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Verfahren zur direkten elektrochemischen Gewinnung von Kupfer Die
Erfindung betrifft Verfahren für die direkte elektrochemische Gewinnung von Kupfer
aus verdünnten ammoniakalischen Lösungen, welche aus wertstoffhaltigen Auslaugungsflüssigkeiten
hergestellt worden sind, unter Benutzung einer porösen Kathode mit großer Oberfläche,
Es sind bereits verschiedene Verfahren zum Gewinnen von Kupfer aus we rts toffhaltigen
ammoniakalis chen Aus laugungslösungen bekannt. Hierzu gehören Verfahren, bei denen
mit einem festen oder einem flüssigen lonenaustauschmittel gearbeitet wird.
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Aus dem festen oder flüssigen lonenaustauschmittel wird Kupfer mit
Hilfe einer sauren Lösung entfernt, aus der sich Kupfer auf elektrochemischem Wege
in bekannter Weise gewinnen läßt0 Ferner ist bereits bekannt, daß man Kupfer aus
kupferhaltigen Ammoniak-Amsoniumsalz-Lösungen mittels einer Zersetzung oder Ausfällung
gewinnen kann. Im Anschluß hieran werden verschiedene Verfahren angewendet, um Kupfer
von hoher Reinheit aus diesen Kupferquellen zu gewinnen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen,
das eine direkte elektrochemische Gewinnung von hochwertigem Kupfer aus verdünnten
ammoniakalischen Lösungen ermöglicht, die aus we rts toffhaltigen Auslaugungsflüssigkeiten
hergestellt sind, und bei dem im Rahmen des gesamten Gewinnungsverfahrens
mit
einem im Kreis geführten Strom zum Auslaugen zusätzlichen Kupfers gearbeitet wird.
Hierbei wird gemäß der Erfindung Kupfer aus großen Mengen verdünnter wertstoffhaltiger
Flüssigkeiten unter Verwendung einer porösen Kathode mit großer Oberfläche gewonnen,
woraufhin die wertstoffarme Flüssigkeit im Rückfluß umgewälzt und eine weitere Behandlung
durchgeführt wird, um das bei dem elektrolytischen Vorgang verbrauchte Ammoniak
zu ersetzen und zusätzliches Kupfer zu gewinnen.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist durch die Erfindung ein Verfahren geschaffen
worden, das es ermöglicht, Kupfer ohne irgendeine chemische oder physikalische Vorbehandlung
aus ammoniakalischen Auslaugungslösungen zu gewinnen0 Die Erfindung ist allgemein
bei der Gewinnung von Kupfer aus einer beliebigen ammoniakalischen kupferhaltigen
Lösung anwendbar, die aus einer beliebigen Quelle stammt, Im folgenden ist jedoch
angenommen, daß die wertstoffhaltigen Auslaugungslösungen beim Auslaugen von Kupfererz
oder Kupferkonzentraten anfallen.
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Zu dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Gewinnen von Kupfer aus einer
kupferhaltigen ammoniakalischen Lösung, die neben einem Kupfergehalt von 0,1 bis
20 g/l Verunreinigungen und zusammen mit Kupfer auftretende solvatierte Metalle
enthält, gehören Arbeitsschritte, um die Lösung in eine elektrolytische Zelle einzuleiten,
die eine Kathode aus einem porösen Kathodenmaterial und eine Anode enthält, um einen
Strom derart durch die Zelle zu leiten, daß sich eine Stromdichte von etwa 0,11
bis 10,75 A Je Quadratdezimeter des Kathodenquerschnitts ergibt, um die Lösung durch
die Kathode und über die Anode hinweg zu leiten, und zwar mit einer solchen Geschwindigkeit,
daß eine vollständige Reaktion des gelösten kupferhaltigen Materials möglich ist,
damit Kupfer in und auf der Kathode niedergeschlagen wird, wobei eine wertstoffarme
Auslaugungslösung entsteht, und um das niedergeschlagene Kupfer von der Kathode
zu trennen,
Die von der elektrolytischen Zelle abgegebene wertstoffarme
Lösung ist nach einer minimalen zusätzlichen Behandlung geeignet, im Kreislauf geführt
zu werden und weiteres Kupfer aus den kupferhaltigen Stoffen auszulaugen0 Es hat
sich gezeigt, daß es unter Verwendung einer porösen Kathode von großer Oberfläche
möglich ist, Kupfer unmittelbar aus ammoniakalischen Lösungen zu gewinnen, und daß
das Verfahren bei Verwendung von Lösungen, die gewöhnlich mit anderen Metallen verunreinigt
sind, Kupfer liefert, das nahezu von gleicher Qualität ist wie Kathodenkupfer. In
der Praxis lassen sich sehr stark verdünnte Auslaugungslösungen zur direkten Gewinnung
von Kupfer verarbeiten.
