FI63444C - Foerfarande och anordning foer tillvaratagande av en partikelformig kristallin produkt ur ett elektrolyssystem - Google Patents

Description

ESF*1 M (11)KUU»-UTUSJULKAISU £,34 4 4

Ma l°J v ' UTLÄGGNINOSSKIUFT

C Patentti r.yönnetty 10 06 1933

Patent ceddclat ^ T ^ (St) K».ik.3/fc«t.a.3 C 25 C 5/02 SUOMI-FINLAND (21) Pfottlhilcmu· — Ρμμκμι8ΙμιΙβ| 771107 • (22) Hihuiltpklvl —-Am6ta>lnpd«f 06.0H.77 ' ^ (Ö) Alkupihrt—GJUftwadag 06. OH. 77 (41) Tullut julklsaksl — kiivit off«Mli( 07.10.78

Patentti- j> rekisterihallitus (44) Nlbtivtiulpanon ja ItwiLjtillcalMn pvm. — oft 02

Patent· och registerstyrelsan ' AmMun utiifd odi utUkrtfun publkvnd ^o.u^.oj (32)(33)(31) Pnr4*«y xuoikuui - iugtH prtorlt·» (71) Duval Corporation, 700 Milam Street, Pennzoll Place, Houston, Texas 77002, USA(US) (72) Melvin S. Cook, Tucson, Arizona, George E. Atwood, Tucson, Arizona, USA(US) (7Π) Qy Kolster Ab (5Π) Menetelmä ja laite hiukkasmaisen, kiteisen tuotteen talteenottamiseksi elektrolyysijärjestelmästä - Förfarande och anordning för tillvaratagande av en partikelformig kristallin produkt ur ett elektrolyssystem

Keksinnön kohteena on yleisesti kiteyttämismenetelmä ja erityisesti sen kohteena on menetelmä ja laite kiteisen tuotteen jatkuvaksi talteenottamiseksi elektrolyysijärjestelmästä, joka pystyy tuottamaan hiukkasmaista tuotetta ja jolloin tuotteen jatkuva talteenotto ja poisto tuotantoyksiköistä aikaansaadaan niin ettei emäliuos aiheuta oleellista saastumista.

Tämä keksintö koskee menetelmää hiukkasmaisen, kiteisen tuotteen esimerkiksi kuparin, jatkuvaksi talteenottamiseksi elektrolyysijärjestelmästä, joka käsittää katodien pinnat, anodien pinnat ja elektrolyytin säiliössä, jolloin tuotteella on rajoitettu tarttuvuus katodien pintoihin, jossa menetelmässä tuote erotetaan katodien pinnoilta ja poistetaan elektrolyysikennosäiliöstä, jolle menetelmälle on tunnusomaista, että saostetaan dendriittinen kiteinen tuote katodin pinnoille, säädetään kiteisen tuotteen kokoa ja tiheyttä sekä dendriittien rakennetta ja rajoitetaan kiteiden liikakasvua katodin pinnoilla elektrolyyttinesteen mekaanisella sekoitinlaitteella, joka toimii määrätyllä etäisyydellä 2 63444 katodien pinnoista, kootaan katodien pinnoilta erotettu hiukkas-mainen, kiteinen tuote hihnakuljetinjärjestelmälle, joka sijaitsee elektrolyysikennosäiliön pohjaosassa, poistetaan jatkuvasti hiukkasmaista kiteistä tuotetta elektrolyysikennosäiliöstä hihna-kuljetin järjestelmän avulla ja kuljetetaan hiukkasmainen, kiteinen tuote ennen sen poistamista elektrolyysikennosäiliöstä pesu-vyöhykkeen läpi elektrolyyttinesteen syrjäyttämiseksi hiukkasraai-sesta, kiteisestä tuotteesta.

Keksintö koskee lisäksi laitetta käytettäväksi edellä esitetyssä menetelmässä hiukkasmaisen, kiteisen tuotteen talteenotta-miseksi elektrolyysijärjestelmästä, joka käsittää katodin pinnat, anodin pinnat ja elektrolyytin säiliössä, jolloin tuotteella on rajoitettu tarttuvuus katodin pintoihin, jolle laitteelle on tunnusomaista, että se käsittää joustavan varren jokaisen katodin kummallakin puolella, jolloin varret on kiinnitetty vaakasuoraan akseliin, jonka ympäri ne heilahtelevat ja joka on kiinnitetty elektrolyysikennosäiliöön, kaltevan kanavan, joka ulottuu elektrolyysikennosäiliön pohjalta ylöspäin enintään 45°reen kulmassa vähintään katodien ja anodien korkeudelle, ja hihnakuljetinjärjes-telmän, joka kulkee elektrolyysikennosäiliön pohjan poikki ja kaltevan kanavan läpi hiukkasmaisen, kiteisen tuotteen poistamiseksi elektrolyys ijärj estelmästä.

