FI122595B - Menetelmä metallin elektrolyyttiseksi talteenottamiseksi ja elektrolyysijärjestelmä - Google Patents

Description

MENETELMÄ METALLIN ELEKTROLYYTTISEKSI

TALTEENOTTAMISEKSI JA ELEKTROLYYSIJÄRJESTELMÄ

KEKSINNÖN ALA

5

Keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdanto-osassa määritelty menetelmä. Edelleen keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 11 johdanto-osassa määritelty elektrolyysijärjestelmä.

10

KEKSINNÖN TAUSTA

Elektrolyysissä elektrolyyttiin liuotettu metalli otetaan elektrolyyttisesti talteen (engl. electrowinning). Talteenotto tapahtuu elektrolyysialtaassa, jos-15 sa on joukko anodeja ja joukko katodeja järjestettynä vuorottelevasti. Johdettaessa järjestelmään sähkövirta sulfaattipohjaisessa elektrolyysissä metallia saostuu katodin pintaan ja anodeilla syntyy veden hajotessa happoa ja happea reaktioyhtälöiden (1) ja (2) mukai-20 sesti:

Anodinen reaktio :H20 2H+ + ^02 + 2e“ (1)

Katodinen reaktio: Mez+ + ze" Me 25 Me = metalli, esim. Ni, Co, Mn tai Cu missä z = metalli-ionin varaus cvj ^ Diat ragmateknnkkaa on käytetty sellaisten metallien ^ elektrolyyttisessä talteenotossa, jotka metallit ovat 30 sähkökemiallisessa sarjassa epäjalompia kuin vety. Näi-

CO

!- den metallien, jollaisia ovat esimerkiksi nikkeli, ko- boltti ja mangaani, pelkistymisen ylipotentiaali on kor- Q_ keampi kuin vedyllä, minkä vuoksi vedyn kehittymistä ma-o taialla pH:11a on vältettävä erottamalla anolyytti ja

LO

g 35 katolyytti toisistaan elektrolyyttiä hallitusti läpäise- ^ väliä materiaalilla, kuten diafragmakankaalla, ja elekt rolyytin täytyy virrata katolyyttitilasta anolyyttiti- 2 laan. Yleensä katodit on asetettu diafragmatilaan sul-faattipohj aisessa elektrolyysissä.

Anodipusseja käytettäessä kukin anodi on järjestettynä 5 elektrolyyttiä hallitusti läpäisevästä materiaalista muodostetun anodipussin sisään. Anodipussi rajaa sisäänsä anodisen tilan ja katodit ovat anodipusseja ympäröivässä vapaassa katodisessa tilassa. Anodipussissa olevan anolyytin pH on alempi hapon muodostumisen 10 vuoksi (suuruusluokkaa pH 1 tai alle) kuin katodisessa tilassa olevan katolyytin pH (suuruusluokkaa pH 3 - 4). Elektrolyyttiä virtaa jatkuvasti katodisesta tilasta anodipussin sisälle anodiseen tilaan. Anolyytti on anodia ympäröivä elektrolyytti ja katolyytti on ka-15 todia ympäröivä elektrolyytti. Elektrolyyttiä syöte tään katodiseen tilaan ja poistetaan ylivuotona. Kustakin anodipussista poistetaan anolyyttiä jatkuvasti. Elektrolyytin virtaus aikaansaadaan paine-erolla anodisen ja katodisen tilan välillä, mukaan lukien hydro-20 staattinen paine (anolyyttipinnan ja katolyyttipinnan välisen korkeuseron aiheuttama) ja tämä estää protonien takaisindiffuntoitumisen katolyyttitilaan.

Vaikka anodipussitekniikkaa on kaupallisesti käytetty 25 lyhyen ajan Australiassa Cawse Nickel Refinery'ssä, niin siellä käytetty nikkelin elektrolyyttinen talteenotto- prosessi ei ole enää toiminnassa. c\j δ , Anglo Platinum Base Metal Refinery'ssä, joka sijaitsee *9 30 Etelä-Afrikassa, anodipussitekniikkaa on testattu co i- ["Nickel Electrowinning Tankhouse Developments at Anglo

ϊ Platinum Base Metal Refinery", Tekijät: LJ Bryson, NJ

CL

Graham, EP Bogosi, DL Erasmus proceedings of ALTA 2008 o - Nickel/Cobalt, Copper & Uranium Conference, June 16-