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Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine wertstoffhaltige
Auslaugungsflüssigkeit, wie sie beim Auslaugen eines kupferhaltigen Materials mit
einer verdünnten ammoniakalischen Lösung anfällt, und die Je Liter etwa 0,1 bis
20 g Kupfer enthält, einer elektrochemischen Behandlung unterzogen, bei der die
Auslaugungsflüssigkeit zuerst in Berührung mit einer porösen Kathode von großer
Oberfläche und dann mit einer Anode gebracht wird. Hierbei wird das gewonnene Kupfer
auf der Kathode niedergeschlagen.
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Das mit dem Kathodenmaterial gemischte Kupfer wird dann aus der elektrolytischen
Zelle entfernt und einer Behandlung zum Abtrennen des Kupfers unterzogen. Zu diesem
Zweck wird das Kupfer- und Kathodenmaterial gebrochen, ein Teil des gebrochenen
Kathodenmaterials wird von dem gebrochenen Kathoden- und Kupiermaterial getrennt,
und schließlich wird das letztere Material einer pyrometallurgischen Behandlung
in einem Ofen unterzogen, in dem das Kupfer zum Schmelzen gebracht und von dem noch
vorhandenen gebrochenen Kathodenmaterial getrennt wird.
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Das abgetrennte Kupfer weist einen hohen Reinheitsgrad auf, d.ho man
erhält Kupfer mit einem Reinheitsgrad, der sich demwenigen von Kathodenkupfer annähert,
und das zurückbleibende
gebrochene Kathodenmaterial ist zu einer
erneuten Verwendung geeignet. Alternativ zum Brechen des Kathoden- und Kupfermaterials
und zum Schmelzen des Kupfers zum Zweck des Trennens von dem damit vermischten Kathodenmaterial
kann man das Kupfer einer direkten Elektroraffination unterziehen, indem man das
Kupfer- und Kathodenmaterialerzeugnis bei einem sauren Elektroraffinationsverfahren
bekannter Art als Anode verwendet.
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Man kann die wertstoffarme Aus laugungs flüssigkeit im Kreislauf umwälzen,
um weiteres Kupfer aus dem kupferhaltigen Material auszulaugen.
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Durch die Erfindung werden die Nachteile vermieden, die sich bei der
bekannten Lösungsmittelextraktion, der Elektroraffination und dem Kupferoxid-Ausfällungs-
und Schmelzverfahren ergeben, Weitere Vorteile der Erfindung bestehen darin, daß
die löslich gemachten metallischen Verunreinigungsspuren in der Aus laugungsflüssigkeit
die Auslaugung des Kupfers mit Hilfe der ammoniakalischen Flüssigkeit nicht stören,
Die Verunreinigungsstoffe werden nicht zusammen mit dem Kupfer aus der wertstoffhaltigen
ammoniakalischen Aus laugungs flüssigkeit entfernt.
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Bei dem Verfahren nach der Erfindung wird Kupfer durch eine Elektroraffination
aus der wertstoffhaltigen Auslaugungslösung an der Kathode gewonnen, während an
der Anode Sauerstoff erzeugt wird.
