DE2640801B2

DE2640801B2 - Verfahren zur Elektrolytzirkulation in einer Elektrolysezelle für die elektrische Raffination und Elektrogewinnung von Kupfer sowie eine Elektrolysezelle zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE2640801B2
Application number: DE2640801A
Authority: DE
Inventors: Haruji Hachiohji Tokio Inaba; Tatsuzo Yokohama Kanagawa Kitamura
Original assignee: Mitsui Mining and Smelting Co Ltd
Current assignee: Mitsui Mining and Smelting Co Ltd
Priority date: 1975-09-11
Filing date: 1976-09-10
Publication date: 1978-04-27
Also published as: DE2640801C3; JPS5233824A; FI61325C; AU1106176A; GB1490960A; DE2640801A1; AU498877B2; JPS587716B2; CA1072055A; FI61325B; US4061559A; ZM4176A1; FI760433A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Elektrolytzirkulation in einer Elektrolysezelle von rechteckförmigem Querschnitt für die elektrolytische Raffination und Elektro-Gewinnung von Kupfer bei einer Stromdichte von mehr als 250 A/m² sowie eine Elektrolysezelle zur

Durchführung dieses Verfahrens.

Bei der elektrischen Raffination und Elektro-Gewinnung von Kupfer in einer Elektrolysezelle unter Anwendung eines geeigneten Elektrolyten ist es zweckmäßig und wünschenswert, den Elektrolyten durch den Innenraum der Elektrolysezelle zirkulieren zu lassen, um die Wanderung der Kupferionen im Elektrolyten zur Kathode infolge der Elektrolyse zu beschleunigen und um die Elektrolyse unter Aufrechterhaltung einer gleichbleibenden Kupferionenkonzentration im Elektrolyten und einer konstanten Elektrolyttemperatur wirkungsvoller durchzuführen.

Bei der elektrolytischen Raffination von Kupfer wird eine Stromdichte im Bereich von 250 A/m² als obere Grenze angesehen, da bei Überschreiten dieser Grenze die Anode zur Passivierung neigt und der Metallabscheideeffekt an der Kathode zu einer Verschlechterung neigt.

Durch die Entwicklung von Thyristoren ist es indessen möglich geworden, auf einfache Weise den Fluß eines großen Stromes zu steuern und die Richtung eines solchen. Stromflusses zu sperren bzw. umzukehren. Es wurde auch schon eine Thyristoren anwendende, sogenannte PRC-(Periodic Reverse Current)-Methode vorgeschlagen, bei welcher die Fließrichtung eines großen Stromes periodisch umgekehrt bzw. gesperrt wird. Diese PRC-Methode ist wirkungsvoll und unter anderem deswegen von Vorteil, da die Stromdichte bei der elektrolytischen Raffination von Kupfer zur Verbesserung der Produktivität erheblich gesteigert werden kann, der Preis der Blockkonstruktion verhältnismäßig gering ist und der Arbeitspreis ebenfalls verringert werden kann, obgleich sie den Nachteil hat, daß die elektrische Leistungsaufnahme erhöht ist.

Um indessen die Gewinnung äußerst reinen Kupfers durch Elektrolyse bei hohen Stromdichten und der Anwendung dieser PRC-Methode erfolgreich zu gestalten, sind verschiedene Probleme zu lösen. Um eines dieser Probleme zu lösen, ist es nötig, die zuzuführende Elektrolytmenge auf einen Wert zu steigern, der über dem liegt, der bisher angewendet worden ist, falls die elektrolytische Raffination bei hoher Stromdichte mit Erfolg betrieben werden soll. Bei der elektrolytischen Raffination von Kupfer nach einem der herkömmlichen Verfahren in einer Elektrolysezelle, beträgt die Elektrolytzirkulations-Menge im allgemeinen 20 bis 25 l/min. Wenn die elektrolytische Raffination von Kupfer unter Anwendung der PRC-Methode durchgeführt werden soll, ist es jedoch erforderlich, eine beträchtlich höhere Elektrolytmenge durch die Elektrolysezelle zirkulieren zu lassen. Mit fortschreitender Elektrolyse, bei der das als Anode eingesetzte Kupfer nach und nach aufgelöst in den Elektrolyten übergeht, fallen unlösliche Verunreinigungen aus und setzen sich als Schlamm am Boden der Elektrolysezelle ab.