LO

§ 35 18 2008] . Em artikkelin mukaan prosessikriteerit ano- o cvj lyyttihappokosentraation suhteen olrvat pääasrallrnen kompastuskivi käyttöönotossa. Anodipussit toimivat ali- 3 paineen alaisina, mitä tarvittiin poistamaan anodipus-sista sekä aerosoleja että anolyyttiä, mikä aiheutti matalan happokonsentraation vetämisen anodipussien läpi aiheuttaen edelleen merkittävän lisäyksen kierrätettä-5 vässä nikkelielektrolyytin määrässä. Toisin sanoen alhaisen anolyyttihappokonsentraation takia Anglo Platinum Base Metal Refinery'ssä testattu anodipussitekniikka ei ollut taloudellisesti houkutteleva.

10 Nikkelin tuotanto on taloudellisempaa, jos nikkelin elektrolyyttisessä talteenottoprosessissa saavutetaan entistä suurempi anolyytin happokonsentraatio. Anolyytin suuri happopitoisuus on hyödyllinen liuotuksessa. Suuri anolyyttihappokonsentraatio voidaan aikaansaada sopi-15 valla diafragmakankaan valinnalla sekä hallitsemalla prosessiparametreja, nimittäin elektrolyytin viskositeettia ja anodipussin elektrolyyttiä hallitusti läpäisevästä diafragmakankaasta muodostetun seinämän läpäisevyyttä, mikä riippuu elektrolyytin viskositeetista.

20

Ongelmana on, että anodipussin diafragmakankaan oikea valinta on vaikeaa, koska valmistajat tarjoavat portaittain eri läpäisevyyden omaavia kankaita ja ilmoittavat kankaiden läpäisevyyden ainoastaan veden (tietty 25 viskositeetti) läpäisevyytenä ja tietyllä yhdellä paine-erolla (tietty vesipatsaan korkeus). Haluttaessa saavuttaa korkea anolyyttihappopitoisuus on em. tietoon ^ jen perusteella mahdotonta valita oikea kangas, koska ei tiedetä, mikä on kankaan läpäisevyys elektrolyytil- ? 30 le ja miten elektrolyytin viskositeetti ja paine-ero co i- kankaan en puolilla vaikuttavat läpäisevyyteen.

X

DC

KEKSINNÖN TARKOITUS

o Keksinnön tarkoituksena on poistaa edellä mainitut m § 35 epäkohdat, o

CM

4

Erityisesti keksinnön tarkoituksena on tuoda esiin menetelmä ja järjestelmä, jotka mahdollistavat anodipus-sin diafragmakankaan valinnan ja valitun kankaan perusteella tehdyn prosessiparametrien säätämisen niin, 5 että anodiseen tilaan saadaan halutun suuri anolyytti-happokonsentraatio, mikä tekee metallin elektrolyyttisestä talteenotosta taloudellisesti kannattavaa liiketoimintaa .

10 KEKSINNÖN YHTEENVETO

Keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnusomaista se, mitä on esitetty patenttivaatimuksessa 1. Keksinnön mukaiselle elektrolyysijärjestelmälle on tunnusomaista se, mitä on esitetty patenttivaatimuksessa 11.

15

Keksinnön mukaisesti menetelmässä käytetään anodipus-sin materiaalina olennaisen tiivistä diafragmakangas-ta, määritetään diafragmakankaan läpäisevyyden riippuvuudet katolyytin viskositeetista ja käytetystä paine-20 erosta, ja näiden määritettyjen riippuvuuksien perusteella säädetään käytettävällä virrantiheydellä, paine-erolla ja katolyytin viskositeetilla anolyytin poistonopeus anodipussista sellaiseksi, että anolyy-tille saadaan happopitoisuus, joka on vähintään 50 25 g/1.

Keksinnön mukaisesti järjestelmässä anodipussin dia-c\j ^ fragmakankaaksi on valittu joukosta erilaiset tuvey- ^ det omaavia diafragmakankaita olennaisen tiivis kan- 30 gas, jonka läpäisevyyden riippuvuudet katolyytin vis-

CO

f- kositeetista ja käytetystä paine-erosta tunnetaan.

