EP0753604A1 - Anode zur elektrolytischen Gewinnung von Metallen - Google Patents

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EP0753604A1
EP0753604A1 EP96111010A EP96111010A EP0753604A1 EP 0753604 A1 EP0753604 A1 EP 0753604A1 EP 96111010 A EP96111010 A EP 96111010A EP 96111010 A EP96111010 A EP 96111010A EP 0753604 A1 EP0753604 A1 EP 0753604A1
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anode
electrolyte
titanium
copper
metal
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Nikola Dr. Anastasijevic
Gerhard Adolf Jedlicka
Karl Lohrberg
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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
    • C25C7/00—Constructional parts, or assemblies thereof, of cells; Servicing or operating of cells
    • C25C7/02—Electrodes; Connections thereof

Definitions

  • the invention relates to an anode for the electrolysis for obtaining a metal from an electrolyte containing the metal ionogen, wherein with the application of a direct electrical voltage between the anode and one or two flat cathode or cathodes arranged in the electrolyte at a distance of 10 to 100 mm from the anode the metal is deposited on the cathode and the anode has a substantially horizontal, current-carrying support rail located outside the electrolyte and two grid-like, at least half of the electrolyte, substantially parallel metal surfaces (anode grid) are connected in an electrically conductive manner to the support rail are.
  • the anode is particularly intended for the extraction of copper.
  • An anode of this type is known from DE-C-37 31 510. Current densities in the range of 600 to 1200 A / m 2 are used for copper extraction. Perforated or lattice-like anodes are also known from U.S. Patents 3,915,834 and 4,113,586. The breakthroughs in the anode surface are said to reduce disturbances due to gas development and to even out the current distribution in the electrolyte.
  • the invention has for its object to provide an anode for high and highest current densities, so that the electrolysis equipped with it can achieve high metal deposition rates. According to the invention, this succeeds in the anode mentioned at the outset in that the mounting rail has a Has copper conductor and is connected to the copper conductor at least one vertical copper rod, wherein there is a direct current transfer between the copper conductor and the copper rod, that the copper rod is covered by a sheath made of titanium and the copper rod is pressed into the sheath, and that the copper rod with the titanium -Mantle arranged between the two anode grids and connected to them in an electrically conductive manner.
  • Power is supplied to the anode from the outside via the copper conductor and from there via one or more copper rods and through their titanium sheath onto the anode grid.
  • This enables high currents of several 1000 A to be conducted to the anode grids.
  • the area of the associated cathodes can be made correspondingly large, which improves the deposition performance.
  • the copper rods of the anodes are located in the electrolyte, which is, for example, copper sulfate.
  • the titanium sheath surrounding the bars protects against the corrosion attack of the electrolyte.
  • the copper rod is pressed into the titanium sheath when the sheath is being produced. It is recommended to use elevated temperatures in the range of 400 to 700 ° C.
  • the simultaneous production of the Copper rods with an associated titanium sheath can be made in a manner known per se, for example by composite extrusion or in another way.
  • the electrolysis container (1) in FIG. 1 has an inlet (2) for the electrolyte and an outlet (3). Partially immersed in the electrolyte bath (4), cathodes (K) and anodes (A) are arranged in succession in the container (1). Each cathode and each anode is equipped with a horizontally running support rail (6), cf. also FIG. 2, through which the current is conducted to the electrode from an external direct voltage source (not shown).
  • the mounting rail (6) of the anode according to the invention has a copper conductor (6a) on the inside, which is shown in FIG. 4. To protect against corrosion, the mounting rail (6) is surrounded by a cover made of titanium sheet, which is not shown in detail.
  • each anode (A) has two parallel metal grids, which are referred to here as anode grids (7) and (8). These can be expanded metal grids, but it is also possible to produce the grid structure by a dense arrangement of holes in a metal surface.
  • the anode grid (7) and (8) consist of titanium, which is coated for activation in a manner known per se with mixed oxides based on Ru and / or Ir. Titanium sheets (10), (11), (12) and (13) are connected to the inside of the anode grid (7) and (8) by spot welding. These titanium sheets (10) to (13) are in turn welded to the titanium jacket (15) (see FIGS. 3 and 5) which surrounds the copper rods (16).
  • the distance between the two anode grids (7) and (8) is usually 20 to 80 mm.
  • the edge area (7a) and (8a) of the anode grid is angled, cf. Fig. 3, and the two anode grid are connected there, which gives the arrangement additional stability.
  • the titanium sheets (10) to (13), as shown in FIG. 3, are somewhat curved and act like elastic springs which separate the anode grids (7) and (8) with slight pressure.
  • each anode causes the resulting gas bubbles to rise up without any significant impediment and to leave the electrolysis bath (4). This is particularly important at high current densities, since the increased gas formation interferes with the movement of the ions in the electrolyte and can locally reduce the ion concentration.
  • FIG. 4 shows an enlarged view of how the copper conductor (6a) of the mounting rail (6) is connected to a copper rod (16) by screwing.
  • the screw (20) engages with its thread in a threaded blind hole (21) at the upper end of the copper rod (16).
  • the surfaces (22) pressed against one another on the copper conductor (6a) and at the front end of the copper rod (16) are serrated or roughened in some other way in order to keep the ohmic resistance low during the current transfer.
  • the titanium sheath (15) surrounding the copper rod (16) has been omitted for clarity.
  • the diameter of the copper rods (16), cf. 5, too, is mostly in the range from 10 to 40 mm.
  • the cross-sectional area of the copper rods does not necessarily have to be circular, it is also e.g. a rectangular or oval shape possible. Wall thicknesses in the range from 0.2 to 1 mm are usually suitable for the titanium jacket (15).
  • the partitions (25) and (26) have between the anode grids (7) and (8) two vertical partition walls (25) and (26) running parallel to the grids. These partitions also consist of titanium sheet, for example.
  • the walls (25) and (26) are covered with the titanium sheath Copper rods (16) welded and also connected to the bent edge regions (7a) and (8a) of the anode grid (7) and (8) in an electrically conductive manner.
  • the partition walls (25) and (26) have a mechanically stabilizing effect, conduct current from the copper rod (16) to the edge regions (7a) and (8a) of the anode grid and also act as a guide for the rising gas bubbles.
  • the partitions (25) and (26) can also be made of plastic (eg polyester or polypropylene), a thickness of 2 to 5 mm being recommended. These plastic walls also have a stabilizing effect and improve the discharge of the gas bubbles.

