DE2406473A1 - Elektrolytische metallgewinnungszelle - Google Patents

Description

Elektrolytische Ketallftewinnungszelle
(Priorität: 20. Februar 1973, USA, Nr. 334 157)

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur kontinuierlichen
elektrolyt is chen Metallgevrinnung.

Bei der elektrolytischen Metallgewinnung wird mittels eines elektrischen Stroms ein ionisiertes Metall reduziert und als elementares Metall auf einer Kathode abgelagert. Das ionisierte Metall befindet sich in einem Elektrolyten, der üblicherweise aus einer Säurelauge aus einem Metall enthaltenden Erz oder Konzentrat gewonnen wird. Eine übliche elektrolytische Metallgewinnungszelle
enthält einen Behälter mit einem Elektrolyten, in den eine oder
mehrere Gruppen unlöslicher Anoden und Kathoden eintauchen. Fließt zwischen den Elektroden ein Strom durch den Elektrolyten, so lagert sich auf der Kathode Metall ab.

Derzeit wird die elektrolytische Metallgewinnung chargenweise in großen Behältern durchgeführt, in denen mehrere Kathoden und Anoden aufgehängt sind. Die Anoden sind üblicherweise chemisch inert. Sie

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bestehen meist aus einer Bleilegierung wie Blei-Antimon. Die Kathoden bestehen üblicherweise aus dünnen Startplatten aus dem zu gewinnenden Metall. Ihre Verweilzeit im Elektroljrten beträgt 1 bis 3 Wochen, bis sich auf den Platten eine kommerziell brauchbare Metallmenge aufgebaut hat.

Der charg.enweise Betrieb hat jedoch eine Reihe von Nachteilen. So ist unter anderem zur Erzielung annehmbarer Produktionsraten eine große Bodenfläche erforderlich. Außerdem müssen die Kathoden in jedes neue Bad eingehängt werden.

Zur Verbesserung der chargenweisen Metallgewinnung wurde vorgeschlagen, das Metall auf pulvermetallurgischem Weg zu gewinnen, wobei unter Anwendung sehr hoher Stromdichten d.as Metall nicht in massiver Form sondern als Pulver auf der Kathode abgelagert wird. Dabei kann das Metall oft von der Kathode abgekratzt werden, während diese in der Zelle verbleibt. Bas Metallpulver kann zwar leicht abgenommen werden, es enthält jedoch üblicherweise eingeschlossene Verunreinigungen. Die Eigenschaften des Granulats, beispielsweise seine Schüttdichte, sind jedoch oft zur ¥eiterverarbeitung ungeeignet, wenn nicht eine weitere Reinigung erfolgt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zelle und insbesondere eine Kathode zur kontinuierlichen elektrolytischen Gewinnung von Metall in kommerziell annehmbarer Form zu schaffen. Die erfindungsgeiaäße Zelle enthält eine Kathode, auf der das Metall in Form kleiner dichter Partikel abgelagert wird. Es sind Einrichtungen vorgesehen, um das abgelagerte Metall kontinuierlich zu entfernen, während die Elektrolyse fortgesetzt wird.

Die Kathode ist so geformt, daß ihre freiliegende Oberfläche mehrere Spitzen mit kleiner Fläche enthält, die durch eine Isoliermasse von einander getrennt sind. Bei diesem Aufbau wirkt jede Spitze als getrennte Kathode. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daG, wenn die einzelnen Kathodenspitzen eine kleine freiliegende Fläche haben, sich das Metall in Form von Seilchen daran ablagert und so

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schwach an den Spitzen haftet, daß es ohne Beschädigung der Spitzen leicht abgenommen werden kann. Das abgelagerte Metall wird mittels einer Abnahmeeinrichtung von den Kathodenspitzen entfernt. Ferner sind Einrichtungen vorgesehen, mit deren Hilfe die Metallteilchen nach ihrer Abnahme aus der Zelle entfernt werden. Zur kontinuierlichen Entfernung gasförmiger Produkte aus der Zelle ist ferner eine poröse Anode besonderer Art vorgesehen.

Anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele wird die Erfindung im folgenden näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 die Seitenansicht einer erfindungsgemäßen elektrolytischen Zelle, wobei ein Teil der Zellenwand weggeschnitten ist;

Fig. 2 die Draufsicht auf die Zelle der Fig. 1, wobei Teile der Zellenwand weggeschnitten sind. Zusätzlich sind die Speiseleitungen gezeigt;

Fig. 3 die perspektivische, zum Teil aufgeschnittene Ansicht der Kathode der Zelle der Fig. 1 und 2;

Fig. 4 den Schnitt 4-4 der Fig. 3;

Fig. 5 die Einzelheit 5-5 der Fig. 4 in vergrößertem Maßstab;

Fig. 6 die perspektivische Darstellung einer Anode für die Zelle der Fig. 1;

Fig. 7 den Schnitt 7-7 der Fig. 6; und

Fig. 8 eine perspektivische Darstellung einer Metall-Abnahmeeinrichtung.

Die elektrolytische Metallgewinnungszelle der Fig. 1 und 2 enthält ein Gehäuse 12, in dem einander gegenüberliegend eine Kathode 13 und eine Anode 14 montiert sind. Das Gehäuse 12 ist abgedichtet, um die gasförmigen Elektrolj^seprodukte aufzufangen und das Entweichen korrosiver Dämpfe zu verhindern. Die Innenwand des Gehäuses ist vorzugsweise mit einem korrosionsbeständigen Material, elektrisch isoliert .

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Die Kathode 13 ist so ausgebildet, daß sich ein Metall mit den richtigen Eigenschaften in hohem Maße daran ablagert. Ihre Form ist so gewählt, daß eine dauernde Entfernung möglich ist, ohne daß die Kathode/zerstört würde oder die Elektrolyse unterbrochen werden müßte. Gemäß Fig. 3 bis 5 weist die Kathode 13 mehrere freiliegende, elektrisch leitende Spitzen 30 auf, die je als getrenntes Kathodenelement wirken. Die Spitzen bilden die Enden dünner Leiter 31 j beispielsweise dünner Drähte, die in Abständen voneinander in einer Isoliermasse 32 gelagert sind, die ihrerseits so in einem isolierenden Halter gelagert ist, daß nur die Spitzen 30 freiliegen. Die anderen Enden der Leiter 31 sind innerhalb des Leiters mit einer geraeinsamen elektrisch leitenden Basis 34 verbunden. Die freie Oberfläche der Kathode 13 sollte glatt sein, so daß die Ablagerungen an den einzelnen Kathodenspitzen nicht an der Isoliermasse 32 anhaften und die Seitenflächen der einzelnen Kathodenelemente 31 abgedeckt sind. Die leitende Kathodenoberfläche ist also glatt und wird von den freien Enden mehrerer elektrischer Leiter gebildet, die durch eine Kasse aus isolierendem Material voneinander getrennt sind.

Die Kathodenspitzen sind so klein, daß sich das Metall in einer Form daran ablagert, die eine schwache Bindung des Metalls an die Kathodenspitzen 30 gewährleistet, und zwar so, daß es von der Kathodenfläche wegragt, so daß es durch leichtes Schaben entfernt werden kann. Wie gezeigt, sind die Kathodenspitzen flach und rund. Ihr Durchmesser beträgt 0,025 bis 0,15 mm, ihr engster Kantenabstand etwa 0,25 bis 0,6 mm. Vie in Fig. 5 gezeigt, lagert sich das Metall an den Kathodenspitzen 30 in Form kleiner nach außen ragender Klumpen 41 ab. Der an der Spitze anhaftende Klumpen ist klein und kann leicht weggebrochen werden. Die kleinen Spitzen sind wichtig, da sich bei merklich höherem Durchmesser der Spitzenoberfläche zwei unerwünschte Erscheinungen einste3.1en: Die Haftfläche wird so groß, daß das abgelagerte Metall fester daran anhaftet und das abgelagerte Metall weitet sich radial über die Spitze aus und erhält die Form einer Scheibe, die nur schwer entfernt werden kann und zu einer unerwünschten überbrückung zwischen den Spitzen führt. Der Abstand zwischen den bens.ch-

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harten Spitzen ist ebenfalls wichtig, und sollte im Bereich von 0,25 bis 0,6 mm liegen, um zu verhindern, daß das abgelagerte Metall zwischen den benachbarten Spitzen Brücken bildet.

