DE2519994C2 - Elektrolyseur zur herstellung und zum raffinieren von metallen - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Elektrometallurgie, genauer gesagt, auf Elektrolyseure zur Herstellung und zum Raffinieren von hochreinen Metallen.

Es ist ein Elektrolyseur zur Herstellung und zum Raffinieren von Gallium oder Quecksilber oder Zink oder Wismut oder Blei oder Kadmium oder Indium aus deren flüssigen Legierungen bekannt, der ein Elektrolysebad mit einem in diesem angeordneten und in Form von mehreren stufenweise angebrachten Fächern ausgeführten Aufnahmebehälter für das zu raffinierende Metall, wobei in den genannten Fächern das zu raffinierende Metall untergebracht ist, welches als Anode dient, eine Kathode aus dem raffinierten Metall, welche von der Anode gleich weit entfernt ist, Stromzuführungen für die Anode und die Kathode sowie eine Pumpe für die Zirkulation des zu raffinierenden Metalls umfaßt (siehe z. B.. »Amalgammetallurgie«, K ο s i η L. F., »Technik«, 1970, S. 182 bis 188).

Bei dem bekannten Elektrolyseur ist das zu raffinierende Metall, die Anode, in den rinnenförmig ausgeführten Fächern angeordnet, die an den Wänden des Elektrolyseurs geneigt angebracht sind. Im Zwischenraum zwischen den Fächern sind Verbindungskanäle vorgesehen, die mit ihrem oberen Teil in den Boden des oberhalb der Kanäle angeordneten Faches einmünden durch diese Kanäle fließt das Metall von einem Fach ins andere. Von dem unteren Fach fließ das Metall in einen Sammelmetallbehälter, aus welchem es dann mittels einer Pumpe durch Metalleitungen dem oberen Fach zugeführt wird. Die Fächer mit Anodenmetall und Kathodenmetall sind parallel einander gegenüber angeordnet.

Dadurch, daß die Fächer mit Metall unmittelbar an den Wänden des Elektrolysebades angeordnet sind und daß Metall auf dem Boden des Bades vorhanden ist, wird ein kontinuierlicher Kontakt zwischen diesen Fächern und den erwärmten Anodenmetall und Kathodenmetall gewährleistet, was zu einer ungleichmäßigen Erwärmung der Wände und des Bodens des Bades zum Verwerfen des Bades sowie zur Störung der hermetischen Abdichtung führt. Je größer die Stromstärke dabei ist, desto stärker ist die Erwärmung der Wände und des Bodens des Bades und desto stärker kommen die genannten negativen Erscheinungen zur Auswirkung. Dadurch wird eine Vergrößerung der Stromstärke im Elektrolyseur, und folglich, eine Erhöhung der Leistung desselben begrenzt.

Der bekannte Elektrolyseur kann nur bei kontinuierlichem Pumpen des Metalls betrieben werden, weil beim Stillsetzen der Pumpe von den Fächern durch die Kanäle das ganze Metall abfließt, was zur Einstellung der Elektrolyse führt.

Bei dem bekannten Elektrolyseur kann außerdem im Verlauf der Zirkulation des Anodenmetalls die Reinigung desselben vom Schlamm nicht durchgeführt werden, weil öffnungen der Verbindungskanäle im Boden eines jeden Faches angeordnet sind, während sich der Schlamm an der Metalloberfläche befindet. Das führt zu einer Verminderung der Aktivität der Anodenfläche des Metalls und zu einer Senkung der Leistung des Elektrolyseurs.

Zweck der vorliegenden Erfindung ist die Beseitigung der genannten Nachteile.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Elektrolyseur zu schaffen, der bei demselben Volumen des Bades eine höhere Leistung aufweist und die Herstellung eines Metalls höherer Qualität gewährleistet.

