DE2644199A1

DE2644199A1 - Elektrolytische zelle zur anwendung in der hydroelektrometallurgie

Info

Publication number: DE2644199A1
Application number: DE19762644199
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Dr Ing Kametani
Original assignee: National Research Institute for Metals
Current assignee: National Research Institute for Metals
Priority date: 1975-09-30
Filing date: 1976-09-30
Publication date: 1977-04-14
Also published as: US4032425A; JPS5241103A; JPS551995B2; CA1064860A

Description

PMENTANWXLYl

DR. E. WIEGAND DIP'.-ING. W. NIEMANN DR. M. KÖHLER DlPL-ING. C. GERNHARDT

MDNCHEN HAMBURG 2644199

TELEFON: 555476 "^* 8000 MD N CH EN 2,

TELEGRAMME: KARPATENT MATHllDENSTRASSE 12 TELEX: 529068 KARP D

W. 42657/76 - Ko/Ne 30. September 1976

National Research Institute for Metals Tokyo (Japan)

Elektrolytische Zelle zur Anwendung in der Hydroelektrometallurgie

Die Erfindung betrifft eine verbesserte elektrolyt!sehe Zelle zur Anwendung bei der kontinuierlichen hydroelektrometallurgischen Herstellung von Metallen durch elektrolytische Abscheidung des Metalls auf der Oberfläche von suspendierten Impfteilchen aus dem reinen Metall.

•Solche hydroelektrometallurgischen Verfahren und Vorrichtungen zur Anwendung in einem derartigen Verfahren sind in der US-PS 3 787 293 angegeben.

7098 1 S/0831

if 2644198

Gemäss der Erfindung wird eine verbesserte elektrolytische Zelle zur Anwendung bei der kontinuierlichen hydroelektrometallurgischen Herstellung von Metallen durch elektrolytisehe Abscheidung des Metalls auf der Oberfläche von suspendierten Iinpfteilchen aus dem reinen Metall angegeben, die eine senkrechte zylindrische Zelle mit einer oberen Anodenzone unter Einschluss einer horizontalen Anode und einer unteren Kathodenzone unter Einschluss einer horizontalen Gitterkathode, wobei die Gitterkathode die Kathodenzone in einen oberen und einem unteren Teil unterteilt, und einen unterhalb der Gitterkathode angebrachten Rührer umfasst. Dadurch werden die Impfteilchen im stabilen Zustand der Suspension im Elektrolyt im oberen Teil der Kathodenzone gehalten, wo sie durch ihren Stoss mit der Gitterkathode elektronegativ geladen werden, so dass die Elektrolyse mit äusserster Wirksamkeit ausgeführt wird.

Bekanntlich umfasst die Hydroelektrometallurgie die elektrische Garung und die elektrische Gewinnung. Während das erstere ein Verfahren darstellt, welches die Ausführung ' einer wässrigen Elektrolyse unter Anwendung eines Verunreinigungen enthaltenden Rohmetalles als Anode und Abscheidung des reinen Metalles auf einer Kathode umfasst, stellt das letztere ein Verfahren dar, welches die Ausführung der Elektrolyse unter Anwendung einer Lösung, worin das Metall vorhergehend in Form von Ionen gelöst wurde, als Elektrolyt unter Abscheidung des Metalles auf der Kathode und anschliessende Gewinnung desselben umfasst.

Ein neues Verfahren zur Ausführung der Hydroelektrometallurgie wurde in dieser US-Patentschrift 3 787 293 angegeben, auf das hier im Rahmen der Erfindung besonders Bezug genommen wird.

Dieses Verfahren umfasst kurz die Suspendierung von Teilchen eines rohen Ausgangsmetalles oder -metallsulfides in der Anodenzone und von Impfteilchen aus dem reinen Metall in der Kathodenzone, wobei diese Teilchen zur Kollision mit den Oberflächen von Anode und Kathode jeweils gebracht

709815/0831

werden, ein elektrischer Strom durch die Anode und Kathode geführt wird, die Teilchen des fiohmetalles oder Metallsulfides elektrisch positiv auf Grund ihrer Kollision mit der Anode geladen werden und in der Elektrolytlösung gelöst werden, während die Impfteilchen elektronegativ auf Grund ihrer Kollision mit der Kathode geladen werden, so dass die Metallionen in der Elektrolytlösung kathodisch als Metall auf den Impfteilchen abgeschieden werden und anschliessend aus der Kathodenzone die vergrösserten Metallteilchen gewonnen werden, welche infolge der elektrolytischen Abscheidung des Metalles auf den Impfteilchen gewachsen sind.

