FI104189B - Menetelmä ja laite puhdistetun metallisulfaattiliuoksen laadun on-line-valvontaa varten - Google Patents

Description

1 104189

Menetelmä ja laite puhdistetun metallisulfaattiliuoksen laadun on-line -val-^ vontaa varten.- Förfarande och anordning för on-line övervakning av en re- nad metallsulfatlösning Tämä keksintö koskee puhdistetun metallisulfaattiliuoksen laadun on-line valvon-5 taa, tarkemmin sanoen sinkin elektrolyyttistä valmistusta varten käytetyn puhdistetun sinkkisulfaattiliuoksen laadun valvontaa.

Sinkkiteollisuudessa käytetään mutkikasta moniportaista puhdistusta varmistamaan, että kaikkien haitallisten epäpuhtauksien, erityisesti koboltin, antimonin, raudan, kadmiumin ja kuparin pitoisuudet pidetään määrättyjen rajojen alapuolella. Vaihte-10 luita kuitenkin tapahtuu. Analyyttisiä menetelmiä voidaan käyttää epäpuhtaustasojen valvomiseksi, mutta synergisten ja orgaanisten lisäaineiden vaikutukset jäävät huomiotta. Faradayn sähkömekaanisen ekvivalenssilain periaatteeseen perustuvien laatumittareiden käyttöä on myös selostettu kirjallisuudessa, kuten havainnollistetaan seuraavissa artikkeleissa: 15 - A.P. Saunders, I. Philip ja J.P. Martin: "An automated instrument for the determi nation of the effects of impurities on the cathodic current efficiency during the electrowinning of Zinc", Report No. T6C4, Natn. Inst, for Metallurgy, Johannesburg; - A.W. Bryson: "A solution quality analyser for zinc sulphate electrolyte", Report 20 No. T6C1, Natn. Inst, for Metallurgy, Johannesburg.

Nämä anturit eivät kuitenkaan sovellu kovinkaan hyvin sinkkisulfaattiluoksen laadun on-Iine -valvontaan, koska niitä ei ole varustettu välinein, joilla elektrodien pinta palauttaisiin ennalleen jokaisen mittauksen lopuksi.

Esillä olevan keksinnön tavoitteena on aikaansaada menetelmä ja laite, jotka mah-• . 25 dollistavat jokaisen mittauksen lopuksi kertyneen sinkin täydellisen liukenemisen, : niin että aikaansaadaan puhdas elektrodipinta, jota seuraavissa mittauksissa tarvi taan haitallisten epäpuhtauksien vaikutusten tarkkaa ilmaisua varten.

Esillä olevan keksinnön mukainen menetelmä käsittää vaiheet, joissa metallia kerrostetaan puhdistetusta metallisulfaattiliuoksesta liuokseen upotetulle työelektrodil-30 le, johtamalla vakiovirta liuoksen läpi virrantiheyden ollessa alueella 25 -150 : mA/cm^ ennalta määrätyn ajan; työelektrodille kerrostunut metalli liuotetaan t kääntämällä työelektrodin ja vastaelektrodin välille johdettu potentiaali päinvastai- 2 104189 seksi, niin että johdetaan vastasuuntainen virta samalla virrantiheydellä liuoksen läpi, kunnes kaikki työelektrodille kerrostunut metalli on poistunut, joka ilmaistaan elektrodin potentiaalin äkillisenä muutoksena; ja palautetaan vastaelektrodin pinta ennalleen liuottamalla kaikki vastaelektrodille kerrostunut metalli pois jokaisen 5 mittauksen lopuksi.

Vastaelektrodille kerrostuneen metallin liuottaminen pois tehdään edullisesti gal-vaanisesti, vaikka se voitaisiin tehdä sähkökemiallisesti tai kemiallisesti. Metalli-sulfaattiliuos on edullisesti sinkkisulfaattiliuosta, jota käytetää sinkin elektrolyyttiseen tuottamiseen.

10 Edullisesti elektrodeihin kohdistetaan ultraäänienergiaa elektrodien puhdistamiseksi löysästi tarttuvasta aineesta jonkin ajan käytön jälkeen sekä liuoksen homogeenisen koostumuksen takaamiseksi.

Elektrodipotentiaalin ilmaisu liuotusajan lopussa voidaan tehdä sopivan jännitetason ilmaisimen avulla, joka on kytketty elektriden välille, tai referenssielektrodin 15 avulla, joka upotetaan liuokseen samalla kun se on sähköisesti liitetty vastaelekt-rodiin.

