-
TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein wiederverwendbares Anodensystem für Elektroraffinations-Prozesse, das durch einen Behälter gebildet wird, der aus rostfreiem Stahl hergestellt ist und als ein gerades, dünnes, rechteckiges Parallelepiped geformt wird, das auf seiner vorderen und hinteren Fläche eine Vielzahl von Löchern aufweist, die die Außenseite und Innenseite in einem solchen ein Weg verbinden, dass das Elektrolyt in der Lage ist, in den Behälter zu gelangen. In dem oberen Teil ragt der Behälter höher hinaus als die Position der elektrischen Kontaktleisten, mittels Vorsprüngen, die in das Innere des Behälters reichen, um einen Entlade- und Ladeplatz für eine Vielzahl von Kupferschienen zu bilden. Die Kupferschienen, die aus einer Extrusion und einem Drahtziehverfahren kommen, werden in dem Inneren des Behälters gruppiert, wodurch das Anodensystem der vorliegenden Erfindung gebildet wird. Dieses System ermöglicht die Beseitigung des Überschusses und des Fertigungsausschusses aus traditionellen Verfahren der vorherigen Technik.
-
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
-
Das Herstellungsverfahren von hochreinem Kupfer umfasst mehrere Stufen, beginnend mit dem Empfang und der Entnahme von Kupferkonzentraten. Es ist wichtig, eine Stichprobenentnahme davon zu nehmen, durch Klassifizieren entsprechend der Konzentration an Kupfer, Eisen, Schwefel, Kieselsäure und Verunreinigungen, wie im Wesentlichen Arsen, Antimon und Zink.
-
Im Anschluss an die Klassifizierungsstufe tritt das Konzentrat in der Trocknungsstufe, wobei die Feuchtigkeit von 8% auf 0,2% reduziert wird, dann tritt das getrocknete Konzentrat in den Fusionsprozess ein, dessen Ziel es ist, eine Zustandsänderung zu erreichen, die es dem Konzentrat ermöglicht, von einem festen Zustand in einen flüssigen Zustand überzugehen, so dass das Kupfer von den anderen Elementen, die das Konzentrat umfasst, abgetrennt werden kann.
-
Die Kupferkonzentrats-Verschmelzung ist ein Produkt aus der momentanen Selbstentzündung, die bei hohen Temperaturen (mehr als 1200°C) stattfindet. In diesem Verfahren geht das Konzentrat von dem festen Zustand in den flüssigen Zustand über, die Elemente, welche die in dem Konzentrat vorhanden Erzen umfassen, werden nach ihrem Gewicht getrennt, so dass die Leichteren auf dem oberen Teil des Verhütteten (geschmolzenes Metall) verbleiben, was Schlacke genannt wird, vor allem Phasen, die hohe Anteile Eisen und Siliziumdioxid enthalten, während das Kupfer, was sich mit Schwefel verbindet, was schwerer ist, sich auf dem unteren Teil des Reaktors konzentriert, was Babbittmetall oder Lagermetall genannt wird. Somit ist es möglich, die beiden Teile durch Entnehmen aus dem Reaktor mit Hilfe von Gewindeschneidgängen, die auf verschiedenen Ebenen voneinander sind, voneinander zu trennen.
-
Fusionsreaktoren und Öfen müssen ständig geladen werden und dauerhaft abgegriffen werden, das Material mit einem hohen Gehalt an Kupfer wird in flüssiger Form durch Töpfe oder Kanäle zu dem Konvertierungsprozess geführt, wo eine hohe Kupferphase, genannt Blasenkupfer, hergestellt wird (98,5 Cu). Dieses Produkt wird anschließend in flüssiger Form durch Töpfe oder Kanälen zu einem Raffinationsverfahren geleitet, bei dem hauptsächlich Verunreinigungen, wie gelöster Schwefel, Gelöstsauerstoff und Verunreinigungen, wie Arsen, Antimon, Bismut, Blei und weitere in einer Weise entfernt wird, dass es schließlich möglich ist, den das Produkts, genannt Anodenkupfer, mit einer durchschnittlichen Reinheit von 99,5% Kupfer zu erhalten.
