EA025799B1

EA025799B1 - Устройство для регулирования мощности в ваннах электролитического извлечения металлов

Info

Publication number: EA025799B1
Application number: EA201491434A
Authority: EA
Inventors: Дункан Грант; Майкл Х. Баркер; Хенри К. Виртанен
Original assignee: Оутотек (Финлэнд) Ой
Priority date: 2012-02-10
Filing date: 2013-01-28
Publication date: 2017-01-30
Also published as: AU2013217827A1; EA201491434A1; AU2013217827B2; EP2812465A4; CA2860813C; WO2013117805A1; FI20125143A; PE20141695A1; US20160010233A1; CL2014002109A1; CN104220646A; MX2014009506A; CA2860813A1; FI123559B; EP2812465A1

Abstract

В соответствии с одним из аспектов изобретения изобретение представляет собой устройство для электролитической переработки или извлечения металлов из раствора (233) электролита. Устройство содержит электролитические ванны (210, 220) и выпрямитель (240). Ванны содержат перемежающимся образом расположенные аноды (216) и катоды (214). Аноды или катоды первой ванны электрически соединены с положительным (204) или отрицательным (202) выводом выпрямителя (240), соответственно, посредством первого пути прохождения электрического тока, обладающего первым сопротивлением (215). Аноды или катоды второй ванны электрически соединены с положительным или отрицательным выводом выпрямителя, соответственно, посредством второго пути прохождения электрического тока, обладающего вторым сопротивлением (225). Второе сопротивление выполнено более высоким, чем первое сопротивление. Устройство дополнительно включает канал (232) для электролита из первой ванны во вторую ванну, при этом электролит содержит металл в растворенной ионной форме, и концентрация металла в первой ванне выше, чем во второй ванне.

Description

(57) В соответствии с одним из аспектов изобретения изобретение представляет собой устройство для электролитической переработки или извлечения металлов из раствора (233) электролита. Устройство содержит электролитические ванны (210, 220) и выпрямитель (240). Ванны содержат перемежающимся образом расположенные аноды (216) и катоды (214). Аноды или катоды первой ванны электрически соединены с положительным (204) или отрицательным (202) выводом выпрямителя (240), соответственно, посредством первого пути прохождения электрического тока, обладающего первым сопротивлением (215). Аноды или катоды второй ванны электрически соединены с положительным или отрицательным выводом выпрямителя, соответственно, посредством второго пути прохождения электрического тока, обладающего вторым сопротивлением (225). Второе сопротивление выполнено более высоким, чем первое сопротивление. Устройство дополнительно включает канал (232) для электролита из первой ванны во вторую ванну, при этом электролит содержит металл в растворенной ионной форме, и концентрация металла в первой ванне выше, чем во второй ванне.

Область техники

Изобретение относится к электролитической переработке металлов. Примерами электролитического извлечения металлов являются электрорафинирование и электролитическое выделение. В частности, данное изобретение относится к регулированию и распределению электрической мощности в пределах одной электролитической ванны или к распределению электрической мощности между многочисленными электролитическими ваннами.

Уровень техники

При электролитическом извлечении металлов электрический ток пропускают между двумя электродами, погруженными в электролит, который представляет собой раствор, содержащий металл в растворенной ионной форме. Электрический ток вызывает осаждение металла на катоде.

Электрорафинирование (ЭР) представляет собой электролитический способ очистки металла. Анод из чернового металла растворяется, и чистый металл осаждается на катоде. Путем наложения внешнего напряжения анод делают электроположительным, а катод делают отрицательным, так чтобы электрический ток проходил через электролит между анодами и катодами. Например, при электрорафинировании меди, анод изготовлен из черновой меди; медь поступает в электролит по мере того, как анод анодно растворяется, образуя ионы меди (II) (Си²⁺ (ац.)), которые, как исторически сложилось, называют ионами двухвалентной меди. Обычно электролит содержит медь в виде сульфата меди с серной кислотой в качестве фонового электролита. Ионы меди (II) переносятся через электролит и восстанавливаются на катоде, где осаждается чистая медь. Загрязняющие элементы из анода могут оставаться в твердом виде и отлагаться в электролизной ванне в составе анодного шлама, или они могут растворяться в электролите. Загрязняющие элементы содержат, например, никель или мышьяк.

На предприятиях электрорафинирования меди концентрация примесных элементов, таких как никель и мышьяк, обычно возрастает со временем, и для очистки цехового электролита основного производственного процесса обычно используют ванны регенерации электролита. Электролитическое выделение металлов представляет собой электролитический процесс для извлечения растворенных металлов из электролита. С использованием электролитических способов можно извлечь из раствора большое количество металлов. Эти металлы включают, не ограничиваясь этим, медь, никель, золото, серебро, кобальт, цинк, хром и марганец.

В промышленном электролитическом выделении меди напряжение на ванне обычно составляет приблизительно 2,0 В; плотность тока может быть в диапазоне от 200 до 400 А/м², и площадь каждой поверхности электрода обычно составляет примерно 1 м² Термин ванна используют для описания емкости, в которой по меньшей мере один анод и один катод погружены в раствор электролита, который обычно является водным. В последующем описании термин электролизный цех обозначает компоновку, в которой по меньшей мере одна ванна (или емкость) и источник тока присутствуют в строении или замкнутой структуре, например здании. В типичной конфигурации электролизный цех содержит множество ванн.

При использовании множества ванн в традиционном электролитическом выделении металлов принято использовать несколько ванн, питаемых одним и тем же выпрямителем, подающим одинаковую плотность тока на каждый катод.

Ванны регенерации электролита аналогичны стандартным ваннам электролитического выделения. В ходе процесса медь осаждается на катодах, и концентрация иона меди в электролите снижается.