Tämä keksintö tarjoaa edullisen tavan eliminoida tavanomaisten galvanoimismenetelmien rajoitukset, johon kuuluvat: (1) vaadittavat tuote-"lähtölevyt", mukaanlukien niiden valmistus ja käsittely asentamista varten tuotannon aloittamiseksi, mitä seuraa niiden poistaminen tuotteen talteenottamiseksi, sekä (2) vaadittava prosessin säätely tuotantogalvanointiin pääsemiseksi, joka on tasainen, tiiviisti kiteinen ja lujasti tarttuva, samalla kun ontelot ja elektrolyyttisulkeumat puuttuvat. Tämä jälkimmäinen vaatimus aiheuttaa vakavan rajoituksen tuotantovirrantiheyteen, jopa apuaineiden avulla, joita puhekielessä sanotaan "galvanoimis-apuaineiksi".

Tämän keksinnön käyttö elektrolyysijärjestelmässä, joka pystyy tuottamaan hiukkasmaisen, kiteisen tuotteen, on yleensä toteutettavissa siirtymämetallien ja ryhmän IB ja IIB metallien suhteen, kuten ne tavanomaisesti sijaitsevat alkuaineiden jaksottaisessa taulukossa. Tällainen käyttö on varmimmin toteutettavissa raudan, koboltin, nikkelin, kuparin, hopean, kullan, palladiumin, sinkin, platinan ja kadmiumin suhteen.

k 3 63444 FI-hakemuksessa 2753/72 (hyväksytty 14.3.1980) esitetään hydrometallurginen menetelmä kuparin talteenottamiseksi, jolloin kuparia sisältäviä aineita käsitellään kemiallisesti kloridi-järjestelmässä, jolla kupari lopuksi otetaan talteen elektrolyyt-tikuparina. Siinä esitetään, että metallikloridin elektrolyysi saostuu metallin katodille samalla kun kloridi-ioni vapautuu anodilla. Tuomalla metallikloridi alemmassa valenssitilassa elektrolyysiin (kuprokloridina kuparin ollessa kysymyksessä) rajoittamalla elektrolyyttistä saostumista katodilla niin, että se ei ole suurempi kuin puolet elektrolyyttisyöttöliuoksessa läsnäolevasta alempivalenssisesta metallikloridista, samanaikaisesti anodille vapautunut kloridi-ioni hapettaa jäijelläolevan puoliskon alempivalenssisesta metallikloridista elektrolyyttiliuoksessa (kupri-kloridiksi kuparin ollessa kysymyksessä). Siten elektrolyysi kloridi-järjestelmässä suoritettuna tällä tavalla vähentää anodilla vapautuneen kaasun haitallista polaroitumisvaikutusta, joka vaivaa elektrolyysiä, esimerkiksi sulfaatti-järjestelmässä. Tämä merkittävä kaasun polaroitumisen ja siihen liittyvän voimakkaasti vahingollisen vaikutuksen sähkön tehokkuuteen välttäminen sallii kloridi-järjestelmän toiminnan ilmiömäisen suurilla sähkövirran tiheyksillä. Tällaisen toiminnan seurauksena lisääntyvällä virran tiheydellä on vastaava kasvava pyrkimys muutokseen katodilla kerrostuneen metallin kidemuodossa: sileäpintaisesta, tiiviisti kiteisestä muodosta alemmilla virrantiheyksillä karkeiksi pinnoiksi, dendriittisiksi ja lopulta löyhästi tarttuneiksi dendriitti-ryhmiksi, jotka kasvavat "paksusti" katodin aktiivisille pinnoille suuremmilla virrantiheyksillä. Tästä muodostuu elektrolyysijärjestelmä, joka pystyy tuottamaan kiteisen, hiukkasmaisen tuotteen, jonka tarttuvuus katodien pinnalle on rajoittunut ja jota tässä keksinnössä on suunniteltu käytettäväksi. Tällaisen elektrolyysi-järjestelmän, jossa on suuri virrantiheys, tärkein etu on suurempi tuottavuus katodin pintayksikköä kohti, mihin liittyy suhteellisen merkittäviä taloudellisia etuja alentuneesta pääomantarpees-ta elektrolyysilaitteistoa varten ja prosessin pidättämästä tuote-varastosta.

Oheisissa piirroksissa on kuvio 1 pystyleikkaus sarjasta elektrolyyttikennoja pitkin niiden pituusakseleita, kuvio 2 on pystyleikkaus elektrolyyttikennosta ja siitä näkyy 4 63444 anodi sekä huokoisen väliseinän ääriviivat.

Kuvio 3 on pystyleikkaus elektrolyyttikennosta ja siitä näkyy katodi- sekä sekoittimen ulkomuoto.

Kuvio 4 on pystyleikkaus elektrolyyttikennosta ja siitä käy ilmi katodi-, anodi-, sekoitin- ja väliseinä-komponenttien keskinäinen sijainti.