Um Elektrolytkupfer von guter Qualität und hoher Reinheit konstant mittels Elektrolyse mit hoher, nach der PRC-Methode erreichter Stromdichte herstellen zu können, ist es ein wesentliches Erfordernis, die Zirkulationsmenge des Elektrolyten zu erhöhen ohne eine unerwünschte Aufschwimmbewegung des am Boden der Elektrolysezelle abgesetzten Schlamms hervorzurufen. Nun ist zusammen mit der Erhöhung der Stromdichte auch eine Vergrößerung der Kapazität der Elektrolysezelle gefordert. Um beides, den Anstieg der Stromdichte und der Zellenkapazität zu erreichen, ist daher ein neues Elektrolytzirkulationsverfahren erforderlich.

Es gibt verschiedene Verfahren zur Elektrolytzirkulation durch eine Elektrolysezelle für die elektrolytische Raffination von Kupfer. Bei den Üblicherveise bisher angewandten Verfahren wird der Elektrolyt von einer Seile der Elektrolysezelle zugeführt und an einer anderen oder der gegenüberliegenden Seite der Elektrolysezelle abgeführt. Dieses Verfahren ist weiter in eine Mehrzahl von Verfahrensvarianten zu unterteilen.

Nach einer dieser Verfahrensvarianten ist eine Zulauföffnung in der Mitte einer Seitenwand und eine Ablauföffnung für den Elektrolyten in der Mitte der hierzu gegenüberliegenden Seitenwand der Elektrolysezelle für den Zu- bzw. Ablauf des Elektrolyten in bzw. aus der Elektrolysezelle vorgesehen. Bei einer anderen Verfahrensvariante ist eine Zulauföffnung in einer Ecke und eine Ablauföffnung in der diagonal dazu liegenden Ecke der Elektrolysezelle angeordnet Diese Verfahren sind jedoch bei der Elektrolyse mit hohen Stromdichten unerwünscht, da die Qualität des Elektrolytkupfers herabgesetzt und die Rückgewinnungsrate der Edelmetalle, wie Gold und Silber, verringert wird. Denn ein Versuch die zirkulierende Elektrolytmenge zu erhöhen führte zu einem unerwünschten Aufschwimmen des am Boden der Elektrolysezelle abgesetzten Schlamms und zu dessen Suspendierung im Elektrolyten. Deswegen wurde festgestellt, daß, wenn die Kapazität der Elektrolysezelle vergrößert wurde und auch die bei der Elektrolyse angewendete Stromdichte erhöht wurde, ohne daß die Zirkulationsmenge des Elektrolyten gesteigert wurde, die Kupferkonzentration in der oberen Schicht des Elektrolytbads im Innenraum der Elektrolysezelle erheblich von der in der unteren Schicht abwich. Die Kupferkonzentration in der unteren Schicht wird dann um etwa 7 bis 8 g/l höher liegen als in der oberen Schicht. Dies wird auf die im Vergleich zur Kapazität der Elektrolysezelle ungenügende Zirkulationsmenge des Elektrolyten zurückgeführt. Andererseits stellt sich bei der Konzentration von freier Schwefelsäure eine im Vergleich zur Konzentration des Kupfers umgekehrte Situation dar. Infolgedessen wird die Anode häufig ungleichförmig aufgelöst. Diese auf ungleichmäßige Auflösung zurückzuführende Passivität-Erscheinung macht es unmöglich, die Elektrolyse fortzuführen. Diese Tendenz wird mit Zunahme der Stromdichte erheblich stärker und würde die Elektrolyse bei hohen Stromdichten schließlich unmöglich machen.

Zu den wesentlichen Bedingungen, die gegeben sein müssen für eine erfolgreiche Produktion von Elektrolytkupfer von hoher Qualität und hoher Reinheit mit einer Elektrolysezelle von großer Kapazität und bei hoher Stromdichte mit Elektrolytzirkulation, gehören:

1) die Fähigkeit Kupferionen und Zusätze in genügender Weise zur Kathodenoberfläche zu transportieren,

2) die Verringerung der Konzentrationsschwankungen des Elektrolyten in der Elektrolysezelle,

3) die Verringerung der Temperaturschwankungen des Elektrolyten in der Elektrolysezelle und

4) die Vermeidung des Aufschwimmens oder Suspendierens an Schlamm im Elektrolyten auf Grund der Zirkulationsströmung.