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Abstract

Die Anode weist eine im wesentlichen horizontale, der Stromzuführung dienende, außerhalb des Elektrolyten befindliche Tragschiene (6) auf, mit der Tragschiene sind zwei gitterartige, mindestens zur Hälfte im Elektrolyten befindliche, im wesentlichen parallele Metallflächen (7) (Anodengitter) elektrisch leitend verbunden. Die Tragschiene weist einen Kupferleiter auf und mit dem Kupferleiter ist mindestens ein vertikaler Kupferstab (16) verbunden. Zwischen dem Kupferleiter und dem Kupferstab besteht ein direkter Stromübergang. Der Kupferstab ist von einem Mantel (15) aus Titan umhüllt, wobei der Kupferstab im Mantel eingepreßt sitzt. Der Kupferstab mit dem Titan-Mantel ist zwischen den beiden Anodengittern angeordnet und mit diesen elektrisch leitend verbunden. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Anode für die Elektrolyse zur Gewinnung eines Metalls aus einem das Metall ionogen enthaltenden Elektrolyten, wobei unter Anlegen einer elektrischen Gleichspannung zwischen der Anode und einer oder zwei im Abstand von 10 bis 100 mm von der Anode im Elektrolyten angeordneten flächigen Kathode oder Kathoden das Metall an der Kathode abgeschieden wird und wobei die Anode eine im wesentlichen horizontale, der Stromzuführung dienende, außerhalb des Elektrolyten befindliche Tragschiene aufweist und mit der Tragschiene zwei gitterartige, mindestens zur Hälfte im Elektrolyten befindliche, im wesentlichen parallele Metallflächen (Anodengitter) elektrisch leitend verbunden sind. Die Anode ist insbesondere zum Gewinnen von Kupfer vorgesehen.
  • Eine Anode dieser Art ist aus DE-C-37 31 510 bekannt. Hierbei werden bei der Kupfergewinnung Stromdichten im Bereich von 600 bis 1200 A/m2 angewandt. Gelochte oder gitterartige Anoden sind ferner aus den US-Patenten 3 915 834 und 4 113 586 bekannt. Die Durchbrechungen in der Anodenfläche sollen Störungen durch Gasentwicklung vermindern und die Stromverteilung im Elektrolyten vergleichmäßigen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anode für hohe und höchste Stromdichten zu schaffen, so daß die damit ausgerüstete Elektrolyse hohe Metallabscheideleistungen erbringen kann. Erfindungsgemäß gelingt dies bei der eingangs genannten Anode dadurch, daß die Tragschiene einen Kupferleiter aufweist und mit dem Kupferleiter mindestens ein vertikaler Kupferstab verbunden ist, wobei zwischen dem Kupferleiter und dem Kupferstab ein direkter Stromübergang besteht, daß der Kupferstab von einem Mantel aus Titan umhüllt ist und der Kupferstab im Mantel eingepreßt sitzt, und daß der Kupferstab mit dem Titan-Mantel zwischen den beiden Anodengittern angeordnet und mit diesen elektrisch leitend verbunden ist.
  • Die Stromzuführung zur Anode erfolgt von außen über den Kupferleiter und von dort über einen oder mehrere Kupferstäbe sowie durch deren Titan-Mantel auf die Anodengitter. Dadurch können hohe Ströme von mehreren 1000 A zu den Anodengittern geleitet werden. Gleichzeitig ergibt sich ein mechanisch stabiler Anodenaufbau. Es wird deshalb möglich, daß die Fläche der beiden Anodengitter, die für das Eintauchen in den Elektrolyten vorgesehen ist, eine Höhe von mindestens 1 m aufweisen kann. Die Fläche der zugehörigen Kathoden kann entsprechend groß ausgebildet werden, was die Abscheideleistung verbessert.
  • Während des Betriebs der Elektrolyse befinden sich die Kupferstäbe der Anoden im Elektrolyten, bei dem es sich z.B. um Kupfersulfat handelt. Der die Stäbe umgebende Titan-Mantel schützt gegen den Korrosionsangriff des Elektrolyten. Um den notwendigen guten Stromübergang zwischen dem Kupferstab und dem ihn umgebenden Titan-Mantel zu erreichen, wird der Kupferstab beim Herstellen der Ummantelung in den Titan-Mantel eingepreßt. Hierzu empfiehlt es sich, erhöhte Temperaturen im Bereich von 400 bis 700°C anzuwenden. Die gleichzeitige Herstellung des Kupferstabs mit zugehöriger Titan-Ummantelung kann in an sich bekannter Weise z.B. durch Verbundstrangpressen oder auf andere Weise erfolgen.
  • Ausgestaltungsmöglichkeiten der Anode werden mit Hilfe der Zeichnung erläutert. Es zeigt:
    • Fig. 1
    eine Metallgewinnungs-Elektrolyse im Längsschnitt in schematischer Darstellung,
    Fig. 2
    eine Anode im Längsschnitt, geschnitten nach der Linie II-II in Fig. 3,
    Fig. 3