Kuprokloridiliuoksen elektrolyysissä metallisen kuparin tal-teenottamiseksi käytetään sarjaa elektrdyyttikennoja, kuten kuviossa 1 on esitetty. Kennot sijaitsevat muodoltaan suorakulmaisessa säiliössä 1 ja tukeutuvat siihen sähköä johtamattomalla ja syöpymistä kestävällä sisäjohdolla. Jokainen kenno käsittää inertin anodin 2, huokoisen väliseinän 3, joka ympäröi anodia ja katodin 4.

Metallipitoinen elektrolyytin syöttöliuos 5, joka koostuu pääasiallisesti kuprokloridi«*ta ja pienestä määrästä kuprikloridia vesiliuoksessa, tuodaan katolyyttiin 6. Senjälkeen kun elektrolyytti (katolyytti) on kierrätetty kosketukseen katodien kanssa, se poistetaan ylisyöksyn 8 kautta putkijohtoa 7 pitkin anolyyttialtaaseen 9. Anolyyttiliuos 10 siirretään pumpun 11 avulla putkijohdon 12 läpi ja puretaan väliseinämän 3 muodostamaan anolyyttiosastoon.

Anolyyttiosastossa oleva anolyyttiliuos virtaa anolyytin tasoa säätävän ylisyöksyn 13 kautta ja raffinaatti 14 (käytetty elektrolyytti) purkautuu elektraLyyttikennoista johdon 15 kautta.

Järjestelmässä suoritetusta elektrolyysistä on, kuten edellä esitettiin, tuloksena kupari-ionien siirtyminen katodille kerrostuk-seen sille metallisena kuparina ja samanaikaisesti kloridi-ionien siirtyminen anodille vapautuakseen anolyyttiliuoksen läsnäollessa, hapettaen tällöin siinä olevan kuprokloridin kuprikloridiksi.

Katolyytin ja anolyytin suhteellisia tasoja vastaavissa osastoissaan säädetään ylisyöksy-tyyppisillä järjestelyillä positiivisen hydraulisen gradientin ylläpitämiseksi katolyyttiosastosta anolyyttiosastoon. Anolyytin vastavirtauksen estämiseksi katolyyttiosastoon pidetään anolyyttiylisyöksy 13 alempana kuin katolyytti-ylisyöksy 8. Jos kuprikloridia sisältävän anolyyttiliuoksen annettaisiin virrata katolyytti-osastoon se pyrkisi liuottamaan kuparia takaisin kato-lyytti-osastossa.

Kuviossa 2 anolyyttivirta väliseinän 3 muodostamassa anolyyttiosastossa suunnataan käyttäen välilevyjä 16 antamaan täydellinen virtauskosketus ja sekoittuminen anodin pinnalla. Välilevyt on kiinnitetty huokoiseen väliseinään ja ne tukevat tätä samalla muodostaen virtauskanavia anolyyttiliuokselle.

5 63444

Elektrolyysin virrantiheys säädetään sellaiselle tasolle, että katodeille kerrostunut kupari on niille löyhästi tarttunut kiteisen kuparin muodossa. Kiteisen kuparin poistumisen katodeilta varmistamiseksi, kuten kuviossa 1 on esitetty, on jokaisen katodin 4 kummallekin puolelle asennettu joustavia sekoittimia 17 kulkemaan aktiivisten pintojen poikki vakioetäisyydellä niistä. Sekoittimet on kiinnitetty akseliin 18, joka saatetaan heilahtelemaan moottorin 20 avulla, joka on esitetty kuviossa 3. Jokainen sekoitinvarsi käsittää lasikuituputken 19, johon on liitetty kumiköysi 17. Ylimääräinen lasikuituputki 21 voidaan ripustaa kumiköyden päähän, jos halutaan.

Kiteinen kupari 22 kootaan joustavalle kuljetinhihnalle 23, kun sitä tippuu katodeilta. Kuten kuvioissa 2 ja 3 on osoitettu, muodostuu kuljetinhihna 23 koveron kourun, joka ulottuu yli koko elektro-kennosäiliÖiden leveyden kootakseen kaiken katodeilta 4 tippuneen kuparin. Kuljetinnauha 23 asetetaan paikalleen ja sitä ohjataan elektrolyyttikennosäiliössä pyörien 24 avulla.

Säiliön 1 pohjalta kuljetinhihna 23 kulkee sitten ylöspäin vinon suorakulmaisen kanavan tai torven 25 läpi, joka on suunnilleen säiliön levyinenm Hihnaa, joka pakotetaan latteaksi vinossa kanavassa 25, ohjataan ja kuljetetaan vetopyörän 26 avulla. Kaltevan kanavan 25 suhteellisessa "eristysosassa" ylläpidetään syrjäyttämis-pesuvyöhyke 27 sen yläpäässä,jossa nesteitä on asetettu olemaan kerrostettuina suhteellisten ominaispai rojensa mukaisesti. Syrjäyttä-misliuoksen rajapinta akatolyytti-liuoksen kanssa on kohdassa 28.

