FI67238B - Foerfarande foer elektrolytisk utfaellning av metaller - Google Patents

Description

1 67238

Menetelmä metallien elektrolyyttiseksi saostamiseksi Tämä keksintö koskee menetelmää metallien elektrolyyttiseksi saostamiseksi. Tarkemmin sanoen se koskee menetelmää metallien elektrolyyttisen erotus- ja puhdistusprosessin hyötysuhteen parantamiseksi.

Metallien elektrolyyttisissä saostusprosesseissa, joissa käytetään anodeja ja katodeja, kuten esimerkiksi sellaisten metallien kuten sinkin, kuparin, nikkelin, mangaanin, kadmiumin, lyijyn ja raudan elektrolyyttisessä erotuksessa ja sellaisten metallien kuten kuparin, lyijyn, nikkelin, hopean, kullan, vismutin ja antimonin elektrolyyttisessä puhdistuksessa yleisesti käytetty kenno on pitkänomainen, oleellisesti suorakulmainen laatikkomainen rakenne. Kenno sisältää elektrolyytin ja on yleensä varustettu sopivilla välineillä elektrolyytin sisääntuloa ja ulosmenoa varten, jota elektrolyyttiä kierrätetään yleensä jatkuvasti. Elektrodit on asetettu kennoon poikittain sen pituuteen nähden ja tuettu sopivasti. Niihin syötetään myös sähkövirtaa niiden ollessa yhdistetty teholähteeseen kokoomakiskojen, koske-tuskiskojen tai muiden virranjakovälineiden avulla. Yleensä kaikki kennossa olevat elektrodit on sijoitettu samalle etäisyydelle toisistaan, käytetyn tarkan raon riippuessa useista tekijöistä. Elektrodien ollessa näin asetettu samoin välimatkoin pitkin kennon pituutta katsotaan yleensä, että kennoon syötetyn virran määrä on suunnilleen tasaisesti jakautunut kennossa olevien elektrodien kesken. Tällä tavoin kennossa olevan virran tiheyden keskimääräinen arvo voidaan helposti laskea.

2 67238

Elektrodien suuntauksella tällaisissa kennoissa on huomattava merkitys. Jos elektrodit on suunnattu sopimattomasti, saattaa tapahtua elektrodien vääntymistä, syöpymistä ja oikosulkua, mikä johtaa tarpeettoman lyhyeen elektrodin elinikään ja myös virtahyötysuhteen menetykseen. Monia välineitä on kehitetty takaamaan, että elektrodit ovat sekä sopivin välimatkoin että suunnattu sopivasti. Tällaisilla välineillä on suuri joukko erilaisia rakenteita. Tyypillisiä esimerkkejä on löydettävissä seuraavista US-patenteista n:ot 1 206 963, 1 206 964, 1 206 965, 1 276 208, 2 115 004, 2 443 112, 3 579 431, 3 697 404, 3 997 421 ja 4 035 280.

Näissä kahdessa viimeisessä patentissa kuvataan kela-muotoista lovettua kosketuskiskoa ja anodivälipidikkei-tä, jotka kun niitä käytetään sopivien elektrodien yhteydessä, aikaansaavat stabiilin anodien ja katodien kolmiulotteisen järjestelmän elektrolyysikennoihin.

Kuitenkin myös silloin, kun on ryhdytty riittäviin varotoimiin elektrodien sekä sopivan suuntauksen että sopivien välimatkojen varmistamiseksi, kohdataan yhä sähköisiä vaikeuksia. Elektrodien oikosulkuja, elektrodien ylikuumenemista, elektrodien vääntymistä ja muita niihin liittyviä ongelmia kohdataan, jotka johtavat sekä virtahyötysuhteen että tuotantokyvyn menetyksiin. Äärimmäisessä tapauksessa oikosulku voi johtaa paikalliseen elektrodien sulamiseen.

Nyt on havaittu, että selvästi suurin osa elektrodiviois-ta sattuu päätyelektrodeissa tavanomaisen kennon kummassakin päässä riippumatta siitä, ovatko nämä elektrodit katodeja (elektrolyyttinen puhdistus) vain anodeja (elektrolyyttinen erotus). Tarkemmin sanoen on havaittu, että virta päätyelektrodien ja seuraavan viereisen elektrodin välinen virta riippumatta siitä, ovatko päätyelektro-dit katodeja (elektrolyyttinen puhdistus) vai anodeja 3 67238 (elektrolyyttinen erotus), on suurempi kuin keskimääräinen virta kaikkien kennossa olevien elektrodien välillä. Edelleen on havaittu, että ero virrassa pää-tyelektrodien ja seuraavien viereisten elektrodien välillä ja keskimääräisessä virrassa kaikkien elektrodien välillä voi olla huomattava vaihdellen yli 10 %:sta jopa yli 30 %:iin.

Johtuen tästä keskimääräistä suuremmasta virrasta pääty-elektrodeilla on keskimääräistä suurempi taipumus vääntyä ja joutua oikosulkuun. Samoin päätyelektrodikontak-tit ja eristimet pyrkivät myös ylikuumenemaan, kun oikosulku tapahtuu, koska ne tällöin siirtävät paljon laskettua suuremman virtakuorman. Näin ollen tällä keskimääräistä suuremmalla virralla kennon päätyelektrodeissa on havaittavia vaikutuksia kennon ulkopuolella. Keskimääräistä suurempi virta päätyelektrodien parien elektrodien välillä aiheuttaa myös ongelmia kennossa. Keskimääräistä suurempi virta johtaa keskimääräistä suurempaan virrantiheyteen näissä elektrodeissa, mikä vuorostaan johtaa sähköisten oikosulkujen kohonneeseen esiintymiseen päätyelektrodien ja niiden välittömien naapurielektro-dien välillä. Nämä ongelmat pyrkivät tällöin muuttumaan itsestään lisääntyviksi: nämä oikosulut eivät vain rajoita sähkösaostusaikaa, vaan nostavat myös ketjukosketus-systeemissä virran määrää kennon päissä. Oikosulut vaikuttavat myös systeemin jännitehäviöön, tehden sen pienemmäksi päissä kuin kennon loppuosan poikki, mikä jälleen kohottaa virtaa päissä kiihdyttäen näin oikosulkuja, vääntymistä ja kennon hyötysuhteen laskua.

Nyt on keksitty, että jos liiallinen virta tai virrantiheys päätyelektrodien välillä eliminoidaan, suurin osa kennon päätyelektrodien oikosuluista ja vioista, jopa 90 % kaikista voidaan poistaa. Lisäksi on myös keksitty, että tämä liiallinen virta voidaan eliminoida 4 67238 yksinkertaisella keinolla suurentamalla päätyelektrodien etäisyyttä niiden välittömistä naapureista.

Näin ollen tämä keksintö tarjoaa käytettäväksi menetelmän metallien elektrolyyttiseen saostukseen käyttäen elektrolyysikennoa, joka sisältää elektrolyytin, johon useita elektrodeja, jotka koostuvat vuorottaisista, oleellisesti tasavälein asetetuista anodeista ja katodeista, on upotettu, anodien ja katodien ollessa erikseen yhdistetty sähköteholähteeseen; jossa menetelmässä virtaa ainakin yhden päätyelektrodin ja sen välittömän naa-purielektrodin välillä säädetään haluttuun arvoon suurentamalla päätyelektrodin etäisyyttä sen välittömästä naapurielektrodista arvoon, joka on suurempi kuin etäisyys kennon muiden elektrodien välillä.

Mieluummin virtaa molempien päätyelektrodien ja niiden välittömien naapurielektrodien välillä säädetään haluttuun arvoon suurentamalla molempien päätyelektrodien etäisyyttä niiden välittömistä naapurielektrodeista suurempaan arvoon kuin muiden kennossa olevien elektrodien välinen etäisyys; sopivasti välimatkan suurentaminen on sama kennon molemmissa päissä.

Vielä mieluummin päätyelektrodien etäisyyttä niiden välittömistä naapurielektrodeista suurennetaan arvoon, joka on kaksinkertainen muiden elektrodien väliseen etäisyysarvoon nähden.

Vaihtoehtoisessa toteutusmuodossa päätyelektrodien etäisyyttä niiden välittömistä naapureista suurennetaan, kunnes virran arvo päätyelektrodien ja niiden välittömien naapureiden välillä ei enää ole suurempi ja on mieluummin pienempi kuin virran keskiarvo kennon kaikkien elektrodien välillä.

5 67238 Tällä yksinkertaisella tavalla on mahdollista säätää virtaa ja tämän vuoksi myös virrantiheyttä päätyelektro-dien välillä arvoon, jossa vääntymisestä, oikosulusta ja ylikuumenemisesta johtuvia elektrodivikoja ei enää tapahdu useammin kennon päissä kuin missään muussa kennon kohdassa.

