BG61950B1 - Устройство и метод за извличане на метали - Google Patents

Description

Изобретението се отнася до устройство и метод за извличане на метали от протичащ през него концентриран разтвор, съдържащ минерални соли.

Изобретението се използва за електролизно извличане на мед от воден разтвор, но не се ограничава само до това приложение, поради което то е разгледано само като илюстрация. Изобретението може да има и други приложения, например за електролизно извличане на сребро или други метали или за обработка на газове.

Предшестващо състояние на техниката

При много известни методи за извличане на метали от руда остават малки, но значителни количества от металите в рудата.

При други известни методи не може да се реализира икономически ефект при извличане на метали от нискокачествена руда.

Един известен метод за извличане на остатъчни метали от преработена руда или за извличане на метали от нискокачествени руди е познат като излужване. Издухването включва като метод: протичане на флуид, в който се разтваря изцяло рудата, от която ще се извлича метал, събиране на концентрирания разтвор и отделяне на метала от този разтвор.

При извличане на мед като разтворител обикновено се използва сярна киселина, която взаимодейства с медта и се получава меден сулфат. Тогава медта може да се отдели от дренирания в рудата меден сулфат чрез взаимодействието му с металното желязо, при което се получава железен сулфат и чиста мед.

Така получената мед съдържа значителни примеси.

Този факт, както и киселината, която се използва при излужването намаляват икономическия ефект от процеса “излужване”. Като алтернатива разтворът от меден сулфат може да се пропусне през електролизна клетка за едновременно получаване на чиста мед и сярна киселина. Традиционните електролизни клетки не могат да се използват от икономически съображения за директно извличане на метал от разтвори с ниска концентрация като тези, налични в рудодобива, тъй като, за да се подложи на електролиза, този разтвор с ниска концентрация трябва предварително да се обогати.

Известна е и демонтируема електролизна клетка, описана в GB 916 438, която включва: ориентиран по една надлъжна ос, неподвижен цилиндричен корпус, оформен като метална тръба, която има демонтируема проводяща вътрешна повърхност, оформена от еластичен листов материал, представляващ тънко фолио, огънато във вид на тръба, разположена концентрично в корпуса и оформяща един катод. Върху тази проводяща вътрешна повърхност се отлага извличаният по електролизен път метал под формата на обвивна черупка. Вътрешната повърхност на катода е гладка и без грапавини. Корпусът е затворен с неметални затварящи приспособления, разглобяемо монтирани към всеки един негов край. Проводящата вътрешна повърхност обхваща отвън един разсечен на две цилиндричен електрод, оформящ анод, който преминава през неподвижната цилиндрична тръба от корпуса, съосно на нея, за оформяне на една пръстеновидна кухина между цилиндричната тръба и цилиндричния електрод. Електролизната клетка е снабдена с тангенциално разположени и оформени в цилиндричната тръба на корпуса флуиден входящ отвор и флуиден изходящ отвор, съответно за подвеждане на неотработен електролит към пръстеновидната кухина и за отвеждане на отработения електролит от нея. Предвидени са и електрически клеми за свързване на електрическата мрежа с катода и анода.

Тази електролизна клетка е приложима само в лабораторни условия или при обработка на флуиди в малък мащаб. Електродите, оформени от разсечения цилиндричен електрод, са поставени само между двете крайни затварящи приспособления. Тъй като в описанието не е разкрит никакъв механичен начин за закрепване на двете части от разсечения цилиндричен електрод в пръстеновидната кухина, става ясно, че те не са механично фиксирани и няма да са устойчиви, за да издържат на електролизна обработка в индустриални условия.

В изобретението, за разлика от известното, има изискване цилиндричният електрод да бъде механично фиксиран между двете затварящи устройства ида преминава през тях, което позволява електролизната клетка съгласно изобретението да се монтира механично по сигурен начин, така че крайните й връзки да са удобни за подходящо свързване в групи, приложими в голям индустриален мащаб, което не може да се изпълни с известната конструкция.

Освен това известната електролизна клетка по същество няма газов отдушник, действащ при експлоатацията й, тъй като предвидените за целта вентилационни отвори се запушват с тапи и са отворени само за изсушаване на клетката, когато тя се измива и подготвя за свързване с помпена станция.

Конструкцията на известната клетка не осигурява възможност събраният при експлоатацията газ да изтече от нея. Поради това устройството, описано в английския патент, е приложимо само в лабораторни условия, и ще може да работи, докато електролизната клетка не се напълни с газ. Ясно е, че това устройство (проектирано за електролизно извличане на приблизително 100 g сребро дневно) не може да се приложи в индустриален мащаб, например като електролизната клетка от изобретението, която е проектирана за добив приблизително на 0,5 t мед на ден.

Най-близко до изобретението по техническа същност е електролизната клетка, описана в US 0026784, която се състои от клетка с рециркулационни системи. Първата рециркулационна система е предназначена за поддържане и предпазване на процеса.

Втората система е предназначена за предаване на спирално вливане на електролит в клетката.

Известното решение се състои от корпус с ориентирана по надлъжната му ос неподвижна цилиндрична тръба, имаща вътрешна повърхност, оформяща катод, върху която извлеченият по електролизен начин метал се оформя под формата на черупка. Към клетката са предвидени неметални затварящи приспособления, представляващи крайни капаци, разглобяемо монтирани към всеки край на неподвижната цилиндрична тръба.

Недостатъците на подобно техническо решение са описани по-горе.

Изобретението има за цел да избегне тези недостатъци, като се осигури устройство за извличане на метали от полезни изкопаеми, което е ефективно и надеждно при експлоатация. Другите цели и предимства на изобретението ще се изяснят по-нататък.

Техническа същност

Задачата на изобретението се решава с демонтируема електролизна клетка, която се явява елемент от устройство за извличане на метали от протичащ през него концентриран разтвор, съдържащ минерални соли, чието корпусно тяло съдържа ориентирана по надлъжната си ос неподвижна цилиндрична тръба. Тръбата има вътрешна повърхност, оформяща катод, върху която извлеченият по електролизен начин метал се оформя под формата на черупка.

Демонтируемата клетка е снабдена с неметални затварящи приспособления, представляващи крайни капаци, които са монтирани разглобяемо към всеки край на неподвижната цилиндрична тръба.