Zur Herstellung einer geeigneten Kathode können zunächst Abschnitte aus nichtrostendem Stahldraht mit verhältnismäßig großem Durchmesser an einem Basisstreifen befestigt werden, so daß sich ein kammförmiges Bauteil ergibt. Darauf werden mehrere solcher Streifen zu einem bürstenartigen Teil aneinander befestigt. Die Durchmesser der Drähte werden dann durch Atzen vermindert und das burstenförmige Bauteil wird in einem geeigneten Isoliermaterial, beispielsweise Keramik, Glas oder einem geeigneten Kunststoff verkapselt. Das Isoliermaterial ist zweckmäßigerweise korrosionsbeständig und ausreichend fest, so daß es sich nicht verbiegt oder ein Arbeitsspiel der Leiter in einem Maße zuläßt; daß größer ere Kathodenflächen freiliegen, sich die Art der Metallablagerungen ändert und diese schwer entfernt werden können.

Die Leiter 31 brauchen nicht aus Drähten zu bestehen oder rund zu sein. Auch bei rechteckiger Form der einzelnen Drähte, beispielsweise 0,025 bis 0,1 mm χ 0,5 bis 2,5 mm und einem Abstand von 0,25 bis 0,6 mm zwischen den engsten Stellen ergeben sich geeignete Kathoden. Auch hier ist der Abstand wichtig, um eine Brückenbildung zwischen benachbarten Spitzen zu verhindern.

An der hinteren Fläche des Kathodenhalters 43 ist das eine Ende einer isolierten Welle bzw. eines isolierten Schaftes 46 starr befestigt . Er ragt durch die angrenzende Endwand des Gehäuses 12, wo er mit einem geexgneten Antrieb 48 gekuppelt ist, durch den der Schaft 46 und der Kathodenhalter 43 in langsame Drehung versetzt werden. Am Ausgang aus dem Gehäuse ist der Schaft 46 durch eine herkömmliche Stopfbuchse 49 umschlossen. Von der gemeinsamen Basis 34 verläuft ein elektrischer Leiter 51 (?ig» 3* 4) durch den isolierten Schaft 46 zu einem außerhalb des Gehäuses angebrachten Kontakt 5Ia₅, an den eine nichtgezeigte Gleichstromquelle angeschlossen ists die eine Spannung von 2 bis 8 YoIt zwischen den Elektroden

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liefert. Enthält die Zelle mehr als ein Elektrodenpaar, so sollte die Gleichstromquelle 2 bis 8 Volt an jedem Elektrodenpaar abgeben.

Die Anode 14 (Fig. 6, 7) dient als Einlaß für frischen Elektrolyten und zur Entfernung gasförmiger Elektrolyseprodukte. Die Anode enthält eine flache vordere Platte 53 aus perforiertem oder sonst porösem Material. Beispielsweise kann die Platte 53 aus zwei übereinander gelegten Schichten aus perforiertem Titanblech bestehen, die mit einem Metall oder einem Oxid beschichtet sind, das als inerte Anode dienen kann, wodurch die Säuerstofflösung begünstigt wird. In zusammengebautem Zustand im Gehäuse bildet die vordere Anodenplatte 53 die leitende Anodenfläche. Sie liegt parallel und in einem geringen Abstand zur leitenden Oberfläche der Kathode 13·

