять весь аппарат.

Это обстоятельство особенно важно при экстракционной переработке облучеиного топлива, где операции по ремонту и демонтажу оборудования связаны со значительными трудностями.

В смесителе - отстойнике нредлагаемой конструкции можно проводить процессы не только злектрохимического воюстановления, но и злектрохимического окисления ионов металлов, причем исп зовать для этой цели как постоянный, так и переменный ток. При использовании постоянного тока. один из электро.дов выполнен из титана, а второй - из платинированного титана или из платины, а при работе на переменном токе оба электрода выполняются из платинированного титана или платины.

Для осуществления непрерывной противоточной экстракции или реэкстракции с электрохимическим восстановлением или окислением ионов металлов, отдельные ступени предлагаемой конструкции соединяются в многоступенчатый блок.

Работоспособность предлагаемой конструкции электрохимических смесителей— отстойников испытывают цля процесса восстановления урана (1 I ) ao урана (IY) на блоке, состоящем из десяти ступеней. Корпус аппарата выпог няют из нержавеющей стали, а электрсьды (из титана и платины — на постоян- ! .ном токе и из платины — на переменном токе) размещают в гидрозатворах 2, 6, 8 и 9 ступеней. На первую ступень поступает водный раствор азотной кислоты, содержащий гидразин (0,1 моль/л), а на десятую ступень, противотоком ему, подается раствор 25% ТБФ в разбавителе (додекане), содержащий 80 г/л урана. (IY). При пропускании электрического тока происходит восстановление урана до четырехвалентного состояния и переход урана из органической фазы в водную. Концентрация урана (1V) в водной фазе на выходе из аппарата ,составляет 40 г/л.

В приведенном примере напряжение на клеммах составило 2,9 В при общей силе тока 300 мА на постоянном токе (при использовании переменного тока зти величины равны, 2,5 В и 930 мА, соответственно). При работе на блоке электрохимич еских смесителей — отстой.ников известной конструкции клеммовое напряжение составило 8,1 В при токе

300 мА (постоянный ток) и следовательФормула изобретения

Электрохимический смеситель - отстойник, включающий корпус с днищем и крышкой, патрубок вывода водной фазы, электроды, две вертикальные перегородки, делящие корпус на смесительную камеру, камеру расслаивания и камеру гидрозатвора, причем смесительная ка35 мера снабжена патрубками ввода водной и органической фаз, а камера расслаивания - патрубком вывода органической . фазы, в перегородке между смесительной камерой и камерой расслаивания выполнен канал, перегородка между камерами расслаивания и гидрозатвора размещена на расстоянии от дна, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью увеличения срока службы, повышения надежности работы

45 злектрохимического смесителя - отстойника и снижения затрат электроэнергии, патрубок вывода водной фазы и электроды размещены в камере гидрозатвора.

ИстОчники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент Великобритании No 1264921, кл. С 7 В, опублик. 1970.

2 . Патент ФРГ No 2 1 49 089, кл. 12 Ъ 1, опублнк. 1971.

99В589

Составитель В. Банников

Редактор Н. Бобкова Техред Ж.Кастелевич Корректор М. Шароши

Заказ 1086/49 Тираж 641 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий.

113035, Москва, -35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4