Цилиндричният електрод, оформящ анода, преминава през неподвижната цилиндрична тръба и е съосен на нея. При това се оформя една пръстеновидна кухина между цилиндричната тръба и цилиндричния електрод.

В клетката има един флуиден входящ отвор за доставяне на неработен електролит към пръстеновидната кухина, който е оформен така, че при използване на електролитната клетка, флуидът да се подвежда към пръстеновидната кухина тангенциално спрямо надлъжната ос на неподвижната цилиндрична тръба.

В клетката има и един флуиден изходящ отвор, през който се отделя отработеният електролит.

Предвидени са и електрически клеми за свързване на електрическата мрежа към проводящата вътрешна повърхност, представляваща катод и цилиндричния електрод.

За предпочитане и съгласно изобретението корпусното тяло е изпълнено във вид на цилиндрична тръба, разпростряна между две крайни прегради, изпълнени като неметални затварящи приспособления, и цилиндричния електрод. Цилиндричният електрод е прекъснат и е разположен вътре в неподвижната цилиндрична тръба, като е продължен до всяко от неметалните затварящи приспособления за закрепване чрез тях. За предпочитане е цилиндричният електрод да се използва като електрически анод, а проводящата вътрешна по3 върхност на неподвижната цилиндрична тръба да се използва като катод, така че минералният материал, по-специално метал, получен при електролиза на един течен носител, вътре в неподвижната цилиндрична тръба на корпусното тяло се отлага върху вътрешната й проводяща повърхност. Ако е необходимо, цилиндричният електрод може да се използва и като катод така, че да съдържа повърхнина, обработена с изпъкналости или ребра за активиране на турбулентен поток във флуида.

Подходящо е корпусното тяло, включващо неподвижна цилиндрична тръба, да е оформено от проводящ материал така, че проводящата му вътрешна повърхност да се изпълни монолитно с него. Катодът, в частност проводящият материал, може да бъде избран така, че да бъде същият като материала, който ще се извлича електролизно. Например при електролизно получаване на мед цилиндричната тръба може да се оформи като тънкостенна тръба, вътре в която да се натрупва дебел слой мед, и тогава тази цилиндрична тръба може да се замени с чиста медна тръба. Това премахва необходимостта при отделяне на извличания метал да се извършва трудният процес на сваляне чрез изстъргване на отложения минерал върху тръбата.

Алтернативно, проводящият материал може така да се избере, че да се различава по повърхностните си свойства от метала, който ще се извлича електролизно, до такава степен, че от отложения материал да може лесно да се отдели. Съответно, отделеният метал може да бъде под формата на тънкостенна тръба, която от своя страна може да се използва като “стартова” тръба за натрупване на последователни слоеве от същия метал след отделянето му от проводящата повърхност. Например, при електролизно получаване на мед за сравнително малък брой електролизни клетки може да се получат голям брой “стартови” медни тръби за други електролизни клетки, като първоначално се използват тръби от неръждаема стомана.

Флуидният входящ отвор е оформен в едно от неметалните затварящи приспособления, като е предназначен изключително за подвеждане на необработен електролит към пръстеновидната кухина.

Флуидният изходящ отвор е оформен в другото от неметалните затварящи приспособления, като е предназначен изключително за отвеждане на обработен електролит към пръстеновидната кухина.

Флуидният входящ и флуидният изходящ отвор могат да са разположени във всяка посока спрямо неподвижната цилиндрична тръба на корпусното тяло, например успоредно на надлъжната й ос. За предпочитане е обаче, флуидният входящ отвор да бъде разположен в близост до долния край на корпусното тяло, перпендикулярно на надлъжната ос и/или тангенциално към пръстеновидната кухина, образувана между цилиндричния електрод и цилиндричната тръба, чрез което се предизвиква протичане на спираловиден поток от разтвора през пръстеновидната кухина. Този спираловиден поток подпомага отлагането на електролизно добивания метал. Подходящо е също така флуидният изходящ отвор да е разположен по подобен начин, успоредно спрямо флуидния входящ отвор и да е отдалечен от него по такъв начин, че спираловидният поток на разтвора се усилва понататък.

Когато в процеса на извличане се получават газообразни вторични продукти, е необходимо да има един газов отдушник, оформен като вентил, изработен в едно от затварящите приспособления за изтичане на събрания в електролизната клетка газ.

Съгласно друг вариант на изпълнение демонтируемата клетка може да се изпълни с проводяща вътрешна повърхност на неподвижната цилиндрична тръба, подбрана така, че да се различава по качества от метала, който се извлича по електролизен път.

Един вариант на изпълнение на неметалните затварящи приспособления е, когато те са оформени като горен краен капак и долен капак, които са сглобени плъзгащо към съответния горен и противоположен край на неподвижната цилиндрична тръба от корпусното тяло, като са електрически изолирани от проводящата й повърхност.

Съгласно друг вариант на изпълнение демонтируемата електролизна клетка включва корпусно тяло, което съдържа ориентирана по надлъжната си ос неподвижна цилиндрична тръба с вътрешна повърхност, оформяща катод, върху която извлеченият по електролизен начин метал се оформя под формата на черупка.

Затварящите приспособления са монтирани разглобяемо към всеки от краищата на неподвижната цилиндрична тръба.

Цилиндричният електрод оформя един анод и преминава през неподвижната цилиндрична тръба, между затварящите приспособления за оформяне на една пръстеновидна кухина между вътрешната проводяща повърхност на неподвижната цилиндрична тръба и цилиндричния електрод.

За доставяне на неработен електролит към пръстеновидната кухина служи един флуиден входящ отвор, оформен така, че при използване на електролитната клетка флуидът се подвежда към пръстеновидната кухина, тангенциално спрямо надлъжната ос на неподвижната цилиндрична тръба.

Флуидният изходящ отвор, предвиден към електролизната клетка, е оформен и служи за отвеждане на отработения течен електролит.

Електрическата схема на клетката включва електрически клеми за свръзка на цилиндричния електрод и проводящата вътрешна повърхност към електрическата мрежа.

Цилиндричният електрод, оформящ анода, е разположен между затварящите приспособления и е закрепен чрез тях.

Флуидният входящ отвор е разположен в едно от неметалните затварящи приспособления и е предвиден изключително за подвеждане на неотработен флуид към пръстеновидната кухина.