В некоторых технических решениях электролитического извлечения металлов состояние электролита изменяется в ходе процесса. Например, в процессе очистки электролита, поступившего с электрорафинирования меди, желательно удалить из электролита большую часть ионов меди совместно с вредными примесями. В ходе этого процесса свойства электролита - особенно концентрация меди - изменяются во времени.

На более поздних стадиях электролитического извлечения металлов в ваннах регенерации электролита, где концентрация меди низка, если плотность тока слишком высока, то результатом может быть нежелательное получение осадка порошкообразной меди (или медного шлама) на катоде. Имеется также риск получения на поверхности катода токсичного газа арсина.

С точки зрения электродных материалов ванны регенерации электролита процесса электролитического выделения являются такими же, как и стандартные ванны электролитического выделения; аноды являются нерастворимыми. Для ванн регенерации электролита процесса получения меди аноды обычно представляют собой сплавы на основе свинца; прокатанный сплав свинец-кальций-олово или сплав свинец-сурьма. Можно также использовать титановые аноды, покрытые смешанными оксидами металлов известные также под торговым наименованием НшеикюиаПу 81аЫс Лпойе™ (Ό8Α).

Катодами в ваннах регенерации электролита обычно являются использованные аноды из цеха элетрорафинирования; но также это могут быть постоянные катоды с пластинами из нержавеющей стали. Более старые предприятия могут все еще использовать технологию с медными основами.

Медные катоды, на которые в ваннах регенерации электролита нанесен осадок, содержащий примеси (такие как мышьяк или сурьма), возвращают в плавильную печь, чтобы переплавить их и отлить аноды для электрорафинирования.

- 1 025799

Электролит, из которого удалена медь, можно направить в ванны электрорафинирования, или дополнительно переработать, например, для удаления никеля.

В некоторых технических решениях электролитического извлечения металлов состояние электролита неизбежно изменяется в ходе процесса. Например, в процессе очистки электролита желательно удалить из электролита всю медь совместно с вредными примесями. Это означает, что в ходе процесса свойства электролита изменяются во времени.

Ванны регенерации электролита аналогичны нормальным электролитическим ваннам, но они имеют свинцовые аноды вместо медных анодов. Находящаяся в растворе медь осаждается на листах медной основы. По мере того как медь в растворе истощается, качество медного осадка ухудшается. Катоды ванны регенерации электролита, содержащие такие примеси, как сурьму, возвращают в плавильную печь, чтобы переплавить их и отлить в аноды. Очищенный электролит рециркулируют в ванны электролиза.

В цехе ванн регенерации электролита целью является удаление меди из раствора в виде твердого медного катодного осадка. Применяемые плотности тока обычно являются более низкими, чем при стандартном электролитическом выделении или при электрорафинировании меди. По ходу процесса концентрация меди в электролите понижается до более низких концентраций катионов.

Обратимся теперь к фиг. 1, где показано устройство для электролитического извлечения металлов на существующем уровне техники. На фиг. 1 имеется источник 100 напряжения, который обеспечивает отрицательное напряжение на проводнике 102, который далее соединен с катодной шиной 118. Источник 100 напряжения обеспечивает положительное напряжение на проводнике 104, который далее соединен с анодной шиной 129 ванны 120. Представлены две ванны электролиза, а именно ванна 110 и ванна 120. Ванна 110 включает катод 114 и анод 116. Ванна 110 содержит раствор электролита. Ванна 120 включает катод 124 и анод 126. Ванна 120 содержит раствор электролита. Катодная шина 118 соединена с катодами в ванне 110, например с катодом 114. Катодная шина 128 соединена с катодами в ванне 120, например с катодом 124. Анодная шина 119 соединена с анодами в ванне 110, например с анодом 116. Анодная шина 129 соединена с анодами в ванне 120, например с анодом 126. Ванна 110 и ванна 120 электрически соединены последовательно, так что анодная шина 119 соединена по ее длине с катодной шиной 128.

В ходе процесса регенерации электролита электролит сначала имеет высокую концентрацию меди. По мере переработки электролита концентрация меди снижается, а концентрация кислоты возрастает. В решениях существующего уровня техники максимальная плотность тока, которую можно использовать, определяется концентрацией меди в обедненном электролите, так как все ванны электрически соединены последовательно, и через них проходит примерно одинаковый ток.

На существующем уровне техники ванна содержит множество анодов, и все аноды электрически соединены параллельно; и множество катодов, также электрически соединенных параллельно. Таким образом, напряжение по всей ванне примерно равно напряжению, которое существовало бы между одним анодом и одним катодом. В качестве примера такое напряжение составляло бы приблизительно от 1,7 до 2,8 В в случае электролитического выделения меди в зависимости от применяемой плотности тока.

Трудно эффективно превратить электрическую мощность из напряжения сети в напряжение постоянного тока такой величины. Из этих соображений является общей практикой соединять ванны последовательно, так чтобы через все ванны шел одинаковый ток, но напряжение цепи из последовательности ванн было равно сумме напряжений на всех ваннах. Таким образом, номинальное напряжение центрального источника постоянного тока, обычно называемого выпрямителем, повышают, и можно получить высокую эффективность.

Сложность при такой организации заключается в том, что во всех ваннах используют одинаковую плотность тока. Ванны могут работать при значительно более низкой плотности тока, чем это могла бы позволить концентрация меди в электролите. Это приводит к тому, что имеется большее число ванн по сравнению с ситуацией, когда процесс мог бы идти с использованием оптимальных плотностей тока. Таким образом, цех ванн регенерации электролита использует более высокую электрическую мощность, чем в оптимальном случае.

