EA025814B1

EA025814B1 - Анодный отсек для ячеек электрохимического извлечения металлов

Info

Publication number: EA025814B1
Application number: EA201400330A
Authority: EA
Inventors: Джузеппе ФАИТА
Original assignee: Индустрие Де Нора С.П.А.
Priority date: 2011-10-26
Filing date: 2012-10-25
Publication date: 2017-01-30
Also published as: JP6113178B2; ZA201401934B; BR112014009801B1; EA201400330A1; ITMI20111938A1; CN103890238B; CN103890238A; WO2013060786A1; JP2014530961A; BR112014009801A2; KR20140082788A; MX2014004999A; PE20142085A1; AU2012330375A1; EP2776611B1; AU2012330375B2; CA2847819A1; KR101947369B1; TWI563127B; CL2014001071A1

Abstract

Настоящее изобретение относится к анодному отсеку ячеек для электрохимического извлечения металлов, ограниченному каркасом в форме рамки, содержащему оболочку, включающую проницаемый сепаратор, прикрепленный к упомянутому каркасу в форме рамки посредством фланца в форме рамки, по меньшей мере один анод, полученный, начиная с подложки из вентильного металла, покрытой по меньшей мере одним устойчивым к коррозии каталитическим слоем, причем упомянутый анод введен внутрь упомянутой оболочки, а туманоуловитель размещен над упомянутым анодом и ограничен упомянутым сепаратором и упомянутым каркасом. Изобретение также относится к электрохимической ячейке для электрохимического извлечения металлов, содержащей по меньшей мере один такой анодный отсек.

Description

Область изобретения

Изобретение относится к анодному отсеку ячейки для электрохимического извлечения металлов, оборудованному анодом, состоящим из металлической подложки, снабженной покрытием, содержащим каталитический слой. Анодный отсек предназначен для удерживания пузырьков кислорода, образующихся при анодной реакции на поверхности анода.

Предпосылки изобретения

Процессы электроизвлечения в основном осуществляют в неразделенных электрохимических ячейках, содержащих электролитическую ванну и множество анодов и катодов; в таких процессах, как, например, электроосаждение меди, электрохимическая реакция, происходящая на катоде, обычно выполненном из нержавеющей стали, приводит к осаждению меди в металлическом виде на самом катоде. На аноде, обычно выполненном из свинца, в результате электрохимической реакции образуется газообразный кислород, который отделяется от поверхности электрода в виде пузырьков, перемещающихся к поверхности электролита. По достижении свободной поверхности электролита пузырьки лопаются, способствуя образованию кислотного тумана (аэрозоля), в основном состоящего из капелек кислого электролита, взвешенных в атмосфере, окружающей электролитическую ванну. Кислотные туманы, помимо того, что они вредны для здоровья людей, работающих в такой окружающей среде, являются коррозионными и опасными для всех металлических деталей помещения, в котором размещена ячейка, и могут повредить находящиеся там приборы.

Для контроля концентрации кислотных туманов, возникающих в среде, окружающей ячейки для электроосаждения металлов, известны и используются несколько химических и физических технологий; таковые включают применение поверхностно-активных веществ (ПАВ) и механических способов, таких как, например, использование слоев шариков, плавающих на поверхности электролита, которые заставляют пузырьки газа двигаться по извилистому пути, где происходит сепарация кислотных туманов.

Недавно были предприняты попытки заменить свинцовые аноды, подверженные выделению вредных материалов с течением времени, нерасходуемыми анодами, получаемыми на подложке из титана или другого вентильного металла с поверхностным катализатором. Помимо гарантирования лучшей энергоэффективности, анод такого типа более устойчив к коррозии, также обходя проблему загрязнений свинцом, получаемых во время процесса.

Тем не менее отмечено, что при выделении кислорода на анодах последнего типа кислород выделяется в виде пузырьков гораздо меньшего размера (микропузырьки), что приводит к повышенному образованию кислотных туманов по сравнению со свинцовыми анодами. Вышеуказанные способы контроля над кислотными туманами не обладают, таким образом, такой же эффективностью.

Таким образом, это свидетельствует о необходимости предоставления новой системы, пригодной для уменьшения или исключения кислотных туманов в процессах электроосаждения при использовании анодов из вентильных металлов, содержащих поверхностные каталитические слои.

Краткое описание изобретения

Различные аспекты данного изобретения изложены в прилагаемой формуле изобретения.