Kun kiteinen kuparituote kulkee pesuvyöhykkeen läpi, siihen tarttunut katolyytti-liuos pakotetaan poistumaan syrjäyttämisen vaikutuksesta. Täten pesty kiteinen kupari purkautuu sitten suppiloon tai muuhun kokoamislaitteeseen, jota ei kuvassa näy, kun kuljetinhihna 23 kulkee vetopyörän 26 yli. Kuljetinhihna ohjataan sitten paluu-rullien 29 avulla pyörälle 30, josta hihna sitten palaa säiliön 1 vastakkaiseen päähän.

Vastakohtana tavanomaisten elektrolyyttikennojen toiminnalle, jotka tavallisesti toimivat suhteellisen alhaisilla virrantiheyksillä metallisen kuparin galvanoitumisen parantamiseksi katodeilla, tämän keksinnön tämä suoritusmuoto sallii käytettävän virrantiheyksiä väliltä n. 800 A/m2 - n. 4000 A/m2. Työskentelyn tarkoituksena näillä suuremmilla virrantiheyksillä on valmistaa kuparia muodossa, jota normaalisti vältetään tavanomaisten elektrolyyttikennojen toiminnassa, ts. muodostaa dendriittistä kiteistä kuparia, joka on löysästi tarttunut katodeihin.

6 63444

Pystyttämällä toimimaan suuremmilla virrantiheyksillä on metallisen kuparin valmistukseen tarvittavien elektrolyyttikennojen lukumäärä suhteellisesti pienempi. Tällöin pääomakustannukset elektrolyyt-tikennoja varten selvästi alenevat merkitsevästi. Vaikkakin käyttökustannukset lisääntyvät suuremman jännitteen vaikutuksesta, joka liittyy suuremman virrantiheyden käyttöön, tämä osittain korvautuu vähentyneillä ylläpitokustannuksilla, jotka aiheutuvat harvempien Jennojen käytöstä sekä myös etujen vaikutuksesta, jotka ovat seurauksena pysyvien katodien käytöstä vaihdettavien katodien asemesta.

On havaittu, että kiteinen kupari, joka tarttuu löyhästi katodeille, voidaan poistaa niiltä sekoittamalla katolyyttiä. Joustavia sekoittimia käytetään katodilevyn kummallakin puolella katolyytin sekoittamiseen. Nämä sekoittimet huolehtivat myös katolyytin perusteellisesta sekoittamisesta, niin että kuparipitoisuus siinä on pääasiallisesti homogeeninen. On myös havaittu, että näin aikaansaadun sekoittamisen voimakkuus voi edullisesti vaikuttaa ja auttaa säätämään kokoa ja tiheyttä sekä myös rakenteellista kelpoisuutta kidekasvus-sa katodilla. Sekoituksen kasvava voimakkuus pyrkii edistämään rakenteellisesti kelvollisen dendriittisen kiteisen tuotteen muodostumista.

Lisäksi sekoittimet tarjoavat varman keinon kidekasvun ulottuvuuden rajoittamiseksi katodin pinnalta, estäen siten tunkeutumista huokoiseen väliseinään ja sähkövirran oikosulun muodostumisen vierekkäisten katodien ja anodien välille, koska sekoittimet on suunniteltu täydellisesti pyyhkäisemään yli koko sähköisesti aktiivisen pinnan kunkin parin välissä.

Vaikkakaan ei tarvita mitään erikoisrakennetta , tulisi sekoit-timien olla joustavia mieluummin kuin jäykkiä. Suuntausongelmat, jotka johtavat huokoisten väliseinien toistuvaan murtumiseen tai repeytymiseen, voivat aiheutua jäykkien sekoittimien käytöstä. Lisäksi sekoittimet kuluvat nopeammin kuin joustavat ja ovat yleensä kalliimpia.

Tämän keksinnön eräs edullinen suoritusmuoto edellyttää, että sekoitinryhmä käsittää joustavia pystysuoria varsia, jotka on kiinnitetty vaakasuoraan akseliin, joka sijaitsee elektrolyyttikennojen yläpuolella. Jokainen sekoitirivarsi käsittää lasikuituputken johon on liitetty kumiköysi. On havaittu edulliseksi liittää lisäkappale lasikuituputkea, joka voidaan varustaa painolla, kumiköyden alapäähän. Jokainen joustava varsi, joka on asetettu varmistamaan toimintavälyk-sen, ulottuu riittävästi katodilevyn koko pituuden alapuolelle, niin että varren heilahdusliike kattaa katodin toisen puolen koko aktiivisen pinnan.