Флуидният изходящ отвор е оформен в другото неметално затварящо приспособление и е предназначен за отвеждане на отработения електролит от електролизната клетка.

Съгласно втория вариант на демонтируемата клетка цилиндричният електрод има проводяща повърхност, представляваща анод и непроводящи удължения, разположени зад флуидния входящ отвор и флуидния изходящ отвор, които са копланарни и лежат в една равнина със споменатия електрод.

Демонтируемата клетка може да се оформи така, че флуидният входящ отвор и флуидният изходящ отвор да са с успоредни оси и да са разположени тангенциално към пръстеновидната кухина.

Задачата се решава и с устройство за извличане на метали, което съгласно изобретението е изпълнено като съвкупност от мно жество демонтируеми електролизни клетки, които са функционално свързани в серии.

Флуидният входящ отвор на една електролизна клетка се свързва с флуидния изходящ отвор на следващата електролизна клетка за извличане на метали, така че флуидът преминава последователно през двете електролизни клетки, което предизвиква усилващо извличане на метал от флуида. Устройството за извличане на метали е образувано от серийно свързани електролизни клетки, така че електролизното извличане на метала от даден обем флуид да се осъществява за продължителен период от време, с което може да се извлече значителна част от първоначалната концентрация на желания метал.

Устройството за извличане на метали включва множество демонтируеми електролизни клетки, функционално свързани в серии, при което всяка една клетка се състои от корпусно тяло, което включва неподвижна цилиндрична тръба, ориентирана по надлъжната си ос. Тръбата има вътрешна повърхност, оформяща катод за събиране на метала, извлечен по електролизен път, който се отлага под формата на обвивна черупка.

Клетката е снабдена с неметални затварящи приспособления, разглобяемо монтирани към всеки край на неподвижната цилиндрична тръба.

Цилиндричният електрод представлява анод и се простира през неподвижната цилиндрична тръба, като е съосен на нея. При това се оформя една пръстеновидна вътрешна повърхност на неподвижната цилиндрична тръба и цилиндричния електрод.

Цилиндричният електрод, оформящ анода, е разпрострян до всяко от затварящите приспособления и преминава най-малко през едно от тях за осигуряване на външна електрическа клема за свързване на анода с електрическата мрежа.

Флуидният входящ отвор за подвеждане на неотработения течен електролит към пръстеновидната кухина е оформен в едно от затварящите приспособления, така че при използване на електролизната клетка флуидът да постъпва тангенциално спрямо надлъжната ос на неподвижната цилиндрична тръба.

Флуидният изходящ отвор, оформен в другото от затварящите приспособления, е предназначен за отвеждане на отработения те чен електролит от пръстеновидната кухина на неподвижната цилиндрична тръба.

Електрическата система на този вариант демонтируема клетка се състои от електрически клеми за връзка на проводящата повърхност, представляваща катод с електрическата мрежа. Съгласно изобретението между две съседни електролизни клетки е разположено по едно сепариращо приспособление.

Когато в процеса на извличане съгласно изобретението се получават газообразни вторични продукти, за предпочитане е между съседните електролизни клетки да се разположи една газосепарираща камера, така че газът, генериран в стоящата по-горе по течението електролизна клетка, да може да се отстрани от разтвора чрез технически средства. Тези средства работят на принципа на разликата в плътностите или други аналогични средства, преди разтворът да е навлязъл в стоящата по-долу по течението електролизна клетка. Алтернативно или допълнително, горните крайни капаци на електролизните клетки могат да са снабдени с газоотводен отдушник, през който да се отделя образуваният газ при протичане на електролизния процес. Ефектът от това отделяне на газ може да се усили, като над флуидния изходящ отвор се предвиди една газосепарираща камера.

За постигане на желаното ниво на ефективност газосепариращата камера трябва да бъде с приблизително съшия диаметър като външния диаметър на пръстеновидната кухина на неподвижната цилиндрична тръба и да има минимална височина, равна на половината от този диаметър.

Задачата се решава и с трети вид устройство за извличане на метали, включващо множество електролизни клетки, функционално свързани в серии, като всяка клетка е съставена от корпусно тяло, включващо неподвижна цилиндрична тръба, ориентирана по надлъжната си ос, която има вътрешна повърхност, оформяща катод за събиране на метала, извличан по електролизен път, който се отлага под формата на обвивна черупка.

Затварящите приспособления са разглобяемо монтирани към всеки край на неподвижната цилиндрична тръба.

Цилиндричният електрод, представляващ анод, преминава през неподвижната цилиндрична тръба и е съосен на нея, като оформя една пръстеновидна вътрешна повърхност на неподвижната цилиндрична тръба и цилиндричния електрод.

Цилиндричният електрод, оформящ анода, може да се продължи до всяко от затварящите приспособления и да преминава най-малко през едно от тях като външна електрическа клема за свързване на анода с електрическата мрежа.

Флуидният входящ отвор е предвиден за подвеждане на неотработения течен електролит към пръстеновидната кухина и е оформен така, че при експлоатация на електролизната клетка течният флуид да постъпва тангенциално спрямо надлъжната ос на неподвижната цилиндрична тръба.

Флуидният изходящ отвор е предвиден за отвеждане на отработения течен електролит от пръстеновидната кухина от електролизната клетка.

Към устройството е предвидена електрическа клема за връзка на електрода с електрическата мрежа.

Цилиндричният електрод, представляващ анода, е продължен до всяко от неметалните затварящи приспособления за закрепване чрез тях.

Флуидният входящ отвор е разположен в едно от неметалните затварящи приспособления и е оформен чрез него, като е предназначен за подвеждане на неотработен електролит към пръстеновидната кухина.

Флуидният изходящ отвор е оформен в другото от неметалните затварящи приспособления и е предназначен за отвеждане на отработения електролит от пръстеновидната кухина. Съгласно изобретението обвивната черупка, отложена върху проводящата вътрешна повърхнина, оформяща катода, представлява една крехка, ронлива черупка, подложена на износване от протичащия през пръстеновидната кухина на неподвижната цилиндрична тръба течен електролит, чрез който отложеният по електролизен път материал може да се изнесе извън една или извън всички електролизни клетки под формата на частици от извличания метал.