Bei den üblichen hydroelektrometallurgischen Verfahren wurde eine Anodenplatte und eine Kathodenplatte senkrecht in einer Elektrolytlösung aufgehängt und, indem ein elektrischer Strom zwischen den beiden Elektroden geführt wurde, wurde das Metall auf der Kathodenplatte abgeschieden, worauf die Kathodenplatte aus der elektrolytischen Zelle abgezogen und das abgeschiedene Metall gewonnen wurde. In diesem

Fall war der Strom je dm auf etwa 2 bis 3 Ampere beschränkt und der Betrieb wurde im Einzelansatz durchgeführt. Im Vergleich zu diesen üblichen Verfahren besitzt das vorstehend aufgeführte neue Verfahren ein ausgeprägtes Merkmal insofern, als das reine Metall auf den Impfmetallteilchen, die in Suspension mit der Kathodenzone gehalten werden, abgeschieden wird, worauf die gewachsenen Metallteilchen gewonnen werden. Da der gesamte Bereich der suspendierten Teilchen weit grosser als derjenige einer Elektrodenplatte ist, ist der anzulegende elektrische Strom sehr gross, d. h. mehr als das 10- oder 2Ofache desjenigen im Fall der üblichen Verfahren, so dass die Elektrolysegeschwindigkeit stark erhöht werden kann. Ferner kann der Betrieb kontinuierlich durchgeführt werden, da die Zuführung des Ausgangsmaterials und die Gewinnung der erhaltenen gewachsenen Teil-

70981S/0831

chen aus dem reinen Metall in kontinuierlicher Weise ausgeführt werden kann. Ferner kann der Betrieb kontinuierlich durchgeführt werden, da die Zuführung des Ausgangsmaterials und die Gewinung der erhaltenen ausgewachsenen Teilchen aus reinem Metall in kontinuierlicher Weise ausgeführt werden kann. Ferner ist es möglich, eine elektrolyt!sehe Zelle vom geschlossenen Typ einzusetzen. Dies bringt den Vorteil, dass die Zerstreuung von Stäuben der elektrolytischen Lösung, die im Fall der üblichen Verfahren erfolgt, verhindert werden kann. Sämtliche bei der üblichen Hydroelektrometallurgie einsetzbaren Metalle können dem neuen Verfahren zugänglich gemacht, werden und gute Ergebnisse werden erhalten. Insbesondere sind Metalle, die ein Standard-Elektrodenpotential von mehr als -1 Volt (bei 25° G) zeigen, wie Zink, Eisen, Kobalt, Hiekel, Zinn, Blei und Kupfer für das neue Verfahren anwendbar.

In der vorstehenden Patentschrift ist eine elektroly-■fcische Zelle beschrieben, die bei der praktischen Ausführung des neuen Verfahrensseingesetzt werden kann. In Fig. 2 der Patentschrift ist eine Seitenansicht im Schnitt gezeigt, die eine Ausführungsform eigner elektrolytischen Zelle darstellt. Diese elektrolytische Zelle umfasst eine obere Anodenzone unter Einschluss einer horizontalen Anode und eine untere Kathodenzone unter Einschluss einer horizontalen Kathode und ist auf einem Grundrahmen fixiert, worauf Vibrationsgeneratoren befestigt sind, so dass sich eine zusammengesetzte Vibration für die gesamte Zelle und die Impfteilchen in dem Elektrolyt ergibt, wodurch die Teilchen zum Zusammenstoß mit der Kathode gebracht werden. Diese zusammengesetzte Vibration besteht aus einer horizontalen Oszillierung und einer Auf- und Abvibration in der senkrechten Ebene. Um diese zusammengesetzte Vibration zu erzeugen, wird ein Osziliermechanismus angewandt, der

70981S/0831

zwei oder mehr exzentrischen Nocken, Übertragungseinrich- C tungen, Reduziergetriebe und einen Antriebsmotor umfasst, sowie einen Vibrator zur Erzeugung einer senkrechten Vibration. Es tritt dabei der Kachteil auf, dass ziemlich komplizierte Vibrier einrichtungen im Fall dieser elektrolytischen Zelle erforderlich sind. Deshalb wird eine verbesserte elektrolytische Zelle, die frei von diesen Kachteilen ist, gewünscht. .

Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb in einer verbesserten elektrolytischen Zelle, die wirksam als elektrolytische Zelle bei dem in der vorstehend aufgeführten Patentschrift abgehandelten neuen hydroelektr©metallurgischen Verfahren eingesetzt werden kann.