В одном аспекте изобретение относится к анодному отсеку ячейки электрохимического извлечения металлов, ограниченному каркасом в форме рамки, содержащему один анод, полученный, начиная с подложки из вентильного металла, покрытой по меньшей мере одним устойчивым к коррозии каталитическим слоем, причем упомянутый анод введен внутрь оболочки, состоящей из проницаемого сепаратора, причем упомянутый проницаемый сепаратор прикреплен к упомянутому каркасу в форме рамки посредством фланца, также имеющего форму рамки, при этом туманоуловитель размещен над анодом и ограничен упомянутым проницаемым сепаратором и упомянутым каркасом. Конфигурация такого типа имеет преимущество удерживания микропузырьков, находящихся в закрытом пространстве. Каркас в форме рамки для закрепления проницаемого сепаратора может быть из пластмассы, например, образованный четырьмя прямыми сегментами, скрепленными на концах. Элемент фланца для прикрепления проницаемого сепаратора к рамке может также быть из пластмассы и закрепляться, например, болтами.

Под выражением анодный отсек, как используется в данном документе, подразумевается конструкция, которая применяется для каждого анода, присутствующего в ячейке для электроосаждения, необязательно для замены уже существующего свинцового анода.

В одном варианте осуществления анодный отсек содержит анод, имеющий механическую конструкцию, состоящую из просечно-вытяжной сетки, перфорированной пластины или плоской пластины.

Альтернативно, анодный отсек содержит анод, имеющий механическую конструкцию, состоящую из пары просечно-вытяжных сеток или пары перфорированных пластин, размещенных параллельно напротив друг друга. Последнее решение, предлагающее анод, подразделенный на два параллельных, обращенных друг к другу элемента, может иметь преимущество, связанное со сведением к минимуму омического падения напряжения и усреднением распределения тока.

В одном варианте осуществления анодный отсек согласно данному изобретению содержит анод, имеющий одинарную или двойную механическую конструкцию, при этом вентильный металл подложки представляет собой титан, а по меньшей мере один каталитический слой, нанесенный на подложку, содержит оксиды иридия и тантала.

- 1 025814

В дополнительном варианте осуществления анодный отсек содержит проницаемый сепаратор, который может состоять из пористого листа или катионообменной мембраны, например, углеводородного типа. В случае, когда пористый сепаратор представляет собой пористый лист, часть листа, находящаяся в контакте с газовой фазой, может быть необязательно снабжена непроницаемым слоем с целью предотвращения возможной утечки кислорода в окружающую среду.

В одном варианте осуществления туманоуловитель выполнен из пластмассы, или слоя пенопласта, или из плотноупакованных тонких пластинок. Туманоуловитель имеет целью удерживать туманы кислого электролита, выносимые кислородом, выделяющимся из жидкой фазы. После прохождения через туманоуловитель кислород отводят в атмосферу или предпочтительно направляют в коллектор, соединенный с аспиратором для дальнейшего снижения возможных остаточных следов кислотного тумана, предотвращая в как можно большей степени их выброс во внешнюю окружающую среду.

В другом аспекте изобретение относится к электрохимической ячейке для электрохимического извлечения металла, содержащей по меньшей мере один анодный отсек, как описано выше.

Предложенная конструкция пригодна для установки на заводах по извлечению металлов электрохимическим способом, в частности, для извлечения меди и никеля, при новом строительстве или в качестве замены уже существующих свинцовых электродов.

Теперь со ссылкой на приложенный чертеж будут описаны некоторые варианты осуществления, иллюстрирующие изобретение, который имеет целью исключительно иллюстрирование взаимного расположения различных элементов по отношению к упомянутым конкретным вариантам осуществления изобретения; в частности чертежи не обязательно нарисованы в масштабе.

Краткое описание чертежа

На чертеже показан вид спереди и соответствующий вид сбоку возможного варианта осуществления анодного отсека, содержащего анод, образованный парой просечно-вытяжных сеток, имеющих два токосъемных стержня, размещенных внутри них.

Подробное описание чертежа

На чертеже показан вид спереди и соответствующий вид сбоку одного варианта осуществления анодного отсека, ограниченного пластмассовым каркасом 2, закрепляющего фланца 3, к которому прикреплен пористый сепаратор 4, анода, образованного парой параллельных просечно-вытяжных сеток, размещенных напротив друг друга 5, прокладки 6, предназначенной предотвращать возможную утечку кислорода в окружающую среду, уплотнений 7, туманоуловителя 8, токосъемных стержней 9 и сопла 1 выхода кислорода.

Некоторые из наиболее значительных результатов, полученных изобретателями, представлены в следующих примерах, которые не предназначены в качестве ограничения объема данного изобретения.

Пример.

