DE2338433A1 - Elektrolytisches verfahren und vorrichtung fuer ein verfahren zur trennung von metallen aus loesungen - Google Patents

Description

Elektrolytisches Verfahren und Vorrichtung für ein Verfahren zur Trennung von Metallen

Die Erfindung betrifft die Trennung und Wiedergewinnung von Metallionen aus Lösung und insbesondere ein verbessertes Verfahren und eine Vorrichtung zur selektiven Wiedergewinnung spezifischer Metallionen aus wässriger Lösung. Verschiedene Metallionen können einer Reihe von Elektrolyseschritten bei verschiedenen Potentialen ausgesetzt werden, um selektive Trennung und Wiedergewinnung der jeweiligen Metallkomponenten zu erreichen. Eine solche Verfahrensweise wird häufig zur Wiedergewinnung von Kupfer, Zinn, Blei und Edelmetallen aus Metallerzextrakten angewendet. Die meisten Verfahrensweisen, bei denen bisher fraktionelle Elektrolyse zur Trennung von Metallen aus wässrigen Lösungen angewendet wurde, sind wenig wirksam und zeitraubend.

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Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zur Trennung und Wiedergewinnung von Metallen aus Lösungen durch fraktionierte Elektrolyse vorzuschlagen.

Weiter ist es Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur selektiven elektrolytischen Abtrennung von Metallionen aus wässrigen Lösungen vorzuschlagen, die wirksam arbeitet und preiswert herzustellen ist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Trennung und Wiedergewinnung von Metallen aus Lösung mit einem Gehalt an zwei oder mehr Metallen gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man

a) eine Lösung von Metallionen mehreren Elektrolyseschritten aussetzt, bei denen jeder Schritt in Gegenwart einer Elektrode mit partikelförmiger, halbleitender Kohlenstoffpackung und bei einer geeigneten Spannung zur Abscheidung eines der Metalle auf und in der Kohlenstoffpackung, und

b) die teilchenförmige Elektrodenpackung von der Lösung abtrennt .

Demnach besteht jeder elektrolytische Schritt aus dem Fließen eines elektrischen Stromes zwischen einer Kathode und einer

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Anode durch einen Elektrolyten, der eine wässrige Lösung eines oder mehrerer Salze des Metalles ist, während der Elektrolyt eine halbleitende Packung aus Kohlenstoffpartikeln enthält.

Die Metalle können selektiv und wirksam aus wässrigen Lösungen gewonnen werden, wenn die Lösungen einer Anzahl Elektrolyseschritte unterworfen werden, wobei in Gegenwart eines teilchenförmigen Elektrodenbettes die Potentiale fortschreitend erhöht werden. Die in der Lösung anwesenden Metalle werden auf dem teilchenförmigen Elektrodenbett elektrolytisch abgelagert. Wiedergewinnung der Metalle wird durch die Entfernung des Elektrodenbettes aus der elektrolytischen Zelle möglich, worauf die Metalle hiervon entfernt werden können.

Die Erfindung wird anhand der Fig. näher erläutert.

Fig. 1 ist die Seitenansicht einer Elektrolysezelle gemäß Erfindung.

Fig. 2 ist ein Querschnitt durch die Zelle gemäß Fig. 1 entlang der Linie 2-2.

Fig. 3 ist eine schematische Wiedergabe einer Anzahl Zellen gemäß Fig. 1.

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Pig. 1 ist ein Querschnitt einer elektrolytischen Zelle gemäß der US-PS 3 6l6 356, in der das erfindungsgemäße Verfahren ausgeführt werden kann. Die elektrolytische Zelle der Fig. 1 besteht aus einem Zellenbehälter oder Zellengehäuse 1, in dem eine Elektrodenfläche 2 zentral angeordnet ist. Der Zellenbehälter 1 ist außerdem mit einem Elektrolyten 3 gefüllt, der die wiederzugewinnenden Metallionen ebenso wie das teilchenförmige Packmaterial 4 enthält. Das Zellengehäuse 1 ist über einen Leiter 5 mit einer Stromquelle verbunden. Die Mittelelektrode 2 ist ebenfalls mit einer Stromquelle über den Leiter 6 verbunden. Die Leiter 5 und 6 sind mit der Stromquelle 7 verbunden, die eine direkte Stromquelle ist und eine geeignete Batterie, ein Gleichrichter oder ähnliches sein kann.

Fig. 2 ist ein Querschnitt durch die Zelle gemäß Fig. 1 und zeigt, daß die Partikel der Elektrodenpackung 4 den Raum zwischen der Mittelelektrode 2 und der Oberfläche des Elektrodenbehälters 1 füllen.

