CN107208291B - 用于电解沉积或电解精炼的ews模块器件及其操作过程 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于没有溶剂萃取的PLS/电解质/萃余液/ILS的饱和浸出溶液的电解沉积和/或电解精炼的EWS模块器件，其特征在于包括：罐(10和12)；容纳在所述罐内的一组电解槽，其中所述槽通过所述模块(14)的内壁电和体积分离，所述槽通过连接板或封盖板(3)串联连接；槽间棒(1)；槽间引导杆(2)；独立地用于每个槽的PLS/电解质/萃余液/ILS的入口和出口导管(17)和(11)；并且每个EWS模块又通过模块间连接器(18)连接到其它模块，并且同样又通过断续器(25)控制EWS模块的连接和断开；EWS模块器件的运行过程；以及不同EWS模块器件之间的连接和断开过程。

Description

用于电解沉积或电解精炼的EWS模块器件及其操作过程

技术领域

本发明的技术领域涉及采矿，具体地涉及用于湿法冶金、电解沉积和/或电解精炼的器件。

背景技术

大规模获得铜阴极是现有技术中已知的工艺。为了有利可图，这个工艺对于要获得的大量的材料来说是密集的。这个工艺的基础是1869年在南威尔士州首次使用，其中电解精炼作为在电解槽中进行的金属铜的纯化工艺被测试，并且包括施加电流以溶解不纯的铜。以这种方式，获得可能的最纯的电解铜，其纯度为99.99％，这允许其用作电导体，以及其它应用。智利是世界上铜的主要生产商和精炼厂之一。

电解沉积铜的总工艺是本领域技术人员已知的，并且操作如下：从材料的破碎(CH)开始，然后是团聚过程(AG)，其次是浸出过程(LX)，然后用溶剂萃取(SX)，最后以电解沉积(EW)结束，最后得到铜阴极。

之前提出的阶段，按照这个顺序，揭示了已知的过程。该阶段中的每个阶段都有各自的技术问题，其中我们希望强调下面提到的那些技术问题。

电解沉积(EW)阶段自身就是需要具有特定电容量和容积的器件以获得铜阴极的阶段，尤其是当铜溶液在之前的溶剂萃取阶段不浓缩时。

另一方面，传统的电解沉积(EW)阶段一直在固定的位置执行，这是由于该操作所需的大量的设备、电支持、密集的工艺以及高吨位材料的处理所导致。

电解萃取工艺(EW)通常在包含电解池(具有高浓度的先前用溶剂萃取的铜)和多个阳极和阴极的不分开的电化学槽中进行。在这种工艺中，诸如铜的电镀，在(用不锈钢制成的)阴极中发生的电化学反应以金属形式在阴极自身上进行铜的沉积。通常由铅制成的阳极被缓慢地消耗，从而形成阳极污泥并产生气态氧，作为残留元素(WO2013/060786)。

通常，如专利WO2013117805所述，现有技术已知的是这种类型的工艺通过每个阳极-阴极对使用并联的连续电流。事实上，整流器用于用电化学工艺自身所需要的电流补偿系统的直流输入。

电解沉积的整个过程中的常见阶段中的另一个，但是在使电解质经受电流之前，是通过同样用溶剂萃取的矿石富集或浓缩阶段，这也是称为富集浸提溶液(PLS)的阶段。这个阶段对于达到约7至48克/升电解质的电解质中的铜浓度是必要的。这些浓度对于在中等规模和大规模采矿中使电解沉积工艺在经济上可行是必要的。

发明内容

在本发明的第一方面，其是一种EWS模块型器件，其允许使用富集浸提溶液(PLS)直接在电解沉积中获得电解铜的阴极，从而避免了通过用溶剂萃取的矿石浓缩阶段(图1/13右L1、L2、L3和L4)。

另一方面，对于这种类型的槽阴极，也可以从以下溶液获得：

溶解铜的浓度高达(4至50克/升(gr/l))的电解质。

电解质处理液(超过20克/升的铜)。

具有低浓度铜的萃余液溶液。

具有低浓度铜的ILS溶液。

本发明的第二方面是EWS模块器件以模块化形式安装，通过阴极-阳极和连续电流开关从一个EWS模块电连接到另一个，并且完整的器件可以根据其自身的工艺需求物理地调动。

本发明的第三方面涉及如下电流类型，EWS模块器件利用该电流类型操作，利用该电流类型在电解沉积中溶解的电解质被精炼，这使得在本发明中它表现为串联而不是如目前执行的并行的连续电流电路。

本发明的第四方面是如下EWS模块，其允许如下工作，其中较大量的强溶液来自浸出，并且范围从小浓度的溶解铜到较高浓度的铜(常规电解质)。

本发明的第五方面是以相同的低比表面积(阴极m²/kg)实现朝着阴极的高的质量传送速度，其中在槽中具有低浓度的铜和高的流入流量。

第七方面是在EWS模块器件中使用低连续电流具有较低的能量消耗(在EW工艺中电流效率提高99％)，因为传统工艺使用高连续电流，使得在高能量消耗中感受到其影响。由整流器传输的连续电流与每个阴极的电解沉积工艺中所应用的电流完全相同。

第八方面是电流的消耗变得与阴极和阳极的数量无关。

第九方面是EWS模块具有2至100个分离，优选对应于电解沉积槽的10个分离，其中每个槽具有允许调节阳极和阴极之间的分离的用于阳极和阴极的支撑体，用于每个槽及其用于使用溢出方法的溶液的相应出口的独立通气系统。

第十个方面是将EWS模块相互连接和断开的工艺。

最后，这种EWS模块器件由于这些器件所需的低投资和运营成本而对小和中型采矿产生了很大的影响，并且由于它是模块化和可移动的而能够将工艺中适应其拥有的生产能力的这部分外包。

EWS模块器件希望解决的技术问题是：

-基于不同类型的溶液获得具有电解品质的铜阴极：

不用通过溶剂萃取(SX)的浓缩步骤的富集浸提溶液(PLS)；

源自溶剂萃取(SX)阶段的溶液中具有高浓度铜的电解质；

具有低浓度铜的ILS溶液；

具有低浓度铜的萃余液溶液。

溶液中具有高浓度铜的废电解质。

-获得EWS模块中的电力系统的连续电流与电化学过程对电解沉积铜阴极所需的电流完全相同，即电解沉积工艺是串联的连续电流的电路。

-从具有低浓度铜的矿石浸出溶液中直接获得电解铜，其中溶液含有4至45g/L的溶解铜。

-在(物理)所需的地方使用电解沉积密集型工艺，针对所需的量并且在尽可能短的时间内，并且同样地，当工作地点不再需要其服务时，可以移动工厂。

-以相同的低比表面积(阴极的m²/kg)获得朝向阴极的高速质量传送，其中在EWS模块中具有低浓度的铜和高的进入流量。

-与整流器在高电流下运行从而导致更高的能量消耗的传统工艺不同，在整流器中使用低的连续电流，其以较低的能量消耗给EWS模块馈电(将电流效率提高99％)。

-使电流消耗与阴极和阳极的数量无关。

-EWS模块之间简单的连接和断开。

-并行处理电解质体积，并不像传统方法那样串联。

具体实施方式

获得不同金属(诸如Al、Cu、Zn、Au、其他具有相同特性的金属，优选铜)的阴极的生产工艺基于矿石的冲洗开始，其中材料先前经过团聚阶段并随后在浸出(LX)区域中为此目的在一个附加的垫中运输和堆积。

这些垫被用来自槽的废液的萃余液溶液洗涤，并且然后用基于具有低浓度的铜的浸出溶液形成的再循环的ILS溶液、加工水加之该过程在其在铜的逐渐浓缩中所需的硫酸的加入来洗涤，然后将其送入PLS类别的电解沉积(EW)区域。

在该区域，PLS溶液被在线调节，其中添加和补充阳极和阴极添加剂(硫酸钴和瓜尔胶)、试剂(硫酸)和加工水。在进入电解沉积(EW)之前，将溶液加热调节，使得在最佳操作条件下进行该过程。

另一方面，在体积上，一旦通过EWS(电解沉积系列(Electrowinning Series))模块克服了电解沉积过程，该溶液被运送到处理罐(处理TK)，该处理罐(处理TK)再次将溶液送到LX中的初始排出池。

后者被执行特定次数，直到溶液中的铜浓度降低到已设定的值。一旦实现了这一目标，电解质溶液在第无数次离开EW湾时就被朝着同一池部分导出到LX区域，而作为萃余液，用于铜的再富集并返回到电解过程，从而处理连续体积的电解质。

同时，与此操作并行地，LX中产生的PLS溶液被同时发送到EWS线路，代替前一者，从而在两个阶段之间完成工厂中的溶液的基本操作和处理。

将EWTECH-LED工艺应用于本发明中由许多槽形成的EWS器件模块，根据该工艺获得了以尺寸为1×1米或1m²并且重42公斤的薄片形式的阴极铜作为最终产品，其中阴极组件加上提取的铜重约100公斤，纯度等于或高于98％的铜，其被储存、包装和分派用于商业化(图1/13和2/13，L1、L2)。

EWS模块器件自身。

通过管道，以每平方米阴极每分钟3升的最小流量范围至每平方米阴极每分钟25升的最大流量范围将在浸出(LX)阶段产生的新鲜PLS送到可移动EWTECH-LED工厂。完成这些步骤，用硫酸钴和瓜尔胶调节PLS，并且最后将该PLS送到EWS模块用于电解沉积系列(EWS)，如图9/13所示。

用于电解沉积铜的EWS模块器件(EWS模块)由包含在该串联槽形模块内的电解槽的组件组成。每个EWS模块具有多个槽(2至10个)，并且这些槽又分别由阳极-阴极对形成(图9/13)。每个槽包含工作面积为1平方米的阴极，从中得到具有所述相同面积的铜产品，并且从阳极施加最小为150A/m²的电流密度范围，最大为1000A/m²的电流密度范围，优选为300A/m²，其连续地由每个槽和EWS模块串联循环并控制。考虑到取决于待处理的PLS的化学品质最小电流优选在150至170A/m²之间，这种具有串联模块的操作格式(由不同的EWS模块组成)打开了在模块中的每个中使用不同电流密度的可能性(图11/13)。如果工厂在同一电流下工作，则它必须在250A/m²的额定电流密度下工作，以实现所计划的正常生产。

