FI57450C - Hjaelpelektrod - Google Patents

Description

Γ1 KUULUTUSJULKAISU Γ74ςη LBJ (11) UTLÄGGN INGSSKRIFT 5 ^ <> U

^ ^ (51) K».lk.3/1ntCI.3 C 25 C 7/00 SUOMI —FINLAND (21) P»t*«ttll»lc«nu· — Ptuntameknlng 2l6k/jk (22) Haktmlspilvt — Antttknlnpdtg 17.07 ·

(23) AlkupCivi —GittlfhMidtf 17.07.7U

(41) Tullut fulkiMkd — Blivlt offuntllf lk.02.J3

Patentti· ja rekisterihallitut Nlhtivlkslp^on J. ku„MUlk*un pvm._

Patent- och regitterttyraltan ' ' Aineian utitfd och utUkrifan public«r*d 30.0U.80 (32)(33)(31) Pyydetty ttuolkws —Begird prlorlut 13.08. J 3

Kanada(CA) 17868U

(71) Noranda Mines Limited, P.0. Box U5, Commerce Court West, Toronto, ^ Ont ari o, Kan ada(CA) (72) Pierre Leon Claeesens, St. Eustache, Quebec, John L. Cromwell, Pincourt,

Quebec, Kanada(CA) (jb) Leitzinger Oy (5U) Apuelektrodi - Hjälpelektrod

Keksinnön kohteena on apuelektrodi käytettäväksi elektrolyyttisissä kennoissa, jotka sisältävät erillisistä metallihiukkasista koostuvan fluidisoidun kerroselektrodin tai staattisen kerroselektrodin.

Fluidisoidun kerroselektrodien käytön mahdollisuudet ja edut erilaisissa sähkökemiallisissa prosesseissa, esim. metalllien erottamisessa malmista elektrolyysin avulla tai orgaanisten aineiden sähkösyn-teesissä on havaittu yhä enenevässä määrin. Alan kirjallisuudessa kuvatut fluidisoitu kerros elektrodikennot ovat muodoltaan erilaisia mitä tulee anodien ja katodien geometriaan ja sijoitukseen, esim: rinnakkain, samankeskisesti tai yhdensuuntaisissa tasoissa. Kukin näistä muodostelmista vaatii kuitenkin minimivälimatkan fluidisoidun kerros-elektrodin ja apuelektrodin välille vastakkaisesti varattujen elektrodien välillä tapahtuvien oikosulkujen välttämiseksi. Tähän erottamiseen voidaan käyttää huokoista kalvoa kuten esim. rinnakkaisissa ja samankeskisissä kennoissa tai se voidaan saada aikaan sijoittamalla apuelektrodi riittävän välimatkan päähän fluidisoitujen kerroselek-trodien yläpuolelle kuten tapahtuu yhdensuuntaisten tasojen muodostelmassa. Eräs suuri haittapuoli, joka on havaittu tämän tyyppisissä kennoissa, on kohonnut kennon jännite, jonka saa aikaan joko apuelektrodin ja pääelektrodin välinen etäisyys tai huokoinen kalvo, jota käytetään sisältämään fluidisoitu kerroselektrodi ja välttämään oikosulut.

2 57450

Kerroksen fluidisoimisen välttämättömyyteen vaikuttaa ratkaisevasti kaksi tekijää: sekoittumisen lisääminen, jotta elektrodin pinnalla olevaa diffu-siokerrosta pienennettäisiin huomattavasti, jolloin saadaan aikaan suuria reaktionopeuksia ja hiukkasten aglomeroitumisen välttäminen, jonka saa aikaan kerroksen staattisille osille syntyvä metallikerrostuma. Kerroksen muodostavia hiukkasia ei kuitenkaan tarvitse fluidisoida mikäli sähkökemialliseen reaktioon ei kuulu metallikerrostumaa, vaan eri ionien pelkistyminen tai hapettuminen erilaisiin hapettumis- ja pekistymisasteisiin tai hiukkas-kerroksen muodostavan metallin liukeneminen tai orgaanisen sähkökemiallisen hapettumis- tai pelkistymisreaktion tapahtuminen hiukkasten pinnalla, minkä seurauksena syntyy kaasumaisia tai liukenevia tuotteita. Staattinen kerros voidaan muodostaa siten, että se on riippumaton kennon läpi tpahtuvasta elektrolyytin virtauksen suunnasta.

Tämän vuoksi keksinnön tarkoituksena on saada aikaan uusi apuelektordi, joka vähentää kennon jännitettä ja pienentää tehon kulutusta, joka syntyy anodin ja katodin välisessä liuoksessa tapahtuvan jännitteen vähenemisen seurauksena.

