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PERFECTIONNEMENT AU RAFFINAGE ELECTROLYTIQUE ET A LA COULEE DES ANODES ET L'EQUIVALENT.
L'invention est relative à des perfectionnements au raffinage électrolytique et à la coulée d'anodes ou l'équi- valent.
L'un des principaux objets de l'invention est de prévoir un procédé perfectionnéeainsi qu'une installation pour le raffinage éleotrolytique du ouivre, bien que l'inven- tion ne soit pas limitée au raffinage éleotrolytique du oui- vre et que la plupart de ses caractéristiques soit également applicables au raffinage électrolytique d'autres métaux, par exemple du nickel, raffinage pour lequel l'invention comporte les mêmes avantages que ceux se rapportant au raffinage du ouivre,
Un système bien connu de raffinage électrolytique du ouivre, dénommé ''système série" est oaraotérisé par le fait qu'un coté de l'anode agit comme cathode de l'anode voisine,,
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de sorte qu'en faisant passer un courant par la série des éléments, d'une extrémité à l'autre,
l'action se traduit par un départ du cuivre d'une face des anodes et le dépôt de ce ouivre sur l'arrière des anodes des éléments suivants de rang plus élevé de la série.
Tel que pratiqué ordinairement, ce prooédé est exécuté à l'aide de plaques d'anodes minces de façon que le dépôt puisse se poursuivre sans interruption jusqu'au moment ou la totalité des plaques d'anodes a été éleotrolytiquement déplacée, et déposée, comme cathodes, après quoi elles sont retirées des éléments aux fins d'utilisation. On ne peut dans ce but qu'employer des anodes minces, car si des anodes épaisses sont utilisées et qu'il se forme des dép8ts épais, le métal déposé atteint une surface irrégulière se traduisant par la formation "d'arborescenoes" et de "germes" dans le dépôt, lesquels , provoquent le court-circuit du courant élec- trique ou tout au moins réduisent le rendement.
En outre, dans le système "multiple" de raffinage électrolytique du cuivre, il est néoessaire de commencer les opérations avec un éoartement raisonnable entre les feuilles d'anodes et de cathodes, qui présentent des surfaces inégales, lequel écartement se traduit par une chute de voltage supplé- mentaire en outre de celle réalisable si les plaques pouvaient être espacées à moindre éoartement les unes des autres.
En outre, comme les anodes sont rongées et que de nouvelles feuilles de cathodes minces remplacent les cathodes terminées (d'ordinaire on fait trois ou plus de trois moissons de oatho- des pour chaque remplissage d'anodes), la distance entre ano de et cathode, de centre à centre, reste le marne, mais la dis- tanoe de face d'anode à face de cathode croit aveo une chute correspondants de voltage et une perte de rendement, Un autre désavantage du système Multiple* réside dans la somme énorme de travail nécessaire pour produire les feuilles de cathodes
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minces et les préoautions ultérieures à prendre aveo oes der- nçères.
Un objet de l'invention est de permettre l'emploi dans le système "série"d'électrolyse de plaques d'anodes l'obus- coulées , tes et qui peuvent être/relativement aisément.
Conformément à l'invention, dans le système "série" de raffinage éleotrolytique de métaux (par exemple de ouivre) on fait usage d'anodes d'épaisseur plus importante que oelle qui peut être efficacement raffinée par électron-déposition en une seule phase, et l'éleotrolyse est exécutée par phases en détachant les dépôts de cathodes de l'arrière des anodes à la fin d*uneou de plusieurs phases de dépôt, et en exécutant ensuite un ou des dép6ts de oathodes supplémentaires.
De préférenoe, après avoir procédé à l'enlèvement à 1a fin d'une phase, les plaques d'anodes sont disposées plus rapproohées pour la phase suivante, Grâce à ce moyen, la dis- tanoe de face à faoe entre électrodes peut être maintenue constante durant l'ensemble des phases de traitement des anodes et par conséquent, malgré que les anodes deviennent progressi- vement plus minces, le rendement du procédé est maintenu du- rant l'ensemble des diverses phases, Grâce au procédé décrit,, les plaques d'anodes peu- vent être ooulées à épaisseur telle quelles ne sont pas su- jettes à se oourber durant l'opération de coulée,
en assurant par oonséquent aux plaques une surfaoe plane initiale oonoou- rant à l'obtention d'un dépôt uniforme du métal durant l'éleo- trolyse.