Anolyytin poistonopeus on säädetty käytettävällä vir-

CL

rantiheydellä, paine-erolla ja katolyytin viskositee-o tiliä niin, että anodipussista poistettavan anolyytin

LO

g 35 happopitoisuus on vähintään 50 g/1.

o C\l 5

Olennaista keksinnössä on, että virtaus voidaan ensisijaisesti määrätä kankaan tiiveyden perusteella ts. elektrolyytin läpäisevyyden perusteella, joka määräytyy kankaan ominaisuuksien lisäksi paine-erosta ja 5 viskositeetista.

Anolyyttihappokonsentraatiota voidaan ohjata käyttämällä tiukempaa kangasta vähemmän viskoosille elektrolyytille, mikä pienentää virtausnopeutta katodisesta tilas-10 ta anodipussin sisälle anodiseen tilaan, ja päinvastoin eli käyttämällä vähemmän tiukkaa kangasta viskoosimmalle elektrolyytille. Elektrolyytin viskositeettia voidaan puolestaan säätää vähäisessä määrin metallisuolan kon-sentraatiolla katolyytissä muiden parametrien pysyessä 15 vakioina. Välttämättä tällä säädöllä ei ole prosessin kannalta merkitystä. Esimerkiksi Ni-pitoisuus voi vaihdella prosessissa vain noin 10 g/1. Metallisuolan konsentraatiota katolyytissä puolestaan voidaan säätää katolyytin kiertonopeutta säätämällä. Kuvassa 1 näkyy 20 prosessin blokkivirtauskaavio.

Siten happokonsentraatio asettuu tietylle tasolle, joka riippuu elektrolyytin poistonopeudesta (joka on yhtä suuri kuin elektrolyytin virtaus anodipussiin) ja käytetystä virrasta. Esimerkiksi prosessissa, jossa yhteen 25 elektrolyysialtaaseen syötettävä kokonaisvirta on 16000 A ja elektrolyyttivirtaus anodipusseihin on yhteensä 0,33 m3/h, anolyyttihappokonsentraatio on noin 80 g/1. c\j δ ^ Menetelmän eräässä sovellutuksessa mitataan metalli- 30 suolan konsentraatiota katolyytissä ja/tai katolyytin

CO

1- viskositeettia, ja katolyytin kiertonopeutta suurennein taan, jos metallisuolan konsentraatio katolyytissä

CL

ja/tai katolyytin viskositeetti ylittää ennalta määräät § tyn raja-arvon ja pienennetään katolyytin kiertonope us g 35 utta, jos metallisuolan konsentraatio katolyytissä w ja/tai katolyytin viskositeetti alittaa ennalta määrä tyn raja-arvon.

6

Menetelmän eräässä sovellutuksessa paine-eroa säädetään muuttamalla anolyytin ja katolyytin nestepintojen välistä korkeuseroa.

5

Menetelmän eräässä sovellutuksessa anolyyttiä poistetaan kustakin anodipussista ylivuotovirtauksena niin, että anolyytin pinnan taso pidetään katolyytin pinnan tasoa alempana hydrostaattisen paineen aikaansaamisek-10 si. Tällä aikaansaadaan riittävän suuri hydrostaattinen paine, joka aiheuttaa elektrolyytin virtauksen ka-tolyyttipuolelta anodipusseihin estäen protonien kulkeutumisen takaisin anolyytistä katolyyttipuolelle eli anoditilasta katoditilaan.

15

Menetelmän eräässä sovellutuksessa anolyyttiä poistetaan kustakin anodipussista ylivuotoputken avulla, jonka ylivuotoputken pää määrittää anolyytin pinnan-korkeuden anodipussissa. Ylivuotoputken pään asema 20 anodipussin sisällä määrittää hyvin tarkasti anolyytin maksimaalisen pinnankorkeuden anodipussissa. Anodipussin vaurio on helppo havaita, koska silloin anolyytin taso anodipussissa nousee normaalia suuremmaksi ja anolyytin virtaus ylivuotoputkeen kasvaa poikkeuksel-25 lisen suureksi, mikä on helppo havainnoida ja sen mukaan aloittaa korjaavat toimenpiteet.

CM

^ Menetelmän eräässä sovellutuksessa anolyytti johdetaan ylivuotoputkista kokoojakanavaan ja edelleen kokoo- 30 masäiliöön. co ^ Menetelmän eräässä sovellutuksessa anolyyttiä poiste-

CL

taan kustakin anodipussista ensimmäisen imuputken 0 avulla, uo 1 35 cm Menetelmän eräässä sovellutuksessa anodipussista ime tään happea ja/tai happosumua.