Die vordere Platte 53 sitzt über einem hohlen zylindrischen Halter

54, in den eine feste Trennwand 55 eingesetzt ist. Diese teilt die Anode in Querrichtung in eine vordere Kammer 56, die unmittelbar hinter der vorderen Anodenplatte angeordnet ist, und in eine hintere Kammer 57, die angrenzend an das hintere Ende des Halters liegt. Der Halter und die Trennwand bestehen vorzugsweise aus einem nichtleitenden und gegen anodische Korrosion beständigen Material . Ein isolierter Schaft 58 ist an den Halter angeschlossen und ragt von diesem nach hinten. Durch den Schaft verläuft ein Leiter 67, der die Platten 53 mit einer Gleichstromquelle verbindet. Mehrere kurze, elektrisch isolierende Leitungen 59 verlaufen durch die Trennwand

55, von dort durch die vordere Kammer 56 und durch die vordere Anodenplatte 53· Sie verbinden somit die hintere Kammer 57 über die Platte 53 mit dem Innern des Gehäuses 12. Eine im Schaft vorgesehene Bohrung 61 bildet eine Leitung, die die hintere Kammer 57 mit einem Elektrolytvorrat verbindet.

In Längsrichtung durch den Schaft 58 verläuft ferner eine zweite Bohrung 63 zur hinteren Kammer 57 und zur Trennwand 55. Sie verbindet die vordere Kammer 56 mit dem äußeren der Anode, so daß durch die poröse Anodenfläche 53 Gas abgezogen werden kann. In manchen Fällen kann zum Abziehen des Gases der vorderen Kammer

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über die Leitung 63 zusätzlich zu dem durch das Einleiten des Elektrolyten erzeugten Druckunterschied ein Unterdruck zugeführt "werden.

Die Elektrolyt-Speiseleitungen 59 sind so bemessen und in einem solchen Abstand an der Anodenfläche 53 angeordnet, daß der Elektrolyt gleichmäßig in das Gehäuse 12 eingeführt werden kann, ohne daß Strahlen entstehen, durch die Metallablagerungen vorzeitig von der Fläche der Kathode 13 entfernt -würden. Der Abstand der Elektrodenflächen beträgt 1 bis 10 mm, vorzugsweise 2 mm.

Der Schaft 58 ist am hinteren Ende der Anodenanordnung befestigt und ragt durch die Wand des Gehäuses 12. Aus dem Gehäuse austretende Flüssigkeit wird mittels einer flexiblen Manschette 64 (Fig. 1, 2) aufgefangen. Der Schaft 58 dient zur Lagerung und Einstellung der Anode 14 in gewählte Stellungen innerhalb des Gehäuses. Zur Einstellung der Anode ist der Schaft in einem Mechanismus 65 außerhalb des Gehäuses befestigt, mit dem eine Einstellung in Axialrichtung möglich ist. Zur Feineinstellung der Anode sind einfache Zugbolzen 66 vorgesehen.

Gemäß Fig. 7 verläuft ein elektrischer Leiter 67 von der Anodenfläche 53 durch den Schaft 58 zur elektrischen Spannungsquelle. Er ist außer an den Platten 53 isoliert.

Der das Metall enthaltende Elektrolyt wird über eine Haupt-Speiseleitung 90 und über eine oder mehrere mit Ventilen versehene Zweigleitungen 91, 92 und 93 in die Zelle eingeleitet. Die Zweigleitung 91 ist mit dem Kanal 61 im Schaft 58 verbunden, so daß der Elektrolyt durch die Anodenfläche ins Gehäuse gelangt. Die Zweigleitung 92 ist durch die Wand direkt ins Innere des Gehäuses geführt. Die Zweig-Do itung 93 ist an eine besondere Leitung 75 an der Schaberanordnung geführt.

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Die in der Zelle entstehenden Gase, insbesondere Sauerstoff werden durch die Leitung 68 abgezogen, die an den Kanal 63 im Schaft 58 angeschlossen ist.

Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel wird der Elektrolyt normalerweise durch die Zweigleitung 91 und 92 eingeleitet, so daß das Gehäuse einschließlich des Zwischenraums zwischen den Elektroden gefüllt bleibt, ohne daß sich die Flüssigkeit zu stark über die Elektrodenflächen bewegt. Im Eormalbetrieb tritt also der frische Elektrolyt durch die Anodenfläche und durch die Gehäusewand ein. Durch die Anodenfläche wird ein Teil des Elektrolyten zusammen mit dem Gas abgezogen. Der Rest wird zusammen mit dem gewonnenen Metall durch die Spülleitung abgeführt.

Zur Anpassung an spezielle Bedingungen, beispielsweise an den schädlichen hohen Säuregehalt bei der Zinkgewinnung, kann eine weitere Einlaßleitung 75 vorgesehen sein, durch die in den Bereich des Abnahme-Schabers Elektrolyt mit niedrigem Säuregehalt zugeführt wird. Hierdurch wird einerseits der Säuregehalt des abgeführten Elektrolyten verringert, mit dem das Metall aus der Zelle gespült wird. Ferner wird hierdurch das Ausspülen des gelösten Metalls unterstützt.

Zur kontinuierlichen Abnahme des abgelagerten Metalls von den Kathodenspitzen dient eine Abnahmeeinrichtung 72 (Fig. 6 bis 8) mit einem teilweise von einer Haube umschlossenen Schaber oder Messer 73, das an einem hin- und herbeweglichen Arm 74 befestigt ist. Dieser bewegt den Schaber 73 und die zugehörige Haube innerhalb eines Schlitzes 76 mit festen Wänden in Radialrichtung hin und her, der in der Anodenfläche 53 ausgebildet ist (Fig. 6). Der in Fig. 8 vergrößert gezeigte Schaber ist wesentlich kürzer als der Schlitz 76. Der Schaber ragt zur Kathodenfläche und endet dicht an der Kathodenfläche, so daß, wenn sich die Kathode 13 dreht, die Kante des Schabers 73 die Metallablagerungen von den Kathodenspitzen abschabt. Gleichzeitig bewegt der Arm 74 den Schaber langsam zur Mitte der Elektrode. Der Schaber beschreibt also eine spiralförmige Bahn. Am Ende der Bewegungsstrecke kehrt der Schaber schnell in die Ausgangsstellung

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in der Mhe der Kante zurück und der Zyklus wird wiederholt. Abstandhalter 73a. dienen zur Trennung des Schabers 73 vom Boden der Haube, so daß Flüssigkeit und Metall um den Schaber strömen können. Sie gelangen über ein Bohr 81 zum Auslaß, das den Innenraum der Haube mit einer entfernten Stelle außerhalb der Zelle verbindet. Das Gemisch aus abgeführtem Elektrolyt und Metallteilchen kann also dauernd aus dem Schaberbereich gespült werden, so daß das Metall aus der Zelle entfernt wird, sobald es von der Kathode abgeschabt wurde. Die Strömung durch die Auslaßleitung wird durch den Druck des eintretenden frischen Elektrolyten erzeugt, der durch die Speiseleitungen eintritt. Das Gemisch aus Metallteilchen und Elektrolyt wird zur endgültigen Gewinnung des Metalls zu einem Filter oder zu einer anderen Trenneinrichtung geleitet.

Zwar können auch andere Schaberanordnungen zum Abschaben des Metalls von der Kathode verwendet werden, wichtig ist jedoch, daß jeweils nur ein verhältnismäßig geringer Anteil der reinen Kathodenspitzen freiliegt, und daß der Hauptteil der gesamten Kathode normalerweise mit abgelagertem Metall bedeckt ist. Liegt eine zu große Kahtodenspitzenflache frei, ohne daß der Gesamtstrom entsprechend verringert wird, so entstehen an den Kathodenspitzen unerwünscht hohe Spannungen mit dem Ergebnis, daß sich _; sts.tt dem Metall in verstärktem Maße Wasserstoff an der Kathode absetzt und so der Betrieb ernstlich gestört wird.

