CH689018A5 - Procedimento di elettroestrazione di metalli pesanti. - Google Patents
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Description
Il brevetto americano no. US 5 468 354 a nome della stessa richiedente Ecochem Aktiengesellschaft riguarda un processo per l'elettrodeposizione di un metallo Me scelto fra Zn, Ni, Co e Cd che forma un complesso amminoclorurato del tipo Me (NH3)n Clm che in soluzione acquosa è sottoposto ad elettrolisi in una cella senza diaframmi o membrane di separazione fra anodi e catodi, ottenendo al catodo un deposito di metallo puro ed all'anodo lo sviluppo di azoto. L'azoto proviene dall'ossidazione dell'ammoniaca del bagno per opera del cloro che si forma all'anodo, a condizione che il pH del bagno sia mantenuto fra 6 e 8, aggiungendo al bagno l'ammoniaca che si consuma. Si è ora sorprendentemente trovato che è possibile perfezionare il procedimento descritto nel detto brevetto in termini di tensione di cella ridotta, e quindi di risparmio energetico. Ferme restando le caratteristiche principali chimiche ed elettrochimiche del processo citato di elettrodeposizione dei metalli scelti fra Zn, Ni, Co e Cd, la presente invenzione consiste nell'aggiungere all'elettrolita piccoli tenori di Br<->. L'ossidazione anodica del bromuro a bromo avviene ad una tensione di circa 300 mV più bassa, di quella del clururo a cloro. Si è constatato anche, nel campo di pH considerato, che l'ammoniaca nel bagno viene ossidata con produzione di N2 secondo la reazione globale 3Br2 + 2NH3 -> 6Br<-> + N2 + 6H<+> con una cinetica molto rapida rispetto all'analoga reazione descritta nel citato brevetto americano no. 5 468 354 e cioè 3CI2 + 2NH3 -> 6Cl- + N2 + 6H<+> La presenza di un piccolo tenore di bromuro nel bagno (da 1 a 10 g/l Br<->) permette quindi di ridurre sensibilmente la tensione di cella e quindi di realizzare un consistente risparmio energetico nell'elettroestrazione del metallo. A titolo illustrativo e non limitativo dell'invenzione, se ne descrivono i seguenti esempi. Esempio 1 (Confronto) 250 g di ossido di Zinco puro furono disciolti in 5 l di soluzione acquosa contenenti 250 g/l di NH4CI e riscaldata a 60 DEG C. La soluzione è stata immessa in una cella elettrolitica con anodo di grafite e catodo in lastra di Titanio, senza separatori tra anodo e catodo. In questa cella si fecero passare 10A per 6 h e la tensione misurata agli elettrodi è stata in media 2.52 V, mantenendo la temperatura 60 DEG +/-2 e pH compreso fra 6 e 8 mediante graduale aggiunta di soluzione di NH3. Si ottennero 70.1 g di Zinco con una resa di corrente di 95.7%. Il consumo energetico calcolato in corrente continua è stato di 2.16 kWh/kg Zn. Esempio 2 Ad una soluzione analoga alla precedente furono aggiunti 2 g/I di Br<-> sotto forma di KBr e riscaldata a 60 DEG C. A dissoluzione avvenuta la soluzione fu immessa in una cella elettrolitica con anodo di grafite e catodo in lastra di titanio, non separate da diaframma o membrana. Si fecero circolare 10A per 6 h ad una tensione media di 2,27 V. La soluzione fu mantenuta a 60 +2/-0 DEG C e ad un pH 6-8 mediante aggiunta di 38 g totali di soluzione di NH3 31%. Si ottennero 69.5 g di Zn con una resa di corrente di 94.9%. Il consumo energetico calcolato in corrente continua è di 1.96 kWh/kg Zn. Esempio 3 500 g di ZnO tecnico, di purezza commerciale, furono disciolti in 10 l di soluzione acquosa contenente 250 g/I NH4CI e 10 g/I Br<-> e riscaldata a 60 DEG C. Purificata la soluzione con 2.5 g di polvere di Zn, che "cementa" le piccole impurità di Cu, Pb e Cd sempre presenti negli ossidi commerciali, essa fu inviata, dopo filtrazione, alla cella elettrolitica dell'esempio precedente mantenuta a 62 +/-2 DEG C per tutta la durata della prova. Si fecero circolare 10A per 24 ore e la tensione media della cella rilevata fu di 2,21 V. Nel corso della prova si aggiunsero gradualmente 152 g di soluzione acquosa al 31% NH3, per mantenere il pH del bagno fra 6 e 8. Lo Zn deposto ammontò a 280,5 g. La resa di corrente fu 95.8%. Il consumo energetico calcolato in corrente continua è stato di 1.89 kWh/kg Zn. DagIi esempi riportati si ricava che già con l'introduzione di 2 g/l di Br<-> si ottiene un risparmio energetico pari a 0,2 kWh di zinco, mentre con la presenza di 10 g/I di Br<-> il risparmio che si ottiene è di 0,27 kWh/kg di zinco. Quantità maggiori di ione Br<-> non fanno scendere ulteriormente la tensione di cella.
Claims (7)
1. Procedimento per la produzione di metalli Me scelti tra zinco, nichel, cadmio e cobalto, in cui si forma il corrispondente complesso ammoniacale idrosolubile Me(NH3)n Clm e si sottopone tale complesso in soluzione acquosa ad elettrolisi in una cella priva di mezzi di separazione tra anode e catodo, caratterizzato dal fatto che a detta soluzione acquosa è aggiunto ione bromuro.
2. Procedimento per la produzione di metalli Me scelti tra zinco, nichel, cadmio e cobalto, caratterizzato dal fatto che si sottopone direttamente ad elettrolisi il complesso ammoniacale idrosolubile Me (NH3)n Clm in soluzione acquosa ad elettrolisi in una cella priva di mezzi di separazione tra anodo e catodo e che a detta soluzione acquosa è aggiunto ione bromuro.
3.
Procedimento secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che detto ione bromuro è aggiunto in concentrazione compresa tra circa 1 e 10 g/l.
4. Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che si forma detto complesso ammoniacale per reazione tra detto metallo sottoforma di ossido ed una soluzione di ammoniaca e oppure cloruro ammonico, e si sottopone il complesso ammoniacale così formato a detta elettrolisi.
5. Procedimento secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che in detta elettrolisi al catodo si deposita detto metallo Me con liberazione di NH3, all'anodo il bromuro si ossida a bromo elementare e quest'ultimo reagisce con detta ammoniaca liberata al catodo e migrata nei pressi dell'anodo secondo la reazione
3Br2 + 2NH3 -> N2 + 6Br<-> + 6H<+>
sviluppandosi così N2 all'anodo.
6.
Procedimento secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che detta ammoniaca ossidata ad azoto gassoso è reintegrata nell'elettrolita mediante controllo del pH mantenuto costantemente nell'intervallo all'incirca tra 6 e 8.
7. Impianto per la realizzazione del procedimento secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere una cella elettrolitica priva di mezzi di separazione tra anodo e catodo.
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