FI71027B - Foerfarande foer reglering av en elektrolytutfaellningsprocessfoer metaller - Google Patents

Description

_ ft· r , KUULUTUSJULK AISU

B ^11) UTLÄGGNINGSSKRIFT 7102 7 C (45) Patentti y Jtty (51) Kv.lk.*/lnt.Cl.‘ G 05 D 21/00, C 25 D 21/12 SUOMI—FINLAND (21) Patenttihakemus Patentansöknlng 802359 (22) Hakemispäivä Ansökningsdag 25-0/.80 (23) Alkupäivä — Giltighetsdag 25-07-80 (41) Tullut julkiseksi — Blivit offenclig 28.01 -8l

Patentti- ja rekisterihallitus KU.... ... ........... „ .

1 (44) Nahtavaksipanon ja kuul.julkaisun pvm. 1 ο ηη Qf.

Patent-och registerstyrelsen V ' Ansökan utlagd och utl.skriften publicerad -u /.

(86) Kv. hakemus Int. ansökan (32)(33)(31) Pyydetty etuoikeus — Begärd prioritet 27-07-79» 13-06.80 Kanada(CA) 332698, 353993 26.12.79, 26.06.80 USA(US) 107180, 163282 (71) Cominco Ltd., 200 Granville Street, Vancouver, British Columbia,

Kanada(CA) (72) Robert C. Kerby, Rossland, British Columbia, Kanada(CA) (7*0 Berggren Oy Ab (5if) Menetelmä metallin sähkösaostusprosessin säätämiseksi - Förfarande för regiering av en elektrolytutfäl1 ningsprocess för metaller Tämä keksintö koskee menetelmää metallin sähkösaostusprosessin säätämiseksi käyttäen elektrolyyttiä, joka sisältää epäpuhta-uspitoisuuksia ja/tai vähintään yhtä polarisaatioon vaikuttavaa ainetta.

Metallien sähkösaostuskseen tarkoitetuissa menetelmissä, kuten elektrolyyttisessä erotuksessa, elektrolyyttisessä puhdistuksessa ja galvanoinnissa käytetään elektrolyyttejä, jotka sisältävät epäpuhtauksia, jotka kun niitä on läsnä yli tiettyjen kriittisten pitoisuuksien, voivat sähkösaostua metallin kanssa ja tällöin kontaminoida tai aiheuttaa sakan uudelleen liukenemista, mistä on seurauksena vastaava metallisaostusprosessin hyötysuhteen lasku. Epäpuhtauksien pitoisuuden pienentämiseksi elektrolyytissä puhdistusmenettelyjä voidaan käyttäää ennen elektrolyysiä. Puhdistuksen lisäksi yhtä tai useampaa polaroi-vaa lisäainetta voidaan lisätä elektrolyyttiin auttamaan sileiden ja tasaisten kerrostumien aikaansaamista samoin kuin jäljelle jäävien epäpuhtauksien vaikutusten pienentämiseksi.

2 71027 Nämä polaroivat lisäaineet toimivat muuttaen polarisaatiota. Polarisaatiota voidaan muuttaa lisäämällä tai vähentämällä polarisaatiota aiheuttavan aineen väkevyyttä. Polarisaatiota voidaan muuttaa myös lisäämällä tai vähentämällä depolarisaa-tiota aiheuttavan aineen pitoisuutta. Näitä aineita, sekä pola-roivia että depolaroivia voi olla läsnä elektrolyytissä, kun se tulee kennoihin puhdistuslaitokselta tai saattaa olla aineita, kuten eläinliimaa, jota lisätään elektrolyyttiin sähkösaostus-prosessin säädön suorittamiseksi. Näin ollen on selvästi ymmärrettävä, että sanonta "polarisaatiota aiheuttavat aineet" käsittää sekä polarisaatiota että depolarisaatiota aiheuttavaa tyyppiä olevat aineet. On myös asianmukaista huomauttaa, että annettu aine ei airin toimi samalla tavoin eri prosesseissa. Niinpä jokin aine saattaa toimia polarisoivana aineena toisessa prosessissa, depolarisoivana aineena toisessa prosessissa, johon liittyy eri metalli; tai se voi olla inaktiivinen kolmannessa prosessissa. Niinikään ei ole tuntematonta, että epäpuhtaudet "katalysoivat" polarisaatiota aiheuttavien aineiden vaikutuksia. Niinpä on hyvin tunnettua, että saatetaan tarvita jonkin verran kokeellista työtä, jotta voitaisiin päättää, mitkä polaarisaatiota aiheuttavat aineet ovat sopivia johonkin tiettyyn prosessiin.