Außerhalb des Gehäuses liegende Teile der Abnahmeeinrichtung, sind in den Fig. 1 und 2 gezeigt. Ein hin- und herbeweglicher hydraulischer Stößel 78 treibt einen auf Schienen 80 befestigten Schlitten 79 an. Das zweite Ende des Arms 74, der an seinem ersten Ende den Schaber 73 trägt, ist mit dem Schlitten verbunden und mit diesem hin- und herbeweglich. Der Arm 74 ist über eine flexible Manschette 83 ins Gehäuse geführt. Nichtgezeigte Steuereinrichtungen dienen zur zeitlichen Steuerung der Bewegung des Arms.

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Der Elektrolyt, beispielsweise eine Säurelaugenlösung, wird über die Hauptleitung 90 und die Zweigleitungen 91 und 92 ins Gehäuse geleitet, so daß er durch die Anodenfläche und durch die Gehäusewand in die Zelle gelangt und diese ständig mit Elektrolyt gefüllt ist.

Die Durchflußgeschwindigkeit des Elektrolyten, die angelegte Spannung und der Abstand zwischen den Elektrodenflächen werden so eingestellt, daß sich die gewünschte Ablagerungsgeschwindigkeit und -gute ergibt. Typische Stromdichten liegen, bezogen auf die Gesamtfläche der Elektrode, nicht auf die Fläche der Spitzen, zwischen etwa 0,5 bis etwa 2,0 A/cm² (etwa 460 A/ft² bis etwa 1859 A/ft²). Die Form der Metallablagerungen ist in Fig. 5 gezeigt. Bei hohen Stromdichten ergeben sich sehr weiche Ablagerungen.

Während der Zufuhr von Gleichstrom wird die Kathode gedreht und der Schaber der Abnahmeeinrichtung betätigt. Die Drehzahl der Kathode und die Anzahl der Hin- und Herbewegungen des Schabers werden so eingestellt, daß das Metall so schnell von den Eathodenspitzen geschabt wird, daß eine Brückenbildung zwischen den nebeneinander liegenden Ablagerungen verhindert wird. Das abgenommene Metall und der Elektrolyt werden dann über die Leitung 81 aus der Zelle abgezogen. Die gewonnenen Metallteilchen werden filtriert und gegebenenfalls zu Pulver mit hoher Dichte verdichtet oder gemahlen.

Bei Verwendung einer Kupfersulfate sung wird an der Anode 14 Sauerstoff frei. Ein Gemisch aus Sauerstoff und Elektrolyt wird durch die poröse Anodenfläche 53 und durch die Leitung 68 zu einer nichtgezeigten Trenn- und Sammeleinii chtung geführt. Der aufgefangene Sauerstoff kann als Oxidationsmittel bei der Laugenherstellung verwendet oder komprimiert und verkauft werden. Bei dauernder Gasentfernung wird eine Polarisation vermieden, so daß die Elektrolyse bei minimalem Leistungsverbrauch ablaufen kann.

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Ein im wesentlichen gemäß der Zeichnung aufgebautes Modell wurde zu Untersuchungen verwendet. Der Durchmesser der Modellkathode betrug etwa 15 cm (6 inch).

Die Kathode bestand aus nichtrostenden Stahldrähten mit einem Durchmesser von 0,075 bis 0,125 mm und einer länge von 2,5 mm, die in einer flammgesprühten Keramikmasse mit einem mittleren Abstand von 0,38 mm befestigt waren. Die Gesamt-Kathodenfläche betrug einschließlieh der Keramikmasse 147 cm .

Die Anode war entsprechend Fig. 6 und 7 aufgebaut. Die Anodenfläche bestand aus zwei Schichten aus perforiertem Titanblech mit Perforationen von 1 ,5 mm· Der Abstand der Platten betrug etwa 1 mm und die Perforationen waren so gegeneinander versetzt, daß sich ein gewundener Pfad durch die Fläche ergab. In der Anodenfläche waren 12 Zuführleitungen 59 vorgesehen.

Bei den Versuchen wurde der Zelle eine gereinigte Elektrolytlösung mit einem Kupfer-Gehalt von 10 bis 35 g/l und einem HpSO.-Gehalt von 10 bis 150 g/l zugeführt.