Die Erfindung geht aus von einem Elektrolyseur zur Herstellung und zum Raffinieren von Gallium oder Quecksilber oder Zink oder Wismut oder Blei oder Kadmium oder Indium aus deren flüssigen Legierungen der ein Elektrolysebad mit einem in diesem angeordneten und in Form von mehreren stufenweise angebrachten Fächern ausgeführten Aufnahmebehälter für das zu raffinierende Metall, wobei in den genannten Fächern das zu raffinierende Metall untergebracht ist, welches als Anode dient, eine Kathode aus dem raffinierten Metall, Stromzuführungen für die Anode und die Kathode sowie eine Pumpe für die Zirkulation des zu raffinierendes Metalls aufweist. Die Fächer des Aufnahmebehälters für das zu raffinierende Metall werden, erfindungsgemäß, kastenförmig ausgeführt und sind horizontal um die Kathode herum unter Belassen eines Spiels in bezug auf die Innenfläche des Bades angeordnet.

Jedes Fach des Aufnahmebehälters für das zu raffinierende Metall wird zweckmäßigerweise mit einer Schwelle ausgeführt, die einen gelenkten Abfluß des Metalls sowie die Entfernung des Schlammes von der Metalloberfläche ermöglicht und dadurch die Wirksamkeit des Faches erhöht.

In dem Bad wird zweckmäßigerweise eine wassergekühlte poröse Scheidewand angebracht, welche die Anode von der Kathode abtrennt; dadurch wird es möglich, das Eindringen von Beimengungen in den Elektrolyt des Kathodenraumes zu verhindern und die

Temperatur des Elektrolyten zu regeln.

Die Kathode aus dem raffinierten Metall wird zveckmäßigerweise in einem röhrenförmigen Behälter untergebracht, der durch ein an einem wassergekühlten Gerüst befestigtes Filtertuch gebildet ist; dadurch wird es möglich, die Stromspannung an den« Elektrolyseur bedeutend zu vermindern und, folglich, bei der gleichen Stromleistung die Stromstärke zu erhöhen und auf diese Weise die Leistung des Elektrolyseurs zu vergrößern.

Mit der vorliegenden Erfindung wurde ein Elektrolyseur geschaffen, der im Vergleich zu den vorhandenen Elektrolyseuren vom gleichen Typ es ermöglicht, die Leistung der Anlage bei einer hohen Qualität des raffinierten Metalls um ein Mehrfaches zu erhöhen.

Nachstehend wird die Erfindung durch ein Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen erfindungsgemäßen Elektrolyseur zur Herstellung und zum Raffinieren von Metallen im Längsschnitt, F i g. 2 diesen im Querschnitt,

Fig. 3 die Baugruppe A in Fig. 1, den unteren Teil der Anodenstromzuführung,

Fig.4 einen erfindungsgemäßen Elektrolyseur zur Herstellung und zum Raffinieren von Metallen, in dem als Kathode Platten aus raffiniertem Metall dienen, im Längsschnitt,

Der in Fig. 1 bis 3 dargestellte Elektrolyseur zum Raffinieren von Gallium und Quecksilber besteht aus einem Elektrolysebad 1 mit Deckeln; in diesem Bad sind angeordnet: ein röhrenförmiger Behälter 2 für das raffinierte Metall, das als Kathode dient, mit Stromzuführungen, ein Aufnahmebehälter 3 für das zu raffinierende Metall, das als Anode dient, wobei dieser Aufnahmebehälter aus mehreren kastenförmigen Fäehern mit Stromzuführungen ausgebildet ist; eine poröse Scheidewand 4, welche das Bad in einen Anoden- und einen Kathodenraum einteilt; eine Einrichtung 5 für die Zirkulation des zu raffinierenden Metalls mit einer Pumpe, Metalleitungen mit einem Dreiwegehahn; ein Wärmeaustauscher 6 für die Erwärmung des Elektrolytes, der aus Polyäthylenrohren ausgeführt und in der Nähe des Bodens des Bades angeordnet ist.

Das Bad 1 des Elektrolyseurs ist aus organischem Glas ausgeführt. Für den Abfluß von Elektrolyt ist es mit einem Ventil 7 versehen. Das Bad ist mittels Deckel 8,9 aus organischem Glas verschlossen. Im Deckel 9 ist eine öffnung »<i« vorgesehen, durch welche in das Bad des Elektrolyt 10 und das zu raffinierende Metall U eingegossen werden.