7 63444

On ymmärrettävä, että sd<oittimien tehtävänä, kuten tässä on esitetty, on ensisijaisesti kehittää liuokseen virtausenergiaa yhdessä sekoittamis- ja sekoitustoiminnan kanssa katodin pintojen välittömässä läheisyydessä, minkä vaikutuksesta löysästi tarttunut hiukkasnainen kiteinen tuote irtoaa näiltä. Toisena tehtävänä on kiteiden liikakasvun tarkka rajoittaminen katodilla. Tämä varmistetaan siihen sekoitti-mella kohdistetulla iskulla, joka on vakiotoimintavälyksellä rajoitettu. Samalla vältetään sekoittimen välitön hankauskosketus huokoisen väliseinän pinnan kanssa vakiotoimintavälyksellä siitä.

Eldctrolyysijärjestelmän sähköisen vastuksen alentamiseksi tulisi elektrodien välistä etäisyyttä pienentää. Tämä seikka vaikuttaa sekoitin-varsien toimintavälyksien asetukseen. Tämän suhteen kuvio 4 esittää tilanmitoitussarjaa vierekkäisten elektrodien välillä käytännön toiminnassa.

Joustavat varsisekoittimet saatetaan heilahtelemaan taajuudella n. 8 - n. 24 kertaa minuutissa. Yleensä nopeus kasvaa suuremmilla virrantiheyksillä. 24 heilahduksen/minuutti yläpuolella on havaittu tapahtuvan ei-toivottua kuprokloridin hapettumista kuprikloridiksi. Edullisesti heilahdus saatetaan tapahtumaan n. 10-14 kertaa minuutissa.

Kuljetinta, joka on sijoitettu elektrolyyttikennosäiliön pohjalle, käytetään kokoamaan kiteinen kupari, joka tippuu katodeilta ja kuljettamaan se säiliöstä. Kuljetin, joka voi olla mitä tahansa sopivaa rakennetta, käsittää edullisesti joustavan hihnan, joka on koverosti käyristetty muodostamaan kourun sen reunojen ollessa suljetut kumireunuksen alle säiliön pituussivuilla ja hihnan keskustan koskettaessa ja tukeutuessa muovista tehtyyn 1lukulaitteeseen, joka sijaitsee säiliön pohjan keskiviivalla. Tämä järjestely vähentää kiteisen kuparin määrää, joka tunkeutuu hihnan alapuolelle.

Keksinnön mukainen kuljetin on suunniteltu niin, että huolto voidaan suorittaa keskeyttämättä elektrolyysiprosessia. Upoksissa olevat laiskat pyörät kuljetinta varten on asennettu kehykseen, joka pistää ulos elektrolyyttinesteestä ja ovat siten helposti vaihdettavissa.

Kuljetin, joka kuljettaa kiteisen kuparin, lähtee säiliöstä sopivasti kaltevaa kanavaa pitkin, joka kulkee ylöspäin elektrolyyttikennosäiliön pohjalta enintään n. 45°:een kulmassa. Kaltevan kanavan leveys mitoitetaan sallimaan kuljettimen pinnan muodon muuttumisen koverosta kaukalosta kiteisen tuotteen kokoamiseksi säiliön sisällä suhteellisen leveään latistetun hihnan pinnan muotoon kuljetusta varten pesuvyöhykkeen läpi kaltevan kanavan yläosaan.

Tämän edullisen suoritusmuodon kuparikloridi-elektrolyvsijärjestelmässä katolyytti, joka on tarttunut kerättyyn ja kuljetettuun 8 63444 kiteiseen tuotteeseen, käsittää jäljellejääneen kuprokloridin liuoksessa, joka on lähes kyllästetty yhdellä tai useammalla sulapitoi-sella metallikloridilla, kuten esimerkiksi natriumkloridilla, ka-liumkloridilla, magnesiumkloridilla tai kalsiumkloridilla. Tämän mukana kulkeutuvan jäämänesteen syrjäyttämiseen päästään keksinnön mukaisesti ominaispainoltaan alemmalla nesteellä tai alemmilla nesteillä, joita "kellutetaan" kerrostetussa järjestyksessä katolyytti-elektrolyytin pinnalla. Näiden ominaispainoltaan alempien nesteiden koostumus voi edullisesti olla suhteutettu täydennystarpeiden mukaan kokonaisprosessin nesteainetasapainon ylläpitämiseksi. Esimerkiksi vesipitoinen neste, joka sisältää yhden tai useampia suolapitoisia metalliklorideja, jotka ovat käyttökelpoisia anetasapainon täyhde-tämiseen ja välttämättömiä kuprokloridin saostumisen välttämiseksi ja joiden ominaispaino asetetaan niiden sisältämän kloridipitoisuu-den avulla haluttuun erotukseen elektrolyytin ominaispainon suhteen, voidaan suoraan "kelluttaa" elektrolyytille ja pitää sopivana kerroksena syrjäyttämään kuparia sisältävä elektrolyytti elektrolyyt-tikennosäiliöstä poistuvasta kuparituotteesta. Tällainen kerros voidaan ylläpitää jaksottaan tai jatkuvasti ruiskuttamalla siihen täydennysnestettä äärissä, joita tarvitaan prosessin ainetasapsinon ylläpitämiseksi. Tämä nesteen syöttö johtaa positiiviseen hydrauliseen syrjäyttämiseen vastakohtana sekoittumissaastumispyrkimykselle, joka liittyy kuljettimella ylöspäin kulkevaan jähmeään tuotteeseen. Lisäksi ja samalla lailla käyttökelpoisena prosessin ainetasapainovaa-timuksille, voidaan vedestä koostua nestekerros "kelluttaa" ja ylläpitää suolapitoisen metallikloridikerroksen päällä, jolloin seurauksena on samanlainen syrjäyttävä pesuvaikutus ja kuparituote poistuu pääasiallisesti vapaana liukoisista saastuttavista aineista. Tämä ainutlaatuinen menettely, jolla nämä saastuttavat aineet tuotteen puhtauteen nähden tällä tavalla pysytetään arvokkaina aineosina prosessinesteessä yhdessä tarvittavan täydennyksen kanssa prosessin nestejärjestelmän ainetasapainon ylläpitämiseksi, muodostaa tärkeän puolen tämän keksinnön opissa.