Die Erfindung zielt darauf ab, unter Ausräumung der vorgenannten Probleme und in Erfüllung der vorgenannten Bedingungen ein Zirkulationsverfahren für den Elektrolyten in der Elektrolysezelle sowie eine Elektrolysezelle von rechteckigem Querschnitt für die elektrolytische Raffination bei Elektro-Gewinnung von Kupfer zu schaffen, wodurch eine Erhöhung der zirkulierenden Elektrolytmenge ermöglicht ist.

Dies wird erfindungsgemäß beim Verfahren nach der > Erfindung dadurch erreicht, daß die zirkulierende Elektrolytmenge in zwei gleiche Teilmengen aufgeteilt wird, daß die Teilmengen von jeweils mehr als 15 l/min von den zwei Ecken, die von einer ersten längeren Seitenwand und den anstoßenden kürzeren Seitenwän-

Hi den gebildet werden, der Elektrolysezelle zugeführt werden, daß eine Elektrolytmenge von mehr als 30 l/min von der Mitte der Innenseite der zweiten längeren Seitenwand, die der ersten längeren Seitenwand gegenüberliegt, aus der Elektrolysezelle abgeführt wird

π und daß entweder der Elektrolytzulauf im oberen Bereich und der Elektrolytablauf im unteren Bereich der Elektrolysezelle erfolgt oder der Elektrolytzulauf im unteren Bereich und der Elektrolytablauf im oberen Bereich der Elektrolysezelle erfolgt; von Vorzug ist bei

.'(ι Anwendung einer Stromdichte von 300 bis 400 A/m², daß die aus der Elektrolysezelle ablaufende Elektrolytmenge mehr als 40 l/min beträgt.

Die Elektrolysezelle zur Durchführung des Elektrolytzirkulationsverfahrens ist erfindungsgemäß dadurch

r> gekennzeichnet, daß ein Paar von Zulauföffnungen und eine Ablauföffnung vorgesehen ist, daß in den beiden Ecken, die von einer ersten längeren Seitenwand und den angrenzenden kürzeren Seitenwänden gebildet werden, je eine der Zulauföffnungen angeordnet ist, daß

κι die Ablauföffnung, die in der Mitte der zweiten längeren Seitenwand, die der ersten längeren Seitenwand gegenüberliegt, angeordnet ist und daß entweder die Zulauföffnungen im oberen Bereich und die Ablauföffnung im unteren Bereich der Elektrolysezelle münden

Γι oder die Zulauföffnungen im unteren Bereich und die Ablauföffnung im oberen Bereich der Elektrolysezelle münden, wobei vorzugsweise die im unteren Bereich der Elektrolysezelle mündende Ablauföffnung die Einlaßöffnung eines trichterförmigen Kanals bildet, der

-»■» Rechteckquerschnitt aufweist und der an der Innenseite der längeren Seitenwand vertikal nach oben verlaufend angeordnet ist.

Dadurch ist eine höchst wirkungsvoll arbeitende Elektrolysezelle von großer Kapazität erreicht, welche

·» > die zuvor genannten Bedingungen erfüllt und die in der Lage ist, einen stabilen Betrieb bei hoher Stromdichte zur elektrolytischen Gewinnung von äußerst reinem Kupfer zu ermöglichen. Dabei wird der Elektrolyt, der zuvor in zwei gleiche Teilströme unterteilt und durch die

κι Zulauföffnungen in die Elektrolysezelle geführt ist, durch bestimmte einzelne Zonen des Innenraums der Elektrolysezelle gleichförmig längs eines längsten Weges einer geringsten Lineargeschwindigkeit zirkuliert und schließlich durch eine gemeinsame Auslauföff-

■">■) nung ausgetragen. Es kann daher eine große Elektrolytmenge unter Aufrechterhaltung einer so weit wie möglich niedrigen Lineargeschwindigkeit des Elektrolyten in der Elektrolysezelle zugeführt werden und ein äußerst reines Kupfer in zuverlässiger Weise auf

w) elektrolytischem Wege ohne Störungen gewonnen werden.