-
Das Anodenkupfer wird geformt und verfestigt mit einer rechteckigen Geometrie, die eine Anodenplatte (1) mit Ösen (2) bildet, wie in 1 gezeigt. Die am häufigsten verwendete Form um das Anodenkupfer zu gießen ist mittels einer Gießtrommel, die eine bestimmte Menge an Kupferformen umfasst, wobei Kupfer bei einer Temperatur von kleiner oder gleich 1200°C gegossen wird, wobei nachdem das Kupfer in die Gießtrommel gegossen wird, beginnt diese, sich zu drehen und das erschmolzene Kupfer beginnt, in einer ersten Stufe bei Umgebungstemperaturen abzukühlen, bis der obere Teil des Kupfers fest ist, anschließend durchläuft das Kupfer eine Kühlstufe, die obere und untere Wasserkühlungen umfasst. In dieser Stufe nimmt das Kupfer in seiner Temperatur ab, bis zum Erreichen eines vollständig festen Zustands, um zu der elektrolytischen Raffinationsanlage gebracht zu werden, um eine hochreine Kathode mit Kupfergehalten größer oder gleich 99,9% Cu zu erzeugen.
-
Das Anodenkupfer wird auf einer Form (7) gebildet, die einen zentralen rechteckförmigen Hohlraum (8) zur Aufnahme des flüssigen Kupfers, welches die Anodenplatte (1) bildet. Am oberen Teil der Form (7) und in Richtung der Ecken des zentralen Hohlraums (8) sind zwei Hohlräume (9) zur Aufnahme des flüssigen Kupfers gebildet, die Ohren (2) umfassen, wie sie in den 6 und 7 ersichtlich sind.
-
In den Raffinerien wird die Anode (1) in einer Elektrolysezelle (3) gebracht, die eine Kathode (4) aufweist, die permanent oder Mutterplatte sein kann, gemäß der eingesetzten Technik, mit einer entsprechenden Tragstange (5). Die Elektrolysezelle (3) wird mit einer Säurelösung gefüllt und Strom wird an den Kontakte (6) angelegt, um das Galvanisieren von Kupfer aus der Anode (1) in Richtung der Kathode (4) zu erzeugen, gemäß dem, was in den 2 bis 4 gezeigt ist. Bei diesem Verfahren bleibt die Anode (1) nur bis zu der kontinuierlichen Zone der Ohren (2) untergetaucht und aufgrund dessen nimmt der obere Teil der Anode (1) nicht an dem Elektrolyseverfahren teil, was detaillierter in 3 gezeigt wird, so werden die Ohren (2) nur zum Transport und für den elektrischen Kontakt benutzt.
-
Bei Beendigung des elektrolytischen Zyklus bleibt dieser Teil der Anode erhalten und wird ein wichtiger Teil des Rests der Anode, zusammen mit dem ungelösten Material, genannt Fertigungsausschuss (scrap). Dieses Material muss erneut geschmolzen werden, um eine neue Anode (1) zu formen und den vollständigen Zyklus zu durchlaufen. Dieses Produkt wird in allen bestehenden Raffinerien gebildet, und die Wiederverarbeitungskosten sind hoch, was mittels den auf dem Markt vorhandenen, unterschiedlichen Technologien ausgeführt wird.
-
Die vorliegende Erfindung schlägt vollständig Eliminierung des Überschusses von Fertigungsausschuss durch die Substitution des geschmolzenen und geformten Kupfers als Anode (1) mit Ohren (2) vor, durch Kupfer, das als Schienen geformt sind, die aus einer Extrusion und einem Drahtziehverfahren kommen, was eine Oberflächenqualität und Homogenität der Kupferschiene garantiert.
-
Damit diese Kupferschienen elektroraffiniert werden können, schlägt die vorliegende Erfindung die Verwendung eines Anodensystems vor, das einen Schienen-Behälter, der an seinem oberen Abschnitt zwei Vorsprünge für die elektrische Kontaktierung in Form von Ohren hat und an seiner Vorder- und Rückseite, eine Vielzahl von Löchern aufweist, die die Verbindung zwischen dem Äußeren und dem Inneren des Behälters in einer Weise erlauben, dass die Stäbe in Kontakt mit dem Elektrolyt in Kontakt sind.