Menettelyt, joita nykyään käytetään elektrolyytin puhtauden määrittämiseen, perustuvat kemiallisiin analyyseihin ja virta-hyötysuhteiden määritykseen epäpuhtaussisällön mittana, kun taas sopivien polarisaatiota aiheuttavien aineiden lisäykseen käytetyt menettelyt perustuvat yksinkertaisesti aineiden vakio-väkevyyden ylläpitämiseen elektrolyytissä riippumatta elektrolyytin laatuvaihteluista. Nämä menettelyt johtavat kerrostuneen metallin laadun ja sähkösaostusprosessin hyötysuhteen vaihteluihin.

Alan varhaisemmalta ajalta löytyy lukuisia kirjallisuusviitteitä, jotka koskevat menetelmiä epäpuhtauksien vaikutusten määrittämiseksi ja lisäysaineita metalleille tarkoitettuihin säh-kösaostusprosesseihin, ja menetelmiä elektroiyyttiliuostcn puhtauden määrittämiseksi.

US-patentin 3 925 168 mukaisesti selostetaan menetelmää ja 3 71027 laitteistoa kolloidisen materiaalin, liiman ja/tai aktiivisen karhennusmateriaalin pitoisuuden määrittämiseksi kuparigalva-nointikylvyssä määrittämällä niiden liuosten ylijännitevirran-tiheyssuhteet, joilla on vaihteleva tunnettu reagenssisisältö ja vertaamalla tuloksia sellaisen liuoksen tuloksiin, jolla on tunnettu galvanointikäyttäytyminen ja karhennusainesisältö. Kanadalaisessa patentissa 988 879 selostetaan menetelmää katodin polarisaatiojännitteen määrittämiseksi ja säätämiseksi suhteessa lyijynpuhdistuselektrolyytin virrantiheyteen, jolloin polarisaatiojännite-virrantiheyskäyrän jyrkkyys on lisäysaineiden määrän mitta ja jolloin lisäysaineiden hyötysuhde muuttuu, kun katodipolarisaatiojännite saavuttaa arvot, jotka ovat ennalta määrätyn arvoalueen ulkopuolella.

Julkaistussa kirjallisuudessa selostetaan lukuisia tutkimuksia, jotka koskevat samantapaisia menetelmiä. C.L. Manteli et ai. (Trans. Met. Soc. of ΑΙΜΕ, 236, 718-725, toukokuu 1966) määrittävät virtapotentiaalikäyrien käyttömahdollisuuden analyyttisenä työkaluna mangaanin elektrolyyttisten talteenotto-liuosten tarkkailussa metallisten epäpuhtauksien suhteen.