7

Menetelmän eräässä sovellutuksessa happi ja/tai hap-posumu imetään anodipussista ensimmäisen imuputken, toisen imuputken ja/tai ylivuotoputken kautta.

5 Menetelmän eräässä sovellutuksessa talteen otettava metalli on nikkeli, koboltti tai mangaani, ja metalli-suola on kulloisenkin metallin sulfaatti.

Järjestelmän eräässä sovellutuksessa järjestelmään 10 kuuluu välineet metallisuolan konsentraation mittaamiseksi katolyytissä, ja välineet katolyytin kiertonopeuden säätämiseksi mitatun konsentraation perusteella .

15 Järjestelmän eräässä sovellutuksessa välineisiin ano-lyytin poistamiseksi kuuluu kutakin anodipussia varten oleva ylivuotoputki, joka avautuu anodipussin yläosan alueelle määrittäen anolyytin pinnankorkeuden anodi-pussissa niin, että anolyytin pinnan taso on katolyy-20 tin pinnan tasoa alempana.

Järjestelmän eräässä sovellutuksessa järjestelmään kuuluu kokoojakanava ylivuotoputkilla kerätyn anolyytin vastaanottamiseksi.

25 Järjestelmän eräässä sovellutuksessa järjestelmään kuuluu kokoomasäiliö anolyytin vastaanottamiseksi ko-cm , . .

f- koon akanavasta.

o

(M

<9 30 Järjestelmän eräässä sovellutuksessa anodipussiin kuu-

CO

1- luu ensimmäinen imuputki anolyytin ja mahdollisesti hapen ja/tai happosumun imemiseksi anodipussista.

Q_ o Järjestelmän eräässä sovellutuksessa anodipussiin kuu-

LO

g 35 luu toinen imuputki ja mahdollisesti anolyytin hapen o cm ja/tai happosumun imemiseksi anodipussista.

8

KUVALUETTELO

Seuraavassa keksintöä selostetaan yksityiskohtaisesti sovellutusesimerkkien avulla viittaamalla oheiseen piirustukseen, jossa 5 kuva 1 esittää prosessin blokkivirtauskaaviota, kuva 2 esittää kaaviomaisesti halkileikattuna osaa keksinnön mukaisen elektrolyysijärjestelmän erääseen 10 sovellutukseen kuuluvasta elektrolyysialtaasta, kuva 3 esittää poikkileikkausta II-II kuvan 1 altaasta, 15 kuvat 4-6 esittävät ensimmäiselle diafragmakankaalle (Kangas 1) nestepintojen kolmella eri korkeudella (eli kolmella eri paine-erolla) mitattuja läpäisevyysarvoja katolyytin viidellä eri viskositeettiarvolla ja mitattujen arvojen perusteella määritettyjä viskositeetin 20 ja läpäisevyyden riippuvuuskäyriä, kuvat 7-9 esittävät esittävät toiselle diafragmakankaalle (Kangas 2) nestepintojen kolmella eri korkeudella (eli kolmella eri paine-erolla) mitattuja lä-25 päisevyysarvoja katolyytin viidellä eri viskositeet tiarvolla ja mitattujen arvojen perusteella määritettyjä viskositeetin ja läpäisevyyden riippuvuuskäyriä, c\j S ^

(M

cp 30 kuva 10 esittää nestepintojen eron (paine-eron) vaiku- £2 tusta läpäisevyyteen Kankaalla 1 ja Kankaalla 2.

x cc

KEKSINNÖN YKSITYISKOHTAINEN SELOSTUS

-«fr § Kuvassa 1 on esitetty kaaviomaisesti yleiskuva elekt-

LO

g 35 rolyysijärjestelmästä, joka soveltuu metallin, kuten ^ nikkelin, koboltin tai mangaanin talteenottamiseksi elektrolyytistä, joka sisältää mainitun metallin suo- 9 loja. Elektrolyysialtaaseen tuodaan kiertosäiliöstä elektrolyyttiä ja altaasta poistetaan ylivuodolla ka-tolyyttiä takaisin kiertosäiliöön. Kiertosäiliöön lisätään rikasta elektrolyyttiä. Elektrolyysialtaasta 5 poistetaan anolyyttiä anodipussien sisältä ja johde taan edelleen liuotukseen. Happea ja happosumua poistetaan anodipusseista puhdistukseen ja happi johdetaan edelleen liuotukseen. Altaissa, joissa käytetään kes-tokatodeja ja joiden pintaan on saostunut riittävä 10 määrä talteenotettavaa metallia, poistetaan ajoittain elektrolyysialtaasta, metallia poistetaan katodin pinnasta ja kestokatodit palautetaan uudelleen altaaseen. Altaissa, joissa käytetään siemenlevyjä ja joiden pintaan on saostunut riittävä määrä talteenotettavaa me-15 tallia, siemenlevyt poistetaan ajoittain elektro lyysialtaasta, ja altaaseen asetetaan uudet siemenlevyt .

