FI103811B - Laite ja menetelmä metallien erottamiseksi elektrolyyttisesti pyörivän katodisysteemin avulla - Google Patents

Description

, 103811

Laite ja menetelmä metallien erottamiseksi elektrolyyttisesti pyörivän ka-todisysteemin avulla

Keksintö koskee laitetta metallien erottamiseksi elektrolyyttisesti 5 pyörivän katodisysteemin avulla ja patenttivaatimuksen 10 mukaista menetelmää patenttivaatimuksen 1 mukaisen laitteen käyttämiseksi.

Metallien erottamiseksi liuoksista tunnetaan elektrolyysilaitteita, joissa elektrodit muodostavat levypaketteja. Tästä syystä voidaan usein havaita oikosulkuja, tai huono kosketus aiheuttaa kontrolloimattomia virranti-10 heyksiä (0,1-1 A/dm2), jolloin erottuminen on jatkuvasti epätasaista. Virtaus-olosuhteita on lisäksi hankala säädellä, mikä johtaa samoin epätasaiseen erottumiseen. Näiden haittojen kompensoimiseksi virrantiheys säädetään pieneksi, jolloin erottumisaika pitenee ja erotus tulee tästä syystä epätaloudelliseksi, tai käytetään suurempia laitteita, jolloin laitekustannukset kasvavat.

15 Julkaisusta US-PS 5183 544 tunnetaan metallien talteenottolaite, jolla metallit saadaan talteen suodatuskakusta. Suodatuskakun metallipitoiset aineosat suspendoidaan esikäsittelyn avulla ja lisätään elektrolyytti, jossa metallit erotetaan pyörivän katodin avulla. Tämä katodi on nikkelillä tai kromilla pinnoitettua alumiinia. Se joudutaan regeneroimaan jokaista käyttöä 20 varten ja tämä on varjopuoli. Erottumisen jälkeen on katodi työstettävä ennen : palauttamista prosessiin.

' Käsiteltävänä olevan keksinnön tehtävänä on tarjota laite metallien erottamiseksi elektrolyyttisesti ja menetelmä laitteen käyttämiseksi, jona on ·1 pyörivä katodisysteemi, joka on kompaktirakenteinen ja jota on helppo käyttää, i 25 joka erottaa metallit kompakteina ja homogeeneina ja joka sopii siten erin-• · i omaisesti metallien talteenottoon.

v ·· Tämä tehtävä on keksinnön mukaisesti ratkaistu patenttivaatimuk sen 1 sanamuodon mukaisella laitteella ja patenttivaatimuksen 10 sanamuo-don mukaisella menetelmällä. Patenttivaatimuksissa 2 - 9 selitetään lisäksi 30 niihin liittyviä suoritusmuotoja. Keksintöä selvennetään seuraavassa piirustusten avulla. Piirustusten kuviossa 1 nähdään kaavioesityksenä elektrolyy- • · · ’···' siyksikön pyörivän katodisysteemin periaate, kuviossa 2 nähdään poikkileik- kauksena osa kantajalieriöstä ilman kontaktisauvaa, kuviossa 3 nähdään :··; poikkileikkauksena osa kantajalieriöstä kontaktisauvan lisäämisen jälkeen, : 35 kuvio 4 on kontaktointitilan suoritusesimerkki, kuvio 5 on jatkuvan sukan muo dossa olevan vaippakatodin suoritusesimerkki.