Ainsi, se trouve réduite la susceptibilité à la formation d'arborescences et à l'inégalité de densité de oou- rant et l'on peut réduire l'écartement initial entre les faces opposées des plaques comparativement au système multiple ordi- naire,
L'invention englobe une installation pour le raffi- nage éleotrolytique de métaux (par exemple du cuivre) oompre-
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nant un certain nombre d'éléments de dépôt électrolytique de dimensions différentes, des moyens pour monter des électrodes dans ces éléments en vue d'un dépôt électrolytique série, et des moyens pour retirer les électrodes de ou des éléments les plus grands, détacher les dépôts de cathodes de ces électrodes,
et les disposer à nouveau à un éoartement moins important dans un élément plus petit. Les plaques disposées à nouvel écarte- ment s'adaptent étroitement aussi aux éléments dans lesquels elles sont logées, ce qui est une cause inutile de perte d' électrolyte 'évitée, L'invention comprend, comme produit nouveau, des plaques d'anodes pour le raffinage éleotrolytique, constituées d'une portion de plaque plane et d'un certain nombre d'oreil- les ou pattes de suspension venues de coulée,
les oreilles on pattes étant moins épaisses que la portion formant la pla- que et déportées de manière 3 se trouver d'un côté- du plan mé- dian et coulées aveo des ouvertures de suspension de conforma- tion conique afin de fournir un bord coupant venant poser sur un crochet de support.
Conformément à une caractéristique supplémentaire de l'invention, dans un élément éleotrolytique pour l'éleotro- lyse en série, on prévoit des moyens pour la suspension des anodes, constitués par un oadre qui couvre l'élément, et un certain nombre de rangées de crochets de suspension, aménagés sur le dit cadre, mais isolés de celui-ci) et conformés et écartés de manière à suspendre les anodes à un éoartement ap- proprié. De préférence, les crochets de support extrêmes de chaque cadre sont pourvus de liaisons électriques les reliant à des éléments de connexion fixes tournés vers le bas sur cha- que cadre, et l'on prévoit des organes de contact, assmjettis aux cotés de l'élément électrolytique$ et destinés à coopérer aveo les éléments de connexion.
Grâce à ce moyen un cadre com- plet aveo les oroohets isolés et des anodes suspendues à ces
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crochets peut être aisément soulevé par un moyen de levage approprié hors de l'élément éléctrolytique, en vue de l'examen ou du remplacement des anodes;, et lors du replacement) des connexions électriques entre la plaque de connexion et les or- ganes de contact élastiques des parois de l'élément seront ré- tablies automatiquement, les caractéristiques ci-dessusainsi que d'autres caractéristiques de l'invention seront ci-après décrites en se référant à une réalisation spécifique donnée à titre d'exemple.
En se référant aux dessins annexés
Fige* 1 à 4 sont des illustrations schématiques d' anodes à diverses phases du procédé d'électrolyss conforme à la présente invention;
Fig. 5 est une vue en élévation de l'intérieur d' une installation de raffinage électrolytique conforme à l'in- vention; Fig. 6 montre en coupe verticale un élément éleo- trolytique et une partie d'un second élément;
Fig. 7 est une vue en plan de portions de deux sem- blables éléments;
Fig. 8 est une coupe pratiquée suivant la ligne 8-8 de la fig. 6 en regardant dans la direction de la flèche; Figs. 9 et 10 sont des détails des connexions d'é- lément élément;
Fig. 11 montre le détail d'un crochet de support d'anode,
En se référant aux figs. 1 à 4, oelles-oi indiquent quatre phases de l'électrolyse oonforme à l'invention, et dans la fig. 1 on a prévu une série d'anodes Il,? 21, 31 dont l'épaisseur initiale est indiquée par les traits interrompus de la figurer Lorsque l'éleotrolyse sa produit, du ouivre de l'anode 11 est déposé à l'arrière de l'anode 21, afin de oons- tituer le dépôt 22, et du ouivre de l'anode 21 est déposé à '$arrière de l'anode 31 pour constituer le dépôt 32.
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Lorsque l'électrolyse s'est poursuivie jusqu'au moment ou le dépôt constitue, à l'arrière des plaques associée% environ le quart de ltépaisseur initiale des anodes, on a at- teint 1a phase qui est représentée dans la figure, Les anodes sont alors retirées des éléments et les dépôte 22, 32, et ain- si de suite, sont détachés de l'arrière des anodes. Les anodes sont alors replacées a un moindre éoartement les unes des au- tres, comme il est représenté à la fig. 2, et l'on exécute une nouvelle série de dépôts 23, 33. Ensuite, ces dép8ts sont détachés, les anodes sont rapprochées à nouveau les unes des autres, comme il est représenté à la fig. 3, et l'on forme une troisième série de dépôts 24,34, et analogue.