Kuvissa 2 ja 3 näkyy osa yhdestä elektrolyysialtaasta 20 1. Altaassa 1 on joukko anodeja 2 ja joukko katodeja 3 järjestettynä vuorottelevasti. Anodit 2 ovat lyijy-anodeja, lyijyn seoksia, DSA-anodeja (DSA = Dimensionally Stable Anode) tai titaanianodeja. Katodit 3 ovat edullisesti kestokatodeja, jotka on valmistettu 25 haponkestävästä erikoisteräksestä, titaanista tai sitten käytetään tarkoitukseen valmistettuja nikkelisie-menlevyj ä.

c\i δ , Viitaten kuvaan 3 anodit 2 ovat elektrolyyttiä hallisi 30 tusti läpäisevien anodipussien 4 sisällä. Katodit 3 co 1- ovat vapaasti altaan sisätilassa. Anodipussi 4 rajaa c sisäänsä anodisen tilan 5 ja ulkopuolelleen vapaan ka-

CL

todisen tilan 6, jossa ovat katodit 3. Metallia saos-o tuu katodien 3 pintaan ja anodeilla 2 syntyy happea ja

LO

§ 35 happoa, o

CVJ

10

Anodipussissa 3 olevan anolyytin 7 pH on alempi (pH < 1) kuin katodisessa tilassa 6 olevan katolyytin 8 pH (pH noin 3 - 4). Elektrolyyttiä virtaa jatkuvasti katodisesta tilasta anodipussin sisälle anodiseen tilaan 5 anolyytiksi. Järjestelmässä on välineet katolyytin syöttämiseksi katodiseen tilaan ja poistamiseksi altaasta ylivuotona tai imulla (ei esitetty kuvissa).

Anolyytin poistamiseksi erikseen kustakin anodipussis-10 ta kutakin anodipussia 4 varten on järjestetty yli- vuotoputki 9, jonka pää 10 avautuu anodipussin 4 yläosan alueelle. Pään 10 asema määrittää anolyytin pin-nankorkeuden anodipussissa niin, että anolyytin pinnan taso on etäisyyden H verran katolyytin pinnan tasoa 15 alempana. Katolyytin ja anolyytin pinnankorkeuksien ero H aiheuttaa paine-eron. Elektrolyytti virtaa dia-fragmakankaan läpi sen läpäisyominaisuuksista riippuvalla virtausnopeudella, joka voi olla 1 - 100 l/m2/h.

20 Kuvasta 2 näkyy lisäksi, että anodipussiin 4 voi kuulua ensimmäinen imuputki 12 anolyytin/hapen/happosumun poistamiseksi imulla. Edelleen siihen voi kuulua toinen toinen imuputki 13 anolyytin/hapen/happosumun ano-dipussista imulla. Pussi voi olla umpinainen ja nes-25 tepinnan yläpuolelta kaasualäpäisemätön.

Anolyytin, hapen ja happosumun poistamiseksi anodipus-c\j ^ sista voi olla kolme järjestelyä: ^ 1) anolyytti poistetaan ylivuodolla ylivuoto- 9 30 putken 9 kautta ja happi ja happosumu ensimmäisellä co >- imuputkella 12 tai myöskin ylivuoputken 9 kautta | 2) anolyytti poistetaan toisella imuputkella ^ 13, jolla poistetaan myös happi ja happosumu, o 3) anolyytti poistetaan toisella imuputkella § 35 13 ja ensimmäisellä imuputkella 12 poistetaan sekä ° . n .

anolyyttiä että happea ja happosumua.