Сущность изобретения

В соответствии с одним из аспектов данного изобретения изобретение представляет собой устройство для электролитической переработки металла, включающее по меньшей мере две электролизные ванны для металла и выпрямитель, где по меньшей мере две ванны содержат по меньшей мере три анода и по меньшей мере два расположенных между ними катода. Для устройства является характерным, что аноды или катоды первой ванны электрически связаны с положительным или отрицательным выводом выпрямителя, соответственно, посредством первого пути прохождения электрического тока, обладающего первым сопротивлением; аноды или катоды второй ванны электрически связаны с положительным или отрицательным выводом выпрямителя, соответственно, посредством второго пути прохождения электрического тока, обладающего вторым сопротивлением; второе сопротивление выполнено более высоким, чем первое сопротивление; и устройство дополнительно включает канал для электролита из первой ванны во вторую ванну; при этом электролит содержит металл в растворенной ионной форме, и концентрация металла в первой ванне выше, чем во второй ванне.

Согласно другому аспекту изобретения изобретение представляет собой устройство для электроли- 2 025799 тической переработки металла, включающее по меньшей мере две электролизные ванны для металла и выпрямитель, в котором первая ванна содержит множество катодов, расположенных между множеством анодов, и вторая ванна содержит множество катодов, расположенных между множеством анодов. Для этого устройства является характерным то, что аноды первой ванны электрически связаны с положительным выводом выпрямителя посредством первого пути прохождения электрического тока, обладающего первым сопротивлением, а аноды второй ванны электрически связаны с положительным выводом выпрямителя посредством второго пути прохождения электрического тока, обладающего вторым сопротивлением, и предусмотрено, чтобы количество анодов и катодов во второй ванне было выше, чем количество анодов и катодов в первой ванне, чтобы уменьшить разницу между первым сопротивлением и вторым сопротивлением, и устройство дополнительно включает канал для электролита из первой ванны во вторую ванну, при этом электролит содержит металл в растворенной ионной форме, и концентрация металла в первой ванне выше, чем во второй ванне.

В одном из примеров воплощения изобретения конфигурация анодов и катодов в первой и второй ваннах является такой, что катодная пластина размещена между двумя анодными пластинами. В ванне катодные и анодные пластины могут быть по существу параллельны. Пластины могут быть прямоугольными, например, 1 м на 1 м. Расстояние от катодов до соседних анодов, между которыми расположены катоды, может быть, по существу, одинаковым. Под, по существу, одинаковыми расстояниями можно подразумевать различие в расстояниях менее 10 см. Под, по существу, параллельными пластинами можно подразумевать угол между пластинами не более 10°.

В одном из примеров воплощения изобретения по меньшей мере две ванны содержат по меньшей мере три анода и по меньшей мере два расположенных между ними катода, при этом катоды расположены между анодами перемежающимся образом. Таким образом, между двумя анодами находится катод.

В одном из примеров воплощения изобретения аноды первой ванны электрически связаны с положительным выводом выпрямителя, соответственно, посредством первого пути прохождения электрического тока, обладающего первым сопротивлением; аноды второй ванны, соответственно, электрически связаны с положительным выводом выпрямителя посредством второго пути прохождения электрического тока, обладающего вторым сопротивлением.

В одном из примеров воплощения изобретения катоды первой ванны электрически связаны с отрицательным выводом выпрямителя, соответственно, посредством первого пути прохождения электрического тока, обладающего первым сопротивлением; а катоды второй ванны, соответственно, электрически связаны с отрицательным выводом выпрямителя посредством второго пути прохождения электрического тока, обладающего вторым сопротивлением.

В одном из примеров воплощения изобретения первый и второй пути прохождения электрического тока содержат металлические проводники.

В одном из примеров воплощения изобретения первый путь прохождения электрического тока состоит из проводящего материала, а второй путь прохождения электрического тока содержит в дополнение к по меньшей мере одному проводнику по меньшей мере одно резистивное устройство.

В одном из примеров воплощения изобретения первый путь прохождения электрического тока содержит проводящий материал, а второй путь прохождения электрического тока содержит по меньшей мере одно резистивное устройство.

В одном из примеров воплощения изобретения второй путь прохождения электрического тока содержит резистор и последовательно соединенную с ним анодную или катодную шину; при этом анодная или катодная шина соединена, соответственно, с каждым анодом или катодом, второй ванны.

В одном из примеров воплощения изобретения второй путь прохождения электрического тока содержит резистор и соединенную с ним последовательно анодную шину, при этом анодная шина соединена с каждым анодом второй ванны.

В одном из примеров воплощения изобретения второй путь прохождения электрического тока содержит резистор и соединенную с ним последовательно катодную шину, при этом катодная шина соединена с каждым катодом второй ванны.

В одном из примеров воплощения изобретения второй путь прохождения электрического тока содержит анодную шину, к которой присоединены токопроводы для каждого по меньшей мере из трех анодов второй ванны; при этом токопроводы для каждого из по меньшей мере трех анодов имеют соответствующие резисторы.

В одном из примеров воплощения изобретения второй путь прохождения электрического тока включает анодную или катодную шину, соответственно, первой ванны.

В одном из примеров воплощения изобретения металл представляет собой медь.

В одном из примеров воплощения изобретения первая ванна и вторая ванна представляют собой ванны регенерации электролита.

В одном из примеров воплощения изобретения устройство дополнительно содержит промежуточный источник напряжения, предназначенный для питания локальных преобразователей. Локальные преобразователи соединены с анодными и катодными шинами ванны. В устройстве могут быть локальные преобразователи для каждой ванны. Локальные преобразователи могут быть соединены с несколькими

- 3 025799 ваннами.

В одном из примеров воплощения изобретения электролитический процесс представляет собой электролитическое выделение или электрорафинирование.

В одном из примеров воплощения изобретения в процессе используют высокую катодную плотность тока в первой ванне, в которой концентрация меди является высокой; а во второй ванне, где концентрация меди ниже, используют более низкие катодные плотности тока.

В одном из примеров воплощения изобретения используют отдельный источник напряжения, например локальный преобразователь, на каждом катоде, что может позволять значительно легче регулировать плотность тока в каждой индивидуальной ванне, на каждом индивидуальном катоде, группе ванн или секций выпрямителей.