2 103811

Kuviossa 1 nähdään kaavioesityksenä elektrolyysiyksikön pyörivän katodiyksikön periaate. Asennuskehikoila 1 on säiliö 2, joka sisältää elektrolyyttiä 3 ja jossa on säiliön keskelle hitsaamalla kiinnitetty lieriöputki 4. Tämän putken läpi kulkee käyttöakseli 5, joka on laakeroitu laakereihin 6 ja 6' ja jota 5 käyttää säädeltävä käyttölaite 7 hammasvoimansiirtohihnan 8 välityksellä ja jonka yläpää on varustettu laipalla 9. Putki ulottuu elektrolyyttitason 16 yläpuolelle, jolloin elektrolyytin poisvaluminen estyy. Elektrolyytti panostetaan elektrolyysiyksikköön tai poistetaan siitä tuloputken 17 ja vastaavasti ylivuoto-putken 18 kautta. Tällä tavoin laite sopii myös useiden tällaisten yksikköjen 10 sarjakytkemiseen. Virta johdetaan katodipuolelle käyttöakselin välityksellä, joka on tässä tapauksessa muotoiltu onttoakseliksi, ja virran johtamista varten on luikukosketin 10. KäyttöakseIiItä vaaditaan määrätty lujuus ja mikäli sen on samalla toimittava virranjohtimena, se valmistetaan metallilejeeringistä, kuten kovapronssista tai kovakuparista. Jos käyttöakselina on onttoakseli, se val-15 mistetaan esim. ruostumattomasta teräksestä, mikä vaikuttaa edullisesti kor-roosiokäyttäytymiseen. Virta 19 voidaan johtaa kuparijohtimella. Laippaan 9 on kiinnitetty kantajalieriö 11 siten, että sen lieriöseinämä 12 ulottuu elektrolyyttiin. Kantajalieriön ulkopinnalle on kiinnitetty vaippakatodi 20, johon virta 19 johdetaan pistorasialla 14 varustetulla kontaktisauvalla 30, kuten alempana 20 selitetään. Anodipuoli vihoitetaan tunnettuun tapaan sauva- tai levyelektro-: deilla 15. Vaippakatodin 20 materiaaleina tulevat kysymykseen metallista tai muovista valmistetut kalvot, harsot, kudokset, punokset, kuitukankaat, vaahdot ja vastaavat.

; Kuviossa 2 nähdään poikkileikkauksena osa kantajalieriöstä. Kan- ; 25 tajalieriössä 11 on yksi tai useampi kapea rako 21, johon vaippakatodi 20 on .*·: : työnnetty siten, että sen päät 22 ja 22' on käännetty kantajalieriön 23 ja 23 ' • * · ; reunojen yli. Kantajalieriö valmistetaan edullisesti muovista, esim. polypro peenista. Mutta se voidaan myös valmistaa metallimateriaalista, jolloin sen si-:T: säpuoli voi olla jauhemaalattu vähintään elektrolyyttitason yläpuolelle riittävän :*·*: 30 eristyksen ja korroosiosuojan saavuttamiseksi. Raot 21 ovaat kapeita ja ne *. sovitetaan vaippakatodin 20 materiaalin mukaan. Niiden leveys on 2 - 5 mm ja • · · ne ovat olennaisesti yhdensuuntaisia käyttöakselin pyörimisakselin kanssa; mutta ne voivat myös olla vinosuuntaisia. Vaippakatodina tulevat kysymyk-·:·*: seen ohuet, taipuisat materiaalit kuten Cu-kalvot, joiden paksuus on 15- 35 150 pm, edullisesti 70 pm, tai polypropeenikudos, jonka paksuus on 50-500 pm, tai sähköä johtava polypropeenivaahto, jonka paksuus on 3 - 5 mm ja 3 103811 joka on avohuokoinen ja pieniohminen. Tällaiset vaippakatodimateriaalit ovat saatavissa edulliseen hintaan rullatavarana. Kantajalieriön panostamista varten taivutettujen vaippakatodikappaleiden päät viistotaan siten, että viistotut päät on helppo tämän jälkeen työntää rakoihin. Kontaktisauvan lisäämisen jäl-5 keen muodostuu tällä tavoin, kuten alempana tarkemmin selitetään, kantajalieriön tasaisesti kattava vaippakatodi. Tällä tavoin aikaansaadaan anodijärjes-telyn suhteen tarkoin määritelty geometria, mikä on olennaista homogeenin erottumisen saavuttamiseksi. Rakoleveydet sovitetaan sitten valittujen vaippa-katodimateriaalien mukaan siten, että erottuminen raon takana voidaan estää 10 tehokkaasti. Raon 21 takana on raon kanssa yhdensuuntainen kontaktointitila 25, joka muodostuu profiilikappaleesta 24 ja kantajalieriostä 11. Profiilikappale 24 on kiinnitetty kantajalieriöön kohdissa 26 ja 26' edullisesti hitsaamalla. Kontaktointitila 25 on tässä kuvassa neliömäinen ja sen tehtävänä on kontak-toiminen.