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An der Kathode bzw. an der Anode spielen sich die nachstehend aufgeführten
Reaktionen ab:
Reaktionen an der Kathode +2 Cu(NH3)4 + e- = Cu(NH3)2
+ 2 NH3 E°1/2 = -0,542 V (1) + Cu(NH3)2 + e- = Cu°(s) + 2NH3 E°1/2 = -0,126 V (2)
Cu(NH3)4+2 + 2e- = Cu°(s) + 4NH3 E°1/2 = -0,334 V (3) +2 2Cu(NH3)4 + 20H + 2e =
Cu2O(s) + H2O + 8NH3 E°1/2 = -0,309 V (4) 2H2O + 2e- = H2(g) + 2OH- E°1/2 = -0,828
V (5) NO3- + 2NH4 + 2e = NO2- + 2NH3 + H20 EO 1/2 = +0,286 (6) Reaktionen an der
Anode 4OH- = O2(g) +2H2O + 4e- E°1/2 = -0,401 (7) In einem geringen Ausmaß können
sich auch die nachstehenden Nebenreaktionen abspielen: NH3 + 7OH- = NO2- + 5H2O
+ 6e- E°1/2 = +0,161 (8) NH4OH + 50H = NO + 5H20 + Se E°1/2 = +0,102 (9) Die elektrochemische
Gesamtreaktion der Zelle spielt sich wie folgt ab:
Cu(NH3)4 + 2
OH = Cu°(s) + 1/2 02 + H20 + 4NH3 Zelle= -0,735 V (10) Bei den Reaktionen (1), (2)
und (3) handelt es sich um die Hauptreaktionen, und die Reaktion (5) spielt sich
bei einem höheren Potential ab. Bei der Reaktion (4) ist das Cu20 gegenüber einer
Auflösung zu Cu(NH3)2 unstabil. Die Reaktion (6) läuft trotz des günstigen Potentials
nicht mit einer hohen Geschwindigkeit ab. Bei der Erzeugung von Kupfer überschreiten
die Stromwirkungsgrade den Wert von 80%.
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Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung werden im
folgenden anhand schematischer Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Es zeigt: Fig. 1 ein Gesamtfließbild zur Veranschaulichung der Auslaugung, der Elektroraffination
der Rückumwälzung der wertstoffarmen Auslaugungsflüssigkeit, der Behandlung des
Kathodenmaterials und der pyrometallurgischen Gewinnung von Kupfer; Fig. 2 eine
Anordnung zum Gewinnen von Kupfer unter Anwendung einer Auslaugung in Bottichen;
und Fig. 3 eine perspektivische Teildarstellung einer bei dem erfindungsgemäßen
Verfahren benutzbaren elektrolytischen Zelle, Zu den kupferhaltigen Materialien,
die dem erfindungsgemäßen Verfahren unterzogen werden können, gehören natürliche
Kupfererze, kupferhaltige Abfallstoffe aus Zechendeponien, kupferhaltige Nebenprodukte
anderer bergmännischer Arbeiten oder Verfahren, Kupferschrott und sonstige kupferhaltige
Stoffe. Die Kupfererze können abgebaut und dann behandelt oder an Ort und
Stelle
einer Behandlung unterzogen werden. Die behandelten Materialien können Je Tonne
(ton) etwa 1 bis 895 kg Kupfer enthalten, und je nach der Quelle des Materials enthalten
sie gewöhnlich je Tonne (ton) etwa 2,27 bis 545 kg Kupfer.
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Die Auslaugungslösung enthält je Liter 0,01 bis 1,0 g Kupfer sowie
als Hauptlösungsmittel Ammoniak entsprechend einem Gehalt von 4 bis 60 g/l NH4 sowie
von 2 bis 30 g/l NH3.
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Die Auslaugungslösung hat einen Kupfergehalt, der vorzugsweise weniger
als 1OSd des Kupfergehalts der wertstoffhaltigen Lösung entspricht, und sie enthält
12 bis 50 g/l an NH4-Ionen sowie 3 bis 10 g/l an gelöstem NH30 Die Auslaugungslösung
wird auf bekannte Weise in Berührung mit dem kupferhaltigen Material gebracht, um
Kupfer selektiv in Lösung zu bringen.