В одном из примеров воплощения изобретения для регулирования распределения тока между по меньшей мере двумя ваннами, соединенными параллельно, используют внешнее сопротивление; таким образом каждая ванна может иметь катод с различной плотностью тока.

В одном из примеров воплощения изобретения в электролизном цехе для осуществления электрорафинирования и электролитического выделения имеется устройство управления режимом электропитания. Это устройство включает множество пар катод-анод, расположенных по меньшей мере в одной ванне, и множество источников напряжения, присоединенных к каждой из ванн. Множество источников напряжения предназначены для подачи напряжения на указанные ванны в зависимости от свойств электролита в каждой ванне. Эти свойства включают, например, концентрацию меди и концентрацию кислоты, и эти свойства могут быть различными в пределах цеха электролиза, содержащего множество ванн.

В одном из примеров воплощения источники напряжения представляют собой локальные преобразователи. Вышеупомянутые источники напряжения выполнены с возможностью питания каждой пары индивидуально, или они также могут быть выполнены с возможностью питания группы пар или части ванны.

В одном из примеров воплощения изобретения ванны представляют собой ванны регенерации электролита. В одном из примеров воплощения данного изобретения устройство управления режимом электропитания дополнительно включает промежуточный источник напряжения, выполненный с возможностью питания локальных преобразователей.

Примеры воплощения изобретения, описанные ранее, можно использовать в любом сочетании друг с другом. Несколько примеров воплощения можно объединить друг с другом с получением дополнительного примера воплощения изобретения. Устройство или установка, к которым относится данное изобретение, может включать по меньшей мере один из примеров воплощения данного изобретения, описанный выше.

Следует понимать, что любой из вышеприведенных примеров воплощения или модификаций можно применять к соответствующим аспектам, к которым они относятся, индивидуально или в сочетании, если только не указано ясно, что они являются исключающими друг друга альтернативами.

Преимущество данного изобретения заключается в том, что можно использовать наилучшую из возможных плотностей тока при электролитическом выделении и электрорафинировании, когда их проводят в ванне регенерации электролита или подобной ванне, в которой нецелесообразно поддерживать одинаковую плотность тока в каждой из ванн. Например, если концентрация меди является низкой, нельзя использовать высокие плотности тока ввиду риска получения порошкообразного осадка меди или газообразного арсина. Данное изобретение позволяет получить различные плотности тока в различных ваннах одного цеха электролиза. Дополнительным преимуществом данного изобретения является то, что оно обеспечивает лучшее регулирование процессов электролитического выделения и электрорафинирования, когда плотность тока можно выбрать так, чтобы она обеспечивала наилучшие из возможных результатов при заданных условиях.

Краткое описание чертежей

Сопровождающие чертежи, которые включены для обеспечения дополнительного понимания данного изобретения и составляют часть этого описания, иллюстрируют примеры воплощения изобретения и совместно с описанием помогают объяснить принципы данного изобретения. На чертежах фиг. 1 представляет блок-схему устройства для электролитического извлечения металлов в соответствии с существующим уровнем техники;

фиг. 2 - блок-схему устройства для электролитического извлечения металлов в одном из примеров воплощения данного изобретения, в котором анодные и катодные шины для двух ванн соединены параллельно, при этом аноды имеют индивидуальные резисторы;

фиг. 3А иллюстрирует резистор в одном из примеров воплощения изобретения;

фиг. 3В - комбинацию параллельно соединенных резистора и транзистора в одном из примеров воплощения изобретения;

фиг. 3С - транзистор в одном из примеров воплощения изобретения;

фиг. 4 представляет блок-схему устройства для электролитического извлечения металлов в одном из примеров воплощения изобретения, в котором анодные и катодные шины для двух ванн соединены параллельно, а анодная шина имеет совместно используемый анодами резистор;

- 4 025799 фиг. 5 - блок-схему, иллюстрирующую в одном из примеров воплощения изобретения альтернативное устройство для регулирования с помощью резистора в компоновке ванны регенерации электролита;

фиг. 6 является блок-схемой, изображающей устройство в одном из примеров воплощения изобретения, использующее центральный выпрямитель для получения двух путей прохождения электрического тока;

фиг. 7 иллюстрирует монтаж линейных регуляторов на шинах для подвешивания анодов в одном из примеров воплощения изобретения;

фиг. 8 изображает способ соединения секций ванны таким образом, что обеспечивают несколько плотностей тока, в одном из примеров воплощения изобретения;

фиг. 9 является блок-схемой, изображающей устройство, в котором обеспечены различные плотности тока для ванн, расположенных выше и ниже по ходу потока в отношении потока электролита, с использованием последовательного соединения ванн, в одном из примеров воплощения изобретения; и фиг. 10 - блок-схемой, изображающей альтернативный способ соединения ванн, или секций ванн, в котором полярность токоведущих шин на обеих сторонах ванн меняется местами, в одном из примеров воплощения изобретения.

Подробное описание изобретения

Теперь будет сделана подробная ссылка на примеры воплощения данного изобретения, примеры которого проиллюстрированы в сопровождающих чертежах.

Фиг. 2 является блок-схемой устройства для электролитического извлечения металлов в одном из примеров воплощения данного изобретения, в котором анодные и катодные шины для двух ванн соединены параллельно, при этом аноды имеют индивидуальные резисторы.