Keksinnön mukaiselle elektrodille, joka voidaan sijoittaa staattiseen tai fluidisoituun kerrokseen, on tunnusomaista se, että apuelektrodi on upotettu mainittuun hiukkasmaiseen aineeseen ja muodostuu johtavasta perusaineesta ja johtamattomasta seula-aineesta, joka on osittain upotettu johtavaan perusaineeseen apuelektrodin eristämiseksi pääelektrodista ja jonka johtamattoman seula-aineen aukkokoko on noin puolet fluidisoidun kerroksen hiukkasten koosta hiukkasten ja apuelektrodin välisen kosketuksen estämiseksi.

Johtava perusmateriaali on tavallisesti valittu ryhmästä, johon kuuluu lyijy ja lyijyseoksia.

Synteettinen, orgaaninen kuituseulakangae on edullisesti valittu ryhmästä, johon kuuluu nylon, polyesteri, polyetyleeni, polypropyleeni ja teflon seula-kankaat .

Apuelektrodi on sopivasti valmistettu levyjen muotoon; se voidaan edelleen syöttää mihin tahansa sopivaan muotoon luonnollisella muotoilulla, 3 57450 jotta se vastaisi kennon muodon asettamia vaatimuksia.

Keksintöä selvitetään seuraavansa viittaamalla sen erääseen sopivaan suoritusmuotoon, jota kuvataan oheisissa piirrustuksissa, joissa:

Kuvio 1 esittää fluidisoitua kerros elektrodijärjestelmää sivultapäin nähtynä, jossa järjestelmässä käytetään apuelektrodia;

Kuvio 2 esittää kuvion 1 mukaista fluidisoitua kerros elektrodijärjestelmää toiselta sivulta esittäen myös keksinnönmukaisen apuelektrodin;

Kuvio 3 on leikkaus pitkin kuvion 1 linjaa 3-3;

Kuviot 4 ja 5 esittävät keksinnön mukaisen apuelektrodin valmistusmenetelmää.

Kuvioissa 1-3 on esitetty tyypillinen fluidisoitu kerros elektrodi-järjestelmä, jossa käytetään keksinnön mukaista apuelektrodia. Kenno muodostuu kolmesta vaippa-osasta 12, H ja 16, jotka on kiinnitetty yhteen jollakin sopivalla laitteella kuten esim. pulteilla 18 ja tiivistetty tiivisteillä 20, Luonnollisesti vaippa voi koostua pienemmästä tai vieläpä suuremmasta määrästä osia riippuen kennon koosta ja val-mistusmahdollisuuksista. Vaippa on yleensä valmistettu sähköä johtamattomasta materiaalista, joka kestää korroosiota, tai sähköä johta-- mattomalla materiaalilla päällystetystä metallista sähköeristyksen ai kaansaamiseksi. Huokoinen pohjatuki 22 on järjestetty osien 14 ja 16 väliin ja tällaista tukielintä käytetään pitämään paikallaan katkoviivoin esitettyä huokoista levyä 24, joka on valmistettu johtamattomasta materiaalista esim. polyetyleenistä tai polypropyleenistä. Huokoinen levy 24 kannattaa hiukkaskerrosta 25, joka muodostaa fluidisoidun elektrodin ja kerroksen hiukkaset voidaan valmistaa metalleista tai metali-lilla päällystetyistä lasi- tai muovirakeista, joiden halkaisija vaih-telee 100 - 1000 mikroniin riippuen hiukkasten ominaispainosta. Vaippa on suljettu kannella 28, joka kannattaa apuelektrodeja ja metalli-syöttimiä 32, jotka on järjestetty fluidisoituun kerroselektrodiin. Käsiteltävä elektrolyyttinen liuos syötetään kennoon aukkojen 26 kautta ja se virtaa kennosta pois aukkojen 36 kautta, jotka on sijoitettu pienen liitännäisen 38 pohjaan, joka liitännäinen on yhteydessä kennoon. Esitetyssä suoritusmuodossa tällaista liuosta käytetään myös 4 57450 fluidisoimaan kerros. Kerroksen erillinen fluidisoiminen voidaan kuitenkin myös suorittaa kuten Kanadalaisessa patenttihakemuksessa No. 178.670 on esitetty, joka hakemus on jätetty yhtäaikaa tämän kanssa. Seula 40 erottaa kennon liitännäisestä 38, jonka seulan avulla kerroksen hiukkaset pidetään kennossa. Seulan 40 silraukkakoko pitäisi olla pienempi kuin kerroksen hiukkasten halkaisija.