Finalement, après enlèvement des dépôts 24, 34, les anodes sont replacées à nouvel éoartement et introduites dans un élément éleotrolytique pour la dernière fois, et l'électron lyse est poursuivie jusqu'au moment ou tout ce qui formait les anodes devienne les dépôts de cathodes 25,35-
En référence à la fig. 5, on remarque la disposi- tion générale de l'installation dans laquelle les opérations oi-dessus sont exécutées.
Les éléments 120, 122 qui sont les plus grande sont prévus pour recevoir les premières anodes, largement espacées,représentées à la fig, 1, Les anodes sont suspendues dans les éléments par séries 82, comme il sera dé- orit ci-après, et un élévateur 101 se déplaçant parallèlement a été prévu pour descendre les anodes dans les éléments et pour les en retirer.
Apres enlèvement des anodes et détachement des dé- pôts, les anodes sont disposées à nouvel écartement sur un autre cadre 182, et placées dans des éléments plus petits, 220,,222, La troisième opération, représentée à la tige 3, est exécutée dans des éléments encore plus petits, 320, 322, et l'opération finale de la figure 4 dans une dernière série d'éléments 420,482. La construction des éléments et des cadres de support, ainsi que des anodes sera déorite oi-après en se
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référant aux fige. 6 à 11.
Chaque récipient ou élément est constitué de pa- rois en ciment 80, revêtues de mastio 81 poux assurer l'isole- ment requis dans le "système aérien de raffinage électrolytique.
Chaque élément présente des dimensions telles que les anodes
82 (fig. 8) lorsqu'elles sont verticalement supportées dans ces éléments, à faible distance au-dessus du fond de l'élément, s'étendant jusqu'à 1a surface de l'éleotrolyte, seules les pat- tes de suspension 83 se prolongeant au-dessus du niveau liqui- de. Les éléments peuvent avoir des dimensions considérables) suffisantes pour recevoir par exemple quatre anodes disposées
06te à cote suivant la longueur de l'élément, ainsi qu'il est elles représenté à la fig. 6, avec un écartement minimum/ entre/, qui peut être assuré mécaniquement.
Ainsi, lléoartement entre les anodes et leurs voisines, à leurs bords, est réduit à environ
12,5m/m et la distance entre les bords des anodes et les cotes de l'élément peut être moindre que 25,4 m/m tandis qu'un espace de 50 m/m environ peut suffire entre les bords in- férieurs des anodes et le fond de Isolément, en supposant que les anodes aient environ 90 om de côté et de 25 à 32 m/m en- viron d'épaisseur.
On dispose environ quarante anodes face à faoe dans la largeur de l'élément de manière qu'elles soient en série entre elles. En supposant quatre séries semblables de quaran- te anodes, disposées cote à este,on obtient un total de oent soixante anodes dans un élément.
Au-dessus de chaque série de quarante anodes on pré- voit un cadre de support 84 qui affecte la forme de deux lon- serons d'acier 85, 86, un au-dessus de chaque rangée de pattes ou oreilles de suspension 83 des anodes inférieures. Les lon- gerons sont écartés les uns des autres par des organes ,gans¯ versaux 87 et la rigidité de l'ensemble du cadre est assurée par des croisillons 88 disposés entre les longerons.
Sur la face inférieure de l'aile inférieure de chaque
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longeron, on boulonne un certain nombre de crochets de sup- port, 89, destinés aux oreilles ou pattes de suspension des plaques d'anodes. Les crochets de suspension comportent des bases en forme de bride, 90, isolées des longerons en inter posant une matière isolante 91 (fig, 15) et perforées pour re- oevoir des boulons d'assujettissement 92 isolés de marne des ailes des longerons. Les plaques d'anodes sont, par conséquente nécessairement suspendues à une certaine distance les unes des autres, l'éoartement étant déterminé par l'écartement des oro- ohets le long des longerons.
On remarquera que les plaques d'anodes 82 sont cou- lées avec les oreilles ou pattes 83 en saillie vers le haut, et une face des pattes ou oreilles dans le plan d'une faoe des plaques d'anodes. Iras pattes ou oreilles présentent en é- paisseur un peu plus que le quart de l'épaisseur des plaques d'anodes de sorte qu'elles sont déportées par rapport à la ligne médiane de l'épaisseur de la plaque, Elles sont coulées aveo des trous coniques, 183, dont le diamètre le plus petit se trouve dans la face de la patte ou oreille située à droi- te dans la fig.
