DE3126940C2 - Zelle zur elektrolytischen Gewinnung und Raffination von Nichteisenmetallen oder deren Legierungen - Google Patents
Zelle zur elektrolytischen Gewinnung und Raffination von Nichteisenmetallen oder deren LegierungenInfo
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Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf die Gewinnung und Raffination von Nichteisenmetallen durch Elektrolyse aus Schmelzen. Der Elektrolyseur zur Gewinnung und Raffination von Nichteisenmetallen und deren Legierungen stellt eine mit einem Deckel (2) versehene Elektrolysierwanne (1) dar, in welcher eine Katoden- und eine Anodenkammer (3 bzw. 8) mit Flüssigmetallelektroden untergebracht sind, von denen jede durch eine Auffangschale (11) sowie an deren gesamtem Umfang anschließende Wände gebildet ist. Gemäß der Erfindung ist die Anodenkammer (8) des Elektrolyseurs auf dem Isolierelement (10) oberhalb der Katodenkammer (3) angeordnet, wobei die Auffangschale (11) der Anodenkammer (8) aus porösem Dielektrikum gefertigt ist, und zwischen den Wänden (12) der Anodenkammer (8) und dem Isolierelement (10) ein die Anoden- und Katodenkammer (3) und (8) verbindender Kanal vorhanden ist. Der Elektrolyseur wird zweckmäßigerweise in Nichteisenmetall-Hüttenwerken zur Gewinnung von solchen Metallen wie Wismut, Indium, Antimon, Blei u.dgl. aus deren Schmelzen verwendet.
Description
— die Seitenwand der Anodenkammer (8) längs des gesamten Umfangs mit einem stromleitenden
Material (12) ausgekleidet ist, das mit einer Stromzuführung (16) verbunden ist,
— die Kathodenkammer (3) aus einem st.omleitenden
Material besteht, das mit einer Stromzuführung (17) verbunden ist, und
— im stromleitenden Material (12) in Höhe des Isolierelements (10) ein Kanal (20) ausgebildet
ist, der die Kathodenkammer (3) und die Anodenkammer (8) verbindet.
2. Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathodenkammer (3) mit einer Ablaßvorrichtung
(19) versehen ist
3. Zelle nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß am Deckel (2) der Elekrolysierwanne
(1) ein Rührwerk (18) zum Rühren der Anodenlegierung in der Anodenkammer (8) angeordnet
ist.
4. Zelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wände der Kathoden- und
der Anodenkammer (3) bzw. (8) in ihrem Oberteil Stützflansche (7) und (13) aufweisen.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Zelle zur elektrolytischen Gewinnung und Raffination von Nichteisenmetallen
oder deren Legierungen der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 beschriebenen, aus der US-PS
36 77 926 bekannten Art.
Aus dem UdSSR-Urheberschein 2 76 437 ist eine Zelle zur Gewinnung und Raffination von Metallen oder
deren Legierungen bekannt, die eine Elektrolysierwanne aus einem Dielektrikum enthält. In dieser Wanne sind
eine Kathodenkammer sowie eine Anodenkammer mit schmelzflüssigen Elektroden untergebracht. Die Anodenkammer
befindet sich in der Nähe des Wannenbodens und ist mit gekühlten Stromzuführungen versehen.
Das schmelzflüssige Kathodenmetall befindet sich in einem Behälter, der in Form eines mit einem Filtertuch
bespannten Gerüsts aus Dielektrikum ausgebildet ist. Die Kathodenbehälter sind auf Konsolen über der Anodenkammer
aufgehängt. Im Wannendeckel sind Metallstäbe, beispielsweise aus Wolfram, angeordnet, die
als Kathodenstromzuführungen dienen. Der Elektrolyseprozeß läuft ununterbrochen mit periodischer Eingabe
des Ausgangsstoffes. Die Kathodenbehälter werden mit einer Charge Kathodenmaterial beschickt. Je nach
der Ansammlung von Reinmetall werden die Kathodenbehälter der Reihe nach aus der Elektrolysierwanne
zum Abgießen dieses Metalls entnommen. Infolge der Anordnung der Elektroden kann jedoch keine gleichmäßige
StromdichteverteMung an den Elektroden sichergestellt werden, was die Kennwerte des Raffinationsprozesses
beeinträchtigt Ferner wird dadurch, daß die Kammer für das Anodenmetali unter den Kathodenbehältern
angeordnet ist, die Möglichkeit eines direkten und bequemen Zugangs zu dieser zwecks ihrer Nachbeschickung
mit der zu verarbeitenden Legierung ausgeschaltet Zur Entnahme des Acodenmaterials ist es erforderlich,
den Elektrolyseprozeß einzustellen und die Behälter mit dem Kathodenmetall zu entnehmen. Durch
diese Begleitumstände wird der Betrieb der Elektrolysezelle erschwert und die Leistung des Elektrolyseprozesses
herabgesetzt Ferner kann wegen einer derartigen Anordnung der Anodenkammer kein Rührwerk untergebracht
werden, das zur Beseitigung der bei der Auflösung der Anodenlegierung entstehenden Konzentrationspolarisation
notwendig ist
Aus der US-PS 25 39 743 ist ferner eine Zelle zur Raffination von schmelzflüssigem Aluminium bekannt bei der die Anodenkammer aus porösem nichtleitendem Material hergestellt ist und zwischen senkrechten Wänden der Elektrolytwanne und senkrechten Wänden der Anodenkammer ein Spalt vorgesehen ist
Aus der US-PS 25 39 743 ist ferner eine Zelle zur Raffination von schmelzflüssigem Aluminium bekannt bei der die Anodenkammer aus porösem nichtleitendem Material hergestellt ist und zwischen senkrechten Wänden der Elektrolytwanne und senkrechten Wänden der Anodenkammer ein Spalt vorgesehen ist
Aus der eingangs erwähnten US-PS 36 77 926 ist ferner eine Elektrolysezelle bekannt, bei der die Anodenkammer
aus einem porösen nichtleitenden Material und die Kathodenkammer aus einem keramischen Material
besteht Bei diesem Aufbau treten jedoch infolge einer ungleichmäßigen Stromdichteverteilung längs des Umfangs
der Elektrolysewanne örtlich begrenzte Überhitzungen der Schmelze sowie der entsprechenden Bauteile
der Elektrolysezelle auf, was die Betriebszuverlässigkeit der Elektrolysezelle stark einschränkt.
Es ist somit Aufgabe der Erfindung, eine Elektrolysezelle der gattungsgemäßen Art derart weiterzubilden,
daß eine gleichmäßige Stromdichteverteilung auf den Oberflächen der Flüssigelektroden erzielt werden kann.
Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 beschriebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen
und Ausgestaltungen hiervon sind Gegenstand der Patentansprüche 2 bis 4.
Mit Hilfe der Erfindung kann eine gleichmäßige Stromdichteverteilung über die gesamte Elektrolysezone
gewährleistet und infolge dessen örtlich begrenzte Überhitzungen der Bauteile der Elektrolysezelle und
der Schmelze ausgeschaltet werden, was folglich die Kennwerte des Raffinationsprozesses verbessert, die
Betriebszuverlässigkeit der Elektrolysezelle erhöht und darüber hinaus den Zutritt zur Anodenkammer zur Anordnung
von Hilfsvorrichtungen erleichtert, die zur Verbesserung der Betriebsbedingungen und Erhöhung
der Leistungsfähigkeit der Elektrolysezelle beitragen. Ferner kann eine Schlammbildung auf der Oberfläche
des Anodenmetalls und eine Verhärtung der Salzphase ausgeschlossen werden, da die Auskleidung der Anodenkammer
mit den aus undurchdringlichem, stromleitenden Material bestehenden Seitenwänden verhindert,
daß der über dem Anodenmetall befindliche Elektrolyt mit dem über dem Kathodenmetall befindlichen.Elektrolyten
in Berührung kommen kann.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 in schematischer Darstellung eine Elektrolysezelle
zur Gewinnung und Raffination von Nichteisenmetallen und deren Legierungen in Gesamtansicht und
im Längsschnitt;
Fig. 2 in schematischer Darstellung eine Ausfüh-
Fig. 2 in schematischer Darstellung eine Ausfüh-
rungsform der Elektrolysezelle, bei der am Deckel der
Elektrolysierwanne ein Rührwerk zum Rühren des Anodenmetalls bzw. der Legierung in der Anodenkammer
angebracht ist;
Fig.3 in schcmatischer Darstellung eine Ausführungsform
einer Elektrolysezelle, bei der die Kathodenkammer mit einer Ablaßvorrichtung zum ununterbrochenen
Ablassen des Kathocx-nmetalls versehen ist
Die Elektrolysezelle zur Gewinnung und Raffination von vorzugsweise schweren Nichteisenmetalle!; bzw.
deren Legierungen stellt eine mit Feuerfeststein ausgekleidete Elektrolysierwanne 1 mit einem Deckel 2 dar
(vgl. Fig. 1). In der Elektrolysierwanne 1 befindet sich eine aus einer Auffangschale 5 mit Wänden 6 bestehende
Kathodenkammer 3 für Kathodenmetall 4. Oberhalb der Kathodenkammer 3 ist eine abnehmbare Anodenkammer
8 für Anodenmetall bzw. Anodenmetallegierungen 9 angeordnet, wobei die Anodenkammer 8 von
der Kathodenkammer 3 durch ein Isolierelement 10 getrennt ist Die Anodenkammer 8 ist ebenfalls durch eine
Auffangschale 11 gebildet deren Seitenwände längs des
gesamten Umfangs mit daran anliegendem, stromleitendem Material 12 ausgekleidet sind. Die Auffangschale
11 der Anodenkammer 8 ist aus porösem Dielektrikum
beispielsweise aus porösem Korund bzw. poröser Schamotte oder aus Keramikgewebe gefertigt. Zwischen
dem stromleitenden Material 12 an der Seitenwand der Anodenkammer und dem Isolierelement 10 ist ein Kanal
20 zur Überwachung des Standes des Elektrolyten 14 vorgesehen, der die Kathoden- und die Anodenkammer
3 bzw. 8 verbindet. Zum Aufschmelzen des Elektrolyten 14 ist die Elektrolysezelle mit einem Heizelement 15
versehen.
Die Kathodenkammer 3 ist aus stromleitendem Material
ausgeführt. Die Kathodenkammer 3 und das stromleitende Material 12 sind mit Stromzuführungen
16 bzw. 17 versehen. Dadurch wird das Anlegen der Speisespannung an die Klemmen vereinfacht sowie die
Möglichkeit geboten, die Stromzuführungen von der Elektrolysezone fernzuhalten.
Die Elektrolysezelle der erfindungsgemäßen Bauart gestattet es, infolge der vorstehend erwähnten gegenseitigen
Anordnung der Kathoden- und der Anodenkammer Parameter des Raffinationsprozesses, wie z. B.
die Reinheit des Endproduktes und dessen Ausbeute pro aufgewandter Energieeinheit zu verbessern, die Betriebszuverlässigkeit
der Elektrolysezelle infolge einer gleichmäßigeren Stromdichteverteilung über den Umfang
der Elektrolysierwanne zu erhöhen und somit die örtlich begrenzten Überhitzungen der Schmelze und
der Bestandteile der Zelle auszuschalten. Ferner wird der Zutritt zur Anodenkammer erleichtert, was es ermöglicht,
bei der Anodenraffination von Metallen zur Verbesserung der Kennwerte des Elektrolyseprozesses
ein Rührwerk 18 zum Rühren der Anodenlegierung einzusetzen (F i g. 2). Das Rührwerk 18 wird am Deckel 2
der Elektrolysierwanne 1 angebracht.
Eine Elektrolysezelle einer derartigen Bauart wird zur Gewinnung eines Zielproduktes an der Anode, beispielsweise
bei der Zerlegung von wismuthaltigem Blei verwendet.
Für den Fall, daß das Zielprodukt an der Kathode abgeschieden wird (Indium, Blei u. dgl.), ist im Aufbau
der Elektrolysezelle zur kontinuierlichen Entfernung des Kathodenmetalls aus der Kathodenkammer eine
Ablaßvorrichtung 19 (Fig. 3) vorgesehen, deren Wirkunesweise
auf dem PrinziD der kommunizierenden Röhren beruht Eine derartige bauliche Ausführung
wurde zur Gewinnung von Indium aus dessen Legierungen mit Zinn und Blei verwendet
Zweckmäßigerweise werden die Kathoden- und die Anodenkammer 3 bzw. 8 mit Stützflanschen 7 und 13
ausgeführt Hiermit wird der Anbau der Anodenkammer 8 an die Kathodenkammer 3 erleichtert und
nötigenfalls deren schleuniges Auswechseln sichergestellt
Zur Gewinnung und Raffination von schweren Nichteisenmetallen mid deren Legierungen aus Schmelzen
unter Verwendung der Elektrolysezelle der erfir.dungsgemäßen Bauart wurden technologische Bedingungen
des Elektrolyseprozesses und Elektrolyten ausgearbeitet, welche für das Metall bzw. die jeweilige Legierung
einzeln anzuwenden sind. Die Elektrolyten stellen aufgäschmolzene
Salzgemische auf der Basis von Alkalimetallhalogeniden dar, die den elektromotorischen
Stoff (Salz der basischen Komponente) und verschiedene stabilisierenden Zusätze enthalten.
Die Vorbereitung der Elektrolysezelle für den Betrieb und deren Betrieb erfolgen folgendermaßen: In
der Kathodenkammer 3 (siehe Fig. 1 bis 3) wird auf deren Auffangschale 5 mit Hilfe von Heizelementen 15
der eingegebene Elektrolyt 14 aufgeschmolzen. Danach stellt man auf den Flansch der Kathodenkammer 3 die
Anodenkammer 8 auf. In die Anodenkammer 8 wird das zu verarbeitende Metall bzw. die Legierung 9 eingegeben.
Die Elektrolysezelle wird mit dem Deckel 2 verschlossen und an dem letzteren wird das Rührwerk 18
angeordnet. Die Spannung wird an die Elektrolysierwanne mit Hilfe der Kathoden- und Anodenstromzuführung
16 und 17 gelegt. Nun ist die Elektrolysezelle einsatzbereit. Beim Durchfluß von elektrischem Strom
geht an der Anode im Verlaufe des Elektrolyseprozesses die Ionisierung der elektrisch negativ geladenen Legierungskomponenten
vor sich. Die gebildeten Ionen diffundieren unter der Wirkung des elektrischen Feldes
über die Auffangschale 11 der Anodenkammer, bewegen sich auf die Kathode zu und entladen sich hier bis
auf den metallischen Zustand. Das Kathodenmetall 4 sammelt sich in der Auffangschale der Kathodenkammer
3 an und wird je nach Ansammlung im Selbstablauf über die Ablaßvorrichtung 19 entfernt. Die Nachbeschickung
der Anodenkammer mit Ausgangslegierung geht in der Regel automatisch vor sich.
Zur Gewinnung des Zielproduktes an der Anode wurde beispielsweise eine Blei-Wismut-Legierung mit folgender
Zusammensetzung (in Masseprozent) verarbeitet: Blei 87,6 und Wismut 12,3. An der Anode wurden
130 g Ausgangslegierung verarbeitet und an der Anode 15,68 kg Wismut mit einem Gehalt an Grundmetall von
99% erhalten. Der Verbrauch an elektrischer Energie betrug 1,6 kW/h je 1 kg Blei. In einem anderen Falle
wurde in einer Elektrolysezelle derselben Bauart die Raffination von Wismut durchgeführt. An der Anode
wurden 15 kg Wismut mit folgendem Gehalt an Beimengungen (in Masseprozent) verarbeitet: Blei 0,75;
Kupfer 0,15; Silber 0,1.
An der Anode wurden 13 kg elektrolytisches Wismut
mit einem Gehalt an Grundmetall von 99,999% erhalten. Der Verbrauch an elektrischer Energie betrug
0,3 kW/h je 1 kg Wismut.
Zur Gewinnung des Zielproduktes an der Kathode wurden 34,7 kg Indiumlegierung mit folgendem Gehalt
an Beimengungen (in Masseprozent) verarbeitet: Blei 1,8; Zinn 0,12: Nickel 7 · 10-J; Kupfer 3 ■ \0~>; Kadmium
1 ■ 10-!. An der Kathode wurden 21 kg Indium mit
folgendem Gehalt an Beimengungen (in Masseprozent) gewonnen: Blei 0,08; Zinn 6 · 10-3; Nickel 2 · ΙΟ"4;
Kupfer 2,8 · 10-", Kadmium 6 · 10-4. Der Verbrauch an
elektrischer Energie betrug 1,8 kW/h je 1 kg Indium.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
IO
15
20
25
30
35
40
45
50
60
65
Claims (1)
1. Zelle zur elektrolytischen Gewinnung und Raffination von Nichteisenmetallen oder deren Legierungen
aus Elektrolysierwanne mit Deckel und mit schmelzflüssigen Anoden und schmelzflüssigen Kathoden,
bei der eine aus porösem Dielektrikum bestehende Anodenkammer in Form einer Auffangschale
mit Hilfe eines Isolierelements oberhalb einer Kathodenkammer angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet,
daß
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