在加工具有高浓度铜的电解质的情况下，电流的密度可以达到1000A/m²。

EWS模块自身是具有定义阴极-阳极槽的内部分离的罐。这些分离是气密的，这意味着每个体积的PLS独立地通过每个槽，而不与并联的槽体积或电连接。另一方面，槽之间的电连接通过槽间棒(1)进行，槽间棒(1)具有圆形、三角形和圆形侧向形状、优选地圆形形状，其中槽间棒是由连接覆盖整个模块的相邻槽的阴极和阳极的短棒或片构成的不连续的棒。这些槽间棒是短的，使得它们可以在每个槽中独立地操作，从而避免在同一的槽中的电接触。换句话说，在棒完整的地方，它接触相邻槽的阳极和阴极，从而每个槽以独立的方式在电化学上运转，并与其它槽串联电连接。这些槽间棒(1)被放置在槽间导杆(2)中，以为了每个槽良好的独立电接触而正确地放置棒、阴极和阳极，其中所述槽间导杆(2)被放置在封盖板(3)上。(上图5/13右和下图)。

在结构上，水密的槽间内部分离内的模块具有使阴极和阳极快速的凹陷或支撑体。这些阴极/阳极凹陷或支撑体(16)只留下阳极和阴极的一个表面被暴露，因为另一个面被放置在水密的槽间隔离壁上。这意味着阴极的采集过程只在电极的一侧进行(图4/13左边和图6/13)。

阳极/阴极支撑体还允许在10至100mm的范围内，优选地在15与70mm之间调节阳极和阴极之间的分离。该特性意味着阳极和阴极的中心之间的距离可以根据生产过程的要求及其效率进行调节。

模块和槽以以下方式操作，其包括以下阶段：

a)经由管道和上下入口通过体积独立的槽来用30℃至50℃之间的PLS/电解质/萃余液/ILS填充EWS模块，直到PLS/电解质/萃余液/ILS的水平达到溢出区并溢出。通过放置在入口管道中的阀来手动或自动控制该填充；

b)考虑到取决于待处理的PLS/电解质/萃余液/ILS的化学品质最小电流优选在150至170A/m²之间，以最小电流密度范围为150A/m²，最大为1000A/m²，优选为300A/m²，从阳极循环电流，其被连续地通过每个槽和EWS模块串联循环和控制；

c)EWS模块通过PLS/电解质/萃余液/ILS通过3至15次进行操作，直到Cu²⁺的浓度在约为4至5g/L的可能的最低冶金最小值，这将取决于正在处理的PLS/电解质/萃余液/ILS的物理条件，其中PLS/电解质/萃余液/ILS优选通过6次；

d)达到金属阴极(优选铜)的选定重量，优选36至56公斤，并采集阳极。

为了实现计划的生产，EWS模块的组装在同一电流下工作，其中额定电流密度为300A/m²。

根据图12/13，不同模块的连接和断开过程包括：

-在铜阴极达到操作者预先确定的重量，优选在36和56公斤的范围，特别是42公斤之后，(通过法拉第定律(Faraday’s law)直接)控制施加在阴极上的电流的控制系统(PLC)使用信号激活连续电流开关的打开，其允许EWS模块以及因此它的槽的断开(EWS模块的桥接)，这容许收集槽的阴极；

-并行地，PLS/电解质/萃余液/ILS的流动通过正在被采集的EWS模块的槽继续自由循环；这意味着当槽负载新的阴极时，铜的浓度将是均匀的，并且溶液的温度将是均匀的；

-在通过连续电流开关桥接电路之后，通过模块间连接器(18)的分离使布置在一起(连续)的模块物理电断开；

-通过连接到起重机的阴极支架提起阴极组件并采集金属，优选铜；

-更换在EWS模块的槽中先前制备的阴极；

-通过模块间连续电流开关(18)连接新模块，从而消除由连续电流开关形成的电桥，使所有现有模块与新集成的模块连续电连接，而不需要耽搁整个过程，仅耽搁待采集的模块。

体积上，进入EWS模块的PLS/电解质/萃余液/ILS通过每个槽(每个槽也具有较低的电解质输入和通过每个槽的独立出口)的供料管道穿过每个模块(11)的上部，并溢出(17)，如图3/13和4/13所示。

在PLS/电解质/萃余液/ILS溢出之后，其通过出口(17)被每个槽独立地捕获，该出口(17)落入主集电器(4)，其独立地将PLS/电解质/萃余液/ILS的流动释放到与主集电器物理分离的次集电器(5)以避免电损耗(如图8/13所示)。次集电器将PLS/电解质/萃余液/ILS释放到下一个积聚罐(图1和图2的K5、K6、K7和K8)。

用于制造EWS模块的材料是防腐材料，诸如以玻璃纤维涂覆的聚合物混凝土结构，通常耐PLS/电解质/萃余液/ILS的材料。另一方面，其尺寸的具体示例为1.300×1.250×1.600mm(分别为长度、宽度和高度)，而不限制基于其应用所需的其他测量。

用于制造电极的材料将取决于在工厂中使用的水的品质。如果使用具有高含量的活性氯的水(诸如海水)，则两个电极都是钛基的，并且在使用的水是少氯化物或无氯化物(诸如饮用水或软化水)的情况下，将使用常规电极：不锈钢316L作为阴极以及铅-钙-锡合金为阳极。

在EW湾中循环的PLS/电解质/萃余液/ILS通过先前单独地位于每个模块中的供料罐由驱动系统从模块到模块进行，同时添加瓜尔胶的替代溶液。

一旦流出的溶液已经被在模块中进行处理，它就被送到转移罐(转移TK)并被驱动到E/E热交换器直到再循环批次中的PLS子池，从而实现PLS通过在工厂中的循环(如可以在图1/13和2/13所见，J4)。

该操作循环(从LX进行的PLS的发送和返回)进行3与15次之间，优选为6次，直到Cu²⁺的浓度降至冶金学可能的最小值(约4至5g/L)，其将取决于被处理的电解质的物理条件，其又将取决于所处理的矿石的特性以及正在执行的操作。

EWTECH-LED工艺的最终产品是大约42公斤、面积为1m²、纯度等于或高于98％的阴极铜；其被洗涤、从阴极分离、滚动并存储在调度台中以进行商业化(图1/13和2/13，F7)。

总而言之，LED模块被用于新的湿法冶金工艺，其相对于传统工艺，提出了以下四大创新：

允许电解沉积铜阴极，其中电力系统的连续电流与电化学工艺对电解沉积阴极所需的电流完全相同，从而允许通过法拉第定律直接进行控制以确定将被采集的阴极的重量。也就是说，电解沉积工艺是串联的连续电流的电路(图9/13)，而传统技术是并联的(图10/13)。

槽中铜的电解沉积可以从以下溶液进行：电解沉积的富集电解质或废电解质、PLS、ILS、萃余液，这不同于常规方法，常规方法需要通过溶剂萃取阶段以获得富集电解质，富集电解质是它唯一接受来给槽供料以电解沉积高品质的阴极的溶液。

给槽供料的PLS的流量是传统工厂所需的电解质的流量的5倍以上。

电解沉积可以从5至50克/升的低浓度PLS进行，从而获得高浓度铜(97％)的阴极。

在进入电解沉积模块时，PLS调节所需的低温(30℃至50℃)会使得从模块产生较低的腐蚀性气体和较低的萃取需要，并且还降低了电力消耗。

EWS模块的操作

在此工艺中所需的PLS流量并行和串联地给在每升溶液中必须含有4至50克铜的电解沉积槽的不同EWS模块供料，在开始该工艺时，将诸如瓜尔胶和硫酸钴的试剂加入到溶液中，分别以每吨铜约320克和220ppm的剂量作为在进入EWS模块的槽之前的阴极和阳极的添加剂。

PLS以并行串联配置的流动在系统中再循环，直到当其在每升溶液4至6克铜时，被再发送到浸出堆积。

EWTECH-LED工艺的最佳功能的另一个相关方面是给EWS模块以及因此槽供料的PLS的温度，其必须在30和50℃之间振荡。

另一方面，每个电解沉积EWS模块、EWTECH-LED由体积独立且紧凑的2至20个槽组成，其中EW湾中的优选配置由60个操作槽组成，其中槽中的每一个由阴极和阳极形成；槽中的电连接的分布在阴极和阳极之间串联连接并集成，目的是在整个模块和模块间保持一致的连续电流和相同的电流密度；阴极的操作面积在0.3m²至2m²的范围内，优选为1m²；电流密度在模块中在0到500安培之间的范围内调节，其中工作电流密度在每平方米阴极150到500安培之间；还存在具有每个槽和模块地对PLS/电解质/萃余液/ILS的流动进行独立控制的沟槽；以及通过整流变压器供电而针对槽中的每一个的独立电场(图11/13)。

本发明的一个具体实例是产生EWS工艺的EW湾。该EW湾由一系列模块组成，1至10个EWS模块，优选为6个，每个模块包含1和20个之间的槽，优选为10个。因此，优选的配置将在EW湾中总共有60个阴极。

该模块的重要部分之一是沟道，具有对PLS/电解质/萃余液/ILS的流量的独立控制，其允许以3和30L/min/m²阴极之间的可变流量馈送到一组模块并独立于每个电解沉积槽。

在对PLS/电解质/萃余液/ILS的流量的控制之间存在直接的关系，这取决于溶液中铜的浓度以及在铜的电解沉积中使用的操作槽的数量。这种关系表明，溶液中铜的浓度越小，流量越大，并允许控制电解沉积过程中的连续电流。

附图说明

图1/13

该图表示插入本发明的生产过程的总图。

图的上半部分的箭头线显示了水在矿石运动的不同位置处遭受的物理现象：

X：脉冲泵

O：流量控制器和温度表

F1：混合池中的蒸发

F2：ILS池中的蒸发

F3：蒸发堆

F4：EW中的蒸发

F5：通过电解分解水

F6：丢弃洗涤水

F7：生产铜阴极

紧跟在上部的箭头之下的线显示了固体材料在矿石运动的不同位置中的行为：

G1：来自破碎机粘结剂的团聚矿石

G2：动力堆

G3：砾石倾卸

在以下的箭头线中，呈现了酸的处理：

H1：来自卡车的硫酸

H2：酸TK

H3：硫酸团聚。

在下面的箭头线中，呈现了处理水的处理：

I1：从供水系统处理水

I2：服务水

I3：1LS池

I4：混合池

I5：应急池

最后一行呈现了系统的供热网络：

J1：供油

J2：锅炉

J3：水调节室

J4：热交换器

在EWTECH-LED之前还有与LPS的适应和制备相关联的其他部分：

K1：化学产品，浓缩瓜尔胶

K2：化学产品，浓缩硫酸钴

K3：瓜尔胶TK，这是一种罐，其中瓜尔胶被稀释在水中，并保持在最佳浓度，以施加到发送到EWTECH-LED工厂的模块的槽的PLS。

K4：钴TK，这是一种罐，其中硫酸钴被稀释在水中，并保持在最佳浓度，以施加到发送到EWTECH-LED工厂的EWS模块的槽的PLS。

K5：TK储蓄罐(bank)2，这是一种罐，其中当PLS/电解质/萃余液/ILS通过EWTECH-LED系统的第一储蓄罐一次时，它被串行接收。(不限制待使用的储蓄罐的数量，除非PLS/电解质/萃余液/ILS的浓度达到低于4克/升的范围)。