Dit Elektrolysezelle von rechteckigem Querschnitt nach der Erfindung weist ein Paar Zulauföffnungen für die Zufuhr der erforderlichen Elektrolytmenge in zwei

en etwa gleichen Teilmengen in die Elektrolysezelle auf sowie eine einzige oder gemeinsame Ablauföffnung zum Abzug der Elektrolytmenge. Die beiden Teilmengen können die Elektrolysezelle gleichförmig durchströmen,

wobei die Lineargeschwindigkeit so niedrig wie möglich gehalten wird. Genauer gesagt, die Elektrolysezelle ist im wesentlichen in zwei Abschnitte oder Zonen unterteilt. Diese Abschnitte sind als zwei im wesentlichen übereinstimmende Würfel denkbar. Die Zulauföffnungen sind so angeordnet, daß jede der Elektrolytteilmengen längs einer Diagonale der beiden Würfel strömt. Die beiden Diagonalen treffen sich mit ihrem einen Ende auf der vertikalen Mittellinie einer der längeren Seitenwände des Elektrolysetrogs von rechteckigen Querschnitt. Die gemeinsame Ablauföffnung befindet sich in diesem Treffpunkt der beiden Diagonalen. An den beiden anderen sich nicht schneidenden Enden der Diagonalen ist jeweils eine der beiden Zulauföffnungen angeordnet, das ist an den Stellen, an denen die dem Treffpunkt gegenüberliegende längere Seitenwand an die kürzeren Seitenwände der Elektrolysezelle angrenzt.

Auf diese Weise kann eine große Elektrolytmenge mit einer linearen Geschwindigkeit, die so gering wie möglich gehalten ist, gleichförmig durch die Elektrolysezelle zirkulieren. Denn die zuvor abgeteilten, jeweils durch eine spezielle Öffnung zulaufenden Elektrolytteilmengen brauchen nicht durch den gesamten Zelleninnenraum zirkulieren, sondern lediglich durch einen Abschnitt des »zweigeteilten« Innenraums.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung wird der Elektrolyt vom unteren Bereich der von einer ersten längeren Seitenwand und den daran anstoßenden kürzeren Seitenwänden gebildeten Ecken in die Elektrolysezelle zugeführt und vom im zentralen oberen Bereich der zweiten, der ersten gegenüberliegenden längeren Seitenwand, aus der Elektrolysezelle abgezogen.

Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird der Elektrolyt vom oberen Bereich von der einer ersten längeren Seitenwand und der daran anstoßenden kürzeren Seitenwand gebildeten Ecke zugeführt und im zentralen unteren Bereich der zweiten längeren Seitenwand der Elektrolysezelle abgezogen.

Die zweitgenannte Ausführungsform, das Verfahren mit Zulauf oben und Ablauf unten, hat gegenüber der erstgenannten Ausführungsform, dem Verfahren mit Zulauf unten und Ablauf oben, Vorteile. Es können qualitativ bessere Produkte erzielt werden, wenn die Elektrolyse bei hohen Stromdichten ausgeführt wird. Es wird angenommen, daß dieser Vorteil durch nachstehende Gründe erreicht wird.

1) Die Strömungsrichtung des Elektrolyten entspricht der Absetzgeschwindigkeit des Schlamms. Daher besteht wenig Neigung zu dem bedenklichen Aufschwimmen des Schlamms.

2) Der Schlamm kann sich leicht am Boden der Elektrolysezelle absetzen, da nur eine geringe Neigung besteht, in der unteren Zone des Innenraums der Elektrolysezelle eine Schicht von hoher Kupferkonzentration aufzubauen.

3) Dem vom oberen Bereich der Elektrolysezelle zulaufenden Elektrolyten tritt ein geringerer Strömungswiderstand entgegen, wodurch eine genügende Zufuhr des Elektrolyten und der Zusätze zu den Elektroden sichergestellt ist.

Während der Elektrolyse können Blasen im zirkulierenden Elektrolyten eingeschlossen sein. Diese Blasen stehen der angestrebten elektrolytischen Raffination entgegen. Im Falle, daß das Verfahren mit Zulauf unten und Ablauf oben angewendet wird, wird die angestrebte clektrolytischc Raffination gestört, da diese Blasen sich am Schlamm anhängen und der Schlamm an der Oberfläche der Blasen anhaftend zuweilen im Elektrolyten schwebt. Auch in dieser Hinsicht ist das Verfahren mit Zulauf oben und Ablauf unten gegenüber dem

ί Verfahren mit Zulauf unten und Ablauf oben von Vorzug, da die unerwünschten Blasen in die Atmosphäre abgegeben werden können, wenn der Elektrolyt vom oberen Bereich der Elektrolysezelle, zum Beispiel über eine Rinne, zuläuft.