Gemäss der Erfindung ergibt sich eine verbesserte elektrolytische Zelle zur Anwendung bei der hydroelektrometallurgisehen Herstellung eines Metalles durch elektrolytische Abscheidung des Metalles auf der Oberfläche von suspendierten Impfteilchen aus dem reinen Metall, welche

(a) eine senkrechte zylindrische Zelle, die eine obere Anodenzone unter Einschluss einer horizontalen Anode und eine untere Kathodenzone unter Einschluss einer horizontalen Gitterkathode enthält, wobei die Gitterkathode die Kathodenzone in einen oberen und einen unteren Teil unterteilt,

(b) einen unterhalb der Gitterkathode angebrachten Bührer zur Bewegung des Elektrolytes, um die darin enthaltenen Impfteilchen im suspendierten Zustand innerhalb der Kathodenzone zu erhalten,

(c) einen Einlass zur Einbringung des Elektrolyts und der Impf teilchen in die Kathodenzone, auf deren Oberfläche das Metall elektrolytisch aus dem Elektrolyt abgeschieden werden soll,

(d) einen Auslass zur· Austragung des verbrauchten Elektrolyts aus der Anodenzone,

70981 S/0831

2644133

(e) einen Auslass zur Austragung und Gewinnung der vergrösserten Metallteilchen aus der Kathodenzone, welche infolge der vorstehend geschilderten elektrolytischen Abscheidung des Metalles auf der Oberfläche der Impfteilchen gewachsen sind, und

(f) Einrichtungen zur Ei inrung eines elektrischen Stromes zwischen Anode und Kathode,

umfassen.

Das wesentlichste Merkmal der elektrolytischen Zelle gemäss der Erfindung liegt in der Tatsache, dass sie eine horizontale Gitterkathode besitzt, wodurch die Kathodenzone in einen oberen und einen unteren Teil unterteilt wird, und dass weiterhin ein Rührer unterhalb der Gitterkathode vorhanden ist. Trotz dieses relativ einfachen Aufbaus werden im Pail der senkrechten zylindrischen elektrolytischen Zelle gemäss der vorliegenden Erfindung die Impfteilchen infolge der gemeinsamen Einwirkung von Gitterkathode und Bohrer in einem stabilen Zustand der Suspension im Elektrolyt gehalten und werden durch ihre Kollison mit der Kathode elektronegativ geladen. Infolgedessen wird die Elektrolyse sehr wirksam ausgeführt.

Bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemässen elektrolytisehen Zelle werden nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnung erläutert, welche eine Seitansicht im Schnitt zur Erläuterung einer derartigen Ausführungsform zeigt.

In der Figur bezeichnet die Bezugsziffer 1 die senkrechte zylindrische elektrolytisehe Zelle in ihrer Gesamtheit, in deren oberer Anodenzone 3 eine horizontale Anode 5 angebracht ist, während deren untere Kathodenzone 4 mit einer horizontalen Gitterkathode 6 ausgerüstet ist. Die Gitterkathode 6 ist an einer Mittelsteile relativ zur Höhe der Kathodenzone 6 angebrac^u und erstreckt sich über die gesamte

709815/0831

2644193

horizontale Ebene der Kathodenzone, so dass die Kathode in einen oberen Teil 11 und einen unteren Teil 10 unterteilt wird. Im unteren Teil 10 unterhalb der Gitterkathode ist ein Bührer 8, welcher durch einen Motor 7 angetrieben wird, angebracht. Es ist auch möglich, den Motor 7 unterhalb der elektrolyt!sehen Zelle anzubringen. Bei der Ausführung der Elektrolyse werden Impfteilchen 9 und Elektrolyt 12 kontinuierlich zum unteren Teil der Kathode aus einem Einlass 13 zugeführt und die Impfteilchen werden in Suspension im Elektrolyt durch Drehung des Rührers 8 gehalten, so dass sie innerhalb des unteren Teiles 10 und des oberen Teils 11 der Kathodenzone dispergiert werden. Während die im unteren Teil 10 vorliegenden Impfteilchen in einem Zustand der intensiven Bewegung infolge der direkten Einwirkung des Eührers sind, werden die im oberen Teil 11 vorliegenden Impfteilchen in einem schwachen Zustand der Eührwirkung infolge der rheologischen Abbremsung durch den physikalischen Widerstand der Gitterkathode gehalten, so dass die gebildete Suspensionsschicht stabil und von relativ niedriger Höhe ist. Die suspendierten Impfteilchen, die aus feinen Teilchen aus einem reinen Metall der gleichen Klasse wie das elektrolytisch abzuscheidende bestehen, stossen mit der Gitterkathode zusammen und werden elektronegativ geladen. Infolgedessen beginnt die elektrolytisehe Abscheidung des Metalles auf der Oberfläche der Impfteilchen im oberen Teil 11 der Kathodenzone, so dass die Teilchen allmählich zu groben Teilchen aufwachsen. Die aufgewachsenen Metallteilchen von erhöhter Grosse zeigen eine Neigung auf Grund der Schwerkraft zu dem unteren Teil 10 der Kathodenzone.Somit werden die aufgewachsenen Teilchen der oberen Teils 11 durch die feinen Teilchen ersetzt, die im unteren Teil vorliegen. Die aufgewachsenen Teilchen werden kontinuierlich vom Boden der ElektrolytζelIe über einen Auslass 17 abgezogen und gewonnen.

