FI64817C - Foerfarande foer elutvinning av metaller - Google Patents

Description

6481 7

Menetelmä metallien sähkösaostamiseksi

Keksinnön kohteena on menetelmä metallien, erityisesti nikkelin tai koboltin sähkösaostamiseksi elektrolyy-5 tistä laitteessa, jossa on joukko eri tiloihin sijoitettuja anolyyttiosastoja, joista jokainen sisältää liukenemattoman anodin ja jossa menetelmässä elektrolyyttiä syötetään anolyt-tiosastojen väliseen tilaan ja käytetty elektrolyytti poistetaan jokaisesta anolyyttiosastosta.

10 Menetelmässä, jossa metallia sähkösaostetaan elektro lyyteistä, jotka sisältävät sulfaatti ja/tai kloridi-ioneja, kyseinen metalli saostetaan katodille, samalla kun anodilla kehittyy läsnäolevista anioneista riippuen klooria tai happea. Hapen kehittymiseen sulfaattielektrolyyteissä liittyy pH:n 15 aleneminen, mikä johtuu rikkihapon muodostumisesta.

Läpäisevä kalvo tai diafragma asetetaan usein jokaisen anodin ja katodin väliin ja lähelle niitä. Sähkösaostet-taessa kloridielektrolyyteistä, diafragman tehtävänä on rajoittaa anodisesti kehittynyt kloori anodien läheisyyteen 20 ja tällöin tarvitaan sopivia painoja estämään kloorikaasun ulospääsy. Sähkösaostettaessa sulfaattielektrolyyteistä, diafragman tehtävänä on rajoittaa kehittynyt rikkihappo anodin läheisyyteen, jolloin varmistetaan elektrolyytin pääosan pysyminen pienimmässä happamuudessa, mikä on tar-25 peen, että metallin saostuminen tapahtuu etusijaisesti vedyn kehittymiseen nähden.

Kloorin tai happaraen anolyytin takaisindiffuntoitu-misen estämiseksi osastoon, jossa on pääosa elektrolyytistä, ylläpidetään elektrolyytin positiivista ylivirtausta kato-30 dille läpi diafragman anodille. Erääseen tapaan toetuttaa tämä virtaus liittyy anodia ympäröivän anodiosaston käyttäminen, jossa on diafragmaseinät, jotka läpäisevät elektrolyytin, esim. diafragmapussi niin, että jokaisen anodipus-sin sisällä oleva tila muodostaa anolyyttiosaston, samalla 35 kun tila pussien ulkopuolella muodostaa kennon elektrolyytin pääosan. Tällainen järjestely on kuvattu esimerkiksi US-patenttijulkaisussa 4 201 653.

2 64817

Ongelma, joka liittyy kaikkien pussitettujen anodien toimintaan, on vaikeus ylläpitää yhtäläiset olosuhteet tietyn säiliön eri anolyyttiosastoissa. Mikäli elektrolyytin poisto-nopeus eri anolyyttiosastoista olisi erilainen, osastoilla, 5 joista poistonopeus on alhainen, anolyyttipitoisuus on suuri, mikä synnyttää ei-toivotun hydrostaattisen paineen, joka voi johtaa takaisindiffuntoitumiseen elektrolyytin pääosaan, mikä vuorostaan johtaa pysyvään tehottomuuteen ja mahdollisesti myös ympäristöongelmiin, mikäli happosumu tai kloorikaasu 10 pääsee ulos kattamattomasta elektrolyytin pääosasta. Tämä ongelma kasvaa lisääntyneen happoväkevyyden mukana, mikä johtuu anolyytin hitaasta poistumisesta.

Viime aikoina on ehdotettu kaasujen poistamista imemällä jokaisen anolyytin yläpuolella olevasta suljetusta 15 tilasta ja itse anolyytin poistamista purkuaukosta, joka on järjestetty anodipussin sivulle. On myös ehdotettu, että sekä neste että kaasut poistetaan yhdestä ainoasta anodipussin sivulla olevasta aukosta. Kimmallakaan näistä järjestelyistä ei ole päästy virtaustasapainovaikeuksista.

20 Suhteellisen pienet erot, suuruusluokaltaan senttimetriin asti, eri anolyyttiaukkojen nostojen välillä, aiheuttavat voimakkaasti vaikuttavia vaihteluita anolyyttivirrassa.

Nyt on keksitty, että jos elektrolyyttiin lisätään pieni määrä vaahdotusainetta, sähkösaostus pussitetulla 25 anodilla voidaan suorittaa poistamalla elektrolyyttiä ja anodisesti kehittyneitä kaasuja yhdessä vaahtona anolyytti-osastosta. Kun näin tehdään, päästään pysyvään, miltei keskeytymättömään poistoon ja yhtäläisiin viratuksiin huolimatta pienistä vaihteluista eri kennojen poistoosastojen 30 korkeuksissa.

Tämän keksinnön mukaiselle menetelmälle metallin sähkösaostamiseksi elektrolyytistä laitteessa, jossa on joukko eri tiloihin sijoitettuja anolyyttiosastoja, joista jokainen sisältää liukenemattoman anodin ja jossa menetel-35 mässä elektrolyyttiä syötetään anolyyttiosastojen väliseen tilaan ja käytetty elektrolyytti poistetaan jokaisesta anolyyttiosastosta, on tunnusomaista, että syöttöelektro- 3 64817 lyytti sisältää vaahdotusainetta ja että käytetty elektrolyytti, joka on poistettu jokaisesta anolyyttiosastosta, on pysyvänä vaahtona, joka on muodostettu sinänsä tunnetulla tavalla ainakin 3 cm paksuksi pintakerrokseksi anolyytti-5 osastossa olevan elektrolyytin läpi nousevan kaasun avulla.

Vaahdon muodostumista elektrolyytin pinnalle sähkö-saostuskennossa on kuvattu GB-patenttijulkaisussa 1 392 705. Tässä tapauksessa vaahtoa on kuitenkin käytetty estämään elektrolyytin läpipuhalletun kaasun kuplimista ja elektro-10 lyytti poistetaan kennosta nestemuodossa ylijouksua käyttäen.

Tässä keksinnössä vaahto kehitetään edullisesti pelkästään anodisesti kehitetyllä kaasulla, mutta sitä voidaan muodostaa myös lisäkaasua, esimerkiksi ilmaa, käyttäen, jota 15 pulputetaan anolyyttiosaston läpi tai jollakin muulla sopivalla tavalla.

Keksinnön mukainen menetelmä on yhtä käyttökelpoinen metallien, erityisesti nikkelin ja koboltin sähkösaostukseen sulfaatti-, kloridi- kuin sekaioniväliaineesta. Tämän mukai-20 sesti keksinnönedullisessa suoritusmuodossa jokaisella anodilla on laippa, joka sijaitsee lähellä sitä tai sen upot-tamattomassa päässä. Tässä tapauksessa anolyyttiosasto käsittää yksinkertaisen pussin, joka varmistaa yhdessä laipan kanssa suljetun tilan vastakkaiseen päähän.

25 Pysyvän vaahdon läsnäolo anolyytin yläpuolella on oleellista takaamaan kaasujen ja käytetyn elektrolyytin samanaikaisen poistamisen. Tarpeellista vaahtomäärää voidaan ylläpitää lisäämällä syöttöelektrolyyttiin jotakin sopivaa vaahdotusainetta, joka ei tuota systeemiin ei-hyväksyttäviä ioni-30 lajeja. Monia pinta-aktiivisia aineita, joita kaupallisesti käytetään vaahdotusaineinqi voidaan käyttää myös tähän tarkoitukseen, esimerkiksi joita myy The Dow Chemical Company on Midland, USA kauppanimellä "Dowfax". Erityisesti on havaittu edulliseksi vaahdotusaine, jossa on natriumlauryylisulfaattia väke-35 vyydessä 10-50 mg/1, esim. 30 mg sitä litraa kohti elektrolyyttiä on havaittu antavan toivotun pysyvän vaahdon. Vähintään 3 cm:n paksuista (ts. syvää) vaahtoa on ylläpidettävä 4 6481 7 anolyytin pinnalla tasaisen jatkuvan talteenoton ylläpitämiseksi ja edullisesti kennoa tulisi käyttää vaahdon paksuudella 5 - 10 cm.