Очевидно е, че електродизната клетка може да се приспособи за получаване на метали по електролизен път в специфични форми, за подходящо съчетаване условията на работа на електролизната клетка, включващи скоростта на флуида и интензивността на катодния ток в подходящи граници, по такъв начин, че поне известна част от извлечения по електролизен път метал да се пренася през електролизната клетка заедно с потока от течността, вместо да се отлага върху катода и то така, че тази част може да се събере в определено място, отдалечено от цилиндричната тръба на корпусното тяло.

Съгласно едно предпочитано изпълнение на устройството за извличане на метали предвиденото специфично сепариращо приспособление е оформено като сепарираща камера и е разположено между съседните електолизни клетки за улавяне на изнесените извън тях частици от извличания метал.

При това изпълнение, както бе споменато по-горе, обвивната черупка, получена при електролизното извличане, е една крехка черупка, която се размива от протичащия разтвор. При това алтернативно изпълнение електролизната клетка може да бъде снабдена със специфични сепариращи приспособления, така че поне известна част от извлечения метал може да се екстрахира от електролизната клетка под форма на частици при спиране на електролизния процес. Допълнително или алтернативно, специфичните сепариращи приспособления могат да са разположени между свързаните в серия електролизни клетки и могат да са свързани със средствата за отделяне на газа. Специфичните сепариращи приспособления могат да включват и сепариращи средства, използващи гравитационни ефекти или ефекти на центрофугирането за осъществяване на отделянето, както и една събирателна камера или бункер. Последните могат да бъдат избирателно подвключвани към един външен колектор чрез външни клапанни приспособления. Събирателната камера може да бъде също така сама за себе си изолирана от сепариращата камера или свързана с нея чрез следващи горни канални приспособления, така че да могат да бъдат извлечени частици от материала, като се осигури възможност този материал да пада през отворени горни допълнителни клапанни приспособления и тогава, след като се затворят горните клапанни средства и се отворят външните долни клапанни средства, тези частици от материала изпадат навън.

Сепариращата камера е с възможност за придвижване между един събирателен участък, разположен под електролизната клетка или сепарираща камера и разтоварващ участък, отдалечен от електролизната клетка или сепариращата камера.

Подходящо е да се предвиди едно множество от събирателни камери, които да са разположени около ротационен магазин, който да е с възможност да ротира по такъв начин, че събирателните камери да се придвижват между събирателния и разтоварващ участък.

Задачата на изобретението се решава и с метод за извличане на метали по електролизен път, който се състои в осигуряване на поне една електролизна клетка, преминаване на течен електролит през корпуса на електролизната клетка, свързване на един източник на електрически ток между катода и анода на електролизната клетка, като:

1. Осигурената демонтируема електролизна клетка включва корпусна тяло, което съдържа ориентирана по надлъжната си ос неподвижна цилиндрична тръба, имаща вътрешна повърхност, оформяща катод, върху която извлеченият по електролизен начин метал се оформя под формата на черупка.

Клетката съдържа и неметални затварящи приспособления, монтирани разглобяемо към всеки край на неподвижната цилиндрична тръба.

Цилиндричният електрод, оформящ анод, преминава през неподвижната цилиндрична тръба и е съосен на нея за оформяне на една пръстеновидна кухина между цилиндричната тръба и цилиндричния електрод.

Флуидният входящ отвор е разположен тангенциално към пръстеновидната кухина и е предвиден за доставяне на неработен електролит към пръстеновидната кухина, който е оформен в едното неметално затварящо приспособление, така че при използване на електролизната клетка флуидът да се подвежда към пръстеновидната кухина тангенциално спрямо надлъжната ос на неподвижната цилиндрична тръба.

Флуидният изходящ отвор е разположен тангенциално към пръстеновидната кухина на електролизната клетка и е оформен в другото от неметалните затварящи приспособления, като е предназначен за отделяне на отработения електролит от пръстеновидната кухина.

Клетката има електрически клеми за свързване на електрическата мрежа към ци7 линдричния електрод, оформящ анода, и вътрешната повърхност на неподвижната цилиндрична тръба, оформяща катода, при което е предвиден един газов отдушник като газов вентил, оформен в едно от затварящите приспособления за извличане на събрания в електролизната клетка газ.

2. Осъществява се преминаване на флуид, съдържащ разтворени метални соли, през неподвижната цилиндрична тръба на електролизната клетка, между флуидния входящ отвор и флуидния изходящ отвор, оформени в неметалните затварящи приспособления и разположени тангенциално спрямо пръстеновидната кухина.

3. Осъществява се свързване на един източник на електрически ток между проводящата вътрешна повърхност на неподвижната цилиндрична тръба, оформяща катода, и цилиндричния електрод, представляващ анод.

Съгласно изобретението металът се извлича по електролизен път и се наслоява върху проводящата вътрешна повърхност на неподвижната цилиндрична тръба или се събира в нейната пръстеновидна кухина.

Съгласно един вариант на метода извлеченият по електролизен път метал се отлага върху проводящата вътрешна повърхност на неподвижната цилиндрична тръба, като се наслоява под формата на обвивна черупка.

Съгласно друг вариант металът се извлича чрез едно устройство за извличане на метали, включващо множество демонтируеми електролизни клетки, при което демонтируемата проводяща вътрешна повърхност на неподвижната цилиндрична тръба се изважда заедно с наслоения по нея метал и се подменя с друга такава проводяща повърхност, изпълнена от същия материал, какъвто е металът, който ще се извлича.

Металът може да се извлече чрез електролиза на флуид, представляващ минерален разтвор, чрез едно устройство за извличане на метали чрез протичане на флуида през него.

Методът може да включва и допълнителен процес на излужване към електролизния процес на извличане, при който флуидът, носещ малки частици от руда, включващи и частици от метала, който ще се извлича електролизно, се подлага на обработка така, че процесът на разтваряне на металните частици в него може да протече едновременно с електролизния процес, вместо това да се осъществи на два отделни етапа - излужване и електролиза. както обикновено става.

Например при електролизно получаване на мед дт медна руда ситно натрошената руда може да се прекара през разреден разтвор от сярна киселина, преминаващ през електролизната клетка или през множеството от електролизни клетки, образуващо устройство за извличане. Медта се разтваря в киселината и след това се извлича по електролизен път от разтвора, като се отлага по стената на цилиндричната тръба, през което време сярната киселина се регенерира. Неразтвореният остатък от рудата може да се отдели от течния флуид чрез утаяване, флотация или центрофугиране.

