Электрохимический способ восстановления металлов с переменной валентностью

Электрохимический способ восстановления металлов с переменной валентностью

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советск ин

Социапнсткческнк

Республик

ОП ИКАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (щ903383 (61) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено 02.04.79 (2! ) 2746108/23-26 с присоединением заявки И (23) П риоритет

Опубликовано 07.02.82. Бюллетень №5

Дата опубликования описания 09.02.82, (5l)M. Кл.

С 25 В 1/ОО Ъеударственный комитет

СССР но делам изобретений н открытий (53) УДK621.Ç57..1 (088.8) (72) Авторы изобретения

Л. В. Опарин, B. П. Бочин, А. В. Маркешин „ и В. В; ЗМЫДИйа . 1

ВСЫ ЧЬЕ : ;

ИАткж-мо. тЕХНЧЧРИАЯ ъ

6 И БЛ И 11Ък, (71) Заявитель (54) ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ

МЕТАЛЛОВ С ПЕРЕМЕННОЙ ВАЛЕНТНОСТЬЮ

Изобретение относится к гидрометаллургии металлов, обладающих переменной

1 валентностью, и может быть использовано в металлургической и химической промышленности.

В современной гидрометаллургии металлов, обладающих переменной валентностью, широко используется электрохимический способ их восстановления в водных растворах электролитов с.целью получения низких валентных форм и их

1О соединений, наиболее пригодных для аффинажных и других процессов.

Известен электрохи мический способ восстановления металлов с переменной

35 валентностью, в частности урана, в электролизере с диафрагмой, разделяющей анолит и католит, с использованием исхоаного раствора в качестве католита 311.

Для известного способа характерны следующие электрохимические реакции: на катоде: г+

UOã + e uOð

002 e uo> с последующей химической реакцией

uO + Н вЂ” uO, - гНеО на аноде: 20-Ог+4Н + ge суммарная электрохимическая реакция

uo „— u" о, В табл. 1 приведены основные показатели известного способа восстановления сульфата уранила до урана (ХУ) в еернокислом растворе с концентрацией НдS

58 г/л и концентрацией урана (ХУ)

70 г/л. при 1 = 41 С.

Данные табл. 1 показывают, что затраты электроэнергии на восстановление

1 кг () (ХУ) составляют 1,244

2,6 кВт. ч при изменении плотности тока

200 - 800 А/ма.

Однако известный электрохимический способ восстановления металлов из-за высоких затрат электроэнергии остается дорогостоящим. Снизить затраты электроэнергии за счет изменения режимов электролиза, практически невозможно.

3 9033

Пелью изобретения является сниженид напряжения на электролизере.

Указанная цель достигается электрохимическим способом восстановления металлов с переменной валентностью в 5 электролизере с диафрагмой, разделяющей анолит и католит, с использованием исходного раствора в качестве католита, причем процесс восстановления ведут при одновременной подаче сернистого ангидрида в анолит и католит.

Способ осуществляют в диафрагменном электролизере, а сернистый ангидрид подают одновременно в катодное и анодное пространство электролизера. В католит газ барботируют через раствор электролита, а в анолит через пористую стенку газопроницаемого графитного анода, рабочий слой которого промотирован платиновым катализатором от l да 2 мг о на 1 см . В качестве катода используют свинец или графтированную ткань ТВШ-800.

Электрохимический способ осуществляют согласно одновременному протеканию следующих реакций, например для восстановления сульфата уранила до урана (У1): на катоде: 00 +2a 4H — 04 -2%0 на аноде: SOg 2йф З0 Н 2е

30 .суммарная реакцйя: UO 50q U" + ЭЗ

Данные:реакции дают возможность снизить равновесный потенциал в предложенном способе более чем в два раза..

Пример 1. Электрохимическому

35 восстановлению подвергают водный раст вор католита, содержащий сульфат. уранила с концентрацией 70 г/л О (УХ) и

50-60 г/л избыточной серной кислоты, 40 через который непрерывно подают газообразный сернистый адгидрид и поддерживают концентрацию газа 5-10 г/л. В исходный раствор анолита с концентрацией 80-100 г/л Н> 5 О непрерывно подают газообразный сернистый ангидрид

45 через пористую стенку графитного анода, причем скорость его подачи определяется плотностью анодного тока. Плотность анодного. и катодного тока поддерживают в пределах 500 - 2000 Аlм, предпочтительно до 1000 Аlм . Напряжение на электролизере находится в пределах 1,4—

2,3 В при 40-50 С.