-
Es gab mehrere Versuche im Stand der Technik die Rückstände oder den Fertigungsausschuss zu minimieren, der durch Anoden produziert wird, die aus einem Gussverfahren kommen und die dann zu einem Elektroraffinations-Verfahren übergehen. So offenbart zum Beispiel Dokument CL 41874, das am 25. Juli 2000 veröffentlicht wurde, ein Verfahren, um Reste von Kupferanoden wiederherzustellen, indem sie direkt auf die Gießform gegeben werden, um neue Anoden durch Gießen herzustellen. Es wird in diesem Dokument darauf hingewiesen, dass die abgenutzten Überreste von Kupfer-Mutter-Anoden, die während des Elektrolyseverfahrens extrahiert werden, in dem selben Verfahren nicht wieder verwendet werden und vorzugsweise komplett als Rohmaterial beim Gießen von Kupfer genutzt werden, um neue ”Kupfer-Mutter-Anoden” herzustellen, die anschließend zurück in das Verfahren gebracht werden, wobei sie in den Elektrolysezellen als neue Teile für die Produktion von Kupfer-Kathoden untergebracht werden. Dieser Vorgang erzeugt zusätzliche Kosten bei der Wiederdurchführung des Schmelzens, was das Endprodukt verteuert. Ein großer Prozentsatz dieser Stücke (abgenutzte Kupfer-Mutter-Anoden) bleibt in gutem Zustand direkt an der oberen Zone, wobei der elektrische Kontakt in den elektrolytischen Zellen produziert wird. Dieser Anteil des Stückes ist eine wichtige Einsparung in Bezug auf das Material, daher hat es einen großen Einfluss auf die Herstellungskosten der neuen ”Kupferanoden”. Die Einsparung wird dann durch die Rückgewinnung und/oder Wiederverwendung der ”abgenutzten Mutter-Kupferanode” erzeugt, nachdem sie ihren Arbeitszyklus in dem elektrolytischen Prozess abgeschlossen hat, unter Verwendung aller oder eines Teils davon, als ganzer perforierter und/oder gebogener Einsatz oder ein Teil davon, so dass es ein Bestandteil der ”neuen Kupfer-Mutter-Anode” ist, wenn es auf die Form gelegt wird und flüssiges Metall über den Einsetzen gegossen wird, indem es zu einem neuen Stück gegossen wird, das nachdem es abgekühlt ist, entformt werden kann zur vollständigen Benutzung.
-
Andererseits gab es Versuche, um den Überschuss oder Fertigungsausschuss mittels der Verwendung von Hängeschienen mit Anoden zu reduzieren, die aus diesen Schienen aufgehängt werden. So offenbart zum Beispiel das Dokument
EP 0284128 , das am 28. September 1988 veröffentlicht wurde, eine Aufhängungsschiene für ein Anoden- oder ein Kathoden-Blech bei der elektrolytischen Raffination von Metallen, wobei der Kern der Aufhängungsschiene aus einem Material besteht, das eine hohe Biegefestigkeit und eine hohe mechanische Festigkeit aufweist, und von einem Mantel aus einem Material mit guten elektrischen Leiteigenschaften umgeben ist. Dieses Material mit guten elektrischen Leiteigenschaften, wie Kupfer, in der Nähe mindestens einer der Enden der Aufhängungsschiene und vorzugsweise in der Nähe von beiden Enden, geht die Hülle über eine Länge von mindestens 3 cm und höchstens 5 cm durchgehend bis zum Ende des Kern. In diesem Dokument wird zusätzlich ein Verfahren zur Herstellung einer Aufhängungsschiene offenbart, in dem ein Mantel aus Kupfer über einen Kern aus Stahl gezogen wird, ausgehend von dem Kupferrohr. Kupfer- und Stahlkerne werden in das Kupferrohr eingebracht, anschließend wird die Hülle mit weiteren Kernen hinzugefügt und auf eine Gesamtlänge gezogen, die im Wesentlichen der Änderung in der Länge des Kupferrohrs entspricht, infolge der Zeichnung und schließlich wird der hergestellte Stab in die gewünschte Stangenlängen an den Punkten gebracht, wo sich die Kupferadern befinden. Richtung Zentrum, hat die Schiene hat zwei Haken, um eine Anode oder Kathode, je nach Fall, zu suspendieren.