Anhand der anliegenden Zeichnungen wird die Erfindung an Ausführungsformen weiter erläutert und beschrieben. Es zeigt schematisch

F i g. 1 eine Draufsicht einer ersten Ausführungsform einer Elektrolysezelle nach der Erfindung,

F i g. 2 einen Vertikalschnitt der Elektrolysezelle nach Fig. 1,

F i g. 3 eine Draufsicht einer zweiten Ausführungsform einer Elektrolysezelle nach der Erfindung,
F i g. 4 einen Vertikalschnitt der Elektrolysezelle nach

.'» F i g. 3 und

Fig.5 eine perspektivische Ansicht einer dritten Ausführungsform der Erfindung.

Eine erste bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird unter Hinweis auf die F i g. 1 und 2

2'i beschrieben, in welchen eine Elektrolysezelle zur Anwendung für die elektrische Raffination von Kupfer dargestellt ist. Die Elektrolysezelle 1 ist aufgebaut aus einem Paar kurzer Seitenwände 2,3, einem Paar langer Seitenwände 4,5 und einem Boden 6. Eine Zulaufleitung 7 für in die Elektrolysezelle 1 zu gebenden Elektrolyten erstreckt sich von einem oberen Teil der Elektrolysezelle 1 längs der von den aneinanderstoßenden Seitenwänden 2,5 gebildeten Ecke abwärts in den Innnenraum der Elektrolysezelle. Das untere Ende dieser Zulaufleitung 1

si weist eine Zulauföffnung 11 für den Elektrolyten auf und endet in einem geeigneten Niveau oberhalb des Bodens 6. Eine weitere, der Zulaufleitung 7 entsprechende Zulaufleitung 7' erstreckt sich in ähnlicher Weise von einem oberen Teil der Elektrolysezelle 1 in den

w Innenraum, und zwar längs der von den aneinandergrenzenden Seitenwänden 3, 5 gebildeten Ecke der Elektrolysezelle. Das untere Ende der Zulaufleitung 7 endet in einer geeigneten Höhe über dem Boden 6 und weist eine Zulauföffnung 11' für den Elektrolyten auf.

4> Eine Ablaufleitung 10 für den Elektrolyten durchtritt den oberen Teil der Seitenwand 2 und ist am anderer Ende eines Kanals 9 angeschlossen. Der Kanal ί erstreckt sich horizontal längs der Innenseite dei Seitenwände 2,4 und endet mit dem anderen Ende, das

ίο eine Ablauföffnung 8 für den Elektrolyten aufweist, ir der Mitte der Seitenwand 4.

Der auf eine vorgegebene Temperatur aufgeheiztt Elektrolyt wird durch die längs benachbarter Ecken dei Elektrolysezelle 1 verlaufenden Zulaufleitungen 7, 7

5^r) und über die Zulauföffnungen 11,1Γ in den Innenraurr der Elektrolysezelle eingeführt. Nach Zirkulation durch die Elektrolysezelle 1 wird der Elektrolyt durch die ir der Mitte der Seitenwand 4 vorgesehene Ablauföffnunj 8 abgeführt. Der Elektrolyt strömt durch den Kanal ί

μ) und durch die Ablaufleitung 10 nach außen ab.

Durch die Anordnung eines Paars von Zulauföffnun gen 11, 11' für die Zufuhr des Elektrolyten strömt dei Elektrolyt aufwärts auf dem längsten Weg entsprechen der Diagonale eines Würfels, bevor er schließlich aui

μ der Elektrolysezelle abgeführt wird. Daher kann die Menge des zirkulierenden Elektrolyten bzw. die Elektrolytzirkulation auf einfache Weise auf da! Doppelte oder Dreifache der bisher einsetzbarer

Mengen erhöht werden und dennoch die Tendenz zu einer ungleichmäßigen Verteilung der Konzentration des Elektrolyten in den oberen und unteren Bereichen (Schichten) der Elektrolysezelle verringert werden. Auf diese Weise kann eine Elektrolysezelle von großer Kapazität genügend zuverlässig bei hoher Stromdichte betrieben werden.