Esillä olevan keksinnön laite käsittää puhdistettua metallisulfaattiliuosta sisältävän kennon, työelektrodin ja vastaelektrodin, jotka on upotettu liuokseen, välineet potentiaalin johtamiseksi työelektrodin ja vastaelektrodin välille vakiovirran johtami-20 seksi alueella 25 -150 mA/cm^ olevalla virrantiheydellä liuoksen läpi metallin kerrostamiseksi puhdistetusta metallisulfaattiliuoksesta työelektrodille ennalta määrä-. tyn jakson ajan, välineet työelektrodin ja vastaelektrodin välille johdetun potenti aalin kääntämiseksi päinvastaiseksi samansuuruisen vastakkaissuuntaisen virran johtamiseksi liuoksen läpi, kunnes kaikki metalli elektrodipotentiaalin äkillisen 25 muutoksen ilmaisemana on poistunut työelektrodista, jolloin laatuindeksi johdetaan liuotusajan ja ja kerrostamisajan välisestä suhteesta, sekä välineet kolmannen elektrodin viemiseksi liuokseen kokeen lopussa vastaelektrodille mahdollisesti kerty-. · neen metallin poistamiseksi jokaisen mittauksen lopuksi, niin että vastaelektrodi jää kemiallisesti puhtaaksi ja valmiiksi seuraavaa koetta varten.

30 Elektrodit on edullisesti tehty grafiitista. Voidaan myös käyttää muita sähköisesti pysyviä aineita, kuten AI, Pb-Ag (7 %), platinoitua titaania, tai johtavia keraameja.

Kolmas elektrodi on tehty pienen vety-ylijännitteen materiaalista, erityisesti jalo- w : metallista, esim. platinasta tai arvometallista, joka on päällystetty jalometallilla, esim. platinoidusta titaanista. Tämä piirre erottaa esillä olevan keksinnön instru- 104189 3 mentin aikaisemmista instrumenteista, jotka perustuivat Faradayn sähkömekaanisen ekvivalenssilakiin. Liuottamisen aikana vastaelektrodille työelektrodista kertynyttä v sinkkiä ei kokeen lopussa systemaattisesti poistettaisi joutumatta muihin vaikeuk siin. Elektrodimateriaalin sopivaan valintaan yhdistettynä sinkin galvaaninen pois-5 tammen, sen lisäksi että se on monta kertaa nopeampi kuin anodinen poistaminen, jättää vastaelektrodin kemiallisesti puhtaaksi ja valmiiksi seuraavaa koetta varten.

Keksintöä selitetään nyt esimerkin vuoksi oheiseen piirustukseen viitaten, joka esittää esillä olevan keksinnön mukaisen laatumittarin kaavakuvan.

Piirustukseen viitaten sinkkisulfaattiliuoksen näyte sijoitetaan elektrolyyttikennoon 10 10. Yleisesti puhuen johdetaan vakiovirta näyteliuoksen läpi, ensin toiseen suun taan ja sitten toiseen. Näiden kahden virran suunnan aikasuhdetta käytetään näyte-liuoksen laatuindeksin laskemiseksi.

Vakiovirta muodostetaan virtalähteellä ja säätöjärjestelmällä 12. Tämä vakiovirta johdetaan näyteliuoksen läpi työelektrodin 14 ja vastaelektrodin 16 kautta. Virta 15 johdetaan kennon läpi ennalta määrätyn ajan, esimerkiksi 100s, ja tämän ajan kertyy sinkki työelektrodille 14. Sitten virran suunta käännetään napaisuuden vaihtore-leellä 18, jota käytetään virtalähteellä ja säätöjärjestelmällä 12. Työelektrodille kerrostuneen sinkin liuottamiseen kuluva aika ilmaistaan sopivalla jännitetason anturilla, joka on kytketty elektrodien väliin, tai liuokseen upotetulla referenssielekt-20 rodilla 19.

Laatuindeksi lasketaan virran kummankin suunnan aikajakson suhteena. Jos aika toiseen suuntaan (kerrostaminen) on 100 s, niin laatuindeksi on prosentteina yhtä suuri kuin vastakkaisen suunnan (liuottamisen) aika sekunneissa.

Kokeen aikana kennon lämpötila pidetään edullisesti noin 60 C:ssa sijoittamalla 25 kenno vesikylpyyn 20, joka on termostaatilla säädetty. Voidaan myös käyttää muita menetelmiä näytteen lämpötilan säätämiseksi.

V Kun koe on loppu, elektrodit puhdistetaan niille mahdollisesti kertyneen metallin poistamiseksi seuraavaan kokeeseen valmistauduttaessa, koska kuten edellä mainittiin, esillä olevan keksinnön mukainen laite on suunniteltu on-line toimintaa 30 varten. Esillä olevan keksinnön mukaisesti liuokseen upotetaan jonkin sopivan toimilaitteen 23 avulla pienen vety-ylijännitteen metallielektrodi 22, esim. platinoitua titaania, vastaelektrodille mahdollisesti jääneen sinkin poistamiseksi. Käytettäessä vesikylpyä näytteen lämpötilan ylläpitämiseksi voidaan elektrodien puhdistamisen edistämiseksi käyttää ultraäänilähetintä 24, jota käytetään virtalähteellä ja 4 104189 säätöjäqestelmällä 12. Tässä tapauksessa elektrolyyttikenno on tehtävä aineesta, joka läpäiseen ultraääniaaltoja.