Der Gesamt-Strom betrug 120 A (0,82 A/cm ) bei einer Spannung von 2 182 V. Die Temperatur wurde auf 86 G gehalten. Die Lösung enthielt 130 g/l H₂SO. und 15 g/l Kupfer in Form von CuSO.. Die frische Lösung wurde so zugeführt, daß diese Bedingungen aufrechterhalten wurden. Während der Testzeit von 37 Minuten wurden 79,6 g Kupfer mit einer mittleren Teilchengröße von 4 bis 100/U Durchmesser gesammelt. Das Kupfer hatte eine Schüttdichte von 3»74 g/cm . Die verbrauchte Leistung betrug 0,338 kW, der spezifische Leistungsverbrauch 2, 68 kW/h/kg Cu. Der Stromwirkungsgrad betrug 90,8 $>.

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Demgegenüber beträgt bei der herkömmlichen elektrolytischen Metallgewinnung der Stromwirkungsgrad 72 fa und der Leistungsverbrauch 2,96 kW/h/kg Cu bei einer Stromdichte von etwa 0,0t2 A/cm² (11 A/ft²)

Unter den vorstehend beschriebenen Bedingungen wurden mit der erf indungsgemä ß e]
Tag) gewonnen.

findungsgemäßen Zelle etwa 8 800 g Cu/m und Tag (1,81 lb/ft und

Die Erfindung ist nicht auf permanente Elektroden beschränkt. Beispielsweise können auch sogenannte verlorene Anoden verwendet werden. Die erfindungsgemäße Zelle kann auch zur elektrolytischen Raffination und zur Gewinnung jedes anderen Metalls verwendet werden, das auf elektrolytischem Weg gewonnen werden kann.

Das gezeigte Ausführungsbeispiel der Zelle enthält zwar nur eine einzige Anode und eine einzige Kathode. Es können jedoch auch Zellen mit mehreren Paaren von Anoden und Kathoden verwendet werden. Die Anoden-Kathoden-Paare der Zelle können in Reihe oder parallel zueinander geschaltet sein, wobei die Reihenschaltung wirtschaftlicher ist.

Die Zelle kann zwar in einem offenen Behälter ausgebildet sein, bei vollständig geschlossener Zelle kann jedoch bei erhöhten Temperaturen gearbeitet werden, ohne daß Dampf frei wird. Dies ist vorteilhaft, weil bei hoher Temperatur der Elektrolyt-Widerstand und somit der Leistungsverbrauch verringert wird. Auch ergeben sich bei konstanter Stromdichte und konstanter Slektrolytzusammensetzung sowie bei höherer Temperatur Metallprodukte mit höherer Schüttdichte und verbesserter Fließfähigkeit.

Bei Verwendung eines offenen Behälters sind Einlaß und Auslaß so aufgebaut, daß kontinuierlich Elektrolyt zugeführt und abgeführt wird, >:obf,i ein konstantes Iösungsvolumen aufrechterhalten wird, damit die Elektroden im gewünschten Maße eintauchen.

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Die Gesamtgröße der Elektroden ist veränderlich, Abmessungen und Querschnitte der einzelnen Kathodenleiter sowie der Spitzenabstand sollten jedoch innerhalb der genannten Grenzen liegen, um die gewünschten Ergebnisse zu erzielen.

Statt flacher Kathoden- und Anodenflächen können auch andere Formen angewandt werden. Beispielsweise kann die leitende Kathodenfläche zylindrisch sein, sofern sie glatt ist und mehrere kleine Leiter enthält, die durch eine nichtleitende Masse in einem Abstand voneinander gehalten werden. Ähnliches gilt für die Anode.

Wie bei jeder elektrischen Vorrichtung muß gewährleistet sein, daß die verschiedenen Elemente voneinander isoliert sind, um Beschädigungen durch Stöße, Kurzschlüsse und dergleichen zu vermeiden. Beispielsweise muß der Schaber von dem hin- und herbeweglichen Schaft 74 isoliert sein.