70981S/0831

2644193

Die feinen Teilchen und der mit den aufgewachsenen Teilchen mitgerissene und ausgetragene Elektrolyt werden von den aufgewachsenen Teilchen abgetrennt und können zu der Kathodenzone zurückgeführt werden.

Die Bezugsziffer 2 in der Figur stellt ein wasserdurchlässiges Diaphragma dar, z. B. ein Diaphragma aus einem Filtertuch oder Asbest,oder ein wasserundurchlässiges Diaphragma, beispielsweise eine Ionenaustauschharzmembrane. Die Hydroelektrometallurgie durch elektrische Gewinnung, d. h. die Elektrolyse unter Anwendung einer Lösung, worin das Metall vorhergehend in Ionenform gelöst wurde, als Elektrolyt erfordert kein Diaphragma. Im allgemeinen wird angenommen, dass die Anwendung eines Diaphragmas nicht zu bevorzugen ist, da es den elektrischen Widerstand erhöht und somit die Zellspannung zwischen den beiden Elektroden steigert. Somit wird bei den Verfahren lediglich dann, wenn ein Verunreinigungen enthaltender unlöslicher fiiickstand auf der Anode gebildet wird und in den Elektrolyt strömt, ein Diaphragma verwendet, um zu verhindern, dass dieser Strömungsrückstand das in der Kathodenzone abgeschiedene reine Metall verunreinigt.

Bei der Ausführung der Elektrolyse ohne Anwendung eines Diaphragmas oder unter Anwendung eines wasserdurchlässigen Diaphragmas wird der verbrauchte Elektrolyt aus einem im oberen Teil der Anodenzone gelegenen Auslass 14- ausgetragen. Der ausgetragene Elektrolyt kann, falls erforderlich, zu der Kathodenzone über den Einlass 13 nach seiner Reinigung zurückgeführt werden. Im Fall der elektrischen Garung, bei der ein Diaphragma erforderlich ist- kann die Anode selbst das Rohmetall sein. Auch hier wild, wie in der vorstehenden Patentschrift angegeben, die Elektrolyse ausgeführt, indem die feinen Teilchen des Ausgangsrohmaterials, d. h. die feinen Teilchen des rohen Metalles oder die feinen

709815/0831

Teilchen des Metallsulfids und des Elektronentragermetalls, .die in der Anodenzone suspendiert sind, elektropositiv durch ihren Zusammenstoss mit der Oberfläche der Anode geladen werden. In diesem EaIl ist es notwendig, einen Rührer in der Anodenzone zur Erzielung der Suspension der Teilchen und für ihren Zusammenstoss mit der Anode anzubringen. Bei der Elektrolyse, bei der ein wasserundurchlässiges Diaphragma verwendet wird, muss ein Einlass 16 zur Zuführung des Anolyts in die Anodenzone zusätzlich zum vorstehenden Einlass 13 vorhanden sein. Ferner muss zusätzlich zum vorstehenden Auslass 14 ein Auslass 15 zum Austragen des verbrauchten Katholyts aus der Kathodenzone vorhanden sein.

Während der allgemeine Aufbau der erfindungsgemässen elektrolytischen Zelle vorstehend geschildert wurde, wird nachfolgend eine bevorzugte Ausführungsform ausführlich beschrieben.

Es besteht keine Beschränkung hinsichtlich der Grosse der eingesetzten Impfteilchen, so dass die Impfteilchen von jeder Grosse sein können, die im Elektrolyt durch Eühren suspendiert werden kann. Die Impfteilchen haben jedoch vorzugsweise eine geringe Grosse und üblicherweise werden die Impf-"teilchen mit einer Grosse im Bereich von etwa 0,05 ^n bis etwa 2 mm eingesetzt.

