Патент на изобретение №2173736

(54) СПОСОБ ОПТИМИЗАЦИИ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОГО РАФИНИРОВАНИЯ НИКЕЛЯ

(57) Реферат:

Изобретение относится к электролитическому рафинированию никеля, в частности к оптимизации параметров электролиза, и может быть использовано на металлургических предприятиях. Способ включает стадию электролиза с растворимыми анодами, регулирование которой осуществляют изменением катодной плотности тока и температуры и дополнительно изменением концентраций Ni²⁺, Na⁺, Сl^–, SO₄^2- и расстояния между осями одноименных электродов, определяемыми по уравнению регрессии:
W_эл = 2081,488 + 133,3934Х₁ – 84,9653Х₂ – 98,8095Х₃ – 225,3318Х₄ + 709,5692Х₅ + 405,1342X₆ + 52,6144X₁² + 51,7629X₂² – 24,3387X₃² + 70,1105X₄² – 61,7879X₅² + 48,0129X₆² + 33,4463Х₁Х₂ + 53,7305X₁Х₃ – 47,1463X₁X₄ + 29,6673X₁X₅ – 13,0670Х₁Х₆ + 54,6775Х₂Х₃ – 24,5368Х₂Х₄ – 43,3107Х₂Х₅ – 62,4881Х₂Х₆ – 37,1150Х₃Х₄ – 44,9889Х₃Х₅ -58,1887Х₃Х₆ – 60,3643X₄X₅ – 1,7245Х₄Х₆ + 150,0370X₅X₆,
где W_эл – удельный расход энергии на собственно электролиз, кВтч/т;
X₁ – концентрация ионов никеля в электролите;
Х₂ – концентрация ионов хлора;
Х₃ – концентрация ионов натрия;
Х₄ – температура;
Х₅ – расстояние между одноименными электродами по осям;
Х₆ – плотность тока;
(независимые переменные X_i приведены в кодовом масштабе), а варьирование осуществляется в следующих пределах:
70 < Ni²⁺ < 100; 30 < Cl^– < 50; 0,11 < L < 0,19;
10 < Na⁺ < 50; 70 < t < 80; 200 < j < 300.

Концентрацию сульфат-ионов в электролите принимают исходя из условия электронейтральности:
,
где Э_i – эквивалент i-го иона, обеспечивается снижение удельного расхода электроэнергии. 1 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к электролитическому рафинированию никеля, в частности к оптимизации параметров электролиза, и может быть использовано на металлургических предприятиях.

Известен способ электролитического рафинирования никеля в смешанных сульфат-хлоридных растворах с подачей ПАВ (смесь перфторированного вещества амилсульфоната и/или амилсульфата щелочного металла 50-30 мг/л и, соответственно, 5 мг/л), включающий донасыщение электролита с возвращением его в цикл (см. патент РФ N 20666713 МПК⁷ C25C 1/08, опубл. 20.09.96, БИ N 26).

Недостатком такого способа является отсутствие учета расхода электроэнергии на процесс электролиза и возможности его минимизации.

Наиболее близким к заявленному изобретению является способ оптимизации электролитического рафинирования, включающий стадию электролиза с растворимыми анодами, регулирование которой осуществляют изменением катодной плотности тока и температуры (см. статью Бугулова Д.Р., Алкацева М.И., “Влияние различных факторов на выход по току никеля, опубл. в журнале “Труды СКГТУ”, выпуск 4, 1998, с. 113-116).

Недостатком такого способа является завышенный расход электроэнергии из-за недостаточности управляющих параметров, т.к. не учитывается влияние основных компонентов смешанных электролитов, а также не учитывается влияние расстояния между осями одноименных электродов.

Задачей данного технического решения является оптимизация параметров электролиза для минимизации удельного расхода электроэнергии.

Технический результат заключается в снижении удельного расхода электроэнергии при сохранении заданного качества катодного металла.

Этот технический результат достигается тем, что в известном способе, включающем стадию электролиза с растворимыми анодами, регулирование которой осуществляют изменением катодной плотности тока и температуры, согласно изобретению, регулирование осуществляют дополнительно изменением концентраций Ni²⁺, Na⁺, Cl^–, SO₄^2- и расстояния между осями одноименных электродов, определяемыми по уравнению регрессии:
W_эл= 2081,488+133,3934 X₁-84,9653 X₂– 98,8095 X₃-225,3318 X₄+709,5692 X₅+405,1342 X₆+52,6144 X₁²+51,7629 X₂²– 24,3387 X₃²+70,1105 X₄²-61,7879 X₅²+48,0129 X₆²+33,4463 X₁X₂+53,7305 X₁X₃-47,1463 X₁X₄+29,6673 X₁X₅-13,0670 X₁X₆+54,6775 X₂X₃-24,5368 X₂X₄-43,3107 X₂X₅-62,4881 X₂X₆-37,1150 X₃X₄-44,9889 X₃X₅-58,1887 X₃X₆-60,3643 X₄X₅-1,7245 X₄X₆+150,0370 X₅X₆, (1)
где W_эл – удельный расход энергии на собственно электролиз, кВтч/т;
X₁ – концентрация никеля в электролите; X₂ – концентрация хлора; X₃ – концентрация натрия; X₄ – температура; X₅ – расстояние между одноименными электродами по осям; X₆ – плотность тока (все независимые переменные X_i в уравнении приведены в кодовом (безразмерном) масштабе, R² = 0,972); в следующих ограничивающих условиях:
70 < Ni²⁺ < 100; 30 < Cl^– < 50;
10 < Na⁺ < 50; 70 < t < 80;
0,11 < L < 0,19; 200 < j < 300,
где t – температура, ^oC;
L – расстояние между осями одноименных электродов, м;
j – плотность тока, А/м²;
Ni²⁺, Na⁺, Cl^– – концентрации соответствующих ионов, г/л.

Данное изобретение позволяет, учитывая все предлагаемые параметры, определить минимальный удельный расход электроэнергии при электролизе.

Сущность изобретения заключается в нахождении эмпирической зависимости удельной электропроводности от концентраций Ni²⁺, Na⁺, Cl^–, SO₄^2-, расстояния между осями одноименных электродов, температуры и катодной плотности тока, определяемых при проведении оптимизации процесса, по уравнению регрессии (1). Верхние и нижние границы параметров взяты исходя из промышленных данных и захватывают максимальные и минимальные их значения. Верхний предел температуры взят равным 80^oC исходя из требований производственной санитарии. Концентрацию сульфат-ионов в электролите принимают исходя из условия электронейтральности:,

где Э_i – эквивалент i-го иона.

Способ осуществлен следующим способом. Методом нелинейного программирования была проведена оптимизация уравнения (1) при стабилизации трех параметров: расстояния между осями одноименных электродов 0,155 м (0,125 – в кодовом масштабе), катодной плотности тока, равной 300 А/м² (1 – в кодовом масштабе), температуры на уровне 80^oC (1 – в кодовом масштабе). Оптимизацию проводили по составу электролита. В результате было получено минимально возможное значение удельного расхода электроэнергии в условиях заданных ограничений W = 2249,1 кВтч/т и значения X₁=-1, X₂ = 0, X₃ = 1. Далее значения из кодового масштаба были переведены в натуральный по уравнению:

где X_i – кодовое значение переменной; A_i – натуральное значение переменной; А_ср – среднее значение переменной в натуральном масштабе; B – разность между средним и меньшим значением переменной (в выбранном интервале) в натуральном масштабе.

Воспользовавшись уравнениями (2) и (3), получим следующий состав электролита, г/л: Ni²⁺ = 70, Na⁺ = 50, Cl^– = 40, SO₄^2- = 130,4. Затем по полученным параметрам проводили электролиз, т.е. в электролитическую ванну завешивали электроды, так чтобы расстояние между осями одноименных электродов составило 0,155 м, заливали электролит вышеуказанного состава, доводили температуру до 80^oC и пропускали ток, соответствующий катодной плотности в 300 А/м². В результате расход удельной электроэнергии составил минимально возможное значение (в условиях застабилизированных значений по катодной плотности тока, температуре и расстоянию между осями одноименных электродов).

Использование данного способа позволит по сравнению с прототипом значительно сократить значение удельного расхода электроэнергии при сохранении заданного качества металла.

Формула изобретения

1. Способ оптимизации электролитического рафинирования никеля, включающий стадию электролиза с растворимыми анодами, регулирование которой осуществляют изменением катодной плотности тока и температуры, отличающийся тем, что электролиз ведут в сульфатхлоридном электролите, а его регулирование осуществляют дополнительно изменением концентраций Ni²⁺, Na⁺, Сl^–, SO₄^2- и расстояния между осями одноименных электродов, определяемыми по уравнению регрессии:
W_эл = 2081,488 + 133,3934X₁ – 84,9653X₂ – 98,8095Х₃ – 225,3318X₄ + 709,5692X₅ +405,1342X₆ + 52,6144X₁² + 51,7629X₂² – 24,3387X₃² + 70,1105X₄² – 61,7879X₅² + 48,0129X₆² + 33,4463X₁X₂ + 53,7305X₁X₃ – 47,1463X₁X₄ + 29,6673X₁X₅ – 13,0670X₁X₆ + 54,6775X₂X₃ – 24,5368X₂X₄ – 43,3107X₂X₅ – 62,4881X₂X₆ – 37,1150X₃X₄ – 44,9889X₃X₅ – 58,1887X₃X₆ – 60,3643X₄X₅ – 1,7245X₄X₆ + 150,0370X₅X₆,
где W_эл – удельный расход энергии на собственно электролиз, кВт-ч/т;
X₁ – концентрация ионов никеля в электролите;
X₂ – концентрация ионов хлора;
X₃ – концентрация ионов натрия;
X₄ – температура;
X₅ – расстояние между одноименными электродами по осям;
X₆ – плотность тока, при этом независимые переменные X_i приведены
в кодовом масштабе, перевод из которого в натуральный масштаб осуществляется по уравнению

где X_i – кодовое значение переменной;
А_i – натуральное значение переменной;
А_ср – среднее значение переменной в натуральном масштабе;
В – разность между средним и меньшим значением переменной в выбранном интервале в натуральном масштабе.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что варьирование параметров осуществляют в следующих пределах:
702+<100; 30-<50; 0,11 10+<50; 70 где t – температура, ^oC;
L – расстояние между осями одноименных электродов, м;
j – плотность тока, А/м²;
Ni²⁺, Na⁺, Сl^– – концентрации соответствующих ионов, г/л.

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 31.05.2002

Номер и год публикации бюллетеня: 36-2003

Извещение опубликовано: 27.12.2003