9, Ainsi, la périphérie interne supérieure des trous o8niques 183 forme un bord de suspension pour les plaques,
Du fait que les ouvertures 163,formées dans les pattes ou oreilles de suspension des plaques d'anodes, sont de forme conique et pourvues d'une portée d'appui en forme de couteau située du côté de l'oreille ou patte qui se trouve le plus voisin du plan médian de la plaque d'anode, les pla- ques pendent toutes exactement parallèlementre elles et sont aussi verticales que possible durant toute leur existence,
Des moyens spéciaux destinés à entretenir la oirou- d' lation/éleotrolyte, qui sont ci-après décrite.,
suffisent à as- surer qu'aucune portion de l'électrolyte ne soit retenue entre les plaques malgré le faible écartement prévu, et ces moyens de circulation de léleotrolyte constituent une caractéristique
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supplémentaire de l'invention.
A une extrémité du cadre de suspension des plaques d'anodes on a prévu une paire de crochets 93, isolés de marne des longerons d'acier et destinés à supporter une seule plaque de cathode, 94. La plaque de cathode est constituée d'une min- ce feuille de ouivre électrolytique, percée d'ouvertures au voi- sinage de son bord saperiez et aoorochée à des moyens de sus- pension qui sont fixés aux crochets pivotant précédemment décria Il est nécessaire d'assurer une liaison électrique entre les crochets de suspension 93 de la feuille de cathode, à une extré- mité d'un élément, et les crochets de suspension 89 de la pre- mière anode de l'élément suivante et cette liaison est réalisée ainsi qu.
il suit
Les crochets de suspension aux deux extrémités des longerons comportent, interposées entre eux et la matière iso- lante contre laquelle ils sont assujettis, des pièces de oon- nexion en ouivre, 95 (fig.10) qui se prolongent latéralement, vu en plan (fig. 7), d'un coté des longerons et sont oourbées de façon à surplomber la paroi terminale 80 de l'élément, au voisinage de l'emplacement ou les longerons 85,86 reposent sur l'élément.
En ce point on prévoit un organe de contact en oui- vre, 96 (fig. 9), sur lequel vient porter l'élément de liaison.
Ainsi, on remarquera que si le cadre 84 avec toutes les plaques d'anodes 82 ainsi que la feuille de cathode 94, qui y sont susendues,est soulevé hors de l'élément à l'aide d' un élévateur,la liaison électrique des éléments de connexion en cuivre, 96, avec les organes de contact fixés aux o6tés de Isolement, se trouve automatiquement rompue, et lorsque l'on replace le cadre avec de nouvelles anodesla liaison est auto- matiquement rétablie sans nécessiter aucun travail de la part de l'opérateur.
On prévoit des goujons côniques 100 dans les parois 80 entre les éléments, oes goujons pénétrant dans des trous fo-
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rés dans les ailes externes inférieures des longerons d'acier* 85, 86, du-cadre de support d'anodes) et ces goujons servent à assurer la mise en place précise des cadres par rapport aux éléments, nécessaire en raison des faibles écartements ménagés-
Les cadres sont pourvus d'oeillets de soulèvement appropriés 97, prévus aux quatre coins, et l'élévateur mobile 101 (figure 9) qui dessert toute une section d'éléments est pourvu d'un mécanisme élévateur à double tambour comprenant un cadre 98 et quatre cables 99 pourvus de quatre crochets 102 espacés de manière à engager aisément les oeillets 97 des cadres de support d'anodes.
Une autre caractéristique de l'agencement de l'élément électrolytique réside dans le fait que des moyens sont prévus pour recouvrir complètement la surface du liquide dans les éléments et réduire ainsi les pertes de chaleur qui sinon sont importantes en raison de l'évaporation rapide 'facilitée par la gazéification et la formation de bulles qui se produisent cons- tamment à la surface de l'électrolyte. A cet effet, des plaques de couverture 104 sont interposées entre les faces ou côtés inférieurs des longerons d'acier et la matière isolante 91 qui 'les sépare des crochets de support d'anodes.