Pääkohdat toistaen tekee keksintö mahdolliseksi päästä seu-raavaan: a. Kemiallisesti sopivaa nestettä tai nesteitä, joilla on alempi ominaispaino kuin annetulla elektrolyytillä, voidaan "kelluttaa" kerroksena tai kerroksina elektrolyytin pinnalla.

b. Hiukkasmainen, kiteinen tuote kuljetetaan elektrolyytti-"emä-liuoksen" pääosasta ylöspäin kerroksem ominaispainoltaan alempaa nestettä ja sen läpi.

9 63444 c. painovoiman vaikutuksen alaisena mukaantarttuneen raskaamman elektrolyyttiliuoksen liike suuntautuu alaspäin suhteessa alempi-ominaispainoisen nesteen liikkeeseen, jolloin tämä syrjäyttää elektrolyytin hiukkasmaisen, kiteisen tuotteen raoista ja pinnoilta, kun sitä kuljetetaan ylöspäin päällä olevan kerroksen läpi.

d. Rajapinta kerrostuneiden nestekerrosten välillä voi pysyä käytännöllisesti katsoen muuttumattomana pidempiä ajanjaksoja rajoittamalla tuotteen kuljetusjärjestelmän suoraviivaista nopeutta.

Eräs tärkeä tämänkeksinnön uusi käsite on suhteen tärkeyden havaitseminen elektrolyyttinesteen painovoiman vaikutuksesta tapahtuvan elektrolyyttinesteen laskeutumisnopeuden pesunesteessä ja kuljettimen nousunopeuden vastavaikutuksen välillä. Tämä selittää odottamattoman positiivisen, apikoillaan, syrjäytyspesutehon, johon päästään yhdessä hyväksyttävän ja käyttökelpoisen tuotekuljetuskapa-siteetin kanssa tämän keksinnön opin mukaisesti.

e. Jonkin verran kerrostuneiden nesteiden sekoittumista tapahtuu välttämättömästi, kuitenkin aikaväliä ennen tämän tapahtumista voidaan pidentää, kuten tässä on esitetty, antamaan käytännöllisiä toiminta-jaksoja ennen kuin tapahtuu pesunesteen tai -nesteiden saastumista yli rajan, jota ei voida hyväksyä, mikä tekee välttämättömäksi niiden vaihtamisen.

f. Kun yli koko prosessin toimiva ainetasapaino sallii, voidaan nestettä tai nesteitä, joilla on sopiva koostumus ja vaadittava ominaispaino, täydennystä varten vakiinnuttaa kerrostetun pesujärjes-telmän komponenteiksi, johon sopivia täydennysmääriä prosessin aine-tasapainon ylläpitämiseksi ruiskutetaan jaksottain tai jatkuvasti aikaansaaden täten hydraulien syrjäytyminen vastakohtana sekoittu-missaastumispyrkimykselle, joka liittyy ylöspäin kulkevaan kiinteään tuotteeseen. Tällä tavalla ei-toivottua nesteen tai nesiteiden saastumista voidaan lykätä käytännöllisesti katsoen rajoittamattomasti.

Kuljettimen kulkunopeus pidetään edullisesti niin pienenä kuin mahdollista syrjäytyspesun toteutumisen hyväksi. Tässä kuvattua edullista suoritusmuotoa varten ovat koekehittelytestit, jotka on suunniteltu ja suoritettu vastaavuussuhteen tutkimiseksi kuljettimen kulkunopeuden, tuotteen kuormituksen kuljettimella ja syrjäytyspesun toteutumisen välillä, ilmaisseet täysin käytännössä pätevät rajat, joiden sisällä voidaan saavuttaa hyväksyttäviä käyttö-tuloksia.