-
Keines der zuvor genannten Dokumente offenbart ein Anodensystem, umfassend: einen Schienen-Behälter; und b) eine Gruppe oder einen Satz von Kupferschienen, die die Beseitigung des erzeugten Überschusses oder Fertigungsausschusses ermöglichen.
-
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Anodensystem, das einen Schienen-Behälter und eine Gruppe oder einen Satz von Schienen umfasst, die eine wiederverwendbare rostfreie Kupferanode in einer Weise bildet, dass deren Struktur ein Behälter für Kupferschienen ist, die in dessen Inneren gelagert werden. Die allgemeine Form dieser Anordnung ist ähnlich zu dem Format einer verhütteten (smelted) Kupferanode, sowohl in der Masse und auch Konfiguration, aber wenn es durch zylindrische massive Schienen gebildet wird, ist die gesamte Oberfläche des Satzes von Schienen um etwa 40% größer als sein Äquivalent in einer flach-verhütteten Anode.
-
Da das Kupfer in dem Elektroraffinationsverfahren in der Elektrolytlösung durch Verwendung einer großen Menge elektrischer Energie gelöst werden muss, hat die vergrößerte Oberfläche einen Effekt auf die Auflösungsgeschwindigkeit, die größer ist, aufgrund der größeren Oberfläche von Kupfer in Kontakt mit dem Elektrolyt, und aus diesem Grund, wenn sie schneller ist, es nötig ist, eine kleinere Menge an Energie zu benutzen, um die gleiche Menge an raffiniertem Kupfer zu erhalten, das auf der Kathode abgelagert ist.
-
Ein weiterer Vorteil dieser Konfiguration ist, dass diese Schienen gelöst sind, ihren Durchmesser verringern und damit beginnen sich zu verdichten und in Gruppen zusammengefasst zu werden. Solange das System mit Kupferschienen am oberen Teil geladen bleibt, die durch das Gewicht beginnen die Anordnung festzuziehen und zu verdichten, wird eine konstante Auflösung der Schienen stattfinden, ohne die Existenz von Kupferüberschuss oder Fertigungsausschuss. Auf diese Weise kann das Elektroraffinationsverfahren in kontinuierlicher Weise beibehalten werden, wenn der Behälter mit Kupferschienen wiederbeladen wird.
-
Ein weiterer Vorteil der Verwendung von Schienen als Anodenkupfermasse liegt darin, dass der Herstellungsprozess der Schienen eine Extrusion und Drahtziehverfahren umfasst, was eine Oberflächengüte und die Homogenität der Kupferschiene garantiert. Diese Oberflächenqualität ist nicht möglich durch Mittel der aktuellen Gießverfahren aus eingeschmolzenem Kupfer auf offenen Formen zu erreichen.
-
Aufgrund der obigen Erläuterungen ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein System bereitzustellen, das vollständige Eliminierung des Überschusses oder des Fertigungsausschusses von Anoden ermöglicht, die in einer Elektroraffinations-Zelle verarbeitet wird.
-
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Systems, das ein kontinuierliches Elektroraffinationsverfahren mittels des Neuladens der Behälter von Schienen mit neuen Schienen ermöglicht.
-
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Erzeugung einer Kontaktfläche der Anode mit dem Elektrolyt, die um 40% größer ist, in Bezug auf die Anodenoberflächen der früheren Technik.
-
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
-
Die beigefügten Figuren sind enthalten, um ein besseres Verständnis der Erfindung zu liefern. Sie sind Teil der vorliegenden Beschreibung und dienen dazu, die Prinzipien dieser Erfindung zu erläutern.
-
1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Anode, gemäß dem Stand der Technik.
-
2 zeigt eine perspektivische Ansicht, gemäß dem Stand der Technik, einer Elektrolysezelle, die die Anode und die Kathode darin eingesetzt hat.
