DE2650589C2 - Verfahren zur elektrolytischen Erzeugung von Metallkathoden, insbesondere Kupferkathoden - Google Patents
Verfahren zur elektrolytischen Erzeugung von Metallkathoden, insbesondere KupferkathodenInfo
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25C1/00—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of solutions
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur elektrolytischen Erzeugung von Metallkathoden, insbesondere
Kupferkathoden, hoher Qualität gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches.
Die elektrolytische Metallraffination wird im konventionellen Verfahren mit Gleichstrom bei Stromdichten
zwischen 150 und 300 A/m2 betrieben, wobei die Elektrolysebäder
hintereinandergeschaltet sind. Bei vorgegebenem
Strom wird die Produktionsmenge pro Zeiteinheit an Katl^odenkupfer durch die Anzahl der Zellen
und durch die Stromausbeute bestimmt Eine Produktionssteigerur.g läßt sich durch Erhöhung der Anzahl
der Elektrolysezellen oder durch Erhöhung des Stromes erreichen. Während im ersten Fa.i der Investitionsaufwand
sich merklich erhöht, haben hohe Stromdichten zur Folge, daß die Oberspannungen an den Kathoden
überproportional ansteigen, so daß an der Kathode auch nicht erwünschte Metalle, wie z. B. Pb, Sb, Bi, Se,
Fe und As abgeschieden werden. Da diese metallischen Verunreinigungen die Qualität des Kupfers herabsetzen,
ergibt sich für die Praxis eine Begrenzung der Stromdichte auf ca. 300 A/m2. Das Abscheiden von
Fremdelementen an der Kathode läßt sich trotz Stromerhöhung mit bekannten Gegenstromverfahren weitgehend
vermeiden. Dabei wechseln längere Vorwärts-Stromimpulse mit kürzeren Rückwärts-Stromimpulsen
ab. Bei einem bekannten Verfahren dieser Art (US-PS 38 64 227), das im wesentlichen den Abbau von Passivierungserscheinungen
an den Anoden anstrebt, liegen die Vorwärtszeiten der Stromimpulse im Bereich von 10 bis
100 Sek., während die kürzeren Rückwärtsströme bis zu 1/50 der Vorwärtsströme ausmachen können. Das Verhältnis
Vorwärtsstrom zu Rückwärtsstrom ist dabei 10 : 1,5 bis 10 :6,5. Bei diesen Werten ergibt sich aber
ein spezifischer elektrischer Energiebedarf zur Abscheidung einer Tonne Kupfer, der erheblich höher als bei
Verwendung von Gleichstrom ist.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das Verfahren zur elektrolytischen Erzeugung von insbesondere
Kupferkathoden durch periodische Stromumkehr in Elektrolysezellen dadurch zu verbessern, daß
der Energiebedarf gegenüber dem Gleichstromverfahren verringert wird.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches erfindungsgemäß
durch die Kennzeichnungsmerkmale dieses Patentanspruches gelöst.
Durch Verwendung sehr kurzer Taktzeiten werden die Konzentrations-Polarisationsspannungen an der
Kathode merklich verringert oder ganz beseitigt Die Verringerung der Polarisationsspannung führt insbesondere
bei hohen Stromdichten zu einer Qualitätsverbesserung der Kathode, da das Abscheidepotential von
Fremdmetallen aus der Lösung nicht erreicht wird. Darüberhinius wird eine Verbesserung der Oberflächengüte
der Kathode erzielt da durch die Wahl kurzer Vorwärtszeiten ein Übergang vom Mikroprofil auf ein Makroprofil
und damit bessere Abscheidungsbedingungen für Kupfer erzielt werden.
Es hat sich ferner gezeigt daß bei Vorwärtszeiten von 1 bis 10 Sek. die Spannung im Elektrolysebad und die für
l: pro Tonne abgeschiedenes Elektrolytkupfer benötigten
Kilowattstunden unter die Gleichstromwerte gesenkt werden, so daß durch das erfmdungsgemäße Gegenstromverfahren
insbesondere eine Einsparung an elektrischer Energie erzielt wird.
A b b. 1 zeigt Versuchsergebnisse, wobei die spezifische elektrische Energie pro Tonne Kupfer als Funktion
der Vorwärtszeit angegeben ist Es wurde eine Rückwärtszeit f_ = t+ : 20, eine Temperatur = 55° C und eine
Vorwärtsstromdichte = 320 A/m2 verwendet Zum Vergleich ist der Gleichstrombetrieb unter gleichen Bedingungen
angegeben. Bis annähernd 10 Sek. Taktzeit für den Vorwärtss.rom ergibt sich ein geringerer Energieverbrauch,
der bei einer Vorwärtszeit von 8 Sek. zu einem Optimum führt das um 7,5% geringer ist als beim
Gleichstromverfahren. Andererseits läßt das Schaubild erkennen, daß bei Vorwärtszeiten f+
> 10 Sek. der Energieverbrauch über dem Gleichstromwert liegt
Die A b b. 2 zeigt aie für eine Tonne abzuscheidenden
Kupfers aufzuwendende elektrische Energie in KiIo-Wattstunden als Funktion der Stromdichte / + A/m2.
Diese Versuche lassen erkennen, daß. solange die an der
Kathode auftretenden Polarisationsspannungen durch den Umkehrstrom nicht beeinflußt werden, d. h. solange
Vorwärtszeiten über 10 Sek. gefai rin werden, die aufzuwendenden Kilowattstunden pro Tonne Kupfer stets
oberhalb der Gleichstromkurve liegen. Hingegen werden die Gleichstromwerte durch Einführung eines Umkehrstromes
mit kurzen Vorwärtszeiten erheblich unterschritten, was insbesondere für hohe Stromdichten
gilt.