Keksinnön menetelmä esitetään lyhyesti, pelkästään 5 esimerkinomaisesti seuraavin esimerkein ja niihin liittyvin piirroksin.

Kuvio 1 on kaavamainen poikkileikkaus keksinnön mukaisesta sähkösaostussäiliöstä keksinnön mukaisen menetelmän toteuttamiseksi; ja 10 kuvio 2 on perspektiivikuva kuviossa 1 käytetystä säiliöstä.

Kuviossa 1 on esitetty keksinnön laitteelle ainoastaan olennaiset osat ja sellaiset standardi-ilmiöt kuin elektrodi-poikkisillat ja palkit on jätetty pois. Säiliössä 11 on jouk-15 ko anodilevyjä, jotka on sijoitettu erilleen ja joissa on joukko katodeja ja niiden välille sijoitettuina. Katodit ovat edullisesti myös levyjä, myöskin muita geometrisia muotoja voidaan käyttää. Sekä anodit että katodit ovat tehtyjä samasta aineesta, joka on liukenematon käytettävään elektrolyyttiin 20 ja voivat olla yleisesti tunnettua rakennetta. Jokainen anodi on varustettu itsenäisellä laipalla 14, johon anodipussin 15 avoin pää on kiinnitetty. Anodipussi rajoittaa anolyyttiosas-ton 16 samalla, kun katolyytti 17 hallitsee anodipussien kaikkea muuta tilaa säiliössä. Anodisesti kehitetyt kaasut aikaan-25 saavat vaahdon (18), joka on ylläpidettävä anolyyttipinnan yläpuolella jokaisessa pussissa ja vaahdonpoistoputket 19 päätyvät vaahtokerroksen sisälle. Poistoputket ovat yhteydessä pääpoistojohtoon 20, joka on yhdistetty alipainelähteeseen (ei näy kuviossa). Kennopinta 21 ylläpidetään palauttamalla 30 katolyyttiä sisääntulon 24 kautta ja anolyyttiä poistetaan anolyyttitason 22 ylläpitämiseksi, mikä takaa elektrolyytin virtauksen halutuissa suunnissa pussien läpi.

Anodirakenne on kuvattu yksityiskohtaisemmin kuviossa 2, josta nähtään, että useita yksittäisiä laippoja 14 jokai-35 selle anodille 12 on järjestetty kehäuralla 23. Jälkimmäisen tehtävänä on sijoittaa "0"-rengas takaamaan oikean anodiin ja vastaavan elektrodiin kytkeytymisen.

5 64817

Edellä kuvatunlaista laitteistoa käytettiin keksinnön koestusmenetelmän arvioinnissa koboltin sähkösaostamiseksi sulfaatti- että myös sulfaattikloridi-sekaelektrolyyteistä. Jokaisessa keksinnön mukaisessa testissä pantiin 30 mg/1 5 natriumlauryylisulfaattai syöttöelektrolyyttiin, jonka kobolt-tipitoisuus oli n. 100 g/1 ja jonka pH oli 5. Vertailua varten suoritettiin samalla laitteistolla vertailukokeita ilman, että elektrolyytin syötössö olisi ollut läsnä vaahdotusainetta. Useiden testien jälkeen, joissa kobolttia sähkösaostettiin 10 50-60°C:ssa 5-10 päivän ajan 200 A tasavirralla/m^, voitiin tehdä seuraavat havainnot: 1) Keksinnön mukaisissa testeissä ei poistoputkien korkeudella havaittu olevan ratkaisevaa merkitystä.

2) Virtaustasapaino ja hapon takaisindiffuntoitumisen 15 estyminen osoitettiin sillä# että eri osastoista poistetun rikkihapon väkevyys oli ainoastaan välillä 70-90 g happoa/1.

Sen sijaan, kun vaahtoa ei ollut mukana elektrolyytissä ano-lyytin happoväkevyyden havaittiin olevan välillä 40-100 g/1.

3) Hapon takaisindiffuusion estyminen nähtiin eiitä, 20 että katolyytin pH tasapainotetuissa syöttö- ja poisto- olosuhteissa oli 3,5 keksinnön mukaisissa kokeissa, mutta vain 2,5 vertailukokeissa, mikä osoittaa, että ksksinnön mukaisella menetelmällä saavutetaan suurempi virran tehokkuus.

4) Kennon yläpuolelta otetut ilmanäytteet analysoi-25 tiin koboltin suhteen ja havaittiin, että keksinnön mukaisissa testeissä niissä oli kobolttia ainoastaan 0,01-0,02 mg/m , kun taas vertailutesteissä, joissa ei ollut vaahdo-tusjärjestelmää, kobolttia oli niinkin paljon kuin 0,1-0,3 3 mg/m . Jopa silloinkin, kun vertailutestit suoritettiin 30 lisäten alkalia säätämään katolyytin pH 3,5:ksi, kuten testeissä, joissa oli läsnä vaahtoa, vertailutest.it antoivat vielä saman korkean ilmakehän kobolttipitoisuuden. Jälkimmäisen ei kuitenkaan tule katsoa johtuva happamista olosuhteista, vaan pikemminkin sumuamisesta, jota tapahtuu 35 anodisesti kehittyvän kaasun yhteydessä, joka on diffuntoi-tunut diafragman läpi katolyyttiin. Vaahdon läsnäolo poistaa tämän sumuamisen.

Claims (5)

6 64817

1. Menetelmä metallin, erityisesti nikkelin tai koboltin, sähkösaostamiseksi elektrolyytistä laitteessa, jossa 5 on joukko eri tiloihin sijoitettuja anolyyttiosastoja (16), joista jokainen sisältää liukenemattoman anodin (12) ja jossa menetelmässä elektrolyyttiä syötetään anolyyttiosastojen väliseen tilaan ja käytetty elektrolyytti poistetaan jokaisesta anolyyttiosastosta, tunnettu siitä, että syöt-10 töelektrolyytti sisältää vaahdotusainetta ja että käytetty elektrolyytti, joka on poistettu jokaisesta anolyyttiosastosta, on pysyvänä vaahtona, joka on muodostettu sinänsä tunnetulla tavalla ainakin 3 cm paksuksi pintakerrokseksi anolyyttiosastossa olevan elektrolyytin läpi nousevan 15 kaasun avulla.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, t u n- . ' n e t t u siitä, että anodi (12) on varustettu laipalla y' (14), joka sijaitsee lähellä sitä tai sen upottamattomassa/"^ päässä ja anolyyttiosasto käsittää yksinkertaisen pussin 20 (15), joka läpäisee elektrolyytin ja on alapäästään suljet tu ja yläpäästään yhdistetty laippaan, sulkien siten ano-lyyttiosaston (16) ja vapaan tilan anolyyttiosaston ylä- y' puolella.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, t u n -25 n e t t u siitä, että jokainen anodi on varustettu itsenäisellä vaahdonpoistoputkella (19) , jonka ylempi pää on yhdistetty alipainelähteeseen ja alapää sijaitsee vaahto-kerroksessa.

4. Jonkin patenttivaatimuksesta 1-3 mukainen mene-30 telmä, tunnettu siitä, että syöttöelektrolyytissä oleva vaahdotusaine on natriumlauryylisulfaatti.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että elektrolyytissä on vaahdotusainetta 10-50 mg/1.