Im Fall der erfindungsgemässen elektrolytischen Zelle ist, wie sich aus der vorstehenden Beschreibung ergibt, die Gitterkathode 6 nicht zur Abscheidung an der Oberfläche derselben des zu gewinnenden Metalles geeignet, sondern wirkt zur Erteilung einer elektronegativen Ladung an die Impfteilchen,, die damit zusammenstossen. Hinsichtlich des als Kathode zu verwendenden Materials wird ein geeignetes Metall im Hinblick auf solche Faktoren, wie Korrosionsbeständigkeit, Abriebsbeständigkeit und elektrische Leitfähigkeit gewählt.

709815/0831

. 2B44199

Am stärksten bevorzugt wird die Anwendung von Titan. Die Grosse des Gitters der Kathode beträgt üblicherweise etwa 5 nun bis etwa 10 min im allgemeinen. Falls die Maschen zu gering sind, wird die Wanderung der Impfteilchen vom unteren Teil 10 der Kathodenzone zum oberen Teil 11 derselben schwierig. Falls andererseits die Maschen zu gross sind, fällt die Häufigkeit des Stosses der Impfteilchen, die im oberen Teil 11 vorliegen, mit der Gitterkathode ab und es können keine zufriedenstellenden Ergebnisse erzielt werden.

Der Rührer 8 besteht aus einem nicht-leitenden korrosionsbeständigen Material. Als Form des Flügels werden solche, die eine einheitliche Dispergierung der Impfteilchen erzielen können, gewählt, wobei bevorzugt eine solche, die keine Verwindung erteilt, sondern eine flache brettartige Form besitzt, verwendet wird. Die Grosse des Flügels ist üblicherweise so, dass seine Länge in der Querrichtung sich praktisch bis zu den Seitenwänden des unteren Teiles 10 der Kathodenzone erstreckt und seine obere Kante einen Bereich innerhalb einiger Millimeter der Unterseite der Gitterkathode erreicht. Die Geschwindigkeit, womit der Eührer gedreht wird, ist so, dass sich eine relativ dünne Suspensionsschicht der Impfteilchen, d. h. eine Suspensionsschicht von relativ niedriger Höhe, im oberen Teil 11 der Kathodenzone, d. h. oberhalb der Gitterkathode, ergibt. Im allgemeinen beträgt die Stärke der Suspensionsschicht bevorzugt etwa 1,0 cm bis etwa 2 cm im Fall einer kleinen elektrolytischen Zelle. Wenn die elektrolytische Zelle in grösserem Masstab vorliegt, variiert die Stärke der Suspensionεschicht etwas. Wenn die Stärke der Suspensionsschicht zu gross wird, findet ein Abfall in der Häufigkeit statt, womit die Impfteilchen mit der Gitterkathode zusammenstossen, so dass die Anzahl der elektronegativ geladenen Teilchen abnimmt und dadurch ein Abfall der elektrolytischen Wirksamkeit verursacht wird. Die Drehgeschwindigkeit

709815/0831

2644193

< 41.

des Kühreis zur Ausbildung der Suspensionsschicht der Impfteilchen in einer geeigneten Stärke oberhalb der Gitterkathode variiert entsprechend der Grosse des fiührflügeis, der Grosse und des spezifischen Gewichtes der Impfteilchen, der Grosse der Maschen der Kathode, des Durchmessers der elektrolytischen Zelle, der Spannung des elektrischen Stromes und dgl. Eine geeignete Rührgeschwindigkeit kann mittels eines vorhergehenden Tests bestimmt werden. Im allgemeinen liegt sie im Bereich von 50 bis 1000 U/Min.

Als Ganzes betrachtet, hat die elektrolytische Zelle die Form eines senkrechten Zylinders. Der Abstand zwischen der Anode und Kathode muss so gering wie möglich gemacht werden, um den elektrischen Widerstand zu verringern. Je grosser deshalb der Saum der elektrolytischen Zelle ist, desto kleiner ist das Verhältnis von Höhe zu Durchmesser. Somit wird die Zelle insgesamt zu einer zylindrischen Form, bei der die Höhe niedriger als der Durchmesser ist. Wie aus der vorhergehenden Beschreibung abgenommen werden kann, ist der gesamte Oberflächenbereich der Impfteilchen, die elektronegativ durch Stoss der Impfteilchen mit der Gitterkathode 6 geladen werden, weit grosser als der Oberflächenbereich der üblichen Kathodenplatte. Deshalb ist die Stromdichte, die je Einheitsfläche des horizontalen Abschnittes der Kathodenzone 4- angelegt werden kann, weit|grösser als diejenige beim üblichen Verfahren. Dies trifft gleicherweise für den Fall der Anodenzone im Fall der elektrischen Garung zu, welche durch Suspendierung feiner Teilchen des Ausgangsmaterials in der Anodenzone und Verursachung eines Stosses dieser Teilchen in der Anode ausgeführt wird. Jedoch muss im Fall der elektrischen Gewinnung, d. 1?, wo die Elektrolyse unter Anwendung einer Lösung, worin das Metall vorhergehend in Form von Ionen gelöst wurde, als Elektrolyt durchgeführt wird, eine geeignete Stromdichte entsprechend dem Oberflächen-

