С.А. Абдулина, В.К. Манашева, Э. Садвакасов, Н. Булькубаева

Восточно-Казахстанский государственный технический университет,

г. Усть-Каменогорск, Республика Казахстан

Электроосаждение свинца из хлоридных растворов

Проблема извлечения свинца из различных свинецсодержащих материалов гидрометаллургическим путем продолжает оставаться актуальной.

Наиболее изученными и практически осуществимыми являются гидрометаллургические схемы, в которых в качестве выщелачивающего агента применяются концентрированные растворы хлористых солей натрия и кальция.

Для извлечения свинца из хлоридного раствора наиболее рациональным способом может быть электролиз с получением металла на катоде в виде некомпактного (рыхлого) осадка. Это позволяет вести процесс электролиза при повышенных плотностях тока и иметь сравнительно высокие технологические показатели.

Электролиз растворов PbCl₂ с получением на катоде некомпактного осадка можно проводить в ваннах с растворимыми или нерастворимыми анодами.

Сущность процесса электролиза с растворимыми анодами заключается в том, что ванна с железными анодами и катодами заливается нейтральным свинецсодержащим раствором и электролиз ведется по принципу истощения раствора по содержанию свинца. В процессе электролиза с анода в раствор переходит эквивалентное количество железо.

Для проведения полупромышленных опытов на гидроустановке были смонтированы две винипластовые ванны. В днищах ванн имелись отверстия для выпуска отработанного электролита. В ванну помещались железные катоды и аноды, имевшие размер 750×500мм. В начальный период электролиза производился подогрев раствора в ванне острым паром, что устраняло выпадение из раствора кристаллов хлористого свинца. После электролиза катодный свинцовый осадок собирался со дна ванны, промывался и брикетировался на гидравлическом прессе.

На опытной установке было подвергнуто электролизу 2200л хлоридного свинцового раствора, полученного после выщелачивания сульфатного свинцового кека концентрированным раствором хлористого натрия.

Процесс электролиза протекал с высоким выходом по току и низким расходом электроэнергии. При плотности тока 200А/м выход по току составил 97-98% и расход электроэнергии 140-150кВт-ч/т. Напряжение на ванне при сравнительно большом межэлектродном расстоянии (15-17см) равнялось 0,55-0,6В, при сближении электродов до 7-8см напряжение снижалось на 0,2-0,3В.

Осадок свинца на катоде получался в виде крупнокристаллических блестящих наростов, которые по мере роста спадали на дно ванны. Свинцовый осадок легко промывался и хорошо брикетировался.

Ввиду значительного расхода анодного материала, а также необходимости очистки отработанного электролита от железа, этот метод может быть рекомендован для переработки свинцовых полупродуктов лишь в тех случаях, когда масштабы производства не особенно велики.

С этой точки зрения более перспективным является электролиз хлоридных растворов в ваннах с нерастворимыми анодами.

Были изучены условия электролиза растворов PbCl₂ в ваннах с графитовыми анодами с получением на катоде некомпактного осадка свинца. Опыты проводились в лабораторных условиях при плотностях тока на катоде от 500 до 2000А/м². Были также проведены опыты и при более высокой плотности тока, однако последние показали, что свинец выделяется на катоде в виде высокодисперсного осадка, частично взвешенного в массе электролита, и результаты электролиза в целом получаются неудовлетворительными.

В качестве материала катода были испытаны железные и свинцовые пластины. На железном катоде некомпактный осадок свинца удерживается слабо, и процесс электролиза протекает неустойчиво и при повышенном расходе электроэнергии.

При электролизе со свинцовыми катодами связь осадка с поверхностью электрода более прочная, поэтому величина действующей катодной поверхности оказывается больше, чем геометрический размер поверхности электрода, и выделение свинца из раствора фактически идет при плотности тока, которая намного ниже заданной (расчетной) плотности тока.

С увеличением плотности тока катодный выход свинца по току снижается (таблица 1). При повышении температуры выход по току возрастает, и особенно заметно в интервале 25-55⁰ С.

Таблица 1 - Зависимость катодного выхода свинца по току от плотности тока (температура электролита 55⁰С; количество электричества 1 А-час)

Плотность тока, А/м	Выход по току, %	Напряжение на ванне (среднее), В
Концентрация свинца в электролите 10 г/л
500 1000 1500 2000	58,9 52,7 45,1 39,3	4,2 - 3,8 4,8 - 4,4 - 5,6 - 5,2
Концентрация свинца в электролите 20 г/л
500 1000 1500 2000	71,7 65,1 56,2 51,1	- 4,3 – 2,6 - 5,6 – 4,8
Концентрация свинца в электролите 40 г/л
500 1000 1500 2000	89,1 85,3 80,3 80,6	- 3,5 – 3,0 - 4,6 – 3,8

Из этих данных следует, что, несмотря на сравнительную низкую концентрацию свинца в исходном электролите и глубокое истощение его, катодный выход металла по току остается достаточно высоким. Побочный процесс выделение водорода на катоде наблюдается лишь в начальный период и затем в конце электролиза, когда концентрация свинца в электролите оказывается низкой. Результаты выполненной работы показывают, что электролитический способ извлечения свинца из хлоридного раствора является более эффективным, чем другие методы (кристаллизация и цементация).