Les plaques sont protégées de la corrosion par un enduit ou un émail approprié résistant aux acides- Leur largeur est suffisante pour recouvrir la plus grande portion de l'espace occupé dans l'élément par les anodes supportées par le cadre P4 auquel elles se rapportent, mais, entre la plaque de couverture 104 d'un cadre et la plaque de couverture correspondante du cadre suivant) on prévoit un espace libre propre à. permettre l'observation, afin que l'opéra- teur puisse se rendre compte de l'état des plaques et, si c'est nécessaire, puisse utiliser des instrumenta pour détacher ou déplacer des "arborescences" ou des germes ou corps indésirables entre les plaques-
Les ouvertures de vérification sont recouvertes par des portes charnière 106 (fig.6) assujetties à un bord des.
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plaques de couverture 104 et individuellement suffisamment étendues pour former un recouvrement sur la plaque de couverture du cadre suivant. Les portes 105 sont pourvues de poignées de soulèvement 106 On prévoit une porte 107 suivant l'un des bords de l'élément afin de réaliser un recouvrement avec la première plaque de couverture 104.
Dans les agencements décrits, chaque élément est pourvu de quatre cadres d'anodes qui sont disposés de manière précise dans les éléments de façon que les plaques d'anodes se correspondent entre elles bord à'bord, en laissant toutefois subsister entre elles des passages étroits pour l'électrolytique, passages qui s'étendent librement en travers de l'élément d'un côté à l'autre de ce dernier. D'un côté, l'élément ou récipient est pourvu d'un canal d'alimentation d'électrolyte 108 qui règne sur toute la longueur du côté, et qui peut être prolongé de façon à s'étendre sur tout le côté de l'ensemble d'une batte- rie d'éléments électrolytiques. Un bord de ce canal est consti- tué à la manière d'une lvre 109 par dessus laquelle l'électro- lyte peut s'écouler en un courant uniforme dans l'élément.
De l'autre côté de l'élément on prévoit une lèvre de débordement 110 disposée à un niveau un peu inférieur et, de cette façon, l'électrolyte traverse le récipient ou élément d'un côté à l'autre, dans une direction parallèle au plan des anodes, et ne rencontre pas d'obstruction dans son trajet.
Ce mode de circulation, en contradiction avec la méthode usuelle dans laquelle l'électrolyte traverse d'une extrémité à l'autre le récipient ou l'élément, en contournant les bords des et passant sous les anodes, offre des avantages marqués, d'autant plus qu'il permet de réduire l'espace libre ménagé autour des bords des anodes, et par conséquent d'accrol- tre le rendement du courant d'électrolyse obtenu dans le système série et, en même temps, l'écoulement dans obstruction de l'électrolyte, en assurant un remplacement complet de l'électro- lyte sur l'ensemble de la face de chaque anode, empêchant ainsi des variations de densité de l'électrolyte, et le dépôt inégal
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du métal.En outre,
la vitesse d'écoulement de l'électrolyte devient uniforme et aussi réduite que possible pour une vitesse donnée de remplacement de l'électrolyte) en sorte que le dépôt des impuretés n'est pas entravé.
De la lvre de trop plein d'un récipient ou élément, l'électrolyte tombe dans une gouttière 111 qui règne le long de l'ensemble de la batterie des éléments, et de la gouttière se détache une série de conduites de transfert 112 qui se pro- longent jusqu'au canal ou chenal d'entrée disposé sur le c8té d'une autre batterie d'éléments ou de récipients, située à un niveau légèrement inférieur.
On remarquera que tous les récipients ou éléments dans une batterie donnée, telle que 120 (fig.9) sont disposés en série entre eux, et que l'électrolyte s'écoule en courants parallèles à travers tous les récipients d'une batterie vers les récipients correspondants de la batterie suivante, telle que 122. Les diverses batteries sont montées en parallèle, entre elles- Grâce à ce moyen, les connexions électriques sont réduites à un minimum et les différences de voltage entre des éléments voisins ne sont élevées en aucun point.
Du fait de l'absence de la plupart des résistances de contact que l'on rencontre dans les systèmes multiples usuels des installations '' de raffinage électrolytique, dans.lesquelles les plaques d'ano- ; des sont en parallèle ) et une plaque de cathode est prévue pour' chaque plaque d'anode, on obtient un-accroissement d'efficacité de la tension. Il doit être entendu que le recouvrement s'exécu-j te suivant le mode usuel du système série, chaque anode se déposant électrolytiquement à l'arrière de l'anode voisine, et la dernière anode seule-,lent d'un récipient donné étant pourvue d'une plaque de cathode-
REVENDICATIONS.
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