Der röhrenförmige Behälter 2 mit dem raffinierten Metall, welches als Kathode dient, ist im Deckel 8 des Elektrolyseurs befestigt. Er ist mit einem wassergekühlten Gerüst 13 versehen, das aus einem Horizontalrohr 14 und einer Vertikalhohlstange 15 besteht. In dem Horizontalrohr 14 sind öffnungen »6« derart ausgebildet, daß sie ein maximales öffnen des Innenraumes dieses Rohres ermöglichen. An dem Horizontalrohr des Gerüstes ist ein Filtertuch 16 aufgespannt, das einen Behälter für das raffinierte Metall, die Kathode 12, bildet. Im oberen Teil der Vertikalstange 15 sind öffnungen »cw für die Ableitung der Kathodengase aus dem Behälter 2 vorgesehen.

In der Stange 15 sind Kathodenstromzuführungen 17 angeordnet, welche aus Wolfram aufgebildet sind.

Der Aufnahmebehälter 3 für das zu raffinierende Metall 11 ist in Form von mehreren stufenweise angeordneten Fächern IS ausgebildet, auf welchen im gleichen Abstand von der Kathode das zu raffinierende Metall untergebracht ist, das als Anode dient. Die Fächer 18 sind kastenförmig ausgebildet und horizontal unter Belassen eines Spiels »d« gegenüber der Innenfläche des Bades angeordnet. An der Wand 19 eines jeden Faches ist eine Schwelle 20 für den Abfluß des Metalls in das unterhalb des Faches angeordnete Fach vorgesehen. Von dem unteren Fach wird das Metall einem Metallsammelbehälter 21 zugeführt. Auf einem jeden Fach ist eine Anodenstromzuführung 22 angeordnet, deren wassergekühlter Leiter 23 vom Elektrolyt durch ein Rohr 24 aus organischem Glas und eine Zwischenlage 25 aus Fluorkunststoff isoliert ist. Der Einlauf des Wassers in die Stromzuführung und der Auslauf des Wassers aus derselben ist in F i g. 2 mit Pfeilen angegeben. Auf das Rohr 24 der Stromzuführung 22 ist mittels Gewindes 26 ein Hohlendstück 27 aus Fluorkunststoff aufgeschraubt; das Hohlendstück 27 ist mit öffnungen »e« versehen, durch welche von den Fächern 18 durch die Kanäle »Λ< dem unteren Ende 28 des Leiters 23 das zu raffinierende Metall 11 zugeführt wird. Das untere Ende 28 des Leiters ist ohne Isolierung frei und bildet einen aktiven Teil der Stromzuführung.

Die wassergekühlte poröse Scheidewand 4, welche das Elektrolysebad 1 in einen Kathodenraum »#« und einen Anodenraum »Λ« teilt, verhindert ein Eindringen der Beimengungen in den Elektrolyt 10 des Kathodenraumes und ermöglicht die Temperaturregelung des Elektrolytes. Die poröse Scheidewand 4 ist aus einem Filtertuch 29 ausgeführt, das an einem wassergekühlten Gerüst 30 befestigt und an Konsolen 31 angeordnet ist. Auf dem unteren Fach des Aufnahmebehälters 3 ist eine Pumpe 32 der Einrichtung 5 für die Zirkulation des zu raffinierenden Metalls in den Fächern 18 des Aufnahmebehälters angeordnet. Die Pumpe 32 mit einem Elektromotor 33 ist auf dem Deckel 9 des Elektrolyseurs befestigt. Durch Metalleitungen 34 kann das zu raffinierende Metall mittels der Pumpe durch einen Dreiwegehahn 35, der auf dem oberen Fach 18 des Aufnahmebehälters 3 angeordnet ist, aus dem Metallsammelbehälter 21 dem oberen Fach 18 des Aufnahmebehälters oder dem Außensystem 36 der Metalleitungen zugeführt werden, um periodisch aus dem Elektrolyseur das zu raffinierende Metali zu dessen Reinigung von den in diesem angesammelten Beimengungen zu entfernen.

Die sich im Verlauf der Elektrolyse entwickelnden Gase werden durch einen Stutzen 37 im Deckel 9 des Bades in das Belüftungssystem 38 entfernt.