Описание на приложените фигури

Изобретението се пояснява с приложените фигури, които илюстрират едно предпочитаемо примерно изпълнение и от които: Фигура 1 представлява надлъжен разрез през една електролизна клетка съгласно изобретението;

Фигура 2 - напречен разрез през електролизната клетка, показана на фиг. 1;

Фигура 3 - надлъжен разрез през електролизната клетка съгласно друго примерно изпълнение на изобретението;

Фигура 4 - надлъжен разрез през едно сепариращо приспособление съгласно изобретението.

Описание на примери за конкретно изпълнение на изобретението

Електролизната клетка 10, показана на фиг. 1 и 2. включва корпусно тяло 11, което се състои от метална цилиндрична тръба 12, към чиято външна периферия са разглобяемо монтирани затварящи приспособления, представляващи съответно горен краен капак 13 и долен краен капак 14, които са херметизирани чрез уплътнителни пръстени 15. Корпусното тяло 11 се поддържа в сглобено състояние чрез свързващи болтове 16, които са затегнати към фланци 17, оформени към края на затварящите приспособления, представляващи крайни капаци 13 и 14.

Салникови уплътнения 20 са монтирани в средата на крайните капаци 13 и 14, а един цилиндричен електрод 21 минава през тях. Ако е необходимо, може да се предвиди само едно салниково уплътнение 20 и цилиндричният електрод 21 в този случай може да завършва около една изпъкнала част или в тръбовидна ниша, издадена от единия краен капак 13 или 14, при което цилиндричният електрод 21 в единия си край ще бъде закрепен херметично към тази изпъкнала част или тръбовидна ниша също чрез уплътнителни средства или по друг начин, за да се сведат до минимум загубите от флуид. Един флуиден изходящ отвор 22 е оформен в горния краен капак 13, а един флуиден входящ отвор 23 - в долния краен капак 14. Осите на флуидните отвори 22 и 23 са успоредни помежду си и перпендикулярни на надлъжната ос на корпусното тяло 11, като тангират към една пръстеновидна кухина 24, образувана между цилиндричната тръба 12 от корпусното тяло 11 и цилиндричния електрод 21. Насоченият нагоре флуиден поток, идващ от флуидния входящ отвор 23 в долния краен капак 14 ще се стреми да очиства газа, натрупал се по цилиндричния електрод 21, като го измества нагоре в посока на газоотводния отдушник, оформен като газов вентил 32, който се намира в горния краен капак 13, и в този случай газовият поток действа като въздушна помпа, която усилва флуидния поток и намалява необходимостта от външно изпомпване. По желание флуидният входящ отвор 23 може да се разположи в горния краен капак 13, а флуидният изходящ отвор 22 - съответно в долния краен капак 14, за да се индуцира флуиден поток, насочен надолу.

В областта между флуидния входящ отвор 22 и долния край на цилиндричната тръба 12 вътрешният диаметър на долния краен капак 14 е оформен по такъв начин, че да бъде изравнен точно с вътрешния диаметър на тръбата 12, с което се осигурява относително гладка вътрешна цилиндрична повърхност, осигуряваща усилване на спираловидния поток на постъпващия флуид. Същият метод на напасване се прилага и към горния краен капак 13, намиращ се в горния край на цилиндричната тръба 12, което подобрява условията за гладко протичане на спираловидния флуиден поток вътре в пръстеновидната кухина 24.

Всяко едно от затварящите приспособления, представляващи крайни капаци 13 и 14, е оформено като отделен монтажен възел от PVC пластмасов тръбен фитинг, който включва фланцов преходен детайл 25, представляващ част от тръба 25, тръбен капак 27, затягащ фитинг 30 и допълнителен тръбен елемент 31, изпълнен от тръба с по-малък диаметър, като тези компоненти на споменатия възел са заварени или слепени заедно. Ако е необходимо, затварящите приспособления, оформени като крайни капаци 13 14, могат да бъдат изпълнени и монолитно, например чрез формоване на пластмаса. При необходимост газоотводният отдушник, изпълнен като газов вентил 32, може да бъде снабден с поплавъков клапан или средство, подобно на него, който да се отваря, когато се събере газ в горния краен капак 13, и да се затваря, след като този газ е изпуснат навън.

По желание при получаване на мед при електролиза на течен електролит, съдържащ сярна киселина и меден сулфат, може да се използва медна тръба, като една метална цилиндрична тръба 12, а цилиндричният електрод 21 може да се изработи от титан с проводяща повърхност, покрита с пласт от окиси на благородни метали /известни като аноди с устойчиви размери/ или други подобни материали, които са неразтворими в киселина и неокисляеми в експлоатационни условия, такива като сплави на олово/антимон/.

Алтернативно, металната цилиндрична тръба 12 може да се изработи от инертен материал, такъв като неръждаема стомана, от който отложеният материал може лесно да се отстрани.

При експлоатация един източник на DC /постояннотоково/ електрическо захранване се свързва към електролизната клетка 10, като към неговия положителен извод се присъединява цилиндричният електрод 21, който представлява анод, а към отрицателния му извод се присъединява цилиндричната тръба 12, която е катод, като за предпочитане се използват накрайници с форма на щипци, което осигурява лесен монтаж и демонтаж, както и улеснява демонтажа и подмяната на цилиндричната тръба 12 от корпусното тяло 11. Електрическият ток, протичащ между цилиндричния електрод 21 и цилиндричната тръба 12, предизвиква отлагане на мед върху проводящата вътрешна повърхност на цилиндричната тръба 12, а кислородът, освободен от разтвора при електролизата, се отделя в атмосферата през газоот водния отдушник, оформен като газов вентил 32. Когато върху вътрешността на цилиндричната тръба 12 се отложи меден слой с необходимата дебелина, той може да се извади за продажба като рафинирана мед или да се използва като електрически шини и след това да се подмени с друга чиста цилиндрична тръба 12.