Claims (9)

104189 5

1. Menetelmä puhdistetun metallisulfaattiliuoksen laadun on-line-valvontaa varten, tunnettu siitä, että se käsittää vaiheet, joissa: 10 a) metallia kerrostetaan puhdistetusta metallisulfaatti- liuoksesta liuokseen upotetulla työelektrodille johtamalla vakiovirta liuoksen läpi virrantiheyden ollessa alueella 25 - 150 mA/cm2 asetetun jakson ajan; b) työelektrodille kerrostunut metalli siirretään vasta-15 elektrodille kääntämällä työelektrodin ja vastaelektrodin välille johdettu potentiaali päinvastaiseksi vastasuuntaisen virran johtamiseksi samalla virrantiheydellä kuin vaiheessa a) liuoksen läpi, kunnes kaikki sinkki on poistunut työ-elektrodilta, joka ilmaistaan elektrodin potentiaalin äkil-20 lisenä muutoksena; c) lasketaan liuotusajan ja kerrostumisajän suhde liuoksen laatuindeksin saamiseksi; ja d) palautetaan vastaelektrodin pinta ennalleen liuottamalla galvaanisesti kaikki vastaelektrodille kerrostunut metalli 25 pois jokaisen mittauksen lopuksi.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että metallisulfaattiliuos on sinkkisulfaatti- " r liuosta, jota käytetään sinkin elektrolyyttiseen tuottami-30 seen.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että elektrodit on tehty grafiitista tai muista sähkökemiallisesti pysyvistä aineista. V ; 35

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että elektrodeihin kohdistetaan ultraääniener-giaa pinnan puhdistamiseksi löysästi tarttuneen materiaalin puhdistamiseksi sekä liuoksen homogeenisen koostumuksen 40 varmistamiseksi. 104189 6

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että elektrodipotentiaalin ilmaisu tehdään mittaamalla elektrodien yli vaikuttava potentiaali tai käyttämällä liuokseen upotettua referenssielektrodia. 5

5 Patenttivaatimukset >

6. Laite puhdistetun metallisulfaattiliuoksen laadun on-line-valvontaa varten, tunnettu siitä, että laite käsittää: a) puhdistettua metallisulfaattiliuosta sisältävän kennon; 10 b) työelektrodin ja vastaelektrodin, jotka on upotettu liuokseen; c) välineet potentiaalin johtamiseksi työelektrodin ja vastaelektrodin välille vakiovirran johtamiseksi alueella 25 - 150 mA/cm2 olevalla virrantiheydellä liuoksen läpi 15 metallin kerrostamiseksi puhdistetusta metallisulfaattili-uoksesta työelektrodille asetetun jakson ajan; d) välineet työelektrodin ja vastaelektrodin välille johdetun potentiaalin kääntämiseksi päinvastaiseksi samansuuruisen vastakkaissuuntaisen virran johtamiseksi liuoksen läpi, 20 kunnes kaikki metalli elektrodipotentiaalin äkillisen muutoksen ilmaisemana on poistunut työelektrodista, jolloin laatuindeksi johdetaan liuotusajan ja kerrostamisajän välisestä suhteesta; ja e) välineet kolmannen elektrodin viemiseksi liuokseen kokeen ’ - 25 lopussa vastaelektrodille mahdollisesti kertyneen metallin poistamiseksi galvaanisesti jokaisen mittauksen lopuksi niin, että vastaelektrodi jää kemiallisesti puhtaaksi ja valmiiksi seuraavaa koetta varten. .. 30

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen laite, tunnettu ( siitä, että elektrodit on tehty grafiitista tai muista sähkökemiallisesti pysyvistä aineista.

8. Patenttivaatimuksen 6 mukainen laite, tunnettu 35 siitä, että kenno on sijoitettu vesikylpyyn, joka pidetään noin 60°C lämpötilassa. 104189 7

9. Patenttivaatimuksen 6 mukainen laite, tunnettu siitä, että kenno on tehty aineesta, joka läpäisee ultraää-niaaltoja, ja että laite lisäksi käsittää veteen upotetun ultraäänilähettimen ultraäänienergian kohdistamiseksi ken-5 nossa oleviin elektrodeihin elektrodien puhdistamiseksi. • · • j 104189 8