Eine zweite bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Fig.3 und 4 beschrieben. Die in F i g. 3 und 4 dargestellte Elektroly- ι ο sezelle entspricht hinsichtlich Gestalt und Konstruktion im wesentlichen der in F i g. 1 und 2 dargestellten. Die Unterschiede der Elektrolysezelle der Fig.3 und 4 gegenüber der nach den F i g. 1 und 2 bestehen darin, daß die Zulaufleitungen 7, T für den Elektrolyten in der ι ^r> zweiten Ausführungsform kürzer sind als in der ersten und daß die Zulauföffnungen 11, W so angeordnet sind, daß der Elektrolyt vom oberen Teil der Elektrolysezelle abwärts gerichtet zugegeben wird. Des weiteren unterscheidet sich die Elektrolysezelle der zweiten _>o Ausführungsform von der der ersten Ausführungsform dadurch, daß der Kanal 9, der mit einem Ende mit der die Seitenwand 2 durchdringenden Ablaufleitung 10 des Elektrolyten verbunden ist, sich horizontal entlang der Innenseite der Seitenwände 2 und 4 bis zur Mitte der 2"> Seitenwand 4 erstreckt, wo er etwas oberhalb des Bodens 6 mit der Ablauföffnung 8 endet. In dieser zweiten Ausführungsform ist die Ablauföffnung 8 demnach in einer tiefer gelegenen Position angeordnet. Jeder über die Zulauföffnungen 11, W zugegebene i<> Elektrolytteil strömt daher auf dem längsten Weg entsprechend der Diagonale eines Würfels und fließt schließlich durch die Ablauföffnung 8 ab. Der Elektrolytstrom ist also hier nicht aufwärts gerichtet, wie dies in der Ausführungsform 1 der Fall ist. Der Kanal 9 kann i^r> anstatt längs der Innenseite der Seitenwände 2, 4 und des Bodens 6 auch durch den Boden 6 der Elektrolysezelle 1 geführt werden.

Eine weitere Ausfühmngsform ist in F i g. 5 gezeigt. Hier ist in perspektivischer Ansicht eine Elektrolysezel- a» le I gezeigt, deren vordere Seitenwand 5 teilweise aufgebrochen ist, um den die Ablauföffnung 8 aufweisenden Abschnitt 9'" des Kanals 9 sichtbar zu machen. Dieser Abschnitt 9'" des Kanals 9 ist in der Mitte der Innenseite der Seitenwand 4 etwa senkrecht <r> angeordnet und endet in der Nähe des Bodens 6. In F i g. 5 ist die Verbindung zwischen Ablauföffnung 8 und dem an der Innenseite der Seitenwand 2 vorhandenen Abschnitt 9' der Rinne bzw. des Kanals 9 als eine Art Rechteck-Krümmer 9", 9'" ausgebildet. Die Verbindung so kann auch von einem schräg angeordneten, die Ablauföffnung 8 und den Abschnitt 9' auf kurzem Wege verbindenden Kanal erfolgen. Der die Ablauföffnung aufweisende Abschnitt 9'" des Krümmers 9", 9'" weist etwa die Form eines zur Ablauföffnung sich erweiternden Trichters mit rechteckigem Durchflußquerschnitt auf.

Der Kanalabschnitt 9" mündet in einen am oberen Teil der Seitenwand 2 eingeordneten Kasten 10', in welchem durch dessen Boden tretend die Ablaufleitung w> 10 hineinragt. Die Zulaufleitungen 7, T ragen jeweils von oben in einen am oberen Teil der Seitenwände 2 bzw. 3 vorgesehenen Kasten hinein, der in eine horizontal, längs der Innenseite der Seitenwände 2 bzw. 3 verlaufende Rinne 12 bzw. 12' übergeht. Im Bereich t>ü der Ecke der Seitenwände 3, 5 bzw. der Ecke der Seitenwände 2,5 bildet ein Einschnitt in dieser Rinne 12 bzw. 12' die Ablauföffnung 8 bzw. 8'.

Hinsichtlich Form und Abmessungen entspricht diese Elektrolysezelle' nach Fig.5 im wesentlichen der Elektrolysezelle nach Fig.3 und 4. Die Zulauf- und Ablaufströmung des Elektrolyten in und aus dem Innenraum der Elektrolysezelle bzw. in und aus dem Elektrolysebad ist ähnlich wie in der Ausfühmngsform nach F i g. 3 und 4.

Anhand nachstehender Beispiele wird die Erfindung weiter beschrieben.

Beispiel 1

Das Betriebsverhaltcn einer Elektrolysezelle nach der ersten Ausführungsform der Erfindung wurde verglichen mit einer bisher angewendeten Elektrolysezelle, bei welcher ein Elektrolyt an einer Seite zugeführt und an der anderen Seite abgeführt wird. Beide Elektrolysezellen haben dieselben inneren Abmessungen (5,350 m χ 1,200 m χ 1,300 m) und wurden bei derselben Stromdichte für die elektrolytische Raffination von Kupfer eingesetzt. Die angewendeten Elektrolysebedingungen sind nachstehend angegeben:

Elektrode	100 mm
Abstand von	980 χ 960 χ 40 mm
Mitte zu Mitte	1000 χ 1000 χ 0,7 mm
Anodengröße
Kathodengröße
Anzahl der	46 pro
dem Versuchsbeispiel	Elektrolysezelle
unterworfenen Anoden:	320 A/m*

Stromdichte	42 g/l
Elektrolyt
Kupfergehalt	180 g/l
Gehaltan	63°C±1°C
freier Schwefelsäure
Temperatur

Die Ergebnisse dieses Versuchsbeispiels sind in Tabelle 1 gezeigt.

Tabelle 1

Stand der Technik Erfindung

20 l/min

Elektrolytzirkulation
Gehalt an Kupfer
Streuung
Elektrolyttemperatur Streuung
Stromausbeute 90%

7-8 g/l
2,5-3,0 °C

40 l/min
2-3 g/l
0,7-1,5⁰C 95%

Mit dem Ausdruck »Streuung« in Tabelle 1 ist die Differenz der Meßwerte beim Meßniveau im Abstand von 100 cm und beim Meßniveau im Abstand von 5 cm von der Badoberfläche des Elektrolyten bezeichnet.

Beispiel 2

Das Betriebsverhalten der Elektrolysezelle nach F i g. 3 und 4 sowie F i g. 5 wurde nun verglichen mit der Elektrolysezelle nach der Ausführungsform nach F i g. 1 und 2. Die zu vergleichenden Elektrolysezellen hatten dieselben Innenraum-Abmessungen und wurden zur elektrolytischen Raffination von Kupfer herangezogen. Bei diesem Vergleichsversuch des Beispiels 2 wurde jedoch eine höhere Stromdichte vorgesehen als zuvor in Beispiel 1. Die angewendeten Elektrolysebedingungen waren folgende:

	Elektrode	100 mm	26·	980 χ 960 χ 40 mm	Verfahren mi	40 801	10	40-45 g/l
9	Abstand von		1000x1000x0,7 mm	Ablauf oben
Mitte zu Mitte			Kupfergehalt	Elektrolyt	185-195 g/l
Anodengröße				Gehalt an Kupfer	64° C
Kathodengröße		46 pro Zelle 340A/m2	g/i	Gehalt an	40 l/min
Anzahl der dem		41,0	freier Schwefelsäure	Versuchs sind ii
Versuch unterworfenen Anoden Stromdichte		41,3	-> Temperatur
Tabelle 2			Zirkuliermenge	Zulauf oben und
			Die Ergebnisse dieses dargestellt.
		42,0		Elektrolyt
		44,1	t Zulauf unten und Verfahren mit	temperatur
		46,1	Ablauf unten	⁰C
		Elektrolyt- Kupfergehalt	64,8
Elektrolytzulauf	Abstand des Meßniveau von	temperatur	63,8
Elektrolytablauf	der Elektrolyt-Badoberfläche	"C g/l
	5 cm	64,8 41,0
	50 cm	63,9 41,4	63,7
	100 cm		64,0
			64,2
	63,9 37,8
	64,0 39,0
	65,0 41,2

Streuung
Stromausbeute

4,1

95,0%

3,4

95,8%

0,5

Mit dem Ausdruck »Streuung« ist auch in dieser Tabelle die Differenz der Meßwerte bei Meßniveau im Abstand von 100 cm und bei Meßniveau im Abstand von 5 cm von der Badoberfläche des Elektrolyten bezeichnet.