По желание може да се изгради един порядък от електролизни клетки 10 и течният електролит може да се изпомпва през множеството от електролизни клетки 10, свързани в серия, така че съдържанието на мед в разтвора прогресивно да намалява. Разбира се, могат да се осъществят всякакви желани конфигурации от серии и паралелни потоци между един порядък от електролизни клетки 10, така че да се оптимизират условията за протичане на флуидния поток в електролизните клетки 10. По подобен начин и електрическото захранване към електролизните клетки 10 може да се осъществи във всякакви желани серии, паралелни или серийни/паралелни конфигурации, за съгласуване на тока и напрежението на електролизните клетки 10 към наличното захранване.

Електролизната клетка 40, показана на фиг. 3, е подобна конструктивно отношение на показаната на фиг. 1 и 2 електролизна клетка 10, но в горния й краен капак 41 е оставен един вертикален процеп, по-голям от половината на вътрешния диаметър на цилиндричната тръба 42. Местоположението на процепа е между върха на флуидния изходящ отвор 43 и газовия вентил 44, при което газът, пренасян с флуида и изкачващ се през цилиндричната тръба 42, може да се отдели от течността, преди тя да излезе от електролизната клетка 40. В долния краен капак 45 също е оформен вертикален процеп, по-голям от половината на вътрешния диаметър на цилиндричната тръба 42, който се намира между дъното на флуидния входящ отвор 46 и основата 47 на долния краен капак 45. Цилиндричният електрод 50 представлява анод, който завършва над флуидния входящ отвор 46, но неговата цилиндрична форма се запазва и е продължена в посока надолу извън флуидния входящ отвор 46 във вид на непроводящо продължение 51, оформено като анодна стойка, прикрепена към основата 47 по такъв начин, че да не се нарушава значително схемата на движение на входящия флуиден поток. Тези фактори осигуряват умерено нарастване на количеството метални частици, падащи към дъното на електролизната клетка 40, което не пречи на флуидния поток, навлизащ през флуидния входящ отвор 46 и не създава условия за възникване на късо съединение между анода, оформен върху цилиндричния електрод 50 и катода от вътрешната проводяща повърхност на цилиндричната тръба 42.

За да се намали максимално ерозията в края на цилиндричната тръба 42, в условията на турбулентен поток непосредствено до флуидния входящ отвор 46, се осъществява периферна връзка между долния краен капак 45 и долния край на цилиндричната тръба 42, разположена поне на една половина от вътрешния диаметър на цилиндричната тръба 42, над върха на флуидния входящ отвор 46. Периферна връзка между горния краен капак 41 и горния край на цилиндричната тръба 42 се осъществява по подобен начин, с което се допринася за плавността на протичане на спираловидния поток и за максимално намаляване на ерозията в горния край на цилиндричната тръба 42.

Едно сепариращо приспособление 60, показано на фиг. 4, е предвидено за извличане на частици от метал, образувани в електролизната клетка 10, които не са отложени върху катода и с оглед на това сепариращото приспособление 60 включва вертикална тръбна сепарираща камера 61, затворена в горния си край и разделена чрез вертикална преградна стена 62, предвидена за отделяне на един входящ тръбен отвор 63 от един изходящ тръбен отвор 64. Газови вентили 65, които могат да включват поплавъкови клапи, са оформени в горната част на сепараторната камера 61. В долния си край сепараторната камера 61 е скосена конусообразно навътре и завършва с една горна клапа 66, към долната повърхност на която е присъединена тръбна събирателна камера 67. Последната е затворена в долния си край с една долна клапа 70.

При експлоатация флуидът, носещ мехурчета газ и метални частици, излизайки от флуидния изходящ отвор 22 на електролизната клетка 10, може да навлиза в сепариращата камера на сепариращото приспособление 60 през входящия тръбен отвор 63. Обемът на сепариращата камера 61 е многократно поголям от обема на цилиндричната тръба 12 от електролизната клетка 10, поради което течността 71 ще се задържа относително дълго време вътре в сепариращата камера 61. Преградната стена 62 предотвратява директното преминаване на флуидния поток от входящия тръбен отвор 63 до изходящия тръбен отвор 64. Газът се отделя от течността 71 и напуска през газоотводните вентили 65, докато металните частици от течността 71 през една отворена горна клапа 66 попадат в тръбната събирателна камера 67 и се задържат върху затворената долна клапа 70.

Когато се изисква събиране на акумулираните метални частици, горната клапа 66 се затваря, което позволява на затворения под налягане цикъл на флуидния поток да продължи в по-нататъшна обработка, докато долната клапа 70 е отворена, за да се осигури възможност за изпадане на събраните метални частици. При желание, могат да се разположат сензорни електроди в пространствена взаимовръзка по протежение на страничната стена на тръбната събирателна камера, а също така и едни дистанционни сензорни средства като измервател на съпротивлението могат да се използват за измерване на нивото на събраните метални частици до достигане на определена за събирането му стойност.

За специалистите в областта е ясно, че всички такива и други модификации и варианти на изпълнение на изобретението попадат в широкия обем на същността му, както е определена в патентните претенции.

Claims (14)

1. Демонтируема електролизна клетка, включваща корпусно тяло, което съдържа ориентирана по надлъжната си ос неподвижна цилиндрична тръба (11, 12, 42), имаща вътрешна повърхност, оформяща катод, върху която извлеченият по електролизен начин метал се оформя под формата на черупка, неметални затварящи приспособления (13, 14, 41, 45), представляващи крайни капаци, разглобяемо монтирани към всеки край на неподвижната цилиндрична тръба (11, 12, 42), цилиндричен електрод (21, 50), оформящ анод, преминаващ през неподвижната цилиндрична тръба (11, 12, 42) и съосен на нея, за оформяне на една пръстеновидна кухина между цилиндричната тръба (11, 12, 42) и цилиндричния електрод (21, 50), флуиден входящ отвор (23, 46) за доставяне на неотработен електролит към пръстеновидната кухина, оформен така, че при използване на електролитната клетка флуидът се подвежда към пръстеновидната кухина (24) тангенциално спрямо надлъжната ос на неподвижната цилиндрична тръба (11, 12, 42), флуиден изходящ отвор (22, 43) към електролизната клетка, през който се отделя отработеният електролит, и електрически клеми за свързване на електрическата мрежа към проводящата вътрешна повърхност, представляваща катод и цилиндричния електрод, характеризираща се с това, че цилиндричният електрод (21, 50), оформен като анод, е непрекъснат и е продължен до всяко от неметалните затварящи приспособления (13, 14, 41 и 45) за закрепване чрез тях, флуидният входящ отвор (23, 46) е оформен в едно от неметалните затварящи приспособления (14 и 45), като е предназначен за подвеждане на неотработен електролит към пръстеновидната кухина (24), флуидният изходящ отвор (22, 43) е оформен в другото от неметалните затварящи приспособления (13и41) ие предназначен за отвеждане на отработения електролит от пръстеновидната кухина (24), един газов отдушник, оформен като газов вентил (32, 44), оформен в едно от затварящите неметални приспособления (13, 14) за изтичане на събрания газ в електролизната клетка (10, 40).