Der Elektrolyseur ist mit an sich bekannten Mitteln der Automatisierung und mit einem Steuerpult (in Figur nicht wiedergegeben) versehen, welche die Kontrolle und die Regelung der Größe des Gleichstromes und der Temperatur des Elektrolytes, gewährleisten; er besitzt außerdem eine automatische Steuerung des Betriebes der Pumpe für die Zirkulation des zu raffinierenden Metalls.

Der erfindungsgemäße Elektrolyseur zum Raffinieren von Gallium und Quecksilber hat folgende Arbeitsweise.

In das Bad 1, das für den Betrieb des Elektrolyseurs vorbereitet wurde, wird der Elektrolyt 10 mit einer Temperatur von 20 bis 25° C eingegossen. Durch den Wärmeaustauscher 6 wird Heißwasser (mit einer Temperatur bis zu 80° C) zur Erwärmung des Elektrolytes 10 bis zu einer Temperatur von 40 bis 50° C zugeführt. Durch die öffnung »a«, welche im Deckel 9 des Bades vorgesehen ist, wird dem oberen Fach 18 des Aufnahmebehälters 3 das zu raffinierende Metall 11

derart zugeführt, daß alle Fächer 18 mit Metall bedeckt sind, wobei in der Pumpe 32 die erforderliche Metallmenge für die Durchführung der Zirkulation durch die Fächer bleibt. In den Kathodenbehälter 2 wird eine Anfangsportion von raffiniertem Metall 12, das als Kathode dient, eingegossen, um die erforderliche Kathodenfläche des Metalls zu schaffen.

Am Steuerpult des Elektrolyseurs wird das vorgegebene Programm für die Stärke des Gleichstromes, die Zirkulation des Elektrolyten und die Aufrechterhaltung der technologischen Parameter der Temperatur des Elektrolyten eingestellt.

Im Verlauf der Elektrolyse erfolgt die Auflösung des zu raffinierenden Metalls (der Anode) und das Niederschlagen des raffinierten Metalls an der Kathode.

Der Hauptteil der Beimengungen konzentriert sich im Schlamm, der in dem zu raffinierenden Metall auf den Fächern 18 des Aufnahmebehälters 3 gebildet wird. Der Schlamm bedeckt die Metalloberfläche und passiviert diese, indem er den Prozeß der Metallelektrolyse *<> verzögert. Die Entfernung des Schlammes von der Metalloberflärhe wird durch eine kontinuierliche oder eine periodische Zirkulation des zu raffinierenden Metalls erreicht, das mittels der Pumpe 32 dem oberen Fach zugeführt wird, wo der Stand des Metalls steigt und die mit Schlamm angereicherte Oberschicht des Metalls über die Schwelle 20 in das unten angeordnete Fach usw. herabfließt. Dabei wird die Metalloberfläche auf den Fächern gereinigt, was zu einer Erhöhung der Leistung des Elektrolyseurs beiträgt.

Von dem unteren Fach 18 fließt das Metall in den Metallsammelbehälter 21 herab, wo sich mit der Zeit das mit Beimengungen verunreinigte Metall ansammelt. Periodisch wird dieses Metall durch das Umschalten des Dreiwegehahns 35 zum Außensystem 36 der Metalleitungen 34 aus dem Elektrolyseur hinausgeführt, um gewaschen und filtriert zu werden, während in den Elektrolyseur eine frische Menge des zu raffinierenden Metalls eingegossen wird.

Die Elektrolyse wird kontinuierlich durchgeführt. Das ^₀ im Kathodenbehälter 2 angesammelte Metall wird periodisch mittels einer Vakuumentnahmeeinrichtung abgezogen.

Bei einem längeren Betrieb des Elektrolyseurs konzentriert sich um die aktive Oberfläche des unteren _4J Endes 28 der Anodenstromzuführungen 22 herum der Schlamm, was zu einer Erhöhung des Kontaktwiderstandes an den Anodenstromzuführungen sowie zu einer Störung des Betriebes des Elektrolyseurs führt.