K6：TK储蓄罐3，这是一种罐，其中当PLS/电解质/萃余液/ILS通过EWTECH-LED系统的第二储蓄罐一次时，它被串行接收。(不限制待使用的储蓄罐的数量，除非PLS/电解质/萃余液/ILS的浓度达到低于4克/升)。

K7：TK储蓄罐4，这是一种罐，其中当PLS/电解质/萃余液/ILS通过EWTECH-LED系统的第三储蓄罐一次时，它被串行接收。(不限制待使用的储蓄罐的数量，除非PLS溶液中的铜浓度达到低于4克/升的范围)。

K8：TK转移储蓄罐，这是一种罐，其中在PLS通过EWTECH-LED系统的第四储蓄罐一次时，它被串行接收。(不限制待使用的储蓄罐的数量，除非当PLS的浓度达到低于4克/升的范围时)。使用的PLS被转移到混合池。

L1：EWTECH-LED储蓄罐N°1(本发明)

L2：EWTECH-LED储蓄罐N°2(本发明)

L3：EWTECH-LED储蓄罐N°3(本发明)

L4：EWTECH-LED储蓄罐N°4(本发明)

图2/13

该图表示直接串联EWTECH-LED的电解沉积过程的流程图。

在图的右下部分的箭头线中，呈现了水在矿石运动的不同位置处遭受的物理现象：

F5：通过电解分解水

F6：丢弃洗涤水

F7：生产铜阴极

F8：通过大气蒸发水

F9：阴极洗涤水

以下的箭头线呈现酸的处理：

X：脉冲泵

O：流量控制器和温度计

H4：给EW-LED的硫酸。

以下的箭头线呈现处理水的处理：

16：给EW-LED的加工水

17：LX应急淋浴

18：供人类消耗的服务水

最后一行呈现了系统的供热网络：

J1：供油系统

J2：锅炉

J3：水调节室

J4：热交换器

在EWTECH-LED之前，还有与PLS的适应和制备相关的其他部分：

K1：化学产品，浓缩瓜尔胶

K2：化学产品，浓缩硫酸钴

K3：瓜尔胶TK，这是一种罐，其中瓜尔胶被稀释在水中，并保持在最佳浓度，以施加到发送到槽的PLS。

K4：钴TK，这是一种罐，其中硫酸钴被稀释在水中，并保持在最佳浓度，以施加到发送到槽的PLS。

K5：TK储蓄罐2，这是一种罐，其中当PLS通过EWTECH-LED系统的第一储蓄罐一次时，它被串行接收。(不限制待使用的储蓄罐的数量，除非PLS的浓度达到低于4克/升的范围)。

K6：TK储蓄罐3，这是一种罐，其中当PLS通过EWTECH-LED系统的第二储蓄罐一次时，它被串行接收。(不限制待使用的储蓄罐的数量，除非PLS的浓度达到低于4克/升)。

K7：TK储蓄罐4，这是一种罐，其中当电解质通过EWTECH-LED系统的第三储蓄罐一次时，它被串行接收。(不限制待使用的储蓄罐的数量，除非PLS溶液中的铜浓度达到低于4克/升的范围)。

K8：TK转移储蓄罐，这是一种罐，其中在PLS通过EWTECH-LED系统的第四储蓄罐一次时，它被串行接收。(不限制待使用的储蓄罐的数量，除非当PLS的浓度达到低于4克/升的范围时)。使用的PLS被转移到混合池。

L1：EWTECH-LED储蓄罐N°1(本发明)

L2：EWTECH-LED储蓄罐N°2(本发明)

L3：EWTECH-LED储蓄罐N°3(本发明)

L4：EWTECH-LED储蓄罐N°4(本发明)