Vedyn kehitykseen kuuluvien polarisaatiokäyrien osoitettiin olevan herkkiä metallisille epäpuhtauksille, jotka vaikuttavat katodin pintaan muuttaen täten vedyn ylijännitettä. H.S. Jennings et ai, (Metallurgical Transactions £, 921-926, huhtikuu 1973) kuvaavat menetelmää sellaisten kuparisulfaattiliuosten katodisten polarisaatiokäyrien mittaamiseksi, jotka sisältävät vaihtelevia määriä lisäysaineita, vaihtelemalla käytettyä jännitettä ja merkitsemällä muistiin jännitteen ja virrantiheyden välinen suhde. O. Vennesland et ai, (Acta Chem. Scand. 27, 3, 346-850, 1973) tutkivat antimoni-, koboltti- ja meta-naftoli-väkevyyksien vaikutuksia sinkkisulfaattielektrolyytissä virta-potentiaalikäyrään muuttamalla katodipotentiaalia ohjelmoidulla nopeudella, piirtämällä käyrät ja vertaamalla käyriä standardiin. T.N. Anderson et ai, (Metallurgical Transactions B, 7B, 333-338, syyskuu 1976) selostavat menetelmää liiman väkevyyden mittaamiseksi kuparinpuhdistuselektrolyytissä määräämällä polarisaatio-osituskäyrät, jotka vertailtaessa muodostavat lii-maväkevyyden mitan. US-patentin 4 146 437 mukaisesti selostetaan syklisen kaasukulometrian käyttöä sinkki- ja kuparisul-faattielektrolyyttien arvostelemiseen. Sykliset kaasukulomet- 71027 räalikäyrät, , iotka sisältävät katodisen saostuksen samoin kuin virta-potentiaalisuhteiden anodiset liukenemisosat, ja polarisaatiokäyrät piirretään välineeksi epäpuhtauksien ja lisäysaineiden määrien arvioimista varten sinkkisulfaatti-elektrolyyteissä.

Tässä kirjallisuusviitteiden ensimmäisessä ryhmässä selostetaan menetelmiä, joissa metallia kerrostetaan elektrodille ja virta-tai virrantiheys-potentiaalikäyrät edustavat katodipolarisaa-tiopotentiaaleja suhteessa vaihteleviin virtoihin ja/tai virrantiheyksiin .

T.R. Ingraham et ai., (Can. Met. Quarterly, 11, 2, 451-454, 1972) kuvaavat mittaria sinkkielektrolyyttien laadun mittaamiseksi mittaamalla sinkin sähkösaostuksen aikana vapautuneen katodisen vedyn määrää ja virtahyötysuhteen osoittaimiseksi vertaamalla kerrostuneen sinkin painoa sekä odotettuun sinkin määrään että vedyn kehittymisnopeuteen. US-patentissa 4 013 412 selostetaan menetelmää puhdistetun sinkkisulfaattiliuoksen puhdistuksen arvioimiseksi saattamalla liuoksen näyte elektrolyysiin, polttamalla syntyneet kaasut ja mittaamalla sisäinen paine polttokammiossa mikä on epäsuora virtahyötysuhteen mitta.

M. Maja et ai., (J. Electrochem. Soc., 118, 9, 1538-1540, 1971) ja P. Benvenuti et ai., (La Metallurgia Italiana, 6_0, 5, 417-423, 1968) kuvaavat menetelmiä epäpuhtauksien toteamiseksi ja sinkkisulfaattiliuosten puhtauden mittaamiseksi saostamalla sinkki ja liuottamalla sitten saostettu sinkki elektrolyyttisesti ja suhteuttamalla laskettu virtahyötysuhde epäpuhtaus-sisältöön.

Tämä toinen kirjallisuusviitteiden ryhmä koskee menetelmiä ja laitteistoa elektrolyytin puhtauden määrittämiseksi, jossa liuosten elektrolyysiä käytetään virtahyötysuhteen määrittämiseen, joka sen jälkeen suhteutetaan elektrolyytin puhtauteen.

Tunnetaan menetelmä prosessin säätämiseksi, jossa otetaan talteen sinkkiä sinkkisulfaatin elektrolyyttisestä talteenotto-liuokseta ja jossa alennetaan potentiaalia, joka kohdistetaan elektrodien välille koekennossa, joka sisältää liuoksen näytteen, vakionopeudella oleellisesti nollavirralla, mitataan 5 71027 laskeva potentiaali, lopetetaan poltentiaalin laskeminen arvoon, joka vastaa pistettä, jossa sinkkiä alkaa saostua, määrätään aktivointiylijännite, suhteutetaan aktivointiylijännite epäpuhtauksien pitoisuuteen ja säädetään prosessia sinkin optimi talteenoton saavuttamiseksi.

Vaikka mainitussa menetelmässä vältetään tarve elektrolysoida liuos virtahyötysuhteiden määrittämiseksi tai polarisaatiopo-tentiaalien mittaamiseksi vaihtelevien virtojen ja virrantiheyksien suhteen, esiintyy siinä yhä useita haittoja, ffenetelmä ei ole jatkuva ja on välttämätöntä määrätä aktivointiylijännitteen arvo kullekin näytteelle laskemalla käytettyä potentiaalia joka kerta, kunnes saavutetaan arvo, jossa sinkkiä alkaa saostua ja virrantiheys kasvaa oleellisesti nolla-arvostaan vielä pientä potentiaalin laskua varten.

On havaittu, että on tarpeetonta laskea käytettyä potentiaalia aktivointiyli jännitteen arvon määräämiseksi. On havaittu, että aktivointiylijännite voidaan mitata ajan funktiona säädetyllä, pienellä virralla ja että puhdistus- ja sähkösaostusprosesseja voidaan säätää korjaamalla reagenssien määriä ylijännitteen mitattujen arvojen poikkeamien mukaisesti halutuista arvoista toivottujen optimiarvojen palauttamiseksi.

Tämän keksinnön menetelmä ja laitteisto soveltuu metallien sähkösaostusprosesseihin, joissa käytetään elektrolyyttejä, jotka on valmistettu metallien galvanoimista varten; joita käytetään prosesseissa, jotka on tarkoitettu metallien talteen-ottamiseen elektrolyyttisesti, tai joita käytetään prosesseissa, jotka on tarkoitettu metallien elektrolyyttiseen puhdistukseen. Monissa tapauksissa sähkösaostusprosesseihin kuuluu puhdistus-prosessi. Keksinnön menetelmää ja laitteistoa voidaan käyttää metalleille, kuten sinkille, kuparille, lyijylle, raudalle, koboltille, nikkelille, mangaanille, kromille, tinalle, kadmiumille, vismutille, indiumille, hopealle, kullalle, rodiumille ja platinalle tarkoitetuissa sähkösaostusprosesseissa.

Kun metalli-ionia sisältävä liuos tai elektrolyytti saatetaan hallitun pienen virran alaiseksi, joka on kohdistettu elektro-deihin, jotka on sijoitettu elektrolyyttiä sisältävään koe- 71027 kennoon ja virralla on arvo, joka on riittävä aiheuttamaan metallin alkavaa saostumista sopivalle katodille, joka on tehty muusta materiaalista kuin saostettavana olevasta metallista, tuloksena olevan potentiaalin arvo edustaa aktivointiylijännitettä metallin saostukselle sopivalle katodille. Kun katodi on liikkuva katodi, aktivointiylijännitearvot voidaan mitata ja merkitä muistiin ja metallin sähkösaostusprosessia voidaan ohjata aktivointiylijännitteen mitattujen ja muistiin merkittyjen arvojen mukaisesti. Alkava saostuminen määritellään tämän keksinnön tarkoituksiin metallin saostumiseksi, joka on juuri alkanut ja on rajoittunut liikkuvan katodipinnan osittaiseen peittymiseen metallilla. Aktivointiylijännitteen mitattuja arvoja voidaan käyttää epäpuhtauspitoisuuden (ts. puhdistusprosessin tehokkuuden), polarisaatioon vaikuttavan aineen pitoisuuden ja elektrolyytissä olevan polarisaatioon vaikuttavan aineen pitoisuuden suhteessa epäpuhtauspitoisuuteen suorana mittana metallin sähkösaostukseen tarkoitetussa prosessissa, joka käsittää puhdistusprosessin. Aktivointiylijännitteen mitattujen arvojen mukaisesti useat muutokset ovat mahdollisia, joko yksin tai yhdessä; puhdistusprosessia voidaan säätää; polarisaatioon vaikuttavan aineen väkevyyttä elektrolyytissä voidaan säätää; tai polarisaatioon vaikuttavan aineen väkevyyttä elektrolyytissä voidaan säätää suhteessa epäpuhtauspitoisuuteen; ja epäpuhtausväkevyyttä voidaan säätää niin, että sähkösaostusprosessissa saadaan optimihyötysuhde ja tasaiset metallisakat.

Keksinnön mukaisesti aikaansaadaan menetelmä metallin sähkö-saostusprosessin säätämiseksi, jolla ei ole tunnettujen ratkaisujen haittoja siten, että se käsittää vaiheet, joissa muodostetaan elektrolyyttinen koevirtauspiiri, joka käsittää koekennon, elektrolyyttinäytteen, liikkuvan katodin, jonka pinta-ala on alttiina sanotulle elektrolyytille, anodin ja vertailuelektro-din, jotka elektrodit on upotettu sanottuun näytteeseen, vakio-virtalähteen ja mittausvälineen, joka on sähköisesti liitetty 2 sanottuihin elektrodeihin; ajetaan pieni virta (0,01-4,0 mA/cm , 2 mieluiten 0,01-0,4 mA/cm ) sanotussa koekennossa oleviin elektrodeihin, joka virta on riittävä aiheuttamaan sanotun metallin alkavan saostumisen sanotulle katodille; mitataan aktivointi- 7 71027 ylijännite sanotun metallin alkavan saostumisen pisteessä; suhteutetaan mitattu aktivointiylijännite epäpuhtauksien tai sanotun vähintään yhden polarisaatioon vaikuttavan aineen pitoisuuteen tai epäpuhtauksien ja sanotun vähintään yhden polarisaatioon vaikuttavan aineen väliseen pitoisuussuhteeseen sanotussa näytteessä; ja säädetään epäpuhtauksien tai sanotun vähintään yhden polarisaatioon vaikuttavan aineen pitoisuus tai sanottu pitoisuussuhde elektrolyytissä optimihyötysuhteen ja tasaisten metallisaostumien aikaansaamiseksi sähkösaostus-prosessissa, jossa alkava saostuminen määritellään metallin saostumiseksi, joka on juuri alkanut ja joka rajoittuu liikkuvan katodin pinnan osittaiseen peittymiseen saostuneella metallilla. Keksinnön muut edulliset suoritusmuodot ilmenevät oheisista epäitsenäisistä vaatimuksista.

Keksintöä kuvataan nyt yksityiskohtaisesti. Metallin aktivointiyli jännitteen mittaukseen tarkoitetussa menetelmässä käytetty laitteisto koostuu koevirtauspiiristä, joka käsittää koekennon, elektrolyytin näytteen, liikkuvan katodin, anodin, vertailu-elektrodin, laitteen vakiovirran syöttämiseksi ja laitteen aktivointiylijännitteen mittaamiseksi. Koekenno on pieni säiliö, jolla on pyöreä, neliömäinen tai suorakulmion muotoinen 8 71027 poikkileikkaus ja joka on tehty sopivasta materiaalista, joka mieluummin kestää elektrolyytin aiheuttamaa korroosiota, ja on riittävän suuri pitämään sisällään sopivan elektrolyytti-näytteen. Haluttaessa kenno voi olla tuuletettu kehittyneen kaasun poistamiseksi. Kenno on varustettu laitteella, joka tekee mahdolliseksi lisätä jatkuvasti elektrolyyttiä koeken-noon ja purkaa elektrolyyttiä siitä. Kaikki kolme elektrodia upotetaan elektrolyyttinäytteeseen ja sijoitetaan poistettavasta kennoon vakioetäisyyksille toisistaan.