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Nach der Auslaugung kann die wertstoffhaltige Aus laugungs lösung
Kupfer in einer Menge von 0,1 bis 20,0 g/l oder darüber enthalten, ferner 4 bis
60 g/l NH4, 2 bis 30 g/l an gelöstem Ammoniak sowie kleinere Mengen an Verunreinigungen
in Form gelöster Metalle. Vorzugsweise enthält die wertstoffhaltige Auslaugungslösung
0,5 bis 10,0 g/l Kupfer, 12 bis 50 g/l NH4+ sowie 3 bis 10 g/l an gelöstem Ammoniak0
Die hauptsächlich vorhandenen Verunreinigungen richten sich nach der Art des zu
verarbeitenden Materials. In erster Linie können Natrium, Kalium, Schwefel, Kalzium,
Zinn, Molybdän, Nickel, Silber usw, vorhanden sein.
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Während der Auslaugung wird die Alkalität der Lösung durch Beifügen
von gasförmigem Ammoniak auf einem pH-Wert zwischen 8 und 10 und vorzugsweise zwischen
8,5 und 9,5 gehalten, Die Alkalität der wertstoffhaltigen Lösung kann während der
Elektroraffination
auf einem beliebigen pH-Wert über 8 gehalten werden, doch soll der pH-Wert bei der
direkten Elektroraffination über 8 und vorzugsweise über 9 liegen, Die als Kathode
verwendete Elektrode ist porös und weist ein hohes Verhältnis zwischen ihrer Oberfläche
und ihrem Volumen auf. Geeignete Elektroden haben eine tatsächliche Oberfläche von
2 bis 1000 cm2/cm3. Vorzugsweise haben die Kathoden eine tatsächliche Oberfläche
von über 60 cm2/cm3. Die Kathoden können aus Koksteilchen bestehen, ferner aus Kohlenstoff-Filz,
Graphit, Bleiwolle, Kupferwolle, Schrot. Das Hohlraumvolumen kann zwischen 2596
(bei dichter Packung) und 97,' (bei Kohlenstoffilz) variieren und richtet sich nach
der jeweiligen Form des Materials und der Packungsart. Im allgemeinen variiert der
Hohlraumanteil zwischen 40 und 97,'. Die elektrische Leitfähigkeit kann je nach
dem gewählten Kathodenmaterial in weiten Grenzen variieren, doch muß die Leitfähigkeit
der Kathode diejenige der Auslaugungslösung, d.h. des Elektrolyten überschreiten.
Bei einem typischen Koksbett liegt die Leitfähigkeit zwischen 0,10 und 0,50 S cm
1. Bei einer typischen Auslaugungslösung liegt die Leitfähigkeit zwischen 0,01 und
0,3 S cm 1.
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In der Praxis hat sich ein Kohlenstoff-Filz mit einer Porosität von
97,' als brauchbar erwiesen. Als bevorzugtes Material zur Verwendung bei der Herstellung
einer porösen Kathode wird teilchenförmiger Koks verwendet.
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Die Korngröße des Kokses richtet sich nach der Konstruktion der Kathode
und kann zwischen einem Wert von "minus 10 mesh" und plus 100 mesh1, oder darunter
liegen, Die Untergrenze der Korngröße des teilchenförmigen Kokses richtet sich nach
der Eignung der Kathodenkonstruktion, den Koks zusammenzuhalten, sowie nach dem
zulässigen hydraulischen Druckabfall innerhalb der Kathode, Brauchbare Kathoden
lassen sich aus Koksteilchen herstellen, deren Korngröae im Bereich von 4 bis 100
Maschen je Zoll (25,4 mm) liegt0
Die Anoden, die in erster Linie
als Gegenelektrode für die Kathode zur Wirkung kommen, sind bezüglich der Erfindung
nicht von ausschlaggebender Bedeutung. Geeignete Anoden können aus Graphit, Koks
und Stahl hergestellt werden.