以下的箭头线呈现PLS的处理和线路：

M3：PLS/从LX再循环的PLS

M4：再循环的PLS/到LX的萃余液

以下编号也显示：

21：要调节的PLS

22：至线路的硫酸

23：至线路的加工水

24：至E/E热交换器的PLS

25：PLS到E/A热交换器

26：至硫酸钴TK的硫酸钴

27：至瓜尔胶TK的瓜尔胶

28：硫酸钴溶液

29：要分配的瓜尔胶溶液

30：至储蓄罐EW 1的瓜尔胶溶液

31：至储蓄罐EW 2的瓜尔胶溶液

32：至储蓄罐EW 3的瓜尔胶溶液

33：至储蓄罐EW 4的瓜尔胶溶液

34：至储蓄罐EW 1的PLS

35：至储蓄罐EW 2的PLS

36：至储蓄罐EW 3的PLS

37：至储蓄罐EW 4的PLS

38：至转移TK的PLS

39：再循环到池中的PLS

40：来自加热器的热水

41：至硫酸钴TK的热水

42：至瓜尔胶TK的热水

43：至热交换器的热水

44：至阴极洗涤的热水

45：返回的热水

46.至服务和操作的加工水

47.至EW-LED应急服务的水

48.至人类消费的服务用水

49.要更换的加工水

50：至加热器的水

51：至加热器的石油

52：水在EW湾中的蒸发

53：水在EW湾中的分解

54.阴极铜

55：将萃余液排出至LX

图3/13

左边的图显示4个槽的EWS模块的侧面外视图。

中心的图对应于4个槽的EWS模块的侧面内部剖面。

右边的图显示PLS/电解质/萃余液/ILS的上下填充回路。

1：槽间棒

2：槽间导杆

3：封盖板

4：每个模块的具有多个单一出口的主集电器

5：具有采集主集电器的单个出口的次集电器

6.阴极

7.阴极的横向棒

8.阳极的横向棒

9.阳极的结构臂

10.模块的外壁

11.填充PLS/电解质/萃余液/ILS的孔，连接管道3/4NPT

16.阳极/阴极支撑体

17.个别溶液通过溢出的出口

图4/13

左上方的图像对应于模块的侧面内部表示，在中心和右侧的图像中可以分别看到模块的前后外侧视图。

左下方的图像以后部内部视图表示具有10个槽的相同模块。

中心的下图像按如下角度以后部外部视图表示具有10个槽的体积的模块，该角度允许观察通过PLS/电解质/萃余液/ILS溢出的排出。

右下方的图像按如下角度以等长外部视图表示具有10个槽的体积的模块，该角度允许观察通过PLS/电解质/萃余液/ILS溢出的进入和退出，包括PLS/电解质/萃余液/ILS进入管道。

1：槽间棒

2：槽间导杆

3：封盖板

4：每个模块的具有多个单一出口的主集电器

5：具有采集主集电器的单个出口的次集电器

6.阴极

11.填充PLS/电解质/萃余液/ILS的孔，连接管道3/4NPT

12.模块的外侧壁(该壁比前向壁窄)

13.阳极

14.模块的内壁

15.槽

16.阳极/阴极支撑体

17.个别溶液通过溢出的出口。

图5/13

左上方的图表示模块的剥离概念体积图像，右上方的图像对应于具有阴极和阳极的模块的剖面的侧向-前向体积积分图像，并且最后，下面的图像表示没有阴极和阳极的上侧向-前向体积积分详细图像。(为了更清楚，所有的图像都未示出PLS/电解质/萃余液/ILS的入口管道)。

1：槽间棒

2：槽间导杆

3：封盖板

4：每个模块的具有多个单一出口的主集电器

5：具有采集主集电器的单个出口的次集电器

6.阴极

11.填充PLS/电解质/萃余液/ILS的孔，连接管道3/4NPT

12.模块的外侧壁(该壁比前向壁窄)

13.阳极

14.模块的内壁

15.槽

16.阳极/阴极支撑体

17.个别溶液通过溢出的出口。

图6/13

左上方的图表示模块上方的视图，其中可以看到四个槽的阴极和阳极的位置(上图)，并且模块被看见为空的4个槽(下图)。

右上方的图表示没有阴极和阳极的10槽模块的上方的视图。

左下方的图表示没有阴极和阳极的10槽模块的上方的体积视图。

右上方的图表示具有相同PLS/电解质/萃余液/ILS的入口管道和出口腔的10槽模块的上示意图。

1：槽间棒

2：槽间导杆

3：封盖板

10.模块的外壁

11.填充PLS/电解质/萃余液/ILS的孔，以及连接管道3/4NPT

14.模块的内壁

15.槽

16.阳极/阴极支撑体

17.个别溶液通过溢出的出口。

图7/13

该图在左边示出了EWS模块中的阴极和阳极布局的体积的等距视图。另一方面，位于上部中心右边的是对电极和封盖板之间的连接的缩放，具有三角形的槽间棒，下部中心的图示出了相同的配置，但具有圆形类型的槽间棒，在上述图的右上方表示了封盖板的上视图，在该图之下并且也总图的右边，有封盖板的两个侧视图，上图像表示三角形的槽间棒且下图像表示圆形类型的槽间棒。

1：槽间棒

2：槽间导杆

3：封盖板

18.模块间连接器(此构件容许连接连续电流开关，电连接或断开每个模块)。

图8/13

右方的图清楚地表示了PLS/电解质/萃余液/ILS从EWS模块的出口的体积的器件。

左方的图表示了允许充分离离的集电器之间必须存在的分离，从而避免电解沉积过程的电流泄漏(第一集电器的出口管不与第二集电器的任何构件接触)。

4.每个模块的具有多个单一出口的主集电器

5.仅具有采集主集电器的单个出口的次集电器

17.个别溶液通过溢出的出口

19.次集电器的PLS/电解质/萃余液/ILS的唯一出口。

图9/13

上图表示EWS模块(拥有4个以上模块)的扩展结构描述图，其中可以清楚地看到串联电场如何在所有槽、EWS模块和整个EW湾中运行保持均匀的负载体积。

另一方面，可以看到大容量的PLS如何以独立和并行的形式在模块内的每个槽中行进。

N：表示PLS到槽的入口。

O：表示由形成其壁的阳极和阴极组成的槽，PLS流动的入口和出口以及激励模块所需的电连接。

P：表示PLS从槽的出口。

a：阳极

c：阴极

下图表示具有三个操作模块的EWS模块的描述电气图，其中串联电场的移动被清楚地呈现，并且可以清楚地看到模块的第一电极只是阳极，并且该模块的最后的电极只是阴极。还反应的是在每个独立的模块中，以并行方式的PLS/电解质/萃余液/ILS的流速的管理。

