Труды КНЦ вып.5 (ХИМИЯ И МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ вып. 5/2015(31))

Согласно значениям условных стандартных потенциалов металлов под действием постоянного электрического тока на аноде в первую очередь происходит ионизация свинца и цинка: Pbчерн. - 2e = Pb+2, (1) Znчерн. - 2e = Zn+2, (2) а на поверхности графитовой перегородки по рис. 1 восстановление свинца: Pb + 2 + 2e = Pb. (3) Выделившийся на графитовом электроде свинец стекает в биполярную часть. При этом поверхность металла в средней части электролизера принимает положительное значение и становится анодом. На нем повторно реализуются процессы (1) и (2), а на катоде процесс (3). В результате ведения электролиза свинец через расплавленную среду переходит с анода на катод, в то время как сурьма, олово, медь, висмут и мышьяк остаются на положительном электроде, постепенно увеличивая свое содержание в анодном сплаве. Цинк переходит в хлоридный расплав и остается в нем как составляющая электролита. Для приготовления электролита использованы калий хлористый марки Ч по ТУ 2184-072-00209527 и свинец хлористый марки Ч по ГОСТ 4210-77. Материалы перед использованием просушены в течение 8 ч при температуре 373 К. Затем, исходя из соотношения хлоридов металлов в весовом отношении MKCl:MPbCl 2 =1:2,5, был приготовлен электролит. В качестве анодного металла использован черновой свинец. Сушка футеровки осуществлена установкой в анодное и катодное пространства нихромового нагревателя с автоматическим управлением режима температуры. Прогрев проведен в течение 10 сут с постепенным увеличением температуры футеровки от 333 до 373 К и выдержке в течение 10 сут при 573 К. По окончании сушки нагреватель удалили из электролизера. Отсеки для металла заполнили жидким свинцом марки С1 по ГОСТу и загрузили смесь хлоридов калия и свинца KCl-PbCl2. Верхний уровень расплава находился на 150 мм выше уровня металла. После наплавления солей подогрев осуществили за счет тепла, выделившегося при прохождении электрического тока через электролит. Вид электролизера в работе изображен на рис.2а, б. Съем катодного металла и загрузку анодного сплава производили по мере накопления рафинированного свинца. Отбор проб анодного и катодного сплава и электролита осуществляли ежесуточно. Анализ металла выполнили спектральным методом на приборе Spektrolab-M. а б Рис. 2. Внешний вид электролизера в рабочем состоянии при 803 К: а - вид спереди; б - вид сверху При пуске электролизера в анодное и катодное пространство загрузили 100 кг электролита. Общий уровень расплава и металла установили по 22 см в каждом. Расплавленная смесь солей хлоридов калия и свинца смачивала материал корпуса электролизера и проникала внутрь пор. Происходила естественная пропитка футеровки электролитом. Скорость пропитки бетона расплавом оценили по расходу электролита в единицу времени при поддержке постоянного уровня электролита в анодном и катодном пространствах. По истечении трех суток установился постоянный уровень расплава в электролизере. Причем в первые сутки скорость проникновения электролита в поры футеровки составила 2 0 кг/сут, а во вторые и третьи по 1 1 кг/сут. Рафинирование вели при следующих технологических параметрах: анодная плотность тока..................................................от 0.4 до 0.7 А/см 2 катодная плотность тока..................................................от 0.5 до 1.0 А/см 2 концентрация сурьмы в анодном сплаве...................... от 2 до 34 мас. % токовая нагрузка .................................................................... от 300 до 500 А общее напряжение на ванне.................................................................. 12-16 В температура процесса................................................................ от 803 до 823 К В процессе рафинирования происходит уменьшение концентрации сурьмы в катодном металле с 0.007 до 0 . 0 0 1 мас. % (табл. 2 ), которая остается постоянной при дальнейшей работе электролизера в выбранном технологическом режиме. При этом в анодном металле наблюдается накопление таких примесей как висмут, мышьяк, серебро, кальций, так и сурьмы, как видно из табл.3. За время испытаний концентрация сурьмы в анодном сплаве увеличилась с 1 до 34 мас. % (табл.3),в то время как концентрация сурьмы в катодном металле составляла на 4 порядка ниже, что подтверждают теоретические расчеты и лабораторные исследования. В результате испытаний получена опытная партия катодного свинца, соответствующего марки С1 по ГОСТу 3778-98. 296