Fig. 3 gibt die Anordnung von drei Zellen gemäß Fig. 1 wieder. Während Fig. 3 die Verwendung von drei Zellen illustriert, sind auch Vorrichtungen für dies erfindungsgemäße Verfahren möglich, bei denen die Zellenanzahl größer als zwei ist. In der Fig. 3 wird die Zelle allgemein mit 10 bezeichnet, in der die Mittelelektrode 11 angeordnet ist. Eine Einleitungsvorrichtung 12

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tritt in die Zelle 10 ein und dient zum Einleiten von frischer Elektrolytlösung.

Mit dem Behälter der Zelle 10 ist ein elektrischer Leiter 13 verbunden. Der Mittelteil der Elektrode 11 ist mit einem elektrischen Leiter 14 verbunden.

Die zweite Zelle gemäß Fig. 3» im allgemeinen mit 20 bezeichnet, ist ebenfalls mit einer Mittelelektrode 21 und einer Elektrolytleitungsvorrichtung 22 versehen, die die Zelle 20 mit der ersten Zelle der Reihe, im allgemeinen mit der Zelle 10, verbindet. Zelle 20 ist mit elektrischen Leitern 23 und versehen, die mit dem Zellengehäuse respektive der Mittelelektrode verbunden sind, über diese Leiter wird die erwünschte Potentialdifferenz V-2 angelegt. Die dritte Zelle in der Reihe, im allgemeinen die Zelle 30, ist mit einer Mittelelektrode 31 versehen und ist bei dieser Serienanordnung mit der Zelle 20 über die Elektrolytleitung 32 verbunden. Die Mittelelektrode und das Gehäuse der elektrolytischen Zelle sind mit einer Stromquelle über die Leiter 33 und 3^ verbunden. Das über die Leiter 33 und 34 angelegte Potential wird mit V-3 bezeichnet. Aus der Zelle 30 tritt eine Elektrolytleitung 35 aus.

Bei Betrieb ist die Zelle gemäß Fig. 1 mit einem teilchenförmigen Packmaterial 4 gefüllt. Es enthält oder besteht im allgemeinen aus Kohlenstoffgranulat oder Tablettchen, die eine

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längliche Ausdehnung und eine Länge in der Größenordnung von etwa 2 bis 5 mm besitzen. Ihre Dicke beträgt etwa 1 mm.

Die elektrolytischen Zellen 10, 20 und 30 gemäß Pig. 3 werden mit dem gleichen partikelförmigen Elektrodenmaterial gemäß Fig. 1 und Fig. 2 gefüllt. Eine Lösung von Metallionen wird in die erste Zelle der Zellenserie gemäß Fig. 3 über die Leitung 12 eingegeben. In Zelle 10 wird über die Leiter 13 und 14 eine geeignete Spannung angelegt. Diese Spannung wird mit V-I bezeichnet. Innerhalb der Zelle 10 findet die Abtrennung der ersten Metallionen aus der Lösung statt, wobei die Metallionen auf der Oberfläche der teilchenförmig beschichteten respektive teilchenförmigen Elektrode abgelagert werden. Die Elektrolytlösung wird dann, ohne die abgetrennten ersten Metallioneii, aus der Zelle 10 in die Zelle 20 durch die Leitung 22 geleitet. In Zelle 20 geschieht im Prinzip dasselbe wie in Zelle 10; jedoch wird die Spannung V-2 der Abtrennung der zweiten Metallkomponente angepaßt. Im Anschluß an die Trennung der zweiten Metallkomponente wird die Elektrolytlösung dann aus Zelle 20 in Zelle 30 durch die Leitung 32 geleitet. In gleicher Weise tritt dann in Zelle 30 die Abtrennung der dritten Metallionenkomponente ein, wobei die Potentialdifferenz V-3 entsprechend angepaßt wird. Nach Abtrennung der dritten Metallkomponente kann die Lösung weiterbehandelt werden, um die vierte, fünfte, sechste usw. Metallkomponente abzutrennen oder, falls die

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Lösung nur drei Komponenten enthält, durch die Leitung 35 austreten, um sie zu sammeln, zu verwerfen, weiterzuverwenden oder auf irgendeine Weise zurückzuführen.

Die Kohlenstoffpartikel in diesem Verfahren werden so lose gepackt, daß sie beim Einbetten in einen Elektrolyten nur schlechte Leiter sind. Die Partikel sollten nicht so eng gepackt werden, daß ein Leiter gebildet wird, der Kathode und Anode kurzschließen würde. Jedes Kohlenstoffpartikel dient dann als Elektrode zur Ablagerung von Metall aus seiner Lösung.

Geeignete Partikel haben einen Querschnitt von etwa mindestens 1 mm und sind länger als ihr Durchmesser. Lösungen, die erfindungsgemäß behandelt werden können, können eine Vielzahl verschiedener oder gleicher Elemente enthalten. Beispielsweise können die Lösungen eine Vielzahl Seltener Erdmetalle wie Ce, La, usw. enthalten, die abgetrennt werden können. Die Lösungen können ebenfalls verschiedene Typen oder Gruppen von Metallionen wie Kupfer, Edelmetalle, Nickel und ähnliche enthalten. Die genauen Spannungen, die bei den einzelnen Praktionierungsschritten verwendet werden, hängen von der Art des wiederzugewinnenden Ions in dem jeweiligen Fraktionierungsschritt ab. Es wurde gefunden, daß verdünnte Lösungen von Metallkationen gemäß der vorliegenden Erfindung im allgemeinen sehr wirksam behandelt werden können.