图10/13

上图表示电镀槽的传统图(现有技术)，其中电场并行运行并且先前由溶剂萃取的PLS/电解质/萃余液/ILS的流速不以独立和隔离的方式处理，而是在阳极和阴极之间以及整个槽中传送流速。

下图表示传统槽的描述电气图，其中电场的并行运动被清楚地呈现。还反映的是串行电解质在整个槽中的流速管理。

图11/13

该图表示了给四个EW槽的EWS模块馈电的电路图。在操作上，至少两个槽由独立的整流器控制。该图仅示出一个槽，但实际上它们控制20多个槽；这全都取决于工厂的设计。

20.代表额定电流为500A且电压为10V DC的整流变压器的电路。在更多数量的模块(10)保持更多数量的槽(10)的情况下，全部槽将为100，并且通过具有500A的额定电流和220V的电压的变压器进行控制。

21.连续电流开关的电气图。

22.EWS模块

23.EWS模块的槽

24.连接(槽-管道-阀门的排空)，其允许从槽中清除杂质以清洁它们或清空PLS/电解质/萃余液/1LS或其他相关溶液。

图12/13

该图以EWS模块之间的互连的上部和前部角度表示了三个侧向图。

18.模块间连接器

25.连续电流开关

26.来自整流器的线缆

27.朝着开关的线缆

图13/13

该图表示了真实EWS模块的15％缩放的样机的三张照片，尽管EWS模块可以具有其他比行业和所需设计较大的尺寸，其中阴极为1m²、1.1m²、1.m²。左上方的照片示出了与通过每个槽并行移动的PLS/电解质/萃余液/ILS体积连接的实验室样机。右上方的照片示出了体积和电运行的EWS模块，并且如可以看到的，与整流器的电连接仅在EWS模块的端部的电极中进行，因为内部的槽是串联连接和运行的。

4：每个模块的具有多个单一出口的主集电器

6.阴极

11.填充PLS/电解质/萃余液/ILS的孔，连接管道3/4NPT

17.个别溶液通过溢出的出口

26.来自整流器的线缆

应用实例

图13/13中呈现的应用示例显示了一个实验室器件，其尺寸为将是尺寸为1m²的阴极的真实样机的15％缩放的实验室设备(图13/13)，而不会限制阴极的尺寸主要通过客户最终需要的模型来给出。1.1m²或1.2m²的其他测量也可以存在。

该设备处理的铜的浓度为PLS在电解槽中每次通过14至15克/升，其中流速为2.5至3.0l/min/m²的阴极。其中在24至34小时后电流密度为1.73A/m²，获得了40-70克之间的铜阴极，纯度为99.99％，电流效率在95％与99％之间。

Claims (21)

1.一种基于不经溶剂萃取的富集浸提溶液的用于电解沉积和/或电解精炼的电解沉积系列模块器件，其特征在于，包括：罐(10和12)；容纳在所述罐内的一组电解槽，其中电解槽通过模块的内壁(14)电和体积分离；电解槽通过封盖板(3)串联连接；槽间棒(1)；槽间引导杆(2)；独立地用于每个电解槽的富集浸提溶液/电解质/萃余液/ILS的入口导管(11)和出口导管(17)；以及每个电解沉积系列模块通过模块间连接器(18)互连，并且这些模块间连接器又通过开关(25)来调节电解沉积系列模块的连接和断开，

其中所述电解槽(15)包括：模块的两个连续的内壁(14)；一个阳极/阴极支撑体(16)，该阳极/阴极支撑体允许在15与70mm之间调节阳极和阴极之间的分离；单个阴极(6)和单个阳极(13)总是靠在电解槽的内壁中之一上；封盖板(3)；槽间棒(1)；槽间引导杆(2)；独立地用于每个电解槽的富集浸提溶液/电解质/萃余液/ILS的入口和出口；以及在槽间棒的端部处的模块间连接器(18)。

2.根据权利要求1所述的电解沉积系列模块器件，其特征在于，所述罐通过模块的内壁(14)在内部气密地分离，其中所述模块所占的电解槽的数量从4到100。

3.根据权利要求2所述的电解沉积系列模块器件，其特征在于，这些内壁的数量为10。

4.根据权利要求1所述的电解沉积系列模块器件，其特征在于，所述电解槽(15)还包括以单构件制成的阳极/阴极支撑体(16)，该阳极/阴极支撑体将阳极和阴极靠着所述模块的内壁定位，因此只有阴极和阳极的侧面之一是可操作的。

5.根据权利要求1所述的电解沉积系列模块器件，其特征在于，所述槽间棒具有侧向形状，所述侧向形状为圆形或三角形，而且在所述槽间棒的长度上，所述槽间棒使它的端部暴露以经由模块间连接器(18)连接，此外，能够在每个电解槽中独立地操作的槽间棒是由短棒组成的不连续棒，所述短棒连接一个电解槽的阳极与相邻电解槽的阴极，以允许串联电连接的连续性，所述短棒避免同一电解槽的阳极和阴极之间的接触，利用该串联电配置，每个电解槽独立地电运转。

6.根据权利要求5所述的电解沉积系列模块器件，其特征在于，所述槽间棒被放置在位于所述封盖板(3)上方的槽间引导杆(2)内，以为了每个电解槽良好独立的电接触而正确地放置棒、阴极和阳极。