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Die wertstoffhaltige Auslaugungsflüssigkeit wird zuerst der Kathode
zugeführt, wo das Kupfer in und auf dem porösen Kathodenmaterial niedergeschlagen
wird, woraufhin die Flüssigkeit zu der Anode strömt, um dann aus der elektrolytischen
Zelle abgeführt zu werden0 Die Durchsatzgeschwindigkeit der Auslaugungsflüssigkeit
kann bei der Kathode etwa 0,000041 bis 0,203 l/dm2 (.0001 bis 0.50 gpn/ft2) und
vorzugsweise etwa 0,00028 bis 0,0325 1/dm2 (0.0007 bis 0.08 gpm/ft2) betragen und
richtet sich zum Teil nach der Konzentration des Kupfers in der zugeführten Lösung.
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Die mittlere wirksame Stromdichte kann etwa 0,11 bis 10,75 A/dm2 betragen
und vorzugsweise zwischen etwa 0,54 und 4,3 A/dm2 liegen. Die Zellenspannung kann
1 bis 10 V und vorzugsweise 1 bis 4 V betragen. Hierbei wird in der Kathode Kupfer
mit einer Geschwindigkeit von etwa 0,000127 bis 0,0127 kg/dm2 bezogen auf den Kathodenquerschnitt
und vorzugsweise zwischen etwa 0,000637 und 0,0049 kg/dm2 niedergeschlagen.
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Die elektrolytische Zelle entfernt aus der wertstoffhaltigen Auslaugungslösung
während eines einzigen Durchgangs 20 bis 99,9,' und vorzugsweise über 9096 des vorhandenen
Kupfers, und die wertstoffarme Auslaugungsflssigkeit wird im Kreislauf erneut der
Auslaugungsstufe zugeführt.
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Die Auslaugung und die Elektroraffination werden bei Raumtempe ratur
und Umgebungsdrücken durchgeführt, doch könnte man auch mit etwas höheren oder etwas
niedrigeren Werten sowohl der Temperaturen als auch der Drücke arbeiten,
Im
folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand von Fig. 1 beschrieben,
wo der Gesamtprozeß in einem vereinfachten Fließbild dargestellt ist. Eine wertstoffarme,
wässrige ammoniakalische Auslaugungslösung mit einem pH-Wert zwischen 8 und 10,
die Je Liter etwa 4 bis 60 g NH4+ sowie 2 bis 30 g an gelöstem NH3 enthält, wird
einer Auslauf gungseinrichtung 1 zur Behandlung kupferhaltiger Stoffe zugeführt.
Der pH-Wert der Auslaugungslösung wird dadurch aufrechterhalten, daß nach Bedarf
zur Ergänzung gasförmiges Ammoniak beigefügt wird, Die wertstoffhaltige Auslaugungslösung,
die je Liter 0,5 bis 6 g Kupfer enthält, wird mittels einer Kläreinrichtung 2 gereinigt,
bevor sie in die elektrolytische Zelle 3 mit einer Durchsatzgeschwindigkeit von
etwa 0,41 bis 8,14 lih bezogen auf 1 Quadratdezimeter der Kathodenfläche eingeleitet
wird. Hierbei wird die Lösung auf jeder Kathode mit einer linearen Geschwindigkeit
von etwa 0,03 bis 0,55 m/h verteilt. Die Spannung an jeder einzelnen Zelle wird
zwischen 3 und 7 V gehalten, so daß sich an der Oberfläche der Kathoden eine Stromdichte
von etwa 1,1 bis 3,22 A/dm2 ergibt.