-
3 zeigt eine perspektivische Ansicht, gemäß dem Stand der Technik, einer Elektrolysezelle, die die Anode und die Kathode aus Säure-Lösung (Elektrolyt) gezogen hat.
-
4 und 5 zeigen eine perspektivische Ansicht einer Elektrolysezelle, gemäß dem Stand der Technik, mit den Anoden und Kathoden, die in der Säure-Lösung (Elektrolyt) eingetaucht sind.
-
6 zeigt eine Vorderansicht einer Gussform, die eine Anode, gemäß dem stand der Technik bildet.
-
7 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Gussform, die eine Anode, gemäß dem stand der Technik bildet.
-
8 zeigt eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht der wesentlichen Elemente des Systems der vorliegenden Erfindung, die durch einen Behälter und Kupferschienen gebildet werden.
-
9 zeigt eine perspektivische Ansicht des Systems der vorliegenden Erfindung, wobei die Kupferschienen im Inneren des Behälters sind.
-
10 zeigt eine schematische Schnittansicht des Systems der vorliegenden Erfindung innerhalb einer Elektrolysezelle, wobei die Kupferschienen im Inneren des Behälters sind.
-
11 zeigt eine schematische Schnittansicht des Systems der vorliegenden Erfindung innerhalb einer Elektrolysezelle, wobei die Schienen in Richtung des Behälters geführt sind.
-
12 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Zelle für die Kupfer-Elektroraffination mit dem System der vorliegenden Erfindung.
-
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein wiederverwendbares Anodensystem, das durch einen Behälter (10) gebildet wird, der aus rostfreiem Stahl hergestellt ist und als ein gerades, dünnes, rechteckiges Parallelepiped geformt wird, das auf seiner vorderen und hinteren Fläche eine Vielzahl von Löchern (11) aufweist, die die Außenseite und Innenseite in einem solchen ein Weg verbinden, dass das Elektrolyt in der Lage ist, in den Behälter (10) zu gelangen.
-
In dem oberen Teil ragt der Behälter (10) höher hinaus als die Position der elektrischen Kontaktleisten (12, 13), mittels Vorsprüngen (16), die das Innere (15) des Behälters (10) reichen, um einen Entlade- und Ladeplatz für eine Vielzahl von Kupferschienen (14) zu bilden.
-
Die Kupferschienen (14), die aus einer Extrusion und einem Drahtziehverfahren kommen, werden in dem Inneren (15) des Behälters (10) gruppiert, wodurch das Anodensystem der vorliegenden Erfindung gebildet wird. Diese Schienen (14) werden als Zylinder mit kreisförmigem Querschnitt geformt.
-
Mit den Oberflächen (17) der Vielzahl von Kupferschienen (14) hat es eine Spiralform, die von der Vielzahl von Halbzylindern gebildet wird, wobei die Oberfläche um 40% größer als die Oberfläche der Anoden der vorherigen Technik ist.
-
Das Anodensystem, das einen Behälter (10) und den Satz von Schienen (14) umfasst, die sich im Inneren (15) des Behälters (10) befinden, wird in den Elektrolyten in einer elektrolytischen Zelle (3) eingetaucht.
-
Mit dem Fortschritt des Elektroraffinationsverfahrens beginnen die Schienen (14) mit der Verringerung ihrer Durchmesser und lagern sich am Boden des Behälters (10) ab, wodurch bewirkt wird, dass die Schienen (14) auf dem oberen Teil des Behälters (10) in Richtung des Bodenbereichs des Behälters (10) verdrängt werden.
-
Dies ermöglicht es dem Behälter (10), einen leeren Bereich auf der oberen Raum zu belassen, in dem mehrere Schienen (14) in einer Weise zum Erzeugen eines kontinuierlichen Verfahren eingelegt werden, ohne das Anodensystem der vorliegenden Erfindung aus der Elektrolysezelle (3) zu entnehmen.
-
Die Schienen (14), dessen Durchmesser sich verringert haben, sind am Boden des Behälters (10) abgeschieden, bis sie schließlich verschwinden, was zur Elimination des Überschusses oder des Fertigungsausschusses führt.