11

Anodipussin diafragmakangasmateriaali valitaan prosessille halutun suuruisen anolyyttihappokonsentraation perusteella siten, että diafragmakankaan läpäisevyys 5 X = f (Δρ, T) missä Δρ on on paine-ero T on katolyytin viskositeetti 10

Vastaavasti anolyytin happokonsentraatio C = f(X, I) 15 missä I on käytetty sähkövirtamäärä

Prosessille voidaan valita suuri anolyyttihappokon-sentraatio ja sen saavuttamiseksi sopiva diafragmakan-20 gasmateriaali. Prosessissa katolyytin viskositeetti pyritään pitämään samana säätämällä katolyytin kiertonopeutta .

Diafragmakankaaseen saadaan haluttu läpäisevyys dia-25 fragmakankaalla, joka on valmistettu polymeeristä tai mikrokuidusta ja oikealla lankojen, kudonnan ja päällysteen valinnalla. Elektrolyytin läpäisevyys voidaan myös

CM

^ optimoida kalanteroimalla. Sopivan kankaan valinnalla ^ pystytään saavuttamaan haluttu happopitoisuus; muiden ? 30 parametrien avulla ei pystytä saavuttamaan korkeaa

CO

I- happopitoisuutta, ellei kangas ole tarpeeksi tiivis, 1

IX

ESIMERKKI 1 § Sen osoittamiseksi, että voidaan saavuttaa suuri ano in g 35 lyyttihappokonsentraatio, suoritettiin kaksi penkkimit- ^ takaavaista nikkelin elekrolyyttisen talteenoton koetta käyttäen anodipussikankaita, joilla oli erilaiset elekt- 12 rolyytin läpäisevyydet. Käytettiin kahta diafragmakan-gasta A ja B, joilla elektrolyytin läpäisevyydet olivat: A:lle 280 ml/h ja B:lle 2070 ml/h per anodipussi elektrolyytille, jonka NiS04-konsentraatio oli n. 70 g/1.

5 Kennoon, jonka tilavuus oli 27 litraa, sovitettiin kolme anodipussia (lyijyanodeja) ja kaksi katodia (siemenlevy-jä) . Anolyyttiä poistettiin ylivuodolla ja katolyytin ylivuoto säädettiin 30 ja 20 mm:n hydrostaattisen paineen aikaansaaville korkeuseroille H pussikankaille A ja 10 B, vastaavasti. Katolyyttiä kierrätettiin ja säiliöön lisättiin yhtä suuri määrä tuoretta elektrolyyttiä kuin anolyyttiä poistettiin anodipusseista. Elektrolyytin lämpötila oli 57 °C. Virrantiheys oli 200 A/m2 kennovir-tojen ollessa A:lle 23 A ja B:lle 22 A. Katolyytin kier-15 tonopeus oli 6 1/h. Elektrolyytille, jonka nikkelikon-sentraatio oli 106 g/1 anolyytin kokonaispoisto kennosta kokeen aikana oli pussikankaalle A 0,34 1/h ja pussikan-kaalle B 3,4 1/h. Tulokseksi saatiin, että anolyyttihap-pokonsentraatiot olivat A:lle 122 g/1 ja B:lle 28 g/1 20 kokeiden lopussa. Koe osoittaa, että oikeilla prosessi-parametreilla voidaan saavuttaa suuri anolyyttihappokon-sentraatio.

Kuvat 4-6 esittävät kahdelle erilaiselle kankaalle, 25 Kankaalle 1 ja Kankaalle 2 (joka ei ole sama kangas kuin yllä esimerkissä) nestepintojen kolmella eri korkeudella (eli kolmella eri paine-erolla) mitattuja lä-

CM

^ päisevyysarvoja katolyytin viidellä eri viskositeet- ^ tiarvolla ja mitattujen arvojen perusteella määritetty 30 tyjä viskositeetin ja läpäisevyyden riippuvuuskäyriä.

co Käyrissä on elektrolyytin läpäisevyys (litraa tuntia ja tr neliömetriä kohden) viskositeetin funktiona (cP eli ^ mPa/s). Käyrät on sovitettu vaimenevaan eksponentiaali- o g 35 funktioon, jossa on kolme parametria y0, a ja b: o o W f(1) = yo + ae~bri 13 η on viskositeetti eli x-akseli ja X on läpäisevyys eli y-akseli.