Aus Tabelle 2 ist ersichtlich, daß die Streuung der Kupferkonzentration bzw. des Kupfergehalts und die Streuung der Elektrolyttemperatur beim Verfahren mit Zulauf oben und Ablauf unten geringer sind als beim Verfahren mit Zulauf unten und Ablauf oben. Dementsprechend ist auch die Stromausbeute verbessert. Eine derartig verbesserte Stromausbeute kann dadurch erreicht werden, daß keine schwebende Schlammbewegung auftritt und die Neigung zur Ablagerung von

knollen- oder knospenförmigem Kupfer verringert wird. Beim Verfahren mit Zulauf unten und Ablauf oben ist — wie in Tabelle 2 gezeigt — der Wert der Kupferkonzentrationstreuung größer als der des Verfahrens in Tabelle 1. Es wird angenommen, daß dies durch die im Vergleich zum Versuchsbeispiel 1 höhere Stromdichte bewirkt wird. Es hat sich erwiesen, daß das Zirkulationsverfahren der Erfindung sehr wirkungsvoll eingesetzt werden kann zur elektrischen Gewinnung von Kupfer guter Qualität, welches im Vergleich zu dem Kupfer, welches in den bisher eingesetzten Elektrolysezellen dieser Art gewonnen wurde, weniger knollen- oder knospenförmiges Kupfer an der Oberfläche des Elektrolyseprodukts aufweist.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Elektrolytzirkulation in einer Elektrolysezelle von rechteckförmigem Querschnitt für die elektrolytische Raffination und Elektro-Gewinnung von Kupfer bei einer Stromdichte von mehr als 250 A/m², dadurch gekennzeichnet,

daß die zirkulierende Elektrolytmenge in zwei gleiche Teilmengen aufgeteilt wird,
daß die Teilmengen von jeweils mehr als 15 l/min von den zwei Ecken, die von einer ersten längeren Seitenwand (5) und den anstoßenden kürzeren Seitenwänden (2,3) gebildet werden, der Elektrolysezelle (1) zugeführt werden,

daß eine Elektrolytmenge von mehr als 30 l/min von der Mitte der Innenseite der zweiten längeren Seitenwand (4), die der ersten längeren Seitenwand (5) gegenüberliegt, aus der Elektrolysezelle (1) abgeführt wird

und daß entweder der Elektrolytzulauf im oberen Bereich und der Elektrolytablauf im unteren Bereich der Elektrolysezelle (1) erfolgt oder der Elektrolytzulauf im unteren Bereich und der Elektrolytablauf im oberen Bereich der Elektrolysezelle (1) erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Anwendung einer Stromdichte von 300 bis 400 A/m² die aus der Elektrolysezelle (1) ablaufende Elektrolytmenge mehr als 40 l/min beträgt.

3. Elektrolysezelle von rechteckigem Querschnitt für die elektrolytische Raffination und Elektro-Gewinnung von Kupfer durch Elektrolyse mit Elektrolytzirkulation zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Paar von Zulauföffnungen (11,1Γ) und eine Ablauföffnung (8) vorgesehen ist,

daß in den beiden Ecken, die von einer ersten längeren Seitenwand (5) und den angrenzenden kürzeren Seitenwänden (2, 3) gebildet werden, je eine der Zulauföffnungen (11,11') angeordnet ist,
daß die Ablauföffnung (8), die in der Mitte der zweiten längeren Seitenwand (4), die der ersten längeren Seitenwand (5) gegenüberliegt, angeordnet ist und

daß entweder die Zulauföffnungen (11, iV) im oberen Bereich und die Ablauföffnung (8) im unteren Bereich der Elektrolysezelle münden oder die Zulauföffnungen (11, IV) im unteren Bereich und die Ablauföffnung (8) im oberen Bereich der Elektrolysezelle (1) münden.

4. Elektrolysezelle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die im unteren Bereich der Elektrolysezelle (1) mündende Ablauföffnung (8) die Einlaßöffnung eines trichterförmigen Kanals (9'") bildet, der Rechteckquerschnitt aufweist und der an der Innenseite der längeren Seitenwand (4) vertikal nach oben verlaufend angeordnet ist.