2. Демонтируема клетка съгласно претенция 1, характеризираща се с това, че проводящата вътрешна повърхност на неподвижната цилиндрична тръба (12), представляваща катод, е изпълнена от същия метал, какъвто е металът, който се извлича по електролизен път.

3. Демонтируема клетка съгласно претенция 1, характеризираща се с това, че проводящата вътрешна повърхност на неподвижната цилиндрична тръба (12) с подбрана така, че да се различава по качество от метала, който се извлича по електролизен път.

4. Демонтируема клетка съгласно претенция 1, характеризираща се с това, че неметалните затварящи приспособления са оформени като горен краен капак (13) и долен капак (14), които са сглобени плъзгащо към съответния горен и противоположен край на неподвижната цилиндрична тръба (12) от корпусното тяло (11), като са електрически изолирани от проводящата й повърхност.

5. Демонтируема електролизна клетка, включваща корпусно тяло, което съдържа ориентирана по надлъжната си ос неподвижна цилиндрична тръба (11, 12, 42), имаща вътрешна повърхност, оформяща катод, върху която извлеченият по електролизен начин метал се оформя под формата на черупка, затварящи приспособления (13, 14, 41, 45), монтирани разглобяемо към всеки от краищата на неподвижната цилиндрична тръба (11, 12, 42), цилиндричен електрод (21, 50), оформящ един анод и преминаващ през неподвижната цилиндрична тръба (11, 12, 42), между затварящите приспособления (13, 14, 41, 45) за оформяне на една пръстеновидна кухина (24) между вътрешната проводяща повърхност на неподвижната цилиндрична тръба и цилиндричния електрод, един флуиден входящ отвор (23, 46) за доставяне на неотработен електролит към пръстеновидната кухина, оформен така, че при използване на електролитната клетка флуидът се подвежда към пръстеновидната кухина (24) тангенциално спрямо надлъжната ос на неподвижната цилиндрична тръба (11, 12, 42), един флуиден изходящ отвор (22, 43), предвиден към електролизната клетка, който е оформен за отвеждане на отработения течен електролит, електрически клеми за свръзка на цилиндричния електрод и проводящата вътрешна повърхност към електрическата мрежа, цилиндричният електрод (50), оформящ анода, е разположен между затварящите приспособления (41, 45) и е закрепен чрез тях, флуидният входящ отвор (46) е разположен в едно от неметалните затварящи приспособления (45) и е предвиден изключително за подвеждане на неотработен флуид към пръстеновидната кухина (24), флуидният изходящ отвор (43) е оформен в другото неметално затварящо приспособление (41) за отвеждане на отработения електролит от електролизната клетка (40), характеризираща се с това, че цилиндричният електрод (50) има проводяща повърхност, представляваща анод и непроводящи удължения (51), разположени зад споменатия флуиден входящ отвор (46) и флуиден изходящ отвор (43), които са копланарни, лежащи в една равнина със споменатия електрод.

6. Демонтируема клетка съгласно претенция 1, характеризираща се с това, че флуидният входящ отвор (23) и флуидният изходящ отвор (22) са с успоредни оси и са разположени тангенциално към пръстеновидна кухина <24).

7. Устройство за извличане на метали, характеризиращо се с това, че е изпълнено като съвкупност от множество демонтируеми електролизни клетки (10, 40), изпълнени съгласно претенция 1, които са функционално свързани в серии.

8. Устройство за извличане на метали, включващо множество демонтируеми електролизни клетки, функционално свързани в серии, при което всяка една клетка се състои от корпусно тяло, включващо неподвижна цилиндрична тръба (11, 12, 42), ориентирана по надлъжната си ос, която има вътрешна повърхност, оформяща катод за събиране на метала, извлечен по електролизен път, който се отлага под форма на обвивна черупка, неметални затварящи приспособления (13, 14, 41. 45>. разглобяемо монтирани към всеки край на неподвижната цилиндрична тръба (11, 12, 42). цилиндричен електрод (21, 50), представляващ анод, простиращ се през неподвижната цилиндрична тръба (11, 12, 42) и съосен на нея, за оформяне на една пръстеновидна вътрешна повърхност на неподвижната цилиндрична тръба (11, 12, 42) и цилиндричния електрод (21, 50), цилиндричен електрод (21, 50). оформящ анода, е разпрострян до всяко от затварящите приспособления (13, 14, 41, 45) и преминава най-малко през едно от тях, за осигуряване на външна електрическа клема за свързване на анода с електрическата мрежа, флуиден входящ отвор (23, 46) за подвеждане на неотработения течен електролит към пръстеновидна кухина (24), оформен в едно от затварящите приспособления (14, 45), така че при използване на електролизната клетка (10, 40), флуидът да постъпва тангенциално спрямо надлъжната ос на неподвижната цилиндрична тръба (11, 12, 41), флуиден изходящ отвор (22, 43), оформен в другото от затварящите приспособления (13, 41) за отвеждане на отработения течен електролит от пръстеновидната кухина (24) на неподвижната цилиндрична тръба (11, 12, 41), електрически клеми за връзка на проводящата повърхност, представляваща катод, с електрическата мрежа, характеризиращо се с това, че между две съседни електролизни клетки (40) е разположено по едно сепариращо приспособление (60).