Parametrien sovittamisessa saatiin parametreille seuraa-5 vanlaiset arvot:

Kangas 1 H (cm)_10_15_19 y0 33.2 45.8 51.4 a 3709 3414 1116 _b_3^_1_2_/7_1.7

Kangas 2 H (cm)_10_15_19 y0 7.9 13.6 15.0 a 102 290 228 _b_1J_2_lJ/7_1.3 10

Kuvassa 10 näkyy Kankaalle 1 ja Kankaalle 2 nestepintojen eron H (eli paine-eron) vaikutus läpäisevyyteen tietyllä viskositeetin arvolla 2,99 cP, kun katolyytin Ni-pitoisuus on 87 g/1.

15

Keksintöä ei rajata pelkästään edellä esitettyjä sovellutusesimerkkejä koskevaksi, vaan monet muunnokset ovat mahdollisia pysyttäessä patenttivaatimusten mää-cvj rittelemän keksinnöllisen ajatuksen puitteissa, o 20

CM

O

CO

X

cc

CL

CD

O

LO

O)

O

O

CM

Claims (16)

1. Menetelmä metallin elektrolyyttiseksi talteenotta-miseksi metallisuolaa sisältävästä elektrolyytistä 5 elektrolyysialtaassa (1), jossa on joukko anodeja (2) ja joukko katodeja (3) järjestettynä vuorottelevasti kunkin anodin (2) ollessa järjestettynä anodipussin (4) sisään, joka anodipussi on elektrolyyttiä hallitusti läpäisevää materiaalia ja joka rajaa sisäänsä 10 anodisen tilan (5) ja ulkopuolelleen vapaan katodisen tilan, jossa ovat katodit (3), jolloin metallia saostuu katodin pintaan ja anodeilla syntyy happoa ja happea, ja jossa anodilla syntyvien vetyionien pääsy dia-fragmakankaan läpi estetään paine-eron avulla siten, 15 että elektrolyyttiä virtaa jatkuvasti katodisesta tilasta anodipussin sisälle anodiseen tilaan, ja jossa katolyyttiä syötetään elektrolyysialtaan katodiseen tilaan, poistetaan siitä ylivuotona ja kierrätetään takaisin katodiseen tilaan, ja anolyyttiä poistetaan 20 erikseen kustakin anodipussista ylivuotona tai imulla, tunnettu siitä, että valitaan anodipussin materiaaliksi jokin diatragmakangas joukosta erilaiset läpäisevyydet omaavia diatragmakankaita, määritetään diafragmakankaan läpäisevyyden riippuvuudet katolyytin 25 viskositeetista ja käytetystä paine-erosta, ja näiden määritettyjen riippuvuuksien perusteella säädetään käytettävällä virrantiheydellä, paine-erolla ja kato- CM ^ lyytin viskositeetilla anolyytin poistonopeus anodi- ^ pussista sellaiseksi, että anolyytille saadaan happo- o 30 pitoisuus, joka on vähintään 50 g/1. CO

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tun- 0- n e t t u siitä, että mitataan metallisuolan konsent-§ raatiota katolyytissä (8) ja/tai katolyytin viskosi- LO g 35 teettia, ja katolyytin kiertonopeutta suurennetaan, ° jos metallisuolan konsentraatio katolyytissä ja/tai viskositeetti ylittää ennalta määrätyn raja-arvon ja pienennetään katolyytin kiertonopeutta, jos metalli-suolan konsentraatio katolyytissa ja/tai katolyytin viskositeetti alittaa ennalta määrätyn raja-arvon.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että paine-eroa säädetään muuttamalla anolyytin ja katolyytin nestepintojen välistä korkeuseroa.

4. Jonkin patenttivaatimuksista 1-3 mukainen mene telmä, tunnettu siitä, että anolyyttiä (7) poistetaan kustakin anodipussista (4) ylivuotovirtauksena niin, että anolyytin pinnan taso pidetään katolyytin pinnan tasoa alempana hydrostaattisen paineen aikaan-15 saamiseksi.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että anolyyttiä (7) poistetaan kustakin anodipussista (4) ylivuotoputken (9) avulla, jonka 20 ylivuotoputken pää (10) määrittää anolyytin pinnankor-keuden anodipussissa.

6. Jonkin patenttivaatimuksista 1-5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että anolyytti (7) johde- 25 taan ylivuotoputkista (9) kokoojakanavaan (11).