Kuvioiden 1 ja 2 mukaisessa suoritusmuodossa apuelektrodi 30 on kytketty positiivisen jännitteen lähteeseen kun taas syöttimiet 32 kytketty negatiivisen jännitteen lähteeseen. Kerroksen hiukkaset muodostavat tällöin elektrolyyttisen kennon katodin. Mikäli kerroksen hiukkaset muodostaisivat kennon anodin, napaisuus olisi luonnollisesti päinvastainen.

Apuelektrodi 30 on levyn muotoinen ja siihen kuuluu lyijystä tai lyi-jyseoksista muodostuva perusmateriaali ja johtamaton seulamateriaali, joka on paineimpregnoitu perusmateriaalin pintaan: Johtamaton seulamateriaali voi olla elektrolyyttistä liuosta kestävää, synteettisestä, orgaanista kuitumateriaalista muodostuvaa seulakangasta kuten esim. nylon, polyesteri, polyetyleeni, polypropyleenia tai teflonia. Impreg-noinnin aikana pitää huolehtia paineen säätämisestä sellaiseksi, että seulavaate puristuu vain n. 50% lyijyyn, jolloin kerroksen hiukkaset eivät pääse kosketukseen apuelektrodin lyijyn tai lyijyseoksen kanssa. Tavallisesti 170 - 240 Atm on riittävä paine saamaan aikaan kunnollisen impregnaation käytettäessä puhtaasta lyijystä valmistettuja apu-elektrodeja. Kankaan silmukkakoko riippuu fluidisoidun kerroksen hiukkasten koosta, mutta sen ei pitäisi olla suurempi kuin n. puolet fluidisoidun kerroksen hiukkasten koosta. Kuviosta 4 havaitaan, että seu-lakangas 42 voidaan kiertää perusmateriaalin ympärille ja liimata tai sitoa pisteissä 44. Tämän jälkeen apuelektrodi kuljetetaan telojen 46 välistä, jotka telat on sijoitettu ennnaltamäärätyn välimatkan päähän toisistaan, jotta saataisiin aikaan kunnollinen impregnoituminen. Levyn muotoinen impregnoitu elektrodi voidaan työstää edelleen mihin tahansa sopivaan muotoon huolellisesti muotoilemalla, jotta se vastaisi kennon muodon asettamia vaatimuksia.

On havaittu että ylläesitetyllä apuelektrodilla saadaan aikaan pienempi kennon jännite ja tämän seurauksena voidaan vähentää kennon tehon kulutusta. Käyttämällä esim. yllä esitettyä impregnoitua apu-elektrodia kuparin erottamisessa malmista elektrolyysin avulla lai- 5 57450 meistä liuoksista saatiin suoritetuissa kokeissa tulokseksi tehon kulutus 2,6 - 3,6 kY/t/kg, kun taas käytettäessä samaa elektrolyyttistä liuosta mutta tavaomaisia (paljaita) elektrodeja, jotka oli sijoitettu kerroksen yläpuolelle, saatiin tehon kulutukseksi 10,8 kWt/kg.

Vaikka keksinnön mukaista apuelektrodia on selostettu viittaamalla fluidisoitu kerros elektrodijärjestelmää, on selvää, että sitä voidaan käyttää myös staattisen kerroselektrodijärjestelmän kanssa silloin loan kerroksen hiukkasia ei tarvitse fluidisoida.

«O-

Claims (4)

6 57450

1. Staattinen tai fluidisoituim kerrokseen sijoitettava elektrodi, jossa on elektrodikammio, jossa on pääelektrodi hiukkasmaisesta aineesta sekä lisäksi apuelektrodi, tunnettu siitä, että apu-elektrodi on upotettu mainittuun hiukkasmaiseen aineeseen ja muodostuu johtavasta perusaineesta ja johtamattomasta seula-aineesta, joka on osittain upotettu johtavaan perusaineeseen apuelektrodin eristämiseksi pääelektrodista ja jonka johtamattoman seula-aineen aukkokoko on noin puolet fluidisoidun kerroksen hiukkasten koosta hiukkasten ja apuelektrodin välisen kosketuksen estämiseksi.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen elektrodi, tunnettu siitä, että mainittu johtamaton seula-aine on synteettistä, orgaanista kuitu-seulakangasta.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen elektrodi, tunnettu siitä, että mainittu synteettinen, orgaaninen kuituseulakangas on nyIoni, polyesteri, polyetyleeni, polypropyleeni tai teflon.

4. Patenttivaatimusten 1, 2 tai 3 mukainen elektrodi, tunnettu siitä, että apuelektrodi on levyn muotoinen.