15 Kuviossa 3 nähdään poikkileikkauksena osa kantajalieriostä kon taktisauvan lisäämisen jälkeen. Kantajalieriö 11 ja vaippakatodi 20 ja sen päät 22 ja 22' ovat samat kuin kuviossa 2. Kontaktointitila 25 on tässä kuvassa olennaisesti lieriömäinen ja se realisoituu putkena 24. Katodipuolen varoituksen välittää kontaktisauva 30 vaippakatodiin 20. Kontaktisauvan materiaali ja 20 mitat valitaan siten, että syntyy suuripintainen kosketus ja että vaippakatodi .·. : voidaan samalla kiinnittää kontaktisauvalla kantajalieriölle siten, että muunlai- . nen kiinnitys ei ole tarpeen. Tämä on osoittaunut erityisen edulliseksi siten, että voitiin saavuttaa elektrolyyttispesifisesti suurimmat virrantiheydet, edulli-; sesti 1-10 A/dm2, ja muodostui kompakti, mekaanisesti stabiili metallikerros j 25 ilman havaittavissa olevaa haitallista erottumista. Valittiin poikkipinta-alaltaan :‘jj pyöreä kontaktisauva 30, mutta poikkipinta-ala voi olla toisenlainenkin, esim.

kuusikulmainen. Olennaista on, että materiaalin ja mittojen, erityisesti poikkipinta-alan läpimitan ja muodon valinnalla voidaan aikaansaada optimaalinen pakkokosketus suhteutettuna vaippakatodissa käytettyihin materiaaleihin. 30 Osoittautui yllättäen, että käyttämällä kuvatunlaista kontaktisauvaa saadaan täysin jännitetty vaippakatodi, myös käytettäessä henkäyksen ohuita kalvoja, jotka olivat tasaisesti kantajalieriöllä. Tästä huolimatta tämä kiinnitystäpä on '·;· osoittaunut ongelmattomaksi, yksinkertaiseksi ja nopeaksi, josta osoituksena •: · ·: on suoritettujen erotusten hyvä toistettavuus.

4 103811

Kuvio 4 on kontaktointitilan suoritusesimerkki. Kantajalieriön 11 takana on toinen lieriö 40, jonka läpimitta on pienempi kuin kantajalieriön 11. Si-sälieriö 40 on kiinnitetty kantajalieriöön 11 väliseinillä 41 ja 41'. Tällä tavoin muodostuu suunnilleen neliömäinen tai suorakaiteen muotoinen kontaktointila 5 25, jossa vaippakatodi 20 on laajapintaisesti kosketuksessa neliömäisen tai suorakaiteen muotoisen kontaktisauvan kanssa.

Kuvio 5 on jatkuvan sukan muodossa olevan vaippakatodin suoritusesimerkki. Kontaktointitila 25 varustettiin tässäkin tapauksessa putkella 24. Vaippakatodina 20 käytettiin letkun muotoista, verkkomaista materiaalia, joka 10 oli saatavissa päättömänä letkuna ja katkotaan määrämittaiseksi tarpeen mukaan. Määrämittaiseksi katkottu letkunpätkä pujotetaan kantajalieriön 11 päälle ja työnnetään apulevyn 50 avulla nuolen suunnassa rakoon siten, että kosketus kontaktisauvaan tapahtuu yksinkertaisesti ja varmasti apulevyn poistamisen jälkeen. Tässä suoritusesimerkissä käytetään edullisesti kantaja-15 lieriötä, jossa raot ovat vastakkain, jolloin kosketus tapahtuu moitteettomasti ja vaippakatodin pinta on varmasti tasainen. Käyttämällä kahta rakoa voidaan näin kaksinkertaistaa kosketuspinta ja tämä on monasti eduksi.

Esimerkissä 1 selitetään Cu-pitoisesta kiinteästä huuhtelukylvystä saatavan liuoksen elektrolyysi. Kylpy oli liitetty Cu-elektrolyytin jälkeen, joka 20 sisälsi 60 g/l kuparia. Vaippakatodina käytettiin 70 pm paksua Cu-kalvoa, jon-: ka koko oli 0,25 m x 0,438 m ja katodin pinta-ala 0,344 m2. Katodisysteemin . .·] pyörimisnopeus oli 16 kierr./min. Virrantiheys oli 1 A/dm2. Panoksen tilavuus oli 100 litraa ja lähtökonsentraatio oli 4 g/l. Loppukonsentraatio oli 1,2 mg/l ; 15,3 tunnin kuluttua ja hyötysuhde siten 64 %.