7. Jonkin patenttivaatimuksista 1-6 mukainen mene-c\j ^ telmä, tunnettu siitä, että anolyyttiä (7) pois- ^ tetaan kustakin anodipussista (4) ensimmäisen imuput- 30 ken (12) avulla, co

8. Jonkin patenttivaatimuksista 1-7 mukainen mene- CL telmä, tunnettu siitä, että anodipussista (4) o imetään happea ja/tai happosumua. m § 35 o c\i

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen menetelmä, tun nettu siitä, että happi ja/tai happosumu imetään anodipussista (4) ensimmäisen imuputken (12), toisen imuputken (13) ja/tai ylivuotoputken (9) kautta.

10. Jonkin patenttivaatimusten 1-9 mukainen menetel-5 mä, tunnettu siitä, että talteen otettava metalli on nikkeli, koboltti tai mangaani, ja metallisuola on kulloisenkin metallin sulfaatti.

11. Elektrolyysijärjestelmä metallin talteenottamisek-10 si metallisuolaa sisältävästä elektrolyytistä, johon järjestelmään kuuluu elektrolyysialtaita (1), joissa kussakin altaassa on joukko anodeja (2) ja joukko katodeja (3) järjestettynä vuorottelevasti kunkin anodin (2) ollessa järjestettynä anodipussin (4) sisään, joka 15 anodipussi käsittää elektrolyyttiä hallitusti läpäisevästä diafragmakankaasta muodostetun seinämän, joka rajaa sisäänsä anodisen tilan (5) ja ulkopuolelleen katodisen tilan, jossa ovat katodit (3), jolloin metallia saostuu katodin pintaan ja anodeilla syntyy 20 happoa ja happea, ja jossa anodilla syntyvien vetyionien pääsy diafragmakankaan läpi on estetty paine-eron avulla siten, että elektrolyyttiä virtaa jatkuvasti katodisesta tilasta anodipussin sisälle anodiseen tilaan, ja jossa katolyyttiä syötetään elektrolyysial-25 taan katodiseen tilaan, poistetaan siitä ylivuotona ja kierrätetään takaisin katodiseen tilaan, ja anolyyttiä poistetaan erikseen kustakin anodipussista ylivuotona OJ ^ tai imulla, ja jossa järjestelmässä on välineet kato- lyytin syöttämiseksi katodiseen tilaan, poistamiseksi ? 30 ylivuotona tai imulla ja kierrättämiseksi takaisin ka- oo i- todiseen trlan, ja välineet anolyytrn poistamiseksi ^ erikseen kustakin anodipussista, tunnettu siitä, CL että anodipussin diafragmakankaaksi on valittu joukos- o ta erilaiset läpäisevyydet omaavia diafragmakankaita tn g 35 kangas, jonka läpäisevyyden riippuvuudet katolyytin o cm viskositeetista ja käytetystä paine-erosta tunnetaan; ja että anolyytin poistonopeus on säädetty käytettä- väliä virrantiheydellä, paine-erolla ja katolyytin viskositeetilla niin, että anodipussista poistettavan anolyytin happopitoisuus on vähintään 50 g/1.

12. Patenttivaatimuksen 11 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että järjestelmään kuuluu välineet metallisuolan konsentraation mittaamiseksi kato-lyytissä, ja välineet katolyytin kiertonopeuden säätämiseksi mitatun konsentraation perusteella. 10

13. Patenttivaatimuksen 11 tai 12 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että välineisiin anolyytin (7) poistamiseksi kuuluu kutakin anodipussia (4) varten oleva ylivuotoputki (9), joka avautuu anodipussin 15 yläosan alueelle määrittäen anolyytin pinnankorkeuden anodipussissa niin, että anolyytin pinnan taso on katolyytin pinnan tasoa alempana.

14. Jonkin patenttivaatimuksista 11 - 13 mukainen 20 järjestelmä, tunnettu siitä, että järjestelmään kuuluu kokoojakanava (11) ylivuotoputkilla (9) kerätyn anolyytin (7) vastaanottamiseksi.

15. Jonkin patenttivaatimuksista 11 - 14 mukainen jär-25 jestelmä, tunnettu siitä, että anodipussiin (4) kuuluu ensimmäinen imuputki (12) anolyytin, hapen ja/tai happosumun imemiseksi anodipussista. OJ δ

, 16. Jonkin patenttivaatimuksista 11 - 15 mukainen jär- 9 30 jestelmä, tunnettu siitä, että anodipussiin (4) co T- kuuluu toinen imuputki (13) anolyytin, hapen ja/tai c happosumun imemiseksi anodipussista. σ> o tn σ> o o (M