Hohe Stromdichten tragen also ebenfalls zu einer Qualitätsverbesserung der Kathoden bei, was die Verunreinigung
an Fremdelementen, Dichte und Oberflächengüte anbetrifft. Auf diese Weise können Überspannungen
unter den Wert herabgedrückt werden, der bei Gleichstrom gleicher Effektivität auftreten würde.
Das Verhältnis vom Vorwärtsstrom zum Rückwärtsstrom liegt erfindungsgemäß zwischen 1 :1 und 10:1.
In A b b. 3 sind diese Impulsfolgen schematisch dargestellt.
In A b b. 3 sind diese Impulsfolgen schematisch dargestellt.
Weiterhin konnten noch weitere günstige Nebenwirkungen beim erfindungsgemäßen Verfahren festgestellt
werden:
a) Die Effektivstromausbeute bleibt trotz Stromerhöhung konstant bzw. wird erhöht; d. h. die Azahl der
pro A/m2 auftretenden Kurzschlüsse wird durch das Gegenstromverfahren verringert.
b) Die Generatorspannung liegt um 5 bis 10% tiefer als beim Gleichstromverfahren.
c) Die Zirkulationsgeschwindigkeit des Elektrolyten im Bad braucht so wesentlich weniger als stromproportional
heraufgesetzt wurde.
I d) Die Menge der dem Elektrolyten zuzusetzenden
I Inhibitoren (Leim, Thioharnstoff) wächst schwä-
I eher als stromproportional an.
I e) Passivierungserscheinungen an den Anoden wer-I
den vermindert bzw. treten überhaupt nicht auf.
I f) Die Elektrolyse ist auch bei stark verunreinigtem
I Elektrolyten ohne wesentliche Qualitätseinbuße
I der Kathoden zu betreiben bzw. es ist im Vergleich
j zum Gleichstromverfahren bei gleichem Elektrolyse ten mit einer Verbesserung der Kathodenqualität
J zu rechnen.
I Beispiel für eine Elektrolytzusammensetzung:
ί Cu: 40-48 g/l
I H2SO4:150-200 g/l,
I As: 2-10 g/l,
I Ni: 15-25 g/l.
^ g) Die Anodenverunreinigung kann erhöht sein, ohne
I daß eine Qualitätsverminderung der Kathoden ein-
1 tritt.
Beispiel für eine Anodenzusammensetzung:
Cu: 98,5-99,0%,
Ni: 0,35-0,40%,
As: 0,20%,
Pb: 0,15%,
Ni: 0,35-0,40%,
As: 0,20%,
Pb: 0,15%,
Sb: 0,04%.
h) Infolge der erhöhten Widerstandsheizung bei hohen
Stromdichten kann Dampf, der zum Vorerwärmen des Elektrolyten benötigt wird, eingespart
werden. Die Dampfersparnis kompensiert zumindest teilweise die bei hohen Stromdichten ansteigenden
Kosten an elektrischer Energie, die pro * Tonne abgeschiedenem Kathodenkupfer aufgewendet
werden muß.
i) Auch bei hohen Stromdichten lassen sich leicht abziehbare Startbleche mit glatten Oberflächen erzeugen.
k) Die Kathodenquaiität bleibt trotz Stromerhöhung gleich bzw. kann verbessert werden. Die Struktur
der Kathoden ist feinkörnig.
1) In der Ertkupferung ist die Erzeugung kompakter Kathoden möglich.
Das Verfahren ist auf Kupfer nicht beschränkt, sondern
kann auch bei allen anderen elektrolytisch gewinnbaren Metallen angewandt werden.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
50
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60
65
Claims (1)
- Patentanspruch:Verfahren zur elektrolytischen Erzeugung von Metallkathoden, insbesondere Kupferkathoden, hoher Qualität durch periodische Stromumkehr in Elektrolysezellen, wobei sich längere Vorwärtsströme mit bis zu 100 Sekunden Dauer mit kürzeren Rückwärtsströmen bis zu 1/50 der Vorwärtsströme abwechseln und der Rückwärtsstrom kleiner als der Vorwärtsstrom ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulslänge der Vorwärtsströme zwischen 1 und 10 Sekunden (10 Sekunden ausgenommen) beträgt, wobei der Vorwärtsstrom 10 bis 30mal länger als der Rückwärtsstrom und das Verhältnis des Vorwärtsstromes zum Rückwärtsstrom zwischen 1 :1 und 10 :1 ist
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
AT973275A AT342877B (de) | 1975-12-22 | 1975-12-22 | Verfahren zur elektrolytischen raffination von metallen, insbesondere kupfer |
Publications (2)
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DE2650589C2 true DE2650589C2 (de) | 1986-11-13 |
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ES (1) | ES453418A1 (de) |
FI (1) | FI763210A (de) |
GB (1) | GB1520058A (de) |
SE (1) | SE7612329L (de) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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RU2542182C1 (ru) * | 2013-10-11 | 2015-02-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет тонких химических технологий имени М.В. Ломоносова" (МИТХТ) | Способ извлечения никеля при электрохимической переработке жаропрочных никелевых сплавов |
RU2555317C2 (ru) * | 2013-10-16 | 2015-07-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет тонких химических технологий имени М.В. Ломоносова" (МИТХТ) | Способ получения металлических порошков никеля и рения с различным соотношением компонентов при переработке ренийсодержащих жаропрочных никелевых сплавов |
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- 1975-12-22 AT AT973275A patent/AT342877B/de active
-
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- 1976-11-04 SE SE7612329A patent/SE7612329L/xx unknown
- 1976-11-09 FI FI763210A patent/FI763210A/fi not_active Application Discontinuation
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D2 | Grant after examination | ||
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8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |