4. Роль диафрагмы и скорости циркуляции при электролитическом рафинировании никеля

Растворение на аноде вместе с никелем примесей меди, кобальта, железа, свинца и цинка и возможность их осаждения на катоде делают процесс электролитического рафинирования никеля в его классическом оформлении (подобно процессу электролитического рафинирования меди) невозможным.

Процесс электролитического рафинирования никеля можно осуществить только при разделении анодного и катодного процессов и обеспечении непрерывного прохождения постоянного электрического тока.

Технически такое разделение процессов осуществляют применением диафрагменной ячейки, в которую помещают катод (катодную основу). В диафрагменную ячейку с заданной скоростью подают чистый никелевый электролит (католит). Обедненный никелем и загрязненный примесями католит, прошедший через диафрагменную ткань, становится анолитом и поступает на химическую очистку.

Диафрагменная ячейка представляет собой каркас из дерева или полипропиленового профиля, на который натянут мешок из ткани. Роль, выполняемая диафрагмой, состоит в том, чтобы за счет давления столба раствора, находящегося в катодной ячейке, создать в порах ткани определенную линейную скорость истечения католита в анодное пространство и этим не допустить диффузии ионов примесей из анолита в католит.

При этом, чистый никелевый электролит должен подаваться в диафрагменную ячейку с такой скоростью, чтобы обеспечить достаточную концентрацию никеля в катодном пространстве и превышение скорости протекания раствора через поры диафрагменной ячейки из катодного пространства в анодное над скоростью миграции катионов из анодного в катодное пространство под влиянием электрического поля.

Вследствие различия концентраций ионов в прикатодном и прианодном слоях наблюдается изменение скорости циркуляционных потоков в ячейке (рисунок 3), исключающее проникновение накапливающегося у днища ванны более тяжелого (d″а) раствора в катодную ячейку.

Перемешивание католита в катодной ячейке осуществляется за счет обеднения электролита по никелю в прикатодном слое. Струйки раствора меньшей плотности (d′к) вдоль поверхности катода поднимаются вверх, а более богатый электролит (d″к) из среднего пространства опускается в нижнее пространство диафрагмы.

Большую роль в перемешивании католита играет выделяющийся на катоде водород. Пузырьки водорода, отрываясь от поверхности катода, создают непрерывный поток снизу вверх вблизи катодной поверхности, увлекая за собой электролит.

Для увеличения перепада давлений электролита и обеспечения условий истечения католита через диафрагму более тяжелый анолит необходимо отводить из нижних слоев объема ванны, как показано на рисунке 3.

Влияние условий процесса электролиза на качество катодных осадков

1. Влияние условий процесса электролиза на химический состав катодных осадков

При промышленных плотностях тока катодная поляризация достигает 0,3-0,4 В. В этих условиях возможно осаждение металлов-примесей на катоде.

Скорости осаждения основного металла и примесей строго пропорциональны концентрации их в поступающем католите. Уменьшение активности ионов никеля в католите приводит к снижению скорости его осаждения по сравнению со скоростью осаждения примесей.

Следовательно, для получения при данных условиях электролиза катодного осадка, химсостав которого соответствует требованиям ГОСТ 849-97, содержание примесей в католите должно быть строго регламентировано.

Непременным условием снижения разряда ионов примесей на катоде является поддержание достаточно высокой концентрации основного металла в католите. В условиях процесса электролиза всегда имеет место обеднение прикатодного слоя ионами никеля, следовательно, могут создаться условия для осаждения примесей.

Следующим важным фактором, определяющим осаждение примесей на катодном осадке, является соответствие скорости подачи католита в ячейку и плотности тока.

В условиях промышленного электролиза из-за отсутствия должного контроля за состоянием контактов может возникнуть перераспределение тока по ячейкам ванны, поэтому при постоянной скорости циркуляции в ячейки будет поступать равное количество католита: в ячейках с пониженной плотностью тока катодный осадок будет загрязняться металлами-примесями, в то время, как в ячейках с повышенной плотностью тока на катодах будут выделяться гидраты никеля из-за недостаточного количества поступающего католита.