На фиг. 2 имеется источник питания 240, отрицательный вывод которого соединен с проводником 202, который далее соединен с катодной шиной 218 ванны 210 и катодной шиной 228 ванны 220. Таким образом, катодные шины 218 и 228 соединены параллельно. Положительный вывод источника 240 питания соединен с проводником 204, который далее соединен с анодной шиной 219 ванны 210 и анодной шиной 229 ванны 220. Таким образом, анодные шины 219 и 229 соединены параллельно. Между проводником 202 и проводником 204 приложена разность потенциалов или напряжение, так чтобы существовала разность потенциалов между резистором 217 и катодной шиной 218. Параллельно такая же разность потенциалов приложена между резистором 227 и катодной шиной 228. Таким образом, электроды, соединенные с резистором 217 и резистором 227, поддерживают при анодном потенциале. Катодную шину 218 и катодную шину 228 поддерживают при катодном потенциале. Ванна 210 содержит ряд катодов, таких как катод 214, и ряд анодов, таких как анод 216. Количество анодов в ванне 210 является на единицу большим, чем количество катодов. Аноды и катоды могут представлять собой пластины. Когда ванну 210 используют для электролиза, ванна содержит электролит 212. Ванна 220 содержит ряд катодов, таких как катод 224, и ряд анодов, таких как анод 226. Ванна 220 может содержать электролит 222. Количество анодов в ванне 220 является на единицу большим, чем количество катодов. Аноды и катоды в ваннах 210 и 220 могут представлять собой пластины, например пластины 1 м на 1 м. Катодная шина 218 соединена с катодами в ванне 210, такими как катод 214. Катодная шина 228 соединена с катодами в ванне 220, такими как катод 224. Анодная шина 219 соединена с анодами в ванне 210, такими как анод 216, через резисторы, такие как резистор 215 и резистор 217. Сопротивление в резисторах между анодной шиной 219 и анодами в ванне 210 может быть низким, или наличие резисторов может быть необязательным. Анодная шина 229 соединена с анодами в ванне 220, такими как анод 226, через резисторы, такие как резистор 225 и резистор 227. Сопротивления в резисторах 215 и 217, которые соединены с анодами на концах ванны 210, являются более высокими по сравнению с сопротивлением других резисторов между анодной шиной 219 и соответствующими анодами. Подобным образом сопротивления в резисторах 225 и 227, которые соединены с анодами на концах ванны 220, являются более высокими по сравнению с сопротивлениями других резисторов между анодной шиной 229 и соответствующими анодами. Это является результатом того факта, что ток, поступающий к анодам на концах ванн 210 и 220, является более низким, так как эти аноды обращены только к одному катоду, на одной стороне. Разница в сопротивлении между резистором, соединенным с анодом на конце ванны, и резистором, соединенным с анодом, расположенным между двумя катодами, пропорциональна отличию тока, протекающему на анодной пластине, обращенной только к одной катодной пластине, а не к двум катодным пластинам. Труба 230 обеспечивает подачу электролита в ванну 210. Труба 232 обеспечивает подачу электролита из ванны 210 в ванну 220. Переработанный раствор выходит из трубы 234. Стрелки 231 и 233 указывают направление потока электролита. Как можно видеть из фиг. 2, раствор последовательно протекает через ванны. Источник 240 тока может представлять собой понижающий ИС-ЭС (постоянного тока) преобразователь. Источник 240 тока может включать источник 242 постоянного тока, катушку 244 индуктивности, конденсатор 246, транзистор 01 и 02. Транзисторы 01 и 02 работают синхронно в противофазе. Источник 240 тока может включать импульсный стабилизатор, чтобы в высокой степени эффективно преобразовывать электроэнергию. Импульсный стабилизатор может быть понижающим контуром. Источник 240 тока также может быть главным выпрямителем.

В электрическом отношении ванны 210 и 220 соединены не последовательно, а параллельно. В об- 5 025799 щем, все анодные шины соединены с положительным выводом главного выпрямителя, то есть источника 240 тока. Все катодные шины, а именно шины 218 и 228, соединены с отрицательным выводом главного выпрямителя 240. Катоды ванны 220 работают при более низком токе, чем катоды первой ванны 210, так как они имеют сопротивление, соединенное последовательно с каждым катодом или анодом. Ток на катодах в цепи ванн постепенно снижается, например, от 600 А в первой ванне до 200 А в последней ванне.

В одном из примеров воплощения изобретения ванна 210 и ванна 220 представляют собой ванны регенерации электролита. Ванна 210 представляет собой первую стадию последовательности ванн регенерации электролита, а ванна 220 представляет собой вторую стадию последовательности ванн регенерации электролита. На первой стадии электролит распределяют каскадом по меньшей мере по ванне 210. На первой стадии также может присутствовать по меньшей мере одна другая ванна. На второй стадии электролит распределяют каскадом по меньшей мере по ванне 220. На второй стадии также может присутствовать по меньшей мере одна другая ванна. При использовании двух стадий можно получить снижение концентрации меди от исходной величины 40-60 г/дм³ в подаваемом растворе до 10-15 г/дм³. На второй стадии медь удаляют от 10-15 г/дм³ приблизительно до 1 г/дм³. На первой стадии медь можно удалять из раствора в виде твердой меди, которая осаждается на катодах. Электролит пропускают каскадом по ваннам регенерации (ваннам электролитического выделения), и подают электрический ток. Применяемые плотности тока задают более низкими, чем при электролитическом выделении меди или ее электрорафинировании.

Таким образом, когда электролит пропускают каскадом через множество пар анод-катод, плотность тока предпочтительно регулировать с целью достижения наилучшего возможного результата.

Так как на поверхности катода осаждается металлическая медь, концентрация меди в растворе электролита снижается, и качество осажденной на катоде меди может ухудшиться.

В одном из примеров воплощения данного изобретения резисторы могут быть установлены последовательно с катодами, а не с анодами. Например, так, чтобы каждый из катодов ванны 220 был соединен с катодной шиной 228 через его собственный резистор.