Päätyelektrodien etäisyyden suurentaminen niiden välittömistä naapureista voidaan toteuttaa useilla tavoilla. Jos kennon dimensiot sallivat ensimmäinen ja viimeinen elektrodi voidaan yksinkertaisesti siirtää sivusuunnassa poispäin niiden välittömistä naapurielektrodeista halutun suuremman etäisyyden aikaansaamiseksi. Vaihtoehtoisesti, jos tilarajoitukset eivät salli sivuttaissiirtoa, vaadittu välimatka voidaan saada poistamalla vähintään yksi pari elektrodeja (ts. vähintään yksi anodi ja vähintään yksi katodi) jonosta. Asetettaessa jono uudelleen keskeisesti kennoon kennon päihin jätetään riittävä tila halutun suurennetun välimatkan saamiseksi. On huomattava, että kennon elektrodien lukumäärän pienentäminen ei välttämättä johda tuotantokyvyn laskuun; mahdollinen menetys, joka teoreettisesti pitäisi olla seurauksena tästä elektrodien poistosta, tulee yleensä enemmän kuin korvatuksi todellisella kennohyötysuhteen kasvulla, joka on mahdollinen pienemmällä elektrodien lukumäärällä. Yleensä havaitaan, että kennoa voidaan käyttää suuremmalla virrantiheydellä.

Useimmissa elektrolyyttisissä erotus- ja puhdistuslaitoksissa, kuten yllä mainittiin, elektrodien välimatkan ja suuntauksen määrää tapa, jolla elektrodit on tuettu kennoon. Tyypillinen tapa en kelamainen kosketuskisko, jota on kuvattu aikaisemmin mainitussa US-patentissa 4 035 280. Kun käytetään tämän luonteista laitetta, ei ole enää mahdollista ilman kosketuskiskojen ym. laajaa 6 67238 muuntamista vaihdella päätyelektrodien etäisyyttä niiden välittömistä naapureista pienillä määrillä. Edelleen tällainen kennolaitteen muuntaminen ei ole yleensä kovin käytännöllistä tai käytännössä mahdollista. Näin ollen käytännössä ja tavallisesti ainoa käytettävissä oleva suurentaminen, joka voidaan tehdä, on vaihdella etäisyyttä päätyelektrodin ja sen välittömän naapuri-elektrodin välillä useissa rakoyksiköissä, joita käytetään muille elektrodeille. Niinpä jos pääosa elektrodeista on sijoitettu 4,5 cm:n välein, käytettävissä olevat etäisyydet päätyelektrodeille ovat 4,5 cm, 9 cm, 13,5 cm jne. On havaittu, että välimatkan kaksinkertaistaminen voi johtaa päätyelektrodin ja sen naapurin väliseen virtaan, joka on pienempi kuin virran keskiarvo kennon kaikkien elektrodien välillä. Näin ollen tämä kaksinkertaistaminen, jonka yleisesti käytetty laitteisto laajalti sanelee, edustaa yksinkertaista tapaa saavuttaa tämän keksinnön edut.

Tämän päätyelektrodien suurennetun välimatkan on havaittu aikaansaavan seuraavat edut, joita kaikkia ei ollut odotettavissa: 1. Parantunut kennon virtahyötysuhde.

2. Vahingoittuneiden ja vääntyneiden elektrodien lukumäärän oleellinen lasku.

3. Mahdollinen pidentynyt kennon sähkösaostusaika, mikä johtaa suurempaan tuotantokykyyn.

4. Elektrodikontakteille ja -eristeille tapahtuneiden vahinkojen oleellinen lasku.

5. Elektrolyytin jäähdytyssysteemin lärapökuorman merkittävä lasku.

6. Saostuneen metallin laadun hienoinen paraneminen epäpuhtauksien suhteen.

7. Elektrodien välisten oikosulkujen lukumäärän oleellinen lasku.

7 67238

Keksintöä kuvataan nyt seuraavien ei-rajoittavien ver-tailuesimerkkien avulla, joissa käytettiin kennoja, joita käytetään sinkin elektrolyyttiseen erottamiseen sinkkisulfaattielektrolyytistä. Näissä vertailuissa elektrolyyttiä syötetään jatkuvasti kennoihin ja poistetaan niistä tavanomaiseen tapaan. Elektrodit on tuettu kosketuskiskoihin, kuten US-patentissa 4 035 280 on esitetty, 4,5 cm:n yksikköetäisyyden saamiseksi elektrodien välille mitattuna elektrodien keskipisteiden väliltä. Anodit olivat lyijy-hopealejeerinkiä ja käytettiin alumiinisia katodilähtölevyjä. Jokaiseen kennoon syötettiin 48 000 A:n virta ja kennojen toimintaa seurattiin kuuden kuukauden ajan.