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Wird die wertstoffarme Aus laugungs lösung wieder aus der elektrolytischen
Zelle 3 abgezogen, hat sie einen Kupfergehalt von 0,02 bis 0,5 g/l. Sobald sich
in und auf der Kathode 4 eine ausreichende Kupfermenge abgelagert hat, was sich
anhand des Druckabfalls längs der Zelle 3 erkennen läßt, wird gemäß Fig. 1 die das
niedergeschlagene Kupfer enthaltende Kathode 4' der Zelle 3 entnommen, um dann einer
Behandlung zur Gewinnung des Kupfers unterzogen zu werden. Das verbrauchte Koksmaterial
wird durch frisches Koksmaterial ersetzt, und die Kathode 4' mit dem frischen Koksmaterial
wird wieder in der elektrolytischen Zelle 3 angeordnet, woraufhin der Prozeß fortgesetzt
wird0 Das Koksmaterial für die Kathoden wird dadurch vorbereitet, daß man rohen
Koks in einer Mühle 5, z.B. einer Stabmühle, in Gegenwart von Wasser zerkleinert0
Die feinen Koksteilchen werden
entfernt, und eine Aufschlämmung
aus Koks in Wasser wird zu der Kathodenzelle 4' gepumpt. Der in der Aufschlämmung
enthaltene frische Koks wird anstelle des verbrauchten Kupfer-Koks-Produktes verwendet,
die überschüssige Flüssigkeit wird zum Ablaufen gebracht, und die abgelaufende Flüssigkeit
wird erneut der Mühle 5 zugeführt oder als Ergänzungswasser verwendet. Die Kathoden-
und Anodenzelle ist mit weiteren Einzelheiten in Fig. 3 dargestellt. Die Kokskathode
ist in hohem Maße porös und hat eine große Oberfläche.
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Sobald die Kathode 4 in einer in Betrieb befindlichen Zelle ihr Fassungsvermögen
an niedergeschlagenem Kupfer erreicht hat, wird sie der Zelle entnommen, und der
kupferhaltige Koks wird gebrochen; ein von dem Kupfer und Koks enthaltenden Produkt
getrennter Teil des Kokses wird gewaschen, und die Waschflüssigkeit wird von dem
Kupfer-Koks-Produkt z.B. mittels eines Abscheiders 6 getrenni. Das Kupfer-Koks-Produkt,
dessen Gewicht 25 Gew0-,' der Kokskathode entspricht, wird einem Ofen 7 zugeführt,
in dem das Kupfer zum Schmelzen gebracht wird. In einem Feuerraffinations- und Warmhalteofen
8 werden das geschmolzene Kupfer und die Koksschlacke voneinander getrennt.
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Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, bei der ein Satz
von Auslaugungsbottichen eine kupferhaltige ammoniakalische Lösung liefert, die
den elektrolytischen Zellen zugeführt wird; bei Fig. 2 handelt es sich um ein vereinfachtes
Fließbild mit Beschriftungen zur Erläuterung der verschiedenen Prozeßschritte sowie
mit Angaben über die Konzentrationswerte der wertstoffhaltigen bzw. wertstoffarmen
Lösungen. In solchen Bottichen lassen sich verschiedene kupferhaltige Materialien
unter Verwendung von Ammoniak aus laugen. Hierzu gehören Kupferoxide, natürliche
kupferhaltige Erze und Abfallprodukte, oxidierte Sulfiderze, Kupferschrott und Metallschrottgemische.
In Figo 2 ist der Kupfergehalt des Ausgangsmaterials nicht angegeben, denn für den
Einsatz dieser Kupfergewinnungsanlage sind gegenwärtig nicht etwa technologische,
sondern wirtschaftliche Gesichtspunkte maßgebende
Figo 3 ist eine
perspektivische Teildarstellung einer Anordnung von Kathoden und Anoden in einer
elektrolytischen Zelle, wobei Pfeile andeuten, in welcher Richtung die Flüssigkeit
zuerst den Kathodenteil 10 unddann den Anodenteil 11 durchströmt0 Der Kathodenteil
ist durch Haltesiebe 12 abgegrenzt, die aus Polytetrafluoräthylen, Polypropylen
ododgl. bestehen können.
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Innerhalb jeder Zelle sind die Kathoden parallel zueinander angeordnet,
und sämtliche Zellen sind in Reihe geschaltet. Die in Fig. 1 angedeuteten Gleichrichter
9 zum Umwandeln von Wechselstrom in Gleichstrom sind als Siliziumdioden ausgebildet,
bei denen die Spannung einstellbar ist, und die einen konstanten Strom liefern.
Die in Fig. 3 angedeuteten Verteiler- und Sammelschienen 13 bestehen aus gewalztem
Hartkupfer und sind für eine Stromstärke von etwa 115 A/cm2 bemessen.