Различные токи получают, используя различные величины подключенных последовательно резисторов. Для лучшего регулирования тока резистор можно заменить резистором и транзистором, обычно мощным полевым МОП-транзистором (металл-оксид полупроводник, ΜΘδΡΕΤ), подключенным параллельно с резистором, работающим как регулируемый резистор и обеспечивающим точное регулирование тока. В альтернативном случае резистор можно полностью заменить транзистором, чтобы обеспечить полный контроль тока. Эти возможности проиллюстрированы на фиг. 3. Фиг. 3А изображает один резистор. Фиг. 3В изображает параллельное соединение резистора и транзистора (мощный полевой МОПтранзистор, транзистор металл-оксид-полупроводник с полевым эффектом). Фиг. 3С изображает один транзистор (мощный полевой МОП-транзистор).

В примере воплощения изобретения внешнее сопротивление используют для регулирования распределения тока между двумя или более ваннами, соединенными параллельно. Таким образом, каждая ванна может иметь катод с различной плотностью тока. Концепция заключается в том, чтобы использовать внешние сопротивления для разделения тока, поступающего от единого выпрямителя, так, чтобы в процессе можно было получить различные плотности тока в различных ваннах (или секциях ванн). Резисторы фиг. 2 как раз являются примером средств обеспечения желаемого тока на каждой из ванн. Специалист понимает, что это можно обеспечить также путем использования других средств, например локальных преобразователей. Внешние сопротивления могут иметь различные величины и электрически присоединяться в процессе перед анодами, чтобы регулировать распределение тока между параллельно соединенными ваннами. Внешнее сопротивление также может быть регулируемым. Таким образом, каждая ванна (или секция ванн) может иметь катоды с плотностью тока, которая является функцией от внешнего сопротивления.

В цехе ванн регенерации электролита, где желательно удалить как можно больше меди из раствора электролита, следует иметь возможность разделять ток, поступающий от единого источника тока, таким образом, чтобы можно было подавать высокую плотность тока (например, 300 А/м²) на первые ванны, где концентрация меди высока, и более низкую плотность тока (например 100 А/м²) в последние ванны, где концентрация меди низкая. В промежуточных ваннах можно использовать 200 А/м². Таким образом, можно будет достичь хорошей эффективности по току в каждом комплекте ванн, чтобы оптимизировать использование электропитания.

Фиг. 4 представляет блок-схему устройства для электролитического извлечения металлов в одном из примеров воплощения изобретения, в котором анодные и катодные шины для двух ванн соединены параллельно, при этом анодная шина имеет совместно используемый резистор.

На фиг. 4 имеется источник 240 тока, как описано на фиг. 2. Этот источник тока обеспечивает отрицательное напряжение на проводник 402, который далее соединен параллельно с катодной шиной 418 ванны 410 и с катодной шиной 428 ванны 420. Источник 440 тока обеспечивает положительное напряжение на проводник 404, который далее соединен с анодной шиной 419 ванны 410 и с анодной шиной 429 ванны 420. Ванна 410 содержит ряд катодов, таких как катод 414, и ряд анодов, таких как анод 416. Ванна 410 может содержать электролит 412. Ванна 420 содержит ряд катодов, таких как катод 424, и ряд

- 6 025799 анодов, таких как анод 426. Ванна 420 может содержать электролит 422. В обеих ваннах количество анодов на один больше, чем количество катодов. Катодная шина 418 соединена с катодами в ванне 410, такими как катод 414. Катодная шина 428 соединена с катодами в ванне 420, такими как катод 424. Анодная шина 419 соединена с анодами в ванне 410, такими как анод 416. Анодная шина 429 соединена с анодами в ванне 420, такими как анод 426. Анодная шина 429 соединена с проводником 404 через резистор 427. Труба 430 обеспечивает подачу электролита в ванну 410. Труба 432 обеспечивает подачу электролита из ванны 410 в ванну 420. Обработанный раствор выходит из трубы 434. Как можно видеть из фиг. 4, раствор последовательно протекает через ванны.

Фиг. 5 иллюстрирует, в одном из примеров воплощения изобретения альтернативный способ введения резистивного регулирования в устройство ванны регенерации электролита.

В устройствах, показанных на фиг. 2 и 4, все катоды соединены параллельно, и все аноды соединены параллельно. Это требует главного выпрямителя с низким по напряжению и высоким по току выходом. Напряжение примерно равно напряжению на одной ванне. Когда число катодов и анодов велико, величина тока выпрямителя может быть неудобно большой. Таким образом, было бы преимуществом использовать последовательную организацию ванн, чтобы напряжение главного выпрямителя становилось больше, а его номинальный ток - меньше, для данного выхода по мощности. Фиг. 5 иллюстрирует такую организацию. На фиг. 5 имеется выпрямитель 540 и ванны 510, 511, 512, 512, 514 и 515. Выпрямитель имеет положительный вывод 204 и отрицательный вывод 202. Ванны были сформированы из трех более крупных емкостей, так чтобы существовала комбинация ванн 510 и 515. Ванны также можно сформировать путем разделения емкостей на две индивидуальные ванны с использованием барьеров 540, 541 и 542. Однако ванны 510 и 515 имеют общую анодную шину 520 и общую катодную шину 521. Подобным образом, ванны 511 и 514 имеют общую анодную шину 522 и общую катодную шину 523. Подобным образом, ванны 512 и 513 имеют общую анодную шину 524 и общую катодную шину 525. Катодная шина 521 и анодная шина 522 соединены с использованием проводника 550, в то время как катодная шина 523 и анодная шина 524 соединены с использованием проводника 551. Таким образом, разделенные барьером пары ванн соединены последовательно. Электрический ток в ваннах 510 и 511 может быть выше, чем в ваннах 512 и 513. Соответственно, электрический ток в ваннах 512 и 513 может быть выше, чем в ваннах 514 и 515. Течение электролита проиллюстрировано стрелками 530, 531, 532, 533, 534, 535 и 536. Электрический ток протекает от положительного вывода 204 выпрямителя 540 к отрицательному выводу 202 выпрямителя 540.