    einen Querschnitt durch die Anode der Fig. 2, geschnitten nach der Linie III-III,
    Fig. 4
    die Verbindung zwischen der Tragschiene und einem Kupferstab im Längsschnitt,
    Fig. 5
    einen Querschnitt durch einen Kupferstab mit Titan-Mantel und
    Fig. 6
    den Querschnitt durch eine zweite Anodenvariante in schematischer Darstellung.
  • Der Elektrolysebehälter (1) der Fig. 1 weist einen Zulauf (2) für den Elektrolyten und einen Ablauf (3) auf. Teilweise eingetaucht in das Elektrolytbad (4) sind im Behälter (1) aufeinanderfolgend Kathoden (K) und Anoden (A) angeordnet. Jede Kathode und jede Anode ist mit einer horizontal verlaufenden Tragschiene (6) ausgestattet, vgl. auch Fig. 2, durch die von einer äußeren Gleichspannungsquelle (nicht dargestellt) der Strom zur Elektrode geleitet wird. Die Tragschiene (6) der erfindungsgemäßen Anode weist im Innern einen Kupferleiter (6a) auf, der in Fig. 4 dargestellt ist. Zum Schutz vor Korrosion ist die Tragschiene (6) von einer Hülle aus Titanblech umgeben, die nicht im einzelnen dargestellt ist.
  • Wie aus Fig. 1 bis 3 hervorgeht, gehören zu jeder Anode (A) zwei parallele Metallgitter, die hier als Anodengitter (7) und (8) bezeichnet werden. Es kann sich hierbei um Streckmetallgitter handeln, doch ist es auch möglich, die Gitterstruktur durch eine dichte Anordnung von Löchern in einer Metallfläche herzustellen. Die Anodengitter (7) und (8) bestehen aus Titan, welches zur Aktivierung in an sich bekannter Weise mit Mischoxiden auf Ru- und/oder Ir-Basis beschichtet ist. Mit der Innenseite der Anodengitter (7) und (8) sind Titanbleche (10), (11), (12) und (13) durch Punktschweißen verbunden. Diese Titanbleche (10) bis (13) sind wiederum mit dem Titan-Mantel (15) (vgl. Fig. 3 und 5) verschweißt, der die Kupferstäbe (16) umgibt.
  • Der Abstand der beiden Anodengitter (7) und (8) beträgt üblicherweise 20 bis 80 mm. Der Randbereich (7a) und (8a) der Anodengitter ist abgewinkelt, vgl. Fig. 3, und die beiden Anodengitter sind dort miteinander verbunden, was der Anordnung zusätzliche Stabilität verleiht. Die Titanbleche (10) bis (13) sind, wie Fig. 3 zeigt, etwas gebogen und wirken wie elastische Federn, welche die Anodengitter (7) und (8) mit leichtem Druck auseinanderhalten.
  • Die Gitterstruktur jeder Anode läßt entstehende Gasblasen ohne nennenswerte Behinderung aufwärts steigen und das Elektrolysebad (4) verlassen. Dies ist besonders bei hohen Stromdichten von großer Bedeutung, da die verstärkte Gasbildung die Bewegung der Ionen im Elektrolyten stört und die Ionenkonzentration örtlich verringern kann.
  • In Fig. 4 ist vergrößert dargestellt, wie der Kupferleiter (6a) der Tragschiene (6) mit einem Kupferstab (16) durch Verschrauben verbunden ist. Hierbei greift die Schraube (20) mit ihrem Gewinde in ein Gewinde-Sackloch (21) am oberen Ende des Kupferstabs (16) ein. Die gegeneinander gepreßten Flächen (22) am Kupferleiter (6a) und am Stirnende des Kupferstabs (16) sind gezähnt oder in anderer Weise angerauht, um den ohmschen Widerstand beim Stromübergang niedrig zu halten. In Fig. 4 wurde der Titan-Mantel (15), der den Kupferstab (16) umgibt, der besseren Übersichtlichkeit wegen weggelassen. Der Durchmesser der Kupferstäbe (16), vgl. auch Fig. 5, liegt zumeist im Bereich von 10 bis 40 mm. Die Querschnittfläche der Kupferstäbe muß nicht unbedingt kreisförmig sein, es ist auch z.B. eine rechteckige oder ovale Form möglich. Für den Titan-Mantel (15) kommen üblicherweise Wandstärken im Bereich von 0,2 bis 1 mm in Frage.
  • Die Anodenvariante der Fig. 6 weist zwischen den Anodengittern (7) und (8) zwei vertikale, parallel zu den Gittern verlaufende Trennwände (25) und (26) auf. Diese Trennwände bestehen z.B. ebenfalls aus Titanblech. Die Wände (25) und (26) sind mit dem Titan-Mantel des Kupferstabs (16) verschweißt und auch mit den umgebogenen Randbereichen (7a) und (8a) der Anodengitter (7) und (8) elektrisch leitend verbunden. Dadurch wirken die Trennwände (25) und (26) mechanisch stabilisierend, leiten Strom vom Kupferstab (16) bis in die Randbereiche (7a) und (8a) der Anodengitter und wirken ferner als Führung für die aufsteigenden Gasblasen. Alternativ können die Trennwände (25) und (26) auch aus Kunststoff (z.B. Polyester oder Polypropylen) bestehen, wobei sich eine Dicke von 2 bis 5 mm empfiehlt. Auch diese Kunststoffwände wirken stabilisierend und verbessern die Ableitung der Gasblasen.