10 63444

Taulukko 1

Kaksoisrajapinta syrjäytyspesu kennokuljettimellä

Testi Tuotekuormitus Kuljettimen nopeus Jäämäkatolyytin suhteellinen prosentti-osuus n:o kg/h cm/min tuotteesta x 1 266 10,2 1,73 2 7,6 1,68 3 " 5,1 1,19 4 " 2,5 0,37 5 134 10,2 2,70 6 7,6 1,86 7 5 1,63 8 2,5 0,36 9 " 0,22

Alempi liuos - kyllästetty natriumklorldivesiliuos, pystysuoran syvyys 45,7 cm,

Ylempi liuos - puhdasta vettä, pystysuora syvyys 50,2 cm,

Tuotanto - kuparikiteitä.

x laskettu kaliumin pohjalta jakamalla kaliumin väkevyys kuivatussa lopputuotteessa kaliumin väkevyydellä katolyytissä.

Lukuarvojen taulukointi osoittaa, että elektrolyytin syrjäytyminen jähmeästä tuotteesta pesujärjestelmässä on kuljettimen nopeuden funktio ja on pääasiallisesti riippumaton tuotekuormituk-sesta. Lukuarvot saatiin kokeellisen prototyyppi-kennokuljetusmeka-nismin toiminan aikana kaltevan pesupurkukanavan kaltevuuskulman ollessa 25° vaakasuorasta.

Edellisessä koetuloksessa kuvattu syrjäyttämisilmiö pätee vaihtoehtoisille järjestelmille, joissa varsinaiseen pesutehoon vaikuttavat vallitseva viskositeetti, jähmeän tuotteen, rakenne ja pintarakenne sekä liuosväkevyys parametreinä. Toisin sanoen, annetulle vaihtoehtoiselle järjestelmälle tavallisuudesta poikkeavaan tuotteen mukana siirtyvän elektrolyytin vähenemään liittyy kuljettimen nopeuden alentaminen alle kokeellisesti vahvistetun kriittisen arvon.

Claims (18)

1. Menetelmä hiukkasmaisen, kiteisen tuotteen, esimerkiksi kuparin, jatkuvaksi talteenottamiseksi elektrolyysijärjestel-mästä, joka käsittää katodien pinnat, anodien pinnat ja elektrolyytin säiliössä, jolloin tuotteella on rajoitettu tarttuvuus katodien pintoihin, jossa menetelmässä tuote erotetaan katodien pinnoilta ja poistetaan elektrolyysikennosäiliöstä, tunnettu siitä, että saostetaan dendriittinen kiteinen tuote katodin pinnoille, säädetään kiteisen tuotteen kokoa ja tiheyttä sekä dendriittien rakennetta ja rajoitetaan kiteiden liikakasvua katodin pinnoilla elektrolyyttinesteen mekaanisella sekoitinlaitteella, joka toimii määrätyllä etäisyydellä katodien pinnoista, kootaan katodien pinnoilta erotettu hiukkasmainen, kiteinen tuote hihnakuljetinjärjestelmälle, joka sijaitsee elektrolyysikennosäiliön pohjaosassa, poistetaan jatkuvasti hiukkasina is ta kiteistä tuotetta elektrolyysikennosäi-liöstä hihnakuljetinjärjestelmän avulla ja kuljetetaan hiukkasmai-nen, kiteinen tuote ennen sen poistamista elektrolyysikennosäiliös-tä pesuvyöhykkeen läpi elektrolyyttinesteen syrjäyttämiseksi hiukkasmaisesta, kiteisestä tuotteesta.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ainakin yksi neste, jonka ominaispaino on alempi kuin elektrolyytin ominaispaino, saatetaan pesuvyöhykkeeseen kerroksena elektrolyytin pinnalle syrjäyttävän pesuvaikutuksen aikaansaamiseksi.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että nestettä käytetään järjestelmän ainetasapainon ylläpitämiseksi, jolloin kerroksen taso ylläpidetään syöttämällä nestettä järjestelmään, ja pesu pesuvyöhykkeessä tapahtuu syrjäyttämällä hydraulisesti elektrolyytti.

4. Patenttivaatimuksen 1 tai 3 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että useita nesteitä, joilla on perättäisesti alemmat ominaispainot kuin elektrolyytillä, saatetaan pesuvyöhykkeeseen perättäisinä kerroksina elektrolyytin pinnalle.

5. Jonkin patenttivaatimuksen 1-4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että pesuvyöhyke sijaitsee kaltevan kanavan yläosassa, joka kanava ulottuu elektrolyysikennosäiliön pohjalta ylöspäin kulmassa, joka on enintään 45° vaakatasoon nähden.