В ваннах 515, 514 и 513 резисторы (не показаны) соединены последовательно с анодами или катодами, чтобы регулировать течение тока через эти катоды. Более точное регулирование величины тока получают при использовании резисторов в параллельном соединении с транзисторами, или одних транзисторов, как описано ранее. Величину резисторов выбирают так, чтобы общий ток, отбираемый каждой ванной, разделялся, для каждой ванны, между верхней и нижней секциями ванны в желаемом отношении. Величины резисторов отличаются для каждой ванны таким образом, чтобы происходило плавное изменение плотности тока, воспринимаемой электролитом по мере того, как он протекает через ряд секций ванн. Следует понимать, что, если это необходимо, ванны могут быть разделены в электрическом отношении, а не объединены устройством типа уравнителя, включающего катодную и анодную шины. В этом случае можно использовать единый резистор для верхней и нижней секций емкости, сходным образом по отношению к тому, что указано в отношении фиг. 2 и 4.

В одном из примеров воплощения изобретения каждая емкость фиг. 5 разделена на две равные половины барьером, таким как барьеры 540, 541 и 542, которые разделяют электролит в емкостях на две половины. Течение электролита проиллюстрировано стрелкой 502. Однако катодные шины и анодные шины, идущие по бокам ванн, являются непрерывными.

В одном из примеров воплощения изобретения вместо двух секций ванн можно использовать две раздельные ванны, а катодные шины и анодные шины этих ванн могут быть электрически соединены. Для последовательного соединения ванн можно использовать устройство типа уравнительной шины. Путь тока по уравнительным шинам будет больше, чем в устройствах существующего уровня техники. На концах секций ванн потребуются дополнительные аноды. Электролит протекает через ванны, используя одну половину ванны, например верхние половины на фиг. 5, и протекает в противоположном направлении через другие полусекции ванны, например нижние половины на фиг. 5. Ток протекает от положительного вывода 204 выпрямителя к отрицательному выводу 202 выпрямителя. Напряжения на ваннах складываются.

Фиг. 6 изображает дополнительный пример воплощения изобретения, в котором, в одном из примеров воплощения изобретения, выпрямитель 640 используют для получения двух параллельных путей тока. Вместо выпрямителя 640 можно также использовать источник 240 тока фиг. 2.

На фиг. 6 первый путь тока проходит через ванны 610-614, а второй путь тока - через ванны 620624. В соседних ваннах, например в ваннах 610 и 611, анодная и катодная шины соединены посредством электрического проводника. Ванны разделены на две равные секции, как проиллюстрировано на фиг. 6 путем разделения ванн на первые ванны 610-614 и вторые ванны 620-624. Течение электролита проиллюстрировано стрелками 650, 652 и 654. В этом случае, однако, катодные шины и анодные шины не яв- 7 025799 ляются непрерывными по длине двух секций ванн или двух ванн, например ванн 610 и 620, но также разделены. Таким образом, устройство можно описать как две последовательности ванн половинной длины. Резисторы 632, 634 и 636 используют для получения обмена током между первым и вторым путями прохождения тока. По мере того как концентрация иона целевого металла (например, меди) в электролите снижается в верхней последовательности ванн 610-614, ток на этом пути снижают путем отведения части тока на нижний путь прохождения тока. Сходным образом ток добавляют к нижнему пути прохождения тока, где протекает электролит с более высокими концентрациями ионов целевого металла. Секции ванн или полуванны можно соединить двумя шинами 660 и 662. Шина 662 соединяет катоды ванн 614 и 624 с отрицательным выводом 202 выпрямителя 640, в то время как шина 660 соединяет аноды ванн 610 и 620 с положительным выводом 204 выпрямителя 640. Ток будет протекать по более длинному пути в продольном направлении, чем обычно, когда в устройствах существующего уровня техники применяют уравнительные шины. В качестве средства, изменяющего направление тока, можно использовать резисторы, транзисторы или резисторы, соединенные параллельно с транзисторами. Резисторы 632, 634 и 636 могут представлять собой импульсный преобразователь; в этом случае потери будут меньше, чем когда 632, 634 и 636 являются резисторами.

Фиг. 7 показывает, каким образом, в одном из примеров воплощения изобретения, транзисторы, действующие в качестве линейных регуляторов в режиме тока, можно смонтировать на анодных или катодных шинах подвески, в качестве альтернативы монтажа регулирующих ток элементов на боковых сторонах ванн.

Использование встроенных линейных регуляторов особенно применимо к устройству ванны, изображенному на фиг. 2 и 5. Катоды или аноды, на которых следует регулировать ток (показанные заштрихованными на фиг. 2 и 5), можно заменить электродами с регулируемым током конструкции, проиллюстрированной на фиг. 7, в которой ток проходит между шиной 713 подвески и пластиной 714 электрода через транзисторы 715-719 (обычно мощные полевые МОП-транзисторы). Эти транзисторы работают в линейном режиме, чтобы регулировать протекание тока между шиной подвески и пластиной электрода.

Фиг. 8 изображает способ соединения секций ванны так, чтобы обеспечить несколько плотностей тока, что может иметь преимущество, в одном из примеров воплощения изобретения, для ванны регенерации электролита процесса электролитического выделения. Числа 1-30, приведенные в столбцах для каждой ванны, обозначают катоды. Сопровождающие числа, приведенные в столбцах сбоку от чисел 130, указывают ток в амперах, протекающий через каждый катод. В этой иллюстрации последовательное соединение ванн и секций ванн получает от положительного вывода 808 главного выпрямителя ток 6000 А, который возвращается через отрицательный вывод 809 главного выпрямителя. Пути прохождения электрического тока между ваннами проиллюстрированы стрелками 811. Количество катодов в каждой секции регулируют в соответствии с плотностью тока, которую следует использовать в данной секции. На концах секций будут необходимы дополнительные аноды. Ванны разделяют на секции с помощью разделителей 810, которые представляют собой анодные шины и катодные шины. Поток 802 электролита обводит электролит вокруг этих барьеров. Анодные шины и катодные шины соединены последовательно шинами или кабелями.