Aus der vorstehenden Beschreibung geht hervor, daß die Erfindung neue V/ege und Einrichtungen zur kontinuierlichen Metallgewinnung ohne Unterbrechung des Prozesses erschließt.

Patentansprüche

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Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE

   . Vorrichtung zur elektrolytischen Gewinnung von Metall aus einer Metall enthaltenden Elektrolytlösung mit einem Behälter mit einem Ein- und Auslaß zur Aufnahme eines im wesentlichen konstanten Elektrolytvolumens in kontinuierlicher Strömung durch den Behälter, und mit wenigstens einer Anode und wenigstens * einer Kathode, die im Behälter so befestigt sind, daß ihre leitfähigen Oberflächen zueinander in funktioneller Beziehung stehen, dadurch gekennzeichnet , daß die leitfähige Oberfläche der Kathode (I3) glatt ist und aus mehreren verhältnismäßig kleinen elektrischen Leitern (31) und einer nichtleitenden Masse (32) besteht, die die kleinen Leiter in einem Abstand voneinander hält.

   2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiter aus Drähten (3I) bestehen, deren Durchmesser im Bereich zwischen 0,025 bis 0,15 mm und deren Abstand an den engsten Stellen zwischen 0,25 und 0,6 mm liegt.

   3. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Leiter (31) einen rechteckigen Querschnitt im Bereich zwischen 0,025 bis 0,1 mm χ 0,5 bis 2,5 mm haben und ihr minimaler Abstand zwischen 0,25 und 0,6 mm liegt.

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   4· Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Einrichtungen (73) zur Entfernung der auf den Spitzen (30) der Leiter (3I) gebildeten Teilchen (41) von der leitenden Fläche der Kathode (13).

   5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Entfernung des Metalls von der leitenden Oberfläche der Kathode (I3) einen Schaber (73) und eine Einrichtung (78) enthält, die eine relative Bewegung zwischen der Kathodenoberfläche und dem Schaber bewirkt.

   6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaber (73) zwischen den leitenden Flächen der Anode (14) und der Kathode (13) angeordnet ist, und daß eine Auslaßleitung (81) zum Abziehen eines G-emischs aus der Lösung und entferntem Metall aus dem an den Schaber angrenzen den Bereich vorgesehen ist.

   7. Vorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (75) zur Einleitung von zusätzlichem Elektrolyten in den Tank, die angrenzend an den Einlaß zur Produkt-Auslaßleitung (81) angeordnet ist, so daß vrenigstens ein Teil der das Gemisch bildenden Lösung zugeführt wird, die aus dem an den Schaber (73) angrenzenden Bereich abgeführt wird.

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   8. Torrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die leitende Oberfläche der Anode (14) porös ist, daß unterhalb der Oberfläche eine Kammer (56) angeordnet ist, und daß die Kammer üb/er eine Leitung (63) an eine ünterdruckquelle angeschlossen ist, so daß die gasförmigen Elektrolyseprodukte durch die Anodenfläche abgezogen werden.

   9· Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen (61, 57, 59) zur Einleitung von Lösung in den Zwischenraum zwischen den leitenden Oberflächen der Anode (14) und der Kathode (13) vorgesehen sind.

   10. Vorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch einen in der leitenden Oberfläche der Anode (14) vorgesehenen Schlitz (76) mit festen Wänden, wobei der Schaber (73) in dem Schlitz angeordnet ist, und durch eine hin- und herbewegliche Einrichtung (78), die mit dem Schaber verbunden ist, um diesen im Schlitz hin und her zu bewegen.

   . Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung, die eine Relativbewegung zwischen der Kathode (13) und dem Schaber (73) bewirkt, eine mit der Kathode (13) verbundene, drehbar gelagerte Welle (46) enthält, sowie einen außerhalb des Behälter (12) angeordneten Antrieb für die Weile und die Kathode.

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   12. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (12) geschlossen ist und der Einlaß und Auslaß so angeordnet sind, daß der Behälter im wesentlichen mit lösung gefüllt "bleibt.

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