Научная электронная библиотека
Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания
1.4.3. Удаление остаточного мышьяка с железом
Ранее показано, что железо связывает мышьяк в соединение FeAs, которое в виде съемов удаляется центробежной фильтрацией. Известно предложение удаления мышьяка из расплавленного олова путем вмешивания железо-оловянной лигатуры [42] с последующей обработкой при температуре 350–450 °С сульфидом железа и отделением съемов центробежной фильтрацией. Однако, для такого способа требуется предварительно сплавлять железо-оловянную лигатуру в индивидуальной чистой высокотемпературной (до 1000 °С) печи. Такие капитальные затраты препятствуют применению железистой лигатуры для связывания мышьяка. Кроме того, недостаток такого способа в том, что до связывания мышьяка в AsFe используется уже образовавшееся в лигатуре соединение FeSn2 и результат операции лимитируется соотношением концентраций соединений FeAs, FeSn2.
Рис. 1.22. Аппарат связывания мышьяка с железом электроэкстракцией. Основные узлы: 1 – ванна; 3 – железный цилиндр; 8 – диафрагма; 11 – ограничительная обечайка; 13 – перфорация; 14 – кольцевой карман; 16 – шестеренчатый насос
Известен низкотемпературный способ электролитического растворения железа в олове и связывания в соединение FeAs электро-экстракцией [43]. Железо электролитически растворяют через диафрагму пропитанную электролитом и осаждают в олове, обеспечивая непосредственное связывание ионов железа с мышьяком. В ванну 1 электролизера (рис. 1.22) из нержавеющей стали, установленную на электропечь 2, заливается олово слоем 15, подлежащее рафинированию от мышьяка. Регулятором с термопарой поддерживают заданную температуру допустимую в интервале 300–400 °С. В ванну 1 погружается анодный цилиндр 3 из малоуглеродистого железа с заранее установленной на нем диафрагма 8 из кварцевой ткани КТ 11с8/3ТО герметизированная термостойким герметиком ВГО-1. Затем по оси цилиндра 3 погружается ограничительная обечайка 11. По оси обечайки 11 с помощью кронштейна погружается насос 16 [43].
При температуре олова 300–400 °C включается насос 16 и расплавленное олово перекачивается со дна ванны 1 в карман 14 и поддерживает уровень олова в кармане 14. Избыточное поступление олова с насоса стекает через горловину во внутрь полости обечайки 11. Из заполненного кармана 14 олово стекает по зазору 12 между диафрагмой и обечайкой. Стекающее олово по зазору 12 внизу перетекает через перфорацию 13 обечайки 11 (показано стрелкой) в полость работы насоса 16, обеспечивая циркуляцию олова и поддерживая заданную температуру в зазоре 12. Для пропитки ткани диафрагмы 8 в лоток 10 однократно заливается (показано стрелкой) расплавленный электролит состава вес. %: калий хлористый 30–31; натрий хлористый 7–8; остальное железо двухлористое. Включается постоянный ток на электроды напряжением 3–10 В с плотностью тока 0,1–0,3 А/см2 и по мере пропитки диафрагмы сила тока повышается. Перфорация цилиндра 3 обеспечивает достаточную скорость пропитки диафрагм с двух сторон. Постоянный ток протекает с анодного цилиндра через диафрагму пропитанную указанным электролитом на стекающий слой олова служащий катодом. Под действием тока железо с анодного цилиндра ионизируется и катионы Fe+2 диффундируют по электролиту в капиллярах ткани и разряжаются на стекающую катодную пленку олова в зазоре 12. После разряда в олове ионов железа оно активно связывает растворенный мышьяк в нерастворимое соединение FeAs. Образующееся соединение FeAs, как более легкое, чем олово, остается на поверхности олова в зазоре между стенкой ванны 1 и стенкой обечайки 11. Tак, как участок перфорации 13 ниже уровня олова 15, то пена осадка не перетекает в полость обечайки 11. Таким образом, участок перфорации 13 является затвором предотвращения вовлечения уже образовавшихся соединений FeAs в циркуляцию в карман 14. Насос 16 подает в карман 14 олово с растворенным мышьяком без твердого FeAs. По составу олова в кармане 14 контролируется остаточное содержание мышьяка. Процесс электролиза ведут до растворения железа в количестве необходимого для связывания мышьяка. По истечении необходимой длительности электролиза выкачивают олово из ванны в отдельный котел для отстоя и центробежной фильтрации олова от нерастворимых соединений FeAs. По мере откачивания олова из ванны уровень металла снижается ниже уровня перфорации и собранная пена опускается и перетекает в полость обечайки 11 для выкачивания в ванну для окисления с древесными опилками и центробежной фильтрации.
Испытания способа проводили на модернизированной ранее описанной электролизной установке [44]. В электрообогреваемую ванну опытного электролизера диаметром 16 см, высотой 10 см из нержавеющей стали вставлен анодный железный цилиндр диаметром 13 см, высотой 13 см покрытый с двух сторон диафрагмой из кварцевой ткани КТ 11с8/3ТО. В анодной ванне наплавлено 4,9 кг олова с содержанием 0,3 % мышьяка. В зазор между диафрагмой и анодным цилиндром залито 220 г электролита, предварительно проплавленной смеси солей: калий хлористый 31 %; натрий хлористый 7 %; остальное железо двухлористое. Электролиз проводился при температуре 350 °C, при напряжении 4 В, силе тока 8,0 А, с периодическим отбором пробы из кармана на содержание железа и мышьяка. Содержание мышьяка в олове кармана через 30 мин – 0,2 %; через 60 мин – 0,11 %. Через 90 мин электролиза содержание мышьяка и железа составило 0,01 % и напряжение отключено. Разбирали и зачищали узлы для взвешивания и анализа. Металл с пеной перемешивали при температуре 300 °С в течение 30 мин с добавкой 20 г древесных опилок. После разложения опилок пена окислилась в сухие съемы. Выделенные съемы содержали 17,7 % As, 13,7 % Fe, 65,5 % Sn. Относительные потери олова со съемами составили Sn/(As + Fe) = 2,08. С увеличением силы тока и длительности снижается содержание мышьяка в олове и увеличивается производительность образования AsFe. С увеличением силы тока в съемах повышается относительное содержание железа Fe/As, что свидетельствует о начале образования FeSn2. Железо мышьяковистые съемы при смачивании водой безопасны, так как не выделяют мышьяковистый водород. По результатам опытной работы можно предполагать, что мышьяк связывается с электролитически осажденным железом до нерастворимого FeAs в момент разряда железа в олове без образования FeSn2. Тем самым снижается относительные потери олова со съемами Sn/(Fe + As).
Опыты показали возможность связывания As с электро-выделяемым Fe при минимальной температуре в соединение FeAs не допуская образования FeSn2. Это обеспечивает снижения выхода олова в съемы [45]. Однако, способ не принят производством для периодического процесса. Для выполнения двух-трех операций в сутки длительностью по полчаса не целесообразно запускать электролизер. В производственных условиях может быть применено в условиях непрерывного процесса после установке электролизера на центрифуге и с экспресс анализом содержания мышьяка.