Фиг. 9 изображает устройство, в котором в одном из примеров воплощения ванны разделены на три ступени. На фиг. 9 имеется выпрямитель 540. Выпрямитель 540 обеспечивает отрицательное напряжение через отрицательный вывод 902 на катодную шину 918, к которой внутри ванны 910 присоединен катод 914. Выпрямитель 540 обеспечивает положительное напряжение через положительный вывод 904 на анодную шину 966, к которой внутри ванны 960 присоединены аноды. Анод 912 ванны 910 соединен с анодной шиной 916. Анодная шина 916 соединена с катодной шиной 928 ванны 920. Аноды в ванне 920 соединены с анодной шиной 926. Электролит протекает из ванны 910 в ванну 960 через ванну 920, ванну 930, 940 и ванну 950. Ванны электрически соединены последовательно. Последовательное соединение ванн получает с положительного вывода 904 выпрямителя 540 ток, например 6000 А, который возвращается через отрицательный вывод 902 выпрямителя 540. Количество катодов в каждой ванне регулируют в соответствии с плотностью тока, которую следует использовать в этой ванне.

Фиг. 10 изображает альтернативный способ соединения ванн или секций ванны, в одном из примеров воплощения изобретения, в котором полярность токоведущих шин на каждой стороне ванн изменяется на противоположную (анодные шины сменяются катодными шинами) для обеспечения более легких и коротких соединений.

Описанные в данном тексте примеры воплощения изобретения можно использовать в любом сочетании друг с другом. Несколько примеров воплощения можно объединить друг с другом с получением дополнительного примера воплощения данного изобретения. Устройство или установка, к которому относится изобретение, может включать по меньшей мере один из примеров воплощения изобретения, описанный выше в данном тексте.

Специалисту очевидно, что с развитием технологии основная идея изобретения может быть воплощена различными путями. Таким образом, данное изобретение и примеры его воплощения не ограничены вышеописанными примерами; напротив, они могут изменяться в пределах объема формулы изобретения.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Устройство (212, 222) для электролитической переработки металла, включающее по меньшей мере две электролизные ванны (210, 220) для металла и выпрямитель (240), в котором по меньшей мере две ванны содержат по меньшей мере три анода (216) и по меньшей мере два расположенных между ними катода (214), при этом устройство отличается тем, что аноды или катоды первой ванны (210) электрически связаны с положительным или отрицательным выводом выпрямителя, соответственно, посредством первого пути прохождения электрического тока, обладающего первым сопротивлением (217, 419);

аноды или катоды второй ванны (220) электрически связаны с положительным (204, 404) или отрицательным (202, 402) выводом выпрямителя, соответственно, посредством второго пути прохождения электрического тока, обладающего вторым сопротивлением (227, 427);

второе сопротивление выполнено более высоким, чем первое сопротивление; и устройство дополнительно содержит канал (232) для электролита из первой ванны во вторую ванну, при этом электролит содержит металл в растворенной ионной форме, и концентрация металла в первой ванне выше, чем во второй ванне.
2. Устройство по п.1, в котором первый путь прохождения электрического тока и второй путь прохождения электрического тока включают металлические проводники.
3. Устройство по п.2, в котором второй путь прохождения электрического тока содержит резистор (427) и последовательно соединенную с ним анодную или катодную шину (419, 429), причем указанная анодная или катодная шина соединена с каждым анодом или катодом, соответственно, во второй ванне.
4. Устройство по п.2, в котором второй путь прохождения электрического тока содержит анодную шину, с которой соединены токопроводы для каждого по меньшей мере из трех анодов второй ванны, при этом токопроводы для каждого из этих по меньшей мере трех анодов (216) имеют соответствующие резисторы (215).
5. Устройство по п.2, в котором второй путь прохождения электрического тока включает анодную (218, 219) или катодную, соответственно, шину первой ванны.
6. Устройство по п.1, в котором металл представляет собой медь.
7. Устройство по п.1, в котором первая ванна и вторая ванна представляют собой ванны регенерации электролита.
8. Устройство по п.1, где устройство дополнительно включает промежуточный источник напряжения, выполненный с возможностью питания локальных преобразователей.
9. Устройство по п.1, в котором электролитический процесс представляет собой электролитическое выделение или электрорафинирование.
10. Устройство для электролитической переработки металла, включающее по меньшей мере две электролизные ванны (910, 920, 930, 940, 950, 960) для металла и выпрямитель (540), в котором первая ванна содержит множество катодов, расположенных чередующимся образом между множеством анодов, и вторая ванна содержит множество катодов, расположенных чередующимся образом между множеством анодов, и устройство отличается тем, что аноды (912) первой ванны (910) электрически связаны с положительным выводом (904) выпрямителя посредством первого пути (916) прохождения электрического тока, обладающего первым сопротивлением;

аноды второй ванны (960) электрически связаны с положительным выводом (904) выпрямителя посредством второго пути (966) прохождения электрического тока, обладающего вторым сопротивлением;

количество анодов и катодов во второй ванне (960) организовано так, что оно больше, чем количество анодов и катодов в первой ванне, чтобы уменьшить разницу между первым сопротивлением и вторым сопротивлением; и устройство дополнительно включает канал (932) для электролита из первой ванны во вторую ванну, при этом электролит содержит металл в растворенной ионной форме, и концентрация металла в первой ванне выше, чем во второй ванне.
11. Устройство по п.10, в котором металл представляет собой медь.
12. Устройство по п.10, в котором первая ванна и вторая ванна представляют собой ванны регенерации электролита.
13. Устройство по п.10, в котором устройство дополнительно включает промежуточный источник напряжения, выполненный с возможностью питания локальных преобразователей.
14. Устройство по п.10, в котором электролитический процесс представляет собой электролитическое выделение или электрорафинирование.