7 0 9 815/0831

bereich der eingesetzten Anode angelegt werden. In diesem Fall anwendbar ist eine zylindrische Zelle, die aus einer oberen Anodenzone mit einem Durchmesser, der die Anpassung an eine Anode mit einem für den anzulegenden elektrischen Strom geeigneten Oberflächenbereich ermöglicht, und einer unteren Kathodenzone mit einem kleineren Durchmesser als demjenigen der oberen Anodenzone besteht.

Als Elektrolyte können die bei den üblichen elektrolytischen Verfahren verwendbaren eingesetzt werden. Die Konzentration der Metallionen beträgt üblicherweise mindestens einige Gramm je Liter.

Das wesentlichste Merkmal der erfindungsgemässen elektrolytischen Zelle, die vorhergehend hinsichtlich Aufbau und Betriebsverfahren geschildert wurde, liegt in der Tatsache, dass sie die Supension der Impfteilchen in der Kathodenzone und die Ausbildung einer stabilen Suspensionsschicht der Impfteilchen, die mit der Kathode oberhalb der Gitterkathode zusammenstossen, ermöglicht, wobei die durch die gemeinsamen Wirkungen des Aufbaus einer elektrolytischen Zelle in horizontaler Zylinderform der Anwendung einer Gitterkathode und der Ausbildung eines darunter liegenden Rühres erzielt wird. Der Aufbau dieser elektrolytischen Zelle ist äusserst einfach und ihr . Betrieb ist gleichfalls sehr einfach- Ausserdem kann ein Strom von grosser Spannung hindurchgeführt werden und die Elektrolyse kann glatt und kontinuierlich mit hoher Wirksamkeit ausgeführt werden. Die in der vorstehend aufgeführten Patentschrift beschriebene elektrolytische Zelle, wobei die Impfteilchen in Suspension durch Oszillierung gehalten werden, ist im Vergleich hierzu von kompliziertem

Aufbau. Weiterhin treten im ?all eines üblichen Verfahrens, wobei die Impfteilchen aus dem Metall und der Elektrolyt lediglich mit einem Rührflügel gerührt werden, die folgenden Schwierigkeiten auf. Wenn die Geschwindigkeit des Eührflügels erhöht wird,- werden die Impfteilchen auf dem Metall in der

709816/0831

Umgebung der Innenwand der elektrolytischen Zelle auf Grund der starken auf Impfteilchen einwirkenden Zentrifugalkraft lokalisiert. Wenn andererseits die Geschwindigkeit der Drehung des Flügels verringert wird, wird es unmöglich, die Suspension im stabilen Zustand zu halten. Falls beispielsweise eine Änderung des spezifischen Gewichtes der Impfteilchen, deren Teilchengrösse und eingebrachten Menge oder des spezifischen Gewichtes des Elektrolyts und dessen Viskosität eintritt, wird die Einstellung mühsam. Im Fall der vorliegenden Erfindung hingegen sind die Toleranzen hinsichtlich der Änderungen dieser Faktoren äusserst breit. Deshalb wird es auf Grund der vorliegenden Erfindung möglich, die Nachteile der bekannten Verfahren zu überwinden.

Die folgenden Beispiele dienen zur weiteren Erläuterung der Erfindung, ohne dass die Erfindung hierdurch beschränkt wird. Im sämtlichen Beispielen wurde eine elektrolytische Zelle von kleiner Grosse verwendet und zur Vereinfachung wurden Versuche, die den Fall der elektrischen Gewinnung von Kupfer erläutern, ausgeführt. In diesen Beispielen wurden die Versuche durchgeführt, während die Drehgeschwindigkeit des Eührers,die Grosse der Impfteilchen und der Zellstrom variiert wurden. Dabei wurde gefunden, dass, falls eine stabile Suspensionsschicht der Impfteilchen oberhalb der Gitterkathode gebildet wurde und dass, falls die Stärke dieser Suspensionsschicht etwa 1 bis 2 cm und insbesondere etwa 1 bis 1,5 cm betrug-, eine sehr zufriedenstellende Stromausnützung erzielt wurde.