Claims (6)

  1. Anode für die Elektrolyse zur Gewinnung eines Metalls aus einem das Metall ionogen enthaltenden Elektrolyten, wobei unter Anlegen einer elektrischen Gleichspannung zwischen der Anode und einer oder zwei im Abstand von 10 bis 100 mm von der Anode im Elektrolyten angeordneten flächigen Kathode oder Kathoden das Metall an der Kathode abgeschieden wird und wobei die Anode eine im wesentlichen horizontale, der Stromzuführung dienende, außerhalb des Elektrolyten befindliche Tragschiene aufweist und mit der Tragschiene zwei gitterartige, mindestens zur Hälfte im Elektrolyten befindliche, im wesentlichen parallele Metallflächen (Anodengitter) elektrisch leitend verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragschiene einen Kupferleiter aufweist und mit dem Kupferleiter mindestens ein vertikaler Kupferstab verbunden ist, wobei zwischen dem Kupferleiter und dem Kupferstab ein direkter Stromübergang besteht, daß der Kupferstab von einem Mantel aus Titan umhüllt ist und der Kupferstab im Mantel eingepreßt sitzt, und daß der Kupferstab mit dem Titan-Mantel zwischen den beiden Anodengittern angeordnet und mit diesen elektrisch leitend verbunden ist.
  2. Anode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche der beiden Anodengitter, die für das Eintauchen in den Elektrolyten vorgesehen ist, eine Höhe von mindestens 1 m aufweist.
  3. Anode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kupferleiter der Tragschiene mit dem vertikalen Kupferstab verschraubt ist.
  4. Anode nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Anodengitter mit dem Titan-Mantel des Kupferstabs durch Federelemente aus Titanblech elektrisch leitend verbunden sind.
  5. Anode nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Kupferleiter der Tragschiene eine Hülle aus Titanblech aufweist.
  6. Anode nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Titan-Mantel mindestens ein vertikales Metallblech verbunden ist, welches den Raum zwischen den beiden Anodengittern teilt.
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