Анодный отсек, который показан на чертеже, был собран в лабораторной экспериментальной ячейке. Ячейка, содержащая два катода из нержавеющей стали высотой 100 см и шириной 70 см, с анодным отсеком согласно чертежу, размещенным между катодами, содержит анод, полученный, начиная с подложки, состоящей из пары 70x70 см параллельных просечно-вытяжных сеток, размещенных напротив друг друга и выполненных из титана с каталитическим слоем на основе оксидов тантала и иридия с общим нанесенным количеством 9 г/м² и молярным отношением Та:1г, составляющим 35:65 в пересчете на элементы. Анодный отсек дополнительно содержит два листа пористого полипропилена, гидрофилизированного порошком диоксида кремния, снабженных в их верхней части тонким слоем газонепроницаемого неопрена, и туманоуловитель, состоящий из основной части из открытопористого пенополиуретана, имеющего поры со средним диаметром 100 мкм. Электрохимическое извлечение меди проводили в течение 5 ч при плотности постоянного тока 700 А/м². Электролит содержал 60 г/л сульфата меди и 100 г/л серной кислоты. Исследование характеристик кислотного аэрозоля проводили на приблизительной высоте 40 см над уровнем ячейки по всему периметру в течение 45 мин. Была обнаружена средняя концентрация аэрозоля 0,3 мг на 1 м³ воздуха.

Сравнительный пример.

Была собрана ячейка, содержащая два катода из нержавеющей стали высотой 100 см и шириной 70 см с анодом, размещенным между катодами, полученным, начиная с подложки, состоящей из пары 70x70 см параллельных просечно-вытяжных сеток, размещенных напротив друг друга и выполненных из титана с каталитическим слоем на основе оксидов тантала и иридия с общим нанесенным количеством 9 г/м²и молярным отношением Та:1г, составляющим 35:65 в пересчете на элементы. Электрохимическое извлечение меди проводили в течение 5 ч при плотности постоянного тока 700 А/м². Электролит содержал 60 г/л сульфата меди и 100 г/л серной кислоты. Три слоя полых полипропиленовых шариков с диаметром 19 мм помещали на открытую поверхность электролита. Исследование характеристик кислотного аэрозоля проводили на приблизительной высоте 40 см над уровнем ячейки по всему периметру в течение 45 мин. Была обнаружена средняя концентрация аэрозоля 1,3 мг на 1 м³ воздуха.

Предшествующее описание не предназначено для ограничения изобретения, которое может быть применено в соответствии с разными вариантами осуществления в пределах его рамок, и объем которого

- 2 025814 определяется исключительно прилагаемой формулой изобретения.

Везде в описании и формуле изобретения настоящей заявки термин содержать (включать) и его варианты, такие как содержащий и содержит, не предназначены для исключения присутствия других элементов, компонентов или дополнительных этапов способа.

Обсуждение документов, действий, материалов, устройств, деталей и подобного включено в данное описание исключительно с целью предоставления контекста для настоящего изобретения. Не предполагается и не представляется, что любой из этих вопросов формировали часть основы предшествующего уровня техники или составляли общеизвестное знание в области, относящейся к настоящему изобретению, до даты приоритета каждого пункта формулы данного изобретения.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Анодный отсек для ячеек электрохимического извлечения металлов, ограниченный каркасом в форме рамки, содержащий оболочку, включающую проницаемый сепаратор, прикрепленный к упомянутому каркасу в форме рамки посредством фланца в форме рамки, по меньшей мере один анод, полученный, начиная с подложки из вентильного металла, покрытой по меньшей мере одним устойчивым к коррозии каталитическим слоем, причем упомянутый анод введен внутрь упомянутой оболочки, туманоуловитель, размещенный над упомянутым анодом и ограниченный упомянутым сепаратором и упомянутым каркасом.
2. Анодный отсек по п.1, в котором упомянутая подложка из вентильного металла имеет механическую конструкцию, состоящую из просечно-вытяжной сетки, перфорированной пластины или плоской пластины.
3. Анодный отсек по п.1, в котором упомянутая подложка из вентильного металла имеет механическую конструкцию, состоящую из пары просечно-вытяжных сеток или перфорированных пластин, размещенных параллельно напротив друг друга.
4. Анодный отсек по одному из пп.1-3, в котором вентильный металл упомянутой подложки представляет собой титан, а упомянутый каталитический слой упомянутого анода содержит оксиды иридия и тантала.
5. Анодный отсек по п.1, в котором упомянутый проницаемый сепаратор выбран из пористого листа и катионообменной мембраны углеводородного типа.
6. Анодный отсек по п.1, в котором упомянутый туманоуловитель выполнен из пластмассы или слоя пенопласта, или из плотно упакованных тонких пластинок.
7. Электрохимическая ячейка для электрохимического извлечения металлов, содержащая по меньшей мере один анодный отсек по п.1.