Beispiel 1

Eine elektrolytische Zelle, die aus einer oberen Anodenzone mit einer Höhe von 10 cm und einem Innendurchmesser

709815/0831

2644139

ρ von 14 cm unter Einschluss einer Kupferanode von 1,5 dm und einer unteren Kathodenzone mit einer Höhe von 8 cm und einem Innendurchmesser von 6 cm unter Einschluss einer Gitterkathode aus einem Titangitter und einem darunter angebrachten Rührer bestand, wurde verwendet. Die Grosse der Haschen dieser Kathode betrug 10 mm und die Kathode wurde in einer Höhe von 2,5 cm vom Boden der Zelle angebracht. In der Welle des Bührers waren vier Flügel in der gleichen Höhe mit den Abmessungen in der Seitenrichtung von 2,5 cm und in der senkrechten Richtung von 1,8 cm angebracht. Diese elektrolytische Zelle wurde mit einem Elektrolyt mit einer Konzentration von 50 g Cu⁺⁺ je Liter und 100 g HpSO^ je Liter gefüllt. Daran schloss sich die Einbringung von 350 g

Impfteilchen aus reinem Kupfer mit einer Grosse entsprechend einer Maschenzahl von 144 bis 400 je cm (32 bis 48 mesh Tyler) zu der Kathodenzone an. Die Elektrolyse wurde dann bei einer Temperatur von Raumtemperatur bis 60° C ausgeführt, indem ein Strom von 5 Ampere zwischen den Elektroden geführt wurde, während der Rührer betätigt wurde. Die oberhalb der Gitterkathode ausgebildete Stärke der Suspensionsschicht der Impfteilchen und die Stromausnützungen hinsichtlich der Abscheidung von Kupfer auf den Impfteilchen und der Gitterkathode ergeben sich aus der nachfolgenden Tabelle I.

	Tabelle	I	%
Geschwindigkeit	Stärke der	Stromausnützung	Kathode
des Rührers (U/Min.)	Suspensions schicht (cm)	Impfteilchen	<O,O1 0,08 0,2 3,7
305 403 499 640	1,0 1,1 1,5 2,4	96,6 96,1 95,3 90,3

709815/0831

2644139

Es ergibt sich aus dieser Tabelle, dass bei einer Drehgeschwindigkeit der Bührers von etwa 300 bis 400 U/Min, eine Suspensionsschicht mit einer Stärke von etwa 1 cm oberhalb der Kathode gebildet wurde, und dass die erhaltene Stromausnützung ausgezeichnet war, während, wenn die Drehgeschwindigkeit einen Wert von etwa 600 U/Min, überstieg, die Stärke der Suspensionsschicht grosser als etwa 2 cm wurde und ein geringer Abfall der Betrages des auf den Impfteilchen abgeschiedenen Kupfers eintrat, während eine Erhöhung der Menge des auf der Kathode abgeschiedenen Kupfers eintrat.

Es ist ersichtlich, dass bei dieser Elektrolyse die Suspensionsschicht stabil oberhalb der Gitterkathode erhalten wurde und dass die Teilchen in dieser Suspensionsschicht innerhalb der Zelle mit einer langsamen Geschwindigkeit von etwa 40 bis 120 U/Min, zirkulierten, wobei sie miteinander zusammenstiessen.

Beispiel 2

Eine elektrolytische Zelle der gleichen Art wie in Beispiel 1 wurde angewandt und die Elektrolyse wurde unter identischen Bedingungen wie dort angegeben, durchgeführt, wobei jedoch die Teilchengrösse der Impfteilchen des Kupfers variiert wurde, wie aus Tabelle II ersichtlich. Die optimale Drehgeschwindigkeit des Eühres, die Stärke der Suspensionsschicht oberhalb der Gitterkathode und die Stromwirksamkeit hinsichtlich der Abscheidung von Kupfer auf den Impfteilchen und der Gitterkathode ergeben sich aus Tabelle II.

709815/0831

2644193

Tabelle II

Grosse der Kupfer- Rührge- Stärke Stromausnützung (%) impfteilchen ₂ schwin- der Impf- üarhode 'Maschenzahl/cm digkeit Suspen- teilchen (mesh) (U/Min-) sions-

schicht

(cm)

144 - 400 (32 - 48)

^950 ->v1200 (70 - 80)

1600 - 3600 (100 - 150)

305	1	,0	96,	6	0,	01
396	1	,2	98,	2	ο,	08
388	1	,3	96,	3	ο,	09

Es ist aus diesen Werten ersichtlich, dass, falls die

Drehgeschwindigkeit des Biihrers etwa 300 bis 400 U/Mn.

clis
betrug, Suspensionsschicht mit einer Stärke von etwa 1 bis 1,3 cm gebildet wurde, und dass es dadurch möglich war, die Elektrolyse stabil unter Anwendung von Kupferpulvern unterschiedlicher Teilchengrössen praktisch ohne Änderung der Drehgeschwindigkeit des Eührers durchzuführen, falls die anderen Bedingungen der Elektrolyse gleich waren.

Beispiel 3

Dieser Versuch wurde unter Anwendung einer elektrolytischen Zelle der gleichen Art wie in Beispiel 1 ausgeführt, wobei jedoch, wie aus Tabelle III ersichtlich, der Zellstrom variiert wurde und infolgedessen die Stromdichte ,j^e horizontalen Einheitsflächenbereich der Kathodenzone variiert wurde. Impfteilchen aus Kupfer mit einer Grosse entsprechend einer Maschenzahl/cm von 144 bis 400 (32 bis 48 mesh) wurden in einer Menge von 350 g eingesetzt. Da der Anstieg der Innentemperatur der Zelle übermässig war, wenn der Zellstrom

709815/0831

2644189

10 Ampere oder höher war, wurde die Elektrolyse unter Kühlung des Elektrolyts durch Krei si aufführung desselben durch einen getrennten Kühltank ausgeführt. Die erhaltenen Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle III aufgeführt.

Tabelle III

Zeil- Strom- . Elektrolyt- Tempe- Eühr- Stromausnützung (%) strom dichte ~ Kreislauf- ratur ge- Impf- Kathode (Amp-r) (Amp/dm ) führung (⁰C) schwin- teilchen

(ml/Min.) digkeit

(U/Min.)

5	17,8	—	63,5	403	96,1	0,08
10	35,7	80	61,0	452	97,9	0,14
20	71,4	250	60,5	500	99,4	0,14
30	107,1	250	67,5	617	95,8	0,10

Es ist aus den in der vorstehenden Tabelle aufgeführten Ergebnissen ersichtlich, dass es möglich ist, die Elektrolyse sehr wirksam mit einer äusserst hohen Stromdichte auszuführen, falls die elektrolytische Zelle gemäss der Erfindung verwendet wird, und dass bei hohen Stromdichten die Drehgeschwindigkeit des Eührers vorzugsweise etwas erhöht wird.

709815/0831

Leerseite

Claims

Patentansprüche

1. Elektrolyt!sehe Zelle zur Anwendung bei der kontinuierlichen hydroelektrometallurgischen Herstellung von Metall durch elektrolytische Abscheidung des Metalles auf der Oberfläche von suspendierten Impfteilchen aus dem reinen Metall, bestehend aus

(a) einer senkrechten zylindrischen Zelle, welche eine obere Anodenzone unter Einschluss einer horizontalen Anode und eine untere Kathodenzone unter Einschluss einer horizontalen Gitterkathode umfasst, wobei die Gitterkathode die Kathodenzone in einen oberen und einen unteren Teil unterteilt,

(b) einem unterhalb der Gitterkathode angebrachten Rührer zur Bewegung des Elektrolyts, um die darin enthaltenen Impfteilchen im suspendierten Zustand, innerhalb der Kathodenzone zu halten,

(c) einem Einlass zur Einführung des Elektrolyts und der Impfteilchen, auf deren Oberfläche das Metall aus dem Elektrolyt elektrolytisch abzuscheiden ist, in die Kathodenzone,

(d) einem Auslass zur Austragung des verbrauchten Elektrolyts aus der Anodenzone,

(e) einem Auslass zur Austragung und Gewinnung der vergrösserten Metallteilchen, welche durch die vorstehende elektrolytische Abscheidung des Metalles auf der Oberfläche der Impfteilchen gewachsen sind, aus der Kathodenzone und

(f) Einrichtungen zur Führung eines elektrischen Stromes zwischen der Anode und der Gitterkathode.

2. Elektrolytische Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie weiterhin ein Diaphragma enthält, welches die obere Anodenzone von der unteren Kathodenzone trennt.

3· Elektrolytische Zelle nach Anspruch 2, dadurch ge-

709815/0831

kennzeichnet, dass weiterhin in der Anodenzone ein Rührer zum Hihren des Elektrolyts enthalten ist, um die feinen Teilchen des darin enthaltenen rohen Ausgangsmaterials im suspendierten Zustand innerhalb der Anodenzone zu halten.

4-. Elektrolytische Zelle nach Anspruch 31 dadurch gekennzeichnet, dass das Diaphragma aus einem wasserunlöslichen Diaphragma besteht und dass weiterhin ein Einlass zur Einbringung des Anolyts in die Anodenzone und ein Auslass .zur Austragung des verbrauchten Katholyts aus der Kathodenzone enthalten sind.

709815/0831