9. Устройство за извличане на метали, включващо множество електролизни клетки (10, 40), функционално свързани в серии, като всяка клетка е съставена от корпусно тяло, включващо неподвижна цилиндрична тръба (11, 12, 42), ориентирана по надлъжната си ос, която има вътрешна повърхност, оформяща катод за събиране на метала, извличан по електролизен път, който се отлага под форма на обвивна черупка, затварящи приспособления (13, 14, 41, 45), разглобяемо монтирани към всеки край на неподвижната цилиндрична тръба (11, 12, 42), един цилиндричен електрод (21, 50), представляващ анод, преминаващ през неподвижната цилиндрична тръба (11, 12, 42) и съосен на нея, за оформяне на една пръстеновидна вътрешна повърхност на неподвижната цилиндрична тръба (11, 12, 42) и цилиндричния електрод (21,50), цилиндричен електрод (21, 50), оформящ анода, е продължен до всяко от затварящите приспособления (13, 14, 41, 45) и преминава най-малко през едно от тях, като външна електрическа клема за свързване на анода с електрическата мрежа, флуиден входящ отвор (23, 46), предвиден за подвеждане на неотработения течен електролит към споменатата пръстеновидна кухина (24), който е оформен така, че при експлоатация на електролизната клетка (10, 40) течният флуид да постъпва тангенциално спрямо надлъжната ос на неподвижната цилиндрична тръба (11, 12, 41), флуиден изходящ отвор (22, 43), предвиден за отвеждане на отработения течен електролит от пръстеновидната кухина от електролизната клетка (10, 40), електрическа клема за връзка на електрода с електрическа мрежа, цилиндричният електрод (21, 50), представляващ анода, е продължен до всяко от неметалните затварящи приспособления (13, 14, 41 и 45) за закрепване чрез тях, флуидният входящ отвор (23, 46) е разположен в едно от неметалните затварящи приспособления (41) и е оформен чрез него, като е предназначен за подвеждане на неотработен електролит към пръстеновидната кухина (24), флуидният изходящ отвор (22, 43) е оформен в другото от неметалните затварящи приспособления (13и41)ие предназначен за отвеждане на отработения електролит от пръстеновидната кухина (24), характеризиращо се с това, че обвивната черупка, отложена върху проводящата вътрешна повърхнина, оформяща катода, представлява една крех ка, ронлива черупка, подложена на износване от протичащия през пръстеновидната кухина на неподвижната цилиндрична тръба (42) течен електролит, чрез който отложеният по електролизен път материал може да се изнесе извън една или извън всички електролизни клетки (10, 40) под формата на частици от извличания метал.

10. Устройство за извличане на метали съгласно претенция 9, характеризиращо се с това, че предвиденото специфично сепариращо приспособление (60) е оформено като сепарираща камера (61) и е разположено между съседните електролизни клетки (10, 40) за улавяне на изнесените извън тях частици от извличания метал.

11. Метод за извличане на метали по електролизен път, състоящ се от осигуряване на поне една електролизна клетка (10, 40), преминаване на течен електролит през корпуса на електролизната клетка (10, 40), свързване на един източник на електрически ток между катода и анода на електролизната клетка (10, 40), като:

(А) осигурената демонтируема електролизна клетка (10, 40) включва корпусно тяло, което съдържа ориентирана по надлъжната си ос неподвижна цилиндрична тръба (11, 12, 42), имаща вътрешна повърхност, оформяща катод, върху която извлеченият по електролизен начин метал се оформя под формата на черупка, неметални затварящи приспособления (13, 14, 41, 45), разглобяемо монтирани към всеки край на неподвижната цилиндрична тръба (11, 12, 42), цилиндричен електрод (21, 50), оформящ анод, преминаващ през неподвижната цилиндрична тръба (11, 12, 42) и съосен на нея, за оформяне на една пръстеновидна кухина между цилиндричната тръба (11, 12, 42) и цилиндричния електрод (21, 50), флуиден входящ отвор (23, 46), разположен тангенциално към пръстеновидната кухина (24) и предвиден за доставяне на неработен електролит към пръстеновидната кухина (24), който е оформен в едното неметално затварящо приспособление (14, 45), така че при използване на електролизната клетка (10, 40) флуидът да се подвежда към пръстеновидната кухина (24) тангенциално спрямо надлъжната ос на неподвижната цилиндрична тръба (11, 12, 42), флуиден изходящ отвор (22, 43), разположен тангенциално към пръстеновидната кухина (24) на електролизната клетка (10, 40), оформен в другото от неметалните затварящи приспособления (13 и 41) и предназначен за отделяне на отработения електролит от пръстеновидната кухина (24), и електрически клеми за свързване 5 на електрическата мрежа към цилиндричния електрод (21, 50), оформящ анода и вътрешната повърхност на неподвижната цилиндрична тръба (12, 42), оформяща катода, при което е предвиден един газов отдушник като га- 10 зов вентил (32, 44), оформен в едно от затварящите приспособления (13, 14, 41, 45) за извличане на събрания в електролизната клетка (10, 40) газ;

(B) осъществява се преминаване на флу- 15 ид, съдържащ разтворени метални соли през неподвижната цилиндрична тръба (12, 42) на електролизната клетка (10, 40) между флуидния входящ отвор (23, 46) и флуидния изходящ отвор (22, 43), оформени в неметалните 20 затварящи приспособления (13, 14, 41, 45) и разположени тангенциално спрямо пръстеновидната кухина (24); и (C) при свързване на един източник на електрически ток между проводящата вътреш- 25 на повърхност на неподвижната цилиндрична тръба (12, 42), оформяща катода и цилиндричния електрод (21, 50), представляващ анод, характеризиращ се с това, че металът се извлича по електролизен път и се наслоява върху 30 проводящата вътрешна повърхност на неподвижната цилиндрична тръба (12, 42) или се събира в нейната пръстеновидна кухина (24).

12. Метод съгласно претенция И, характеризиращ се с това, че извлеченият по електролизен път метал се отлага върху проводящата вътрешна повърхност на неподвижната цилиндрична тръба (12, 42), като се наслоява под формата на обвивна черупка.

13. Метод съгласно претенция 12, характеризиращ се с това, че металът се извлича чрез едно устройство за извличане на метали, включващо множество демонтируеми електролизни клетки (10, 40), при което демонтируемата проводяща вътрешна повърхност на неподвижната цилиндрична тръба (12, 42) се изважда заедно с наслоения по нея метал и се подменя с друга такава проводяща повърхност, изпълнена от същия материал, какъвто е металът, който ще се извлича.

14. Метод съгласно претенция 13, характеризиращ се с това, че металът се извлича чрез електролиза на флуид, представляващ минерален разтвор, чрез едно устройство за извличане на метали, чрез протичане на флуида през него.