Esimerkki A. Kaikki elektrodit samalla etäisyydellä. Jokaiseen kennoon asetettiin 49 anodin ja 48 katodin jono. Tämä antaa keskimääräiseksi virraksi katodipintaa kohti 500 A koko kennossa. Varsinaisten kennovirtojen mittaukset osoittivat, että ensimmäisen ja viimeisen katodin kuljettama todellinen virta vaihteli välillä 550-650 A: tämä on 10 - n. 30 % korkeampi kuin kennon keskiarvo. Kaikkien kenno-oikosulkujen ja vahingoittuneiden elektrodien sijainnin rekisteröinti osoitti yli 50 %:n olevan kennon päätyelektrodien kahdessa parissa. Saostuneen sinkin analyysi osoitti lyijypitoisuutta välillä 20-40 ppm, keskiarvon ollessa 30 ppm. Kun barium-karbonaattia lisättiin jatkuvasti elektrolyyttiin nopeudella 2,3 kg/t saostunutta sinkkiä, lyijypitoisuus laski välille 15-20 ppm.

Esimerkki B. Päätyelektrodit suuremmalla etäisyydellä. Jokaiseen kennoon asetettiin 47 anodin ja 46 katodin jono, elektrodien pienemmän lukumäärän salliessa päätyelektrodien asettamisen kauemmaksi välittömistä naapurikato-deista. Tässä tapauksessa välimatka kaksinkertaistettiin niin, että päätyelektrodien välimatkat olivat 9,0 cm, 8 67238 muiden ollessa 4,5 cm. Tämä järjestely antaa keskimääräiseksi virraksi katodipintaa kohti 522 A, kasvun esimerkkiin verrattuna johtuessa katodien pienemmästä lukumäärästä. Varsinaisten kennovirtojen mittaus osoitti, että ensimmäisen ja viimeisen katodin kuljettama virta oli 350 A, ts. 30 % pienempi kuin koko kennon keskiarvo 522 A. Oikosulkujen sijainnin kennossa ja vahingoittuneiden elektrodien rekisteröinti osoitti 90 %:n vähenemää oikosuluissa ja päätyelektrodivioissa: ts. päätyelektro-divioiksi tuli n. 5 % kaikista vioista, mikä teki vika-taajuuden näille päätyelektrodeille karkeasti samaksi kuin kaikille muillekin, koska kennossa on lähes 100 elektrodia. Saostuneen sinkin analyysi osoitti 10-15 ppm:n lyijypitoisuutta. Alle 1 kg BaCO^/t saostunutta sinkkiä ajoittaisen lisäyksen havaittiin riittävän ylläpitämään lyijypitoisuutta tällä alueella.

Näin ollen on ilmeistä, että merkittävät käyttöhyötysuh-teet ovat tuloksena tämän keksinnön prosessista.

Claims (6)

1. 9 67238
2. 1. Menetelmä metallien elektrolyyttiseksi saostamiseksi, kuten sinkin, kuparin, nikkelin, mangaanin, kadmiumin, lyijyn tai raudan erottamiseksi elektrolyyttisesti tai kuparin, lyijyn, nikkelin, hopean, kullan, vismutin tai antimonin puhdistamiseksi elektrolyyttisesti, jossa menetelmässä käytetään elektrolyysiken-noa, joka sisältää elektrolyytin, johon useita elektrodeja, jotka koostuvat vuorottäisistä, oleellisesti tasavälein asetetuista anodeista ja katodeista, on upotettu ja anodit ja katodit on erikseen yhdistetty sähköteholähteeseen, tunnettu siitä, että virta ainakin toisen päätyelektrodin ja sen välittömän naapurielektrodin välillä säädetään haluttuun arvoon suurentamalla päätyelektrodin etäisyyttä sen välittömästä naapurielektrodista arvoon, joka on suurempi kuin muiden kennossa olevien elektrodien välillä.
3. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että virta ainakin toisen päätyelektrodin ja sen välittömän naapurielektrodin välillä säädetään arvoon, joka ei ylitä virran keskiarvoa kaikkien kennon elektrodien välillä.
4. 3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että molempien päätyelektrodien etäisyys niiden välittömistä naapurielektrodeista suurennetaan samaan arvoon.
5. 4. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että molempien päätyelektrodien etäisyyttä niiden välittömistä naapurielektrodeista suurennetaan.
6. 1. Förfarande för elektrolytisk utfällning av metaller säsom elektrolytisk utvinning av zink, koppar, nickel, mangan, kadmium, bly eller järn eller elektrolytisk raffinering av koppar, bly, nickel, silver, guld, vismut eller antimon,