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kuljetinjärjestelmä käsittää taipuisan kuljetinhihnan, joka* kulkee jatkuvasti elektrolyysikennosäiliön läpi lähellä sen 12 63444 pohjaa ja sieltä lähtevän kaltevan kanavan ja pesuvyöhykkeen läpi, jolloin hihna muodostaa koveron kokooma- ja kuljetuspinnan säiliön sisällä ja lattean kuljetuspinnan kaltevassa kanavassa.

7. Jonkin edellä esitetyn patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kuljetinjärjestelmän liikkumisnopeutta säädetään niin, että elektrolyyttineste syrjäytetään tehokkaasti tuotteesta ja niin että aiheutuu mahdollisimman vähän nesteiden fysikaalista sekoittumista pesuvyöhykkeessä.

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kuljetinjärjestelmän nopeus on alle 5 cm/min.

9. Jonkin edellä esitetyn patenttivaatimuksen mukainen menetelmä tunnettu siitä, että virrantiheys elektrolyysissä on 800-4 000 A/m2.

10. Jonkin edellä esitetyn patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että elektrolyyttinestettä sekoitetaan joustavalla varrella jokaisen katodin kummallakin puolella, jolloin nämä varret heilahtelevat kaarta pitkin joka pyyhkäisee yli jokaisen katodin koko sähköisesti aktiivisen pinnan määrätyllä etäisyydellä siitä.

11. Patenttivaatimuksen 10 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että joustavat varsisekoittimet saatetaan heilahtelemaan taajuudella 3-24 heilahdusta minuutissa.

11 63444

12. Patenttivaatimuksen 10 tai 11 mukainen menetelmä tunnettu siitä, että joustavat varsisekoittimet saatetaan heilahtelemaan taajuudella 10-14 heilahdusta/min ja kuljetinjärjestelmä käsittää kuljetinhihnan, jota liikutetaan nopeudella 2,5 cm/min.

13. Jonkin edellä esitetyn patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että pesuvyöhykkeeseen syötetty neste sisältää metallikloridia joka estää kupari(I)kloridin saos-tumisen, ja nesteen tiheys säädetään arvoon, joka poikkeaa elektrolyytin tiheydestä halutulla tavalla, konsentroimalla nesteen sisältämä kloridi.

14. Patenttivaatimuksen 13 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, e'ttä metallikloridi valitaan ryhmästä, johon kuuluvat natriumkloridi, kaliumkloridi, magnesiumkloridi, kalsiumkloridi ja niiden seokset.

15. Patenttivaatimuksen 13 tai 14 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vettä saatetaan kerroksena metalli-kloridikerroksen päälle pesuvyöhykkeessä ja vesikerroksen taso , * 63444 ylläpidetään syöttämällä lisää vettä, jolloin kuparituote vapautuu liukenevista epäpuhtauksista.

16. Laite käytettäväksi patenttivaatimuksen 1 mukaisessa menetelmässä hiukkasmaisen, kiteisen tuotteen esimerkiksi kuparin jatkuvaksi talteenottamiseksi elektrolyysijärjestelmästä, joka käsittää katodien pinnat, anodien pinnat ja elektrolyytin säiliössä, jolloin tuotteella on rajoitettu tarttuvuus katodin pintoihin, tunnettu siitä, että laite käsittää joustavan varren (17) jokaisen katodin (4) kummallakin puolella, jolloin varret (17) on kiinnitetty vaakasuoraan akseliin (18), jonka ympäri ne heilahte-levat ja joka on kiinnitetty elektrolyysikennosäiliöön (1), kaltevan kanavan (25), joka ulottuu elektrolyysikennosäiliön (1) pohjalta ylöspäin, enintään 45°seen kulmassa vähintään katodien (4) ja anodien (2) korkeudelle, ja hihnakuljetin jär jestelmän (23, 24, 26, 29, 30), joka kulkee elektrolyysikennosäiliön (1) pohjan poikki ja kaltevan kanavan (25) läpi hiukkasmaisen, kiteisen tuotteen poistamiseksi elektrolyysij ärj estelmästä.

17. Patenttivaatimuksen 16 mukainen laite, tunnettu siitä, että joustavat varret (17) ulottuvat yli katodien (4) koko pituuden, niin että heilahtelevat joustavat varret (17) pyyhkäisevät yli katodien (4) koko sähköisesti aktiivisen pinnan määrätyllä etäisyydellä siitä.

18. Patenttivaatimuksen 16 tai 17 mukainen laite, tunnettu siitä, että kuljetin jär jestelmä (23, 24, 26, 29, 30) käsittää taipuisan kuljetinhihnan (23), joka on kovero elektrolyysi-kennosäiliössä (1) ja lattea kaltevassa kanavassa (25). 14 63444