Um die Arbeitsfähigkeit der Anodenstromzuführungen wiederherzustellen, werden diese abwechselnd au; dem Elektrolyseur zusammen mit dem Metall ausgehoben, das sich in den Hohlräumen der Endstücke 27 befindet. Dieses Metall wird abgezogen und dei Filtration zugeführt, und die Stromzuführungen werder nach dem Waschen erneut in dem Elektrolyseui angeordnet. Dieser Arbeitsgang wird zweckmäßigerweise bei kontinuierlicher Zirkulation des zu raffinierenden Metalls durchgeführt, um das auf den Fächerr vorhandene Metall nicht stromlos zu machen.

Ein längerer Betrieb des Elektrolyseurs kann eir Auswechseln des Filtertuches 16 im Behälter 2 notwendig machen; zu diesem Zweck werden be abgeschaltetem Strom die Kathodenstromzuführunger aus dem Elektrolyseur ausgehoben, der Behälter 2 wire zusammen mit dem Deckel 8 aus dem Bad herausge nommen, und nach dem Waschen wird das Tuch des Behälters ausgewechselt.

Zu einer schnelleren Durchführung dieses Arbeitsganges soll ein Reservebehälter 2 zusammen mit Decke 8 vorgesehen werden. Nachdem ein neuer Behälter unc Kathodenstromzuführungen im Elektrolyseur angeordnet und die Anfangsportion des Metalls in den Behältei eingegossen worden ist, wird der Gleichstrom erneui eingeschaltet.

Wenn der Elektrolyseur zur Herstellung oder zurr Raffinieren von Zink oder Wismut oder Blei odei Kadmium oder Indium aus deren flüssigen Legurunger verwendet wird, werden anstelle des Behälters 2 in Elektrolyseur die in Form von Platten 39 (Fig.4 ausgebildeten Kathoden angebracht, die aus den raffinierten Metall bestehen.

Im Verlauf der Elektrolyse schlägt sich das raffinierte Metall an den Kathoden nieder. Zur Gewinnung de; Metalls werden die Kathoden abwechselnd aus den Elektrolyseur ausgehoben, und das hergestellte Metal wird von den Kathoden abgestrichen.

Im übrigen wird das Verfahren zur Herstellung odei zum Raffinieren der genannten Metalle ähnlich wie du Verfahren zur Herstellung oder zum Raffinieren vor Gallium oder Quecksilber durchgeführt.

Industriemäßige Erprobungen des erfindungsgcmä Ben Elektrolyseurs ergaben, daß seine Leistung um da: 2,5 bis 3fachc höher im Vergleich zu der vor Elektrolyseuren liegt, wie sie gegenwärtig in dei Industrie betrieben werden und dasselbe Volumen de: Bades aufweisen, wobei gleichzeitig eine hohe Qualita der herzustellenden oder der zu raffinierenden Metalle gesichert wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Elektrolyseur zur Herstellung und zum Raffinieren von Metallen aus deren flüssigen Legierungen, S der ein Elektrolysebad mit einem in diesem angeordneten und in Form von mehreren stufenweise angebrachten Fächern ausgeführten Aufnahmebehälter für das zu raffinierende Metall, wobei in den genannten Fächern das zu raffinierende Metall untergebracht ist, welches als Anode dient, eine Kathode aus dem raffinierten Metall, Stromzuführungen für die Anode und die Kathode sowie eine Pumpe für die Zirkulation des zu raffinierenden Metalls umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Fächer (18) des Aufnahmebehälters (3) für das zu raffinierende Metall kastenförmig ausgeführt und horizontal um die Kathode (12) herum unter Belassen eines Spiels (d)\n bezug auf die Innenfläche des Bades (1) angeordnet sind.

2. Elektrolyseur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Fach (18) des Aufnahmebehälters (3) für das zu raffinierende Metall (11) mit einer Schwelle (20) ausgeführt ist.

3. Elektrolyseur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Bad (1) eine wassergekühlte poröse Scheidewand (4) angeordnet ist, welche die Anode (11) von der Kathode (12) trennt.

4. Elektrolyseur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode (12) aus dem raffinierten Metall in einem röhrenförmigen Behälter (2) untergebracht ist, der durch ein an einem wassergekühlten Gerüst (13) befestigtes Filtertuch (16) gebildet ist.