[1]Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способам электролитического получения железного порошка, и может быть использовано как в порошковой металлургии, так и в гидрометаллургии.
[2]Известен способ получения порошка железа электролизом из водного электролита, заключающийся в том, что электролиз ведут с использованием растворимого анода из подшипниковой стали из электролита, содержащего 100-120 г/л хлористого железа и хлористый аммоний, при катодной плотности тока 75-150 А/дм2, рН электролита 2,5-3,5 и 25-35°С [1].
[3]Однако по данному способу получают крупнодисперсные порошки, 50% частиц порошка имеют размер 0,16-0,25 мм. Довольно низкое напряжение на электролизере 1,65 В достигается, во-первых, за счет уменьшения межэлектродного пространства до 2-3 мм, что даже при не очень длительной работе электролизера резко увеличивает вероятность короткого замыкания анода и катода дендритами осаждаемого металла, во-вторых, за счет увеличения соотношения геометрических размеров анода и катода, отношение площади катода и площади анода 1:15, что отрицательно сказывается на размерах электролизера. В ходе процесса электролиза происходит стравливание анодов, вследствие чего увеличивается межэлектродное пространство, что неизбежно приводит к повышению напряжения на электролизере.
[4]Цель изобретения - повышение дисперсности порошка и производительности процесса при низком расходе электроэнергии.
[5]Для достижения поставленной цели в способе получения порошка железа электролизом из водного раствора электролита электролиз ведут из электролита, состоящего из прикатодного слоя раствора электролита, протекающего вдоль поверхности катода со скоростью 1-8 см/с с концентрацией ионов двухвалентного железа 5-20 г/л, и прианодного слоя электролита, содержащего соль двухвалентного железа до насыщения при 30°С, хлористый калий 250-300 г/л и соляную кислоту 10-50 г/л.
[6]При этом прикатодный слой электролита отделяют от прианодного слоя слоем электролита, заключенного в диафрагмы и содержащего соль двухвалентного железа с концентрацией, соответствующей максимальной электропроводности при рабочей температуре процесса.
[7]Электролиз ведут при 50-80°С и катодной плотности тока 150-200 А/дм2.
[8]Верхний предел температуры, скорости протекания католита вдоль поверхности катода, концентрации ионов двухвалентного железа в католите и нижний предел катодной плотности тока обусловлены тем, что при выходе этих величин за указанные выше пределы уменьшается дисперсность порошка железа до такой величины, что затрудняется отделение порошка от поверхности катода и его унос потоком католита.
[9]Выбор нижних пределов температуры процесса, скорости протекания католита вдоль поверхности катода, концентраций ионов двухвалентного железа в католите и компонентов анолита, а также верхнего предела катодной плотности тока связан с тем, что при выходе этих величин за указанные выше пределы удельный расход электроэнергии увеличивается. Кроме того, при снижении скорости протекания католита вдоль поверхности катода ниже предельной не обеспечивается полное снятие порошка железа с поверхности катода.
[10]Концентрация ионов двухвалентного железа в анолите, а также верхний предел температуры процесса выбраны с учетом того, чтобы не происходило выпадение осадка соли двухвалентного железа в анодной камере во время электролиза.
[11]Верхний предел концентрации хлористого калия в анолите ограничен растворимостью данной соли.
[12]Верхний предел концентрации соляной кислоты в анолите обусловлен экономией вещества, так как при повышении его концентрации возрастает скорость химического растворения анодного железа.
[13]Наличие разделительного слоя дает возможность без существенного повышения электрического сопротивления электролизера получать чистые осадки при использовании загрязненных примесями анодов и полностью устранить вероятность забивания диафрагмы порошковыми частицами.
[14]Пример. Проводят получение порошка железа из водных растворов электролизом. Через электролизер объемом 1000 мл, содержащий анод из железа и катод из алюминия с соотношением их площадей 1:15, пропускают три потока различного состава, а между анодом и катодом подают постоянное напряжение, обеспечивающее плотность тока 200 А/дм2.
[15]Секции электролизера, предназначенные для анодного и катодного потоков, подключают к соответствующим насосам. На пути циркулирующих потоков находятся промежуточные емкости со встроенными элементами для охлаждения. К разделительной секции подают раствор из напорной емкости, создающей избыток давления в 4 гПа. Анодный поток занимает большую часть пространства между анодом и катодом и протекает со скоростью 2,4 мл/с, так что за счет этого потока в анодной секции электролизера раствор полностью заменяется за 7,5 с. Состав раствора анодного потока: FeCl2 насыщенный раствор при 30°С; KCl 250-300 г/л, HCl 10-50 г/л. По выходе из электролизера анодный поток охлаждается до 30°С. Избыток хлористого железа выпадает в осадок, а раствор корректируют по KCl и HCl и снова направляют в электролизер. Второй поток омывает катод слоем 1,5 мм. Он содержит раствор FeCl2 50 г/л. Скорость протекания раствора составляет 1,0 мл/с, так что полная замена раствора и в катодной секции электролизера происходит каждые 60 с. Температура раствора в прикатодном слое 60°С. По выходе из электролизера раствор катодного слоя охлаждают, корректируют и снова направляют в электролизер насосом.
[16]Разделительный слой толщиной 1,5 мм, заключенный в диафрагмы толщиной 0,5 мм, ограничивает толщину прикатодного слоя. Расход электролита в нем определяют в основном протеканием его через диафрагмы в анодный и катодный слои. Разделительный поток представляет собой водный раствор FeCl2 с концентрацией 600 г/л.
[17]Плотность катодного тока задают 150, 200 А/дм2. При этом прикатодный поток выносит взвешенный в растворе мелкодисперсный порошок железа, который легко отделяют магнитной сепарацией.
[18]В таблице приведены свойства порошка, полученного предлагаемым и известным способами.
[19]Использование предлагаемого способа получения железного порошка электролизом из водных растворов электролита обеспечивает по сравнению с известными способами возможность получения железного порошка с высокой степенью дисперсности при увеличении производительности процесса в 1,5-2 раза и низком удельном расходе электроэнергии.
[20]
[21]