Основные показатели способа представлены в табл. 2.

FI р и м е р 2. Осуществляя операции, как указано в примере 1, подают исходный раствор католита с концентра83 4 цией Fe > (З О,) 40 г/л, серной кислоты 10-20 г/л и сернистого ангидрида на электрохимическое восстановление

Fe - Fe . В качестве анолита подают раствор, содержащий 70-80 г/л серной кислоты и газообразный ВО . Электролиз ведут при плотности тока 200—

1000 А/м и напряжении 1,2 — 2,1 В.

Затраты электроэнергии на восстановление 1 KI Г при плотности тока

500 Аlм составляют 1,27 кВт ч; при плотности тока 1000 Аlм — 1,53 кВт ч.

Р

Пример 3. Осуществляя операции, как указано в примере 1, подают исходный раствор католита с концентрацией

Сг+ 30 г/л, в виде Cv > (60+)>. Концентрация свободной серной кислоты 8010О г/л, а сернистого ангидрида 5-10г/л.

Электролиз ведут при плотности тока

300 — 1000 Аlм и напряжении 1,28—

У

1,65 В. Выход продукта по току 70—

80, а затраты 1 кг С1 до 1,51 кВт. ч.

Пример 4. Осуществляя операции, как указано в примере 1, подают исходный раствор католита с концентрацией Ti 45-50 г/л в виде сульфата титанила. Содержание свободной серной кислоты 100-125 г/л, а сернистого ангидрида 5-7,5 г/л. Электролиз ведут при плотности тока 2000 — 1000 Аlм и напряжении 0,85 — 1,24 В. Выход

Ti по току 68-75, а затраты электроэнергии на 1 кг T1 + 0,5—

0,7 кВт ч.

Пример 5. Осуществляя операции, как показано в примере 1, подают исходный раствор католита с концентрацией плутония 40-45 г/л в виде сульфата плутонила. Концентрация свободной серной кислоты в католите 85-100 г/л, а содержание сернистого ангидрида 56 г/л. Электролиз ведут при плотности тока 250 - 1000 Alì и напряжении

1,8-2,2 В.

Выход по току Рц + составляет

62, 1 -7 5, 5 ., Затраты электооэнеогии на получение 1 кг Pu+ 1,15 — 1,2 кВт ч.

Предложенный электрохимический способ восстановления ионов металлов в водных растворах электролитов позволяет в 3-4 раза снизить напряжение на электролизере и, следовательно, затраты электроэнергии по сравнению с известным способом. Кроме того, способ позволяет получать восстановленный металл высокой чистоты и одновременно серную кислоту, которая может быть использована в производстве.

903383

Т аблица 1

Расход электроэнергии на

1 кг 0 (ТУ), кВт ч

Плотность тока, А/м . й

Скорость восстановления 0 (YI) до

Ц (ТУ), кгlм м

200

88,5

400

87,0

600

84,5

800

80,7

Таблица 2

Плотность Среднее напрятока, жение на электАl м ролизере, В

Расход элекч роэнергии на

1 кг 0 (1У), кВт ° ÷

0,8

99,6

99,2

99,0

98,4

98,0.

0,39

0,42

1,74

0,51

3,31

4,08

0,60. 1500

1,03

2,25

Фор мула изобретения с целью снижения напряжения на электро-. лизере, процесс восстановления ведут при одновременной подаче сернистого адгидрида в анолит и католит.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. "Журнал прикладной химии", 1972, т. 45, с. 110.

Электрохимический способ восстановления металлов с переменной валентностью в электролизере с диафрагмой, раз- 35 деляющей анолит и католит, с использованием исходного раствора в качестве католита, отличающийся тем, что, Состави.ель О. Зобнин

Редактор М. Циткина Техред И. Гайду Корректор М. Коста

Заказ 34/6 Тираж 686 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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

200 1,35

500 1,40

800 1,60

1000 1,80

0,786

1,553

2,236

2,865

78,0

75,0

71,0

68,0

59,2

1,244

1,620

2,172

2,593

Скорость восстановления

U (УХ) до

Ц (УХ), кг/м . ч