• 4 · ; 25 Esimerkissä 2 selitetään Ag-pitoisesta, syanidipitoisesta kiinteästä- • · · :;j ·* huuhtelukylvystä saatavan liuoksen elektrolyysi. Kylpy oli liitetty syanidipitoi- : sen Ag-elektrolyytin jälkeen. Vaippakatodina käytettiin tässäkin tapauksessa 70 pm paksua Cu-kalvoa, jonka koko oli 0,25 m x 0,438 m ja katodin pinta-ala :T: 0,344 m2. Katodisysteemin pyörimisnopeus oli 16 kierr./min. Virrantiheys oli :V: 30 1 A/dm2. Panoksen tilavuus oli 100 litraa ja lähtökonsentraatio oli 1,74 g/l.

Loppukonsentraatio oli 1,5 mg/l 13,8 tunnin kuluttua ja hyötysuhde siten 9,1 %.

Esimerkissä 3 selitetään Ag-pitoisesta, syanidipitoisesta kiinteästä ··*··: huuhtelukylvystä saatavan liuoksen elektrolyysi. Kylpy oli liitetty syanidipitoi- 35 sen Ag-elektrolyytin jälkeen. Vaippakatodina käytettiin tässäkin tapauksessa • · 70 pm paksua Cu-kalvoa, jonka katodin pinta-ala oli 7 dm2. Katodisysteemin 5 103811 pyörimisnopeus oli 16 kierr./min. Panoksen tilavuus oli 30 litraa ja lähtökon-sentraatio 1,74 g/l. Loppukonsentraatio oli 1 mg/l 49 tunnin kuluttua ja hyötysuhde siten 7 %.

Esimerkissä 4 selitetään Cu-pitoisesta kylvystä saatavan liuoksen 5 elektrolyysi. Kylpy oli liitetty CuS04-elektrolyytin jälkeen, joka sisälsi 14 g/l kuparia. Vaippakatodin katodin pinta-ala oli 35 dm2 ja pyörimisnopeus 30 kierr./min. Kylvyn tilavuus oli 120 litraa. Virrantiheys oli 1,5 A/dm2 ja kennovirta 52 A. Lähtökonsentraatio oli 14 g/l, loppukonsentraatio oli 28,5 tunnin kuluttua alle 0,1 mg/l ja hyötysuhde siten 95,7 %.

10 Esimerkissä 5 selitetään Au-pitoisesta kylvystä saatavan liuoksen elektrolyysi, jossa lähtökonsentraatio oli 400 mg/l kultaa. Vaippakatodin katodin pinta-ala oli 7,3 dm2 ja pyörimisnopeus 12 kierr./min. Kylvyn tilavuus oli 30 litraa ja pH-arvo 4,5. Virrantiheys oli noin 0,1 A/dm2 ja kennovirta 0,73 A. Anodit oli pinnoitettu titaani/platinalla. Elektrolyyttisuihku suunnattiin katodiin ja 15 tämä lisäsi elektrolyytin sekoittumista. Loppukonsentraatio oli 16 tunnin kuluttua 1 mg/l ja hyötysuhde siten 13,9 %. Tässä Au-erotuksessa erottui kaikkiaan 12 g kultaa, mikä vastaa arvoa 1,02 g/Ah.

Kuvatunlaisella laitteella ja menetelmällä on käyttöä metallien ottamiseksi talteen metallipitoisista, riittävästi sähköä johtavista liuoksista, mutta 20 myös tällaisten liuosten rikastamiseksi päämääränä palauttaa ne työprosessiin : määrätyn pituisen elektrolyyttisen käsittelyn jälkeen. Kohteena voivat olla syö- . vytyskylvyt, peittauskylvyt ja vastaavat elektrolyytit, jotka muuttuvat työproses- : ^ sin aikana ja joissa voi tästä syystä syntyä haitallisia metallikonsentraatioita.

. : Keksinnön kannalta on olennaista, että tehtävän keksinnön mukai- ; 25 selle ratkaisulle on ominaista vaippakatodilla varustetun kantajalieriön yksin- • · · kertainen käsittely, joka koskee erityisesti elektrolyyttisen saostuman poistoa vaippakatodista, ja vaippakatodimateriaalin valinta, koska tämä voidaan sovittaa optimaalisesti kulloisenkin elektrolyyttisen erottamisen mukaan.