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Beispiel Um die Erfindung weiter zu veranschaulichen, wurden mehrere
Versuchsläufe durchgeführt, bei denen typische handelsübliche ammoniakalische Auslaugungslösungen
verwendet wurden, die aus einer Versuchsanlage stammten. Die Zusammensetzung der
Auslaugungslösungen ist aus der folgenden Aufstellung ersichtlich: Wertstoffhaltize
Lösung Konzentration Bestandteil g/l Cu 0,40 - 2920 NH4+ 14,40 - 46,00 NH3 7,80
- 25,50 Verunreinigungen Zn 0,00 - 0,70 Mo 0,00 - 0,16 Ca 0,30 - 0,90 Mg 0,04 -
0,06
K 0,07 - 0,75 Na 0,54 - 1,03 NO3 0,10 - 167,00 504 0,70 -
101,00 Cl 0,00 - 0,27 Die Alkalität der Auslaugungslösung entsprach einem pH-Wert
zwischen 8,8 und 9,2. Die Durchsatzgeschwindigkeit der den elektrolytischen Zellen
zugeführten Auslaugungslösung betrug etwa 0,012 bis 0,089 l/dm2 je Minute bezogen
auf den Kathodenquerschnitt. Die Stromdichte lag zwischen etwa 0,752 und etwa 2,52
A/dm2, die Zellenspannungen betrugen 2,7 bis 5,5 V, und es wurden Stromwirkungsgrade
zwischen 27 und 83,' erreicht.
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Der Energieverbrauch betrug etwa 3,3 bis 10,3 kWh/kg Kupfer.
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In der nachstehenden Tabelle I sind die Betriebsbedingungen für die
verschiedenen Versuchsläufe angegeben.
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Tabelle I Zellen-Betriebsbedingungen Versuchsbezeichnung A B C D E
F G H I Lösungsdurchsatz, l/min, dm2 0,089 0,073 0,065 0,020 0,024 0,020 0,028 0,020
0,028 Kupferkonzentration im Zufluß g/l 0,48 0,56 0,58 2,1 1,46 1,60 1,35 0,86 0,5
Kupferkonzentration im Ausfluß, g/l 0,15 0,11 0,15 0,07 0,66 0,63 0,08 0,46 0,15
Kupferextraktionsgrad, % 69 80 74 97 55 61 94 46 70 Kathodenfläche, m2 0,042 0,042
0,042 0.042 0.251 0,251 0,251 9,3 4,65 Spannung, V 5,4 3,8 3,8 3,3 3,7 4,5 3,3 3,3
3,5 Stromdichte, A/dm2 2,15 2,26 2,14 2,52 2,16 2,15 2,32 1,93 0,75 Energieverbrauch,
kWh/kg Kupfergewinnung 6,6 4,4 4,84 3,3 6,82 8,14 3,52 10,34 4,4 Stromwirkungsgrad,
% 70 74 66 83 45 47 79 27 67
Die Korngröße des bei Jedem Versuch
verwendeten Koksmaterials für die Kathoden lag zwischen etwa 10 und etwa 50 Maschen
je Zoll, Bei einigen Versuchen wurde frischer Koks verwendet, während bei anderen
Versuchen der Koks kleine Kupfermengen enthielt. Jedoch waren keine bemerkbaren
Unterschiede bezüglich der Aktivität der Kokskathoden zu beobachten.
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Bei allen Versuchen bestand die Anode aus nichtrostendem Stahl.
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Ein Kupferprodukt, das aus dem bei den Versuchen G und H erhaltenen
Koks erschmolzen worden war, wurde auf trockenem Wege raffiniert; die qualitative
Analyse zeigte, daß der Kupfergehalt über 99,8,' lag, und daß das Kupfer die in
der nachstehenden Tabelle II genannten Spuren an Verunreinigungen enthielt Tabelle
II Versuch oz/T ppm Ag S O Sn Pb Bi Ni Sb Fe As Se G 1,2 12 2 1 1 0,5 40 0,5 16
0,3 0,5 H 4,0 8 350 0,2 1,7 0,05 33 0,03 6,0 2,6 6,0 Patentansrüche:
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e e r s e i t e