Liikkuva katodi on tehty muusta sähköä johtavasta materiaalista kuin saostettavana olevasta metallista, joka materiaali sopii käytettäväksi saostettavana olevan metallin sähkösaostusproses-sissa ja joka on yhteensopiva prosessissa käytetyn elektrolyytin kanssa. Liikkuvan katodin materiaali voidaan tehdä samasta materiaalista, jota käytetään katodeille sähkösaostusprosessis-sa edellyttäen, että materiaali on erilainen kuin saostettavana oleva metalli. Esimerkiksi sellaisten sähkösaostusprosessien ohjauksessa, joissa käytetään sulfaattipohjaista elektrolyyttiä, kuten sinkin, kuparin, mangaanin, nikkelin, koboltin, raudan ja kadmiumin saostukseen tarkoitetuissa prosesseissa liikkuva katodi on mieluummin tehty alumiinista tai sopivasta alumiinilejeeringistä. Haluttaessa muita sopivia materiaaleja, kuten esim. titaania, rautaa, terästä, ruostumatonta terästä, nikkeliä, lyijyä, kuparia yms. olevaa liikkuvaa katodia voidaan käyttää sähkösaostusprosessissa. Sopivaa sähköä johtavaa materiaalia olevaa liikkuvaa, joustavaa muovi elektrodia voitaisiin myös käyttää.

Liikkuvalla katodilla on vakioalue sen pinnasta kosketuksessa kennossa olevan elektrolyytin kanssa. On määritetty, että kennoelektrolyytin kanssa kosketuksessa oleva pinta-ala, joka on n. 0,1-1 cm2, antaa erinomaiset tulokset. Liikkuva katodi on mieluummin lanka tai nauha, joka sisältyy katoditelineeseen ja liikkuu sen läpi. Teline ympäröi liikkuvaa katodia lukuunottamatta vakiopinta-alaa, joka on kosketuksessa elektrolyytin kanssa. Laitteeseen on liitetty väline liikkuvan katodin liikuttamiseksi jaksottaisesti tai jatkuvasti katoditelineen läpi ja näin ollen kosketuksessa elektrolyyttiin. Mieluummin tämä väline sisältää mahdollisuudet liikuttaa katodia jatkuvasti 9 71027 vakionopeudella. Langasta tai nauhasta tehdyn liikkuvan katodin käytöllä on lukuisia etuja. Mikään katodipinnan erikois-preparointi ei tavallisesti ole välttämätön, lanka tai nauha on helposti saatavissa pienin kustannuksin ja koetulokset ovat toistettavia. Liikkuvaa katodia ei tarvitse vaihtaa ja se sallii täten jaksottaisen tai jatkuvan toiminnan. Useimmat kaupallisesti saatavat, langan tai nauhan muodossa olevat sopivat katodimateriaalit ovat käyttökelpoisia, mikäli niillä on riittävän sileät ja puhtaat pinnat, hyvät korroosionkesto-ominaisuudet elektrolyytissä, mikäli ne ovat riittävän taipuisia liikutettavaksi katoditelineen läpi ja mikäli niillä on sähkökemialliset ominaisuudet, jotka antavat toistettavia koetuloksia .

Anodi on tehty sopivasta inertistä materiaalista, joka sallii kaasun kehittymisen. Esimerkiksi sulfaattielektrolyytissä sopiva anodimateriaali voi olla lyijy-hopealejeerinki. On havaittu, että sulfaattielektrolyytteihin anodit, jotka on tehty lyijy-hopealejeeringistä, joka sisältää 0,75 % hopeaa, ovat tyydyttäviä ja että muille kloridia sisältäville elektrodeille, kuin väkevää kloorivetyhappoa sisältäville platina on tyydyttävä. Muita anodille sopivia inerttejä materiaaleja ovat hiili ja grafiitti. Vertailuelektrodi voi olla mikä tahansa lukuisista sopivista vertailuelektrodeista, kuten esim. standardi kalomelielektrodi (SCE).