• · · • · · • · · • · · • · · * · ·

• 1 I

• · · • · · • · · « · • · · • · · • · · • «

Claims (12)

1. 6 103811
2. 1. Laite metallien erottamiseksi elektrolyyttisesti metallien talteen-ottokennossa, jolloin metallien talteenottokenno käsittää säiliön, elektrolyytin, 5 anodiosan, pyörivän katodisysteemin, välineet sen käyttämiseksi säädellysti sekä välineet virransyöttöä varten, tunnettu siitä, että metallien talteen-ottokennossa pyörivä katodisysteemi käsittää kantajalieriön (11), jossa on vähintään yksi rako (21) ja sen takana vähintään yksi kontaktointitila (25), vähintään yhden vaippakatodin (20), välineet kosketuksen aikaansaamiseksi ja 10 käyttöakselin (5), joka on varustettu virransyöttövälineillä.
3. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu siitä, että kantajalieriö (11) on valmistettu muovista tai metallista.
4. 3. Patenttivaatimuksen 1 - 2 mukainen laite, tunnettu siitä, että rako (21) on olennaisesti yhdensuuntainen pyörimisakselin kanssa.
5. 4. Patenttivaatimuksen 1-3 mukainen laite, tunnettu siitä, että yhdensuuntaisesti raon (21) kanssa asennettu kontaktointitila (25) muodostuu siihen kiinnitetystä putkesta (24).
6. 5. Patenttivaatimuksen 1 - 3 mukainen laite, tunnettu siitä, että raon (21) kanssa yhdensuuntaisesti asennettu kontaktointitila (25) muodostuu 20 kantajalieriön (11) kanssa konsentrisesta toisesta ja pienemmästä lieriöstä (40), joka on kiinnitetty kantajalleriöön väliseinillä (41 ,41') siten, että muo-. dostuu suljettu kontaktointitila. :v, 6. Patenttivaatimuksen 1 - 5 mukainen laite, tunnettu siitä, että !. kosketusta varten kontaktointitilassa (25) on kontaktisauva (30). ; . 25 7. Patenttivaatimuksen 1 - 6 mukainen laite, tunnettu siitä, että • · · kontaktisauva (30) on poikkipinta-alaltaan pyöreä tai kulmikas, edullisesti kuu-: sikulmainen ja sen ainakin alapää on suipennettu.
7. 8. Patenttivaatimuksen 1 - 7 mukainen laite, tunnettu siitä, että •‘.i’·’ käyttöakseli (5) on onttoakseli, jonka onttotilassa on sähköjohdin (19) sähkön 30 syöttämiseksi.
8. 9. Patenttivaatimuksen 1 - 7 mukainen laite, tunnettu siitä, että • · · ’ ΓΓΓ käyttöakseli (5) toimii samalla sähköjohtimena (19) sähkön syöttämiseksi ja * *: * ‘ että se on valmistettu metallilejeeringistä, edullisesti kovapronssista tai kova- "·: kuparista.
9. 10. Menetelmä patenttivaatimuksen 1 mukaisen laitteen käyttämi seksi, tunnettu siitä, että vaippakatodi (20) on asetettu kantajalieriölle 7 103811 (11) siten, että se joutuu kontaktointitilassa olevan kontaktisauvan (30) välityksellä laajapintaiseen kosketukseen ja kiinnittyy samalla tasaisesti, että panostettu kantajalieriö asennetaan yksinkertaisesti laippaan (9) ja että virransyöttö (19) kontaktisauvaan tapahtuu käyttöakselin (5) välityksellä.
10. 11. Patenttivaatimuksen 10 mukaisen menetelmän käyttö metallien ottamiseksi talteen metallipitoisista, riittävästi sähköä johtavista liuoksista.
11. 12. Patenttivaatimuksen 10 mukaisen menetelmän käyttö metallien rikastamiseksi metallipitoisista, riittävästi sähköä johtavista liuoksista niiden palauttamiseksi työprosessiin. ♦ ♦ 1 · * · • · • · · • · · ♦ ♦♦ · «♦· * · « • · · ♦ ♦ · • · · • · · • » · • · · • · · • · · • · · • · · • · « , » · * I I • · „ 103811 O