7.根据权利要求1所述的电解沉积系列模块器件，其特征在于，富集浸提溶液/电解质/萃余液/ILS的入口导管(11)和出口导管(17)独立地位于每个电解槽中，其中独立地针对每个电解槽，两个入口导管能够被以相对的位置放置在电解槽的底部或上部，并且当富集浸提溶液/电解质/萃余液/ILS在电解沉积系列模块的上部溢出时，出口导管接收富集浸提溶液/电解质/萃余液/ILS。

8.根据权利要求7所述的电解沉积系列模块器件，其特征在于，所述出口导管通过每个电解槽独立地将富集浸提溶液/电解质/萃余液/ILS引导到主集电器(4)，并且该主集电器独立地且机械分离地将富集浸提溶液/电解质/萃余液/ILS传送到次集电器(5)，该次集电器(5)通过单个导管独立地将所有电解槽的富集浸提溶液/电解质/萃余液/ILS传送到积聚罐K5、K6、K7和K8。

9.根据权利要求2所述的电解沉积系列模块器件，其特征在于，所述罐的尺寸为1.300mm长，1.250mm宽，1.600mm高，并且由包括聚合物混凝土、覆盖有玻璃纤维的结构的防腐材料构成，该防腐材料为通常在30℃至70℃的范围内的温度下耐富集浸提溶液/电解质/萃余液/ILS的材料。

10.根据权利要求1所述的电解沉积系列模块器件，其特征在于，用作阴极和阳极的电极的物质性将取决于在电解过程中使用的水，其中如果水是海水，则阴极和阳极将是钛基的，并且如果使用无氯化物的水，则常规的不锈钢316L电极将被用作阴极，而阳极将由铅-钙-锡合金制成。

11.根据权利要求1所述的电解沉积系列模块器件，其特征在于，所述单个阴极(6)和单个阳极(13)各具有1m²的面积。

12.根据权利要求9所述的电解沉积系列模块器件，其特征在于，该防腐材料为在50℃的温度下耐富集浸提溶液/电解质/萃余液/ILS的材料。

13.根据权利要求1所述的电解沉积系列模块器件的操作过程，其特征在于，包括以下阶段：

a)经由管道和上下入口通过体积独立的电解槽来用30℃至50℃之间的富集浸提溶液/电解质/萃余液/ILS填充电解沉积系列模块，直到富集浸提溶液/电解质/萃余液/ILS的水平达到溢出区域并溢出，这种填充通过放置在入口管道中的阀手动或自动控制；

b)取决于待处理的富集浸提溶液/电解质/萃余液/ILS的化学品质，以最小电流密度范围为150A/m²至170A/m²和最大电流密度为1000A/m²，从阳极循环电流，并连续地由各电解槽和电解沉积系列模块串联循环和控制；

c)电解沉积系列模块的操作是通过富集浸提溶液/电解质/萃余液/ILS通过3至15次之间的循环，直到Cu²⁺的浓度降至4至5g/L的冶金学可能的最小值，这将取决于正在处理的富集浸提溶液/电解质/萃余液/ILS的物理条件；以及

d)达到金属阴极的选定重量，并采集阴极。

14.根据权利要求13所述的电解沉积系列模块器件的操作过程，其特征在于，阶段b)包括组装在标称电流密度为300A/m²的同一电流下工作的电解沉积系列模块以实现正常的计划生产。

15.根据权利要求13所述的电解沉积系列模块器件的操作过程，其特征在于，电流密度为300A/m²。

16.根据权利要求13所述的电解沉积系列模块器件的操作过程，其特征在于，其中电解沉积系列模块的操作是通过富集浸提溶液/电解质/萃余液/ILS通过6次的循环。

17.根据权利要求13所述的电解沉积系列模块器件的操作过程，其特征在于，所述金属阴极为铜。

18.根据权利要求13所述的电解沉积系列模块器件的操作过程，其特征在于，金属阴极的选定重量在36和56公斤之间。

19.一种用于在不同的根据权利要求1所述的电解沉积系列模块器件之间连接和断开的过程，其特征在于，包括以下阶段：

a)在铜阴极达到由操作者预先确定的重量之后，控制施加到阴极的电流的控制系统(PLC)通过信号激活连续电流开关的打开，连续电流开关的打开允许电解槽的模块的断开或电解沉积系列模块的桥接，电解槽的模块的断开或EWS模块的桥接允许收集电解槽的阴极；

b)并行地，富集浸提溶液/电解质/萃余液/ILS的流动通过正在采集的电解沉积系列模块的电解槽继续自由循环，这允许当电解槽负载新的阴极时，铜浓度将是均匀的，并且溶液的温度将是均匀的；

c)在经由连续电流开关桥接电路之后，通过模块间连接器(18)的分离使放置在一起的模块物理电断开；

d)通过与起重机连接的阴极支架提起阴极组并收集金属；

e)更换电解沉积系列模块的电解槽中先前制备的阴极；

f)经由模块间连续电流开关连接新模块，从而消除由连续电流开关所产生的电桥，从而使所有现有模块与集成的新模块连续电连接，而不需要耽搁完整的过程，只耽搁要采集的模块的过程。

20.根据权利要求19所述的连接和断开的过程，其特征在于，由操作者预先确定的重量在36至56公斤的范围内。

21.根据权利要求19所述的连接和断开的过程，其特征在于，收集的金属为铜。

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