Kaikki kolme elektrodia liitetään sähköisesti vakiovirtaläh-teeseen ja aktivointiylijännitteelle tarkoitettuun mittausvälineeseen. Vakiovirtalähde yhdistetään anodiin ja liikkuvaan katodiin. Aktivointiylijännitteelle tarkoitettu mittausväline mittaa ylijännitettä liikkuvassa katodissa suhteessa vertailu-elektrodiin. Mitattu aktivointiylijännite voidaan merkitä muistiin esimerkiksi mittarilla tai muulla sopivalla lukeman antavalla instrumentilla tai vaihtoehtoisesti se voidaan rekisteröidä viivan ja merkin muodossa ajan funktiona. Elektrodit sijoitetaan poistettavasti kennoon kiinteään asentoon toisiinsa nähden. On havaittu, että hyvät tulokset saavutetaan, kun liikkuvan katodin pinta-ala, joka on kosketuksessa elektrolyyttiin, pidetään n. 4 cm:n kiinteällä etäisyydellä anodin pinnasta ja kun vertailuelektrodi sijoitetaan katodin ja anodin väliin 71027 10 siten, että vertailuelektrodin kärki sijaitsee kiinteästi n. 1 cm:n etäisyydellä liikkuvasta katodista, mutta ei peitä sen aluetta, joka on kosketuksessa elektrolyyttiin. Haluttaessa diafragma tai puoliläpäisevä membraani voidaan sijoittaa koe-kennoon anodin ja katodin väliin erillisten anodi- ja katodi-osastojen aikaansaamiseksi; vertailuelektrodi asetetaan tällöin katodiosastoon.

Laitteistoon voidaan liittää sopiva väline kennossa olevan elektrolyytin pitämiseksi sopivassa vakiolämpötilassa. Tällainen väline voi käsittää ohjatun lämmitys/jäähdytyslaitteen elektrolyyttiä varten ennen elektrolyytin tuloa kennoon tai ohjatun lämmitys/jäähdytvskierukan, joka on asetettu koekennoon, tai vakiolämpötilahauteeseen tms.

Keksinnön menetelmässä elektrolyytin näyte, joka voi olla emäksinen, neutraali tai hapan ja joka voi sisältää lisäysaineita ja joka voi olla saatu joko elektrolyytin puhdistusprosessista tai metallin sähkösaostusprosessista, lisätään koekennoon. Toistettavien tulosten takaamiseksi näytettä pidetään liikkeessä esimerkiksi sekoittamalla tai kierrättämällä. Näytettä on suositeltavaa pitää liikkeessä johtamalla jatkuvasti pientä elektrolyytin virtausta koekennon läpi. Tämän suositeltavan toteutusmuodon mukaisesti elektrolyytin näytettä poistetaan jatkuvasti puhdistus- tai sähkösaostusprosessista, johdetaan koekennon läpi ja palautetaan sen jälkeen vastaavaan prosessiin. Kennoon lisätty elektrolyytti voidaan säätää elektrolyytin komponenttien tiettyihin väkevyyksiin, kuten esimerkiksi metal li- tai happopitoisuuteen kaikkien koemenetelmässä esiintyvien muutosten pienentämiseksi minimiin, joita elektrolyytissä olevien komponenttipitoisuuksien vaihtelut saattavat aiheuttaa.

Esimerkiksi sinkin elektrolyyttisessä talteenotossa voidaan säätää sekä sinkin että hapon väkevyyksiä. Sinkkitason säätöä 150 g/l:n pitoisuuteen voitaisiin käyttää. Vaihtoehtoisesti sinkkiväkevyys voitaisiin säätää arvoon 55 g/1 ja happoväke-vyys arvoon 150 g/1. Väkevyyksien välillä 1-250 g/1 sinkkiä ja 0-250 g/1 rikkihappoa on havaittu olevan yhtä tyydyttäviä käytettäväksi koekennossa. Käytettäessä jatkuvaa näytevirtausta ylimäärin oleva elektrolyytti puretaan kennosta esimerkiksi ylivirtausputken avulla.