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Beispiel

Eine Vorrichtung, ähnlich der gemäß Fig. 3» wurde unter Verwendung elektrolytischer Zellen gemäß Pig. I und 2 hergestellt. Das Zellengehäuse wurde aus rostfreiem Stahl hergestellt und besaß eine Längenausdehnung von etwa 30 cm. Der Querschnitt betrug etwa 15 cm in senkrechter und 15 cm in waagerechter Richtung. Die Mittelelektrode bestand ebenfalls aus rostfreiem Stahl. Drei Zellen wurden hintereinander durch zwischengeschaltete Leitungen gemäß Fig. 3 geschaltet. Die Zellen wurden mit einer Elektrodenkohlenstoffpackung gefüllt, welche aus teilchenförmigem Kohlenstoff einer Länge von etwa 3 mm und einem Durchmesser von etwa 1 mm bestand. Die Zellen wurden mit einer Lösung Seltener Erdchloride mit einem Gehalt an etwa 30 % La, 50 % Ce und 20 % anderer gemischter Seltener Erdmetallchloride gefüllt. Als V-I wurde eine Potentialdifferenz von etwa 3>2 Volt durch die Zelle Nr. 1 angelegt, um Europium, Yttrium, Neodym und Praseodym zu gewinnen. V-2 betrug 3,3¹I Volt, bei der Cer abgeschieden wurde; V-3 betrug 3,1\ Volt, und diente der Abscheidung von Lanthan. Die Lösung Seltener Erdchloride wurde durch die Zellen mit etwa 500 ml je Minute gepumpt. Es wurde gefunden, daß nach etwa 2 Betriebsstunden bei einer Temperatur von etwa 25° das Lanthan auf den teilchenförmigen Kohlenstoffelektroden der Zelle Nr. 3, das Cer in Zelle Nr. 2 und die Restmenge der Seltenen Erden in Zelle Nr. abgelagert waren.

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Claims (9)

Ansprüche

1. Verfahren zur Trennung und Wiedergewinnung von Metallen aus einer Lösung mit einem Gehalt an zwei oder mehr Metallen, dadurch gekennzeichnet, daß man

a) die Lösung mehreren elektrolytischen Schritten unterwirft, wobei jeder Schritt in Gegenwart einer teilchenförmigen, halbleitenden Elektrodenpackung aus Kohlenstoff und bei einer Spannung durchgeführt wird, die zur Abscheidung eines der Metalle aus der Kohlenstoffpackung notwendig ist, und daß man

b) die teilchenförmige Elektrodenpackung aus der Lösung abtrennt.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man in jedem Elektrolyseschritt einen elektrischen Strom zwischen einer Kathode und einer Anode durch einen Elektrolyten leitet, der eine wässrige Lösung eines oder mehrerer Salze der Metalle ist und der ein halbleitendes Packmaterial aus Kohlenstoffpartikeln enthält.

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3. Verfahren gemäß Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man als teilchenförmige Elektrode längliche Kohlenstoffpartikel mit einem Querschnitt von etwa mindestens 1 mm χ lmm verwendet.

4. Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß man eine Lösung mit einem Gehalt an Seltenen Erdionen der Elektrolyse unterwirft.

5· Verfahren gemäß Anspruch 1 bis ^, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Lösung mit Gehalt an Edelmetallionen der Hydrolyse unterwirft.

6. Vorrichtung zur Trennung und Wiedergewinnung von Metallen aus Lösung, gekennzeichnet durch

a) eine Vielzahl von. elektrolytischen Zellen, die durch eine Leitung für eine Flüssigkeit miteinander und hintereinander verbunden sind;

b) eine Kathoden- und Anodenoberfläche innerhalb jeder Zelle und so angeordnet, daß die Zelle unter die gewünschte Spannung gesetzt werden kann;

c) ein teilchenförmiges Packmaterial für die Elektrode im Raum zwischen den Elektroden; und

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d) Vorrichtung zum Zu- und Ableiten der Flüssigkeiten aus den Zellen.

7. Vorrichtung gemäß Anspruch 6, gekennzeichnet durch Kohlenstoffpartikel als Packmaterial für die Elektrode.

8. Vorrichtung gemäß Anspruch 6 bis 7» gekennzeichnet durch Kohlenstoffpartikel mit einem Querschnitt von etwa mindestens 1 mm χ 1 mm und einer gegenüber dem Durchmesser größeren Länge.

9. Vorrichtung gemäß Anspruch 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens drei Zellen miteinander verbunden sind.

ugs:rew:kö

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