11 71027

Liikkuvaa katodia siirretään katoditelineen läpi jaksottaisesti tai jatkuvasti riittävällä nopeudella metallin alkavan saos-tumisen sallimiseksi. Mieluummin liikkuvaa katodia siirretään jatkuvasti eteenpäin vakionopeudella. Nopeus riippuu katodin pituuden ja katodin pinta-alan välisestä suhteesta, alkavalle saostumiselle tarvittavan virrantiheyden arvosta, elektrolyytillä alttiina olevasta katodin pinta-alasta, alttiina olevan ka-todipinnan jakeesta, joka on saostuneen metallin peittämä ja saostuneen metallin painosta. Nopeus riippuu myös jossain määrin elektrolyytin liikkeen määrästä kennossa. Näin ollen nopeus, jolla katodia liikutetaan katoditelineen läpi ja tästä johtuen elektrolyytin läpi, voi vaihdella tietyllä arvojen alueella. Pienemmillä nopeuksilla kuin miniminopeus mitattu ylijännite on metallin ylijännite tälle metallille eikä metallin aktivoin-tijännite liikkuvalle katodille. Useita kertaluokkia suuremmilla nopeuksilla kuin miniminopeus saostuneen metallin määrä saattaa olla riittämätön aktivointiylijännitteen luotettavien ja toistettavien arvojen saavuttamiseen. Mieluummin nopeus, jolla katodia liikutetaan, on 10-500 kertaa miniminopeus. Miniminopeus voidaan laskea käyttäen seuraavaa kaavaa: R . = äbcd·' om/h mm xy jossa: a edustaa katodin pituuden ja pinta-alan välistä suhdetta, cm/cm 2 b edustaa virrantiheyttä, A/cm ; 2 c edustaa katodin alttiina olevaa alaa, cm ; d edustaa sähkökemiallista ekvivalenttia saostettavana olevalle metallille, g/Ah; x edustaa metallin peittämää osaa alttiina olevasta katodin alasta; ja y edustaa saostuneen metallin painoa katodin pinta-alayksikköä kohti, g/cm .

Liikutettaessa katodia jaksottaisesti liikkeen keskimääräisen nopeuden tulee olla vähintään yhtä suuri kuin jatkuvan liikkeen miniminopeus samalla, kun ne ajanjaksot, jolloin katodi on paikallaan, eivät saisi ylittää sitä ajanjaksoa, joka aiheuttaa enemmän kuin alkavaa saostumista.

12 71 027

Pieni virta kohdistetaan anodiin ja liikkuvaan katodiin metallin alkavan saostumisen aiheuttamiseksi katodille. Mieluummin tämä pieni virta säädetään vakioarvoon. Virta tulee rajoittaa mataliin arvoihin, jotka aiheuttavat vain alkavaa saostumista. Tämä on välttämätöntä, jotta vältettäisiin metallin saostuminen aikaisemmin saostetulle metallille, jolloin saadaan ylijän-nitteen arvot metallin saostumisesta tälle metallille eikä halutun aktivointiylijännitteen arvoja metallin saostumisesta liikkuvalle katodimateriaalille. Näin ollen liian suuren metal-limäärän saostumista tulee välttää. Mieluummin korkeintaan n.

10-30 % elektrolyytin kanssa kosketuksessa olevasta katodin pinnasta saisi peittyä saostuneella metallilla missään vaiheessa. Virtojen, jotka ilmoitetaan virrantiheytenä, joka aiheuttaa alkavaa saostumista katodille, joka liikkuu yllä määritellyn-lä nopeuksilla, tulisi olla vähintään 0,01 mA/cm . Mitä tulee jäljempänä selostettuihin liikkuvan katodin virrantiheyksiin niiden on katsottava viittaavan liikkuvan katodin alttiina ole- 2 vaan alaan. Alle 0,01 mA/cm :n virta-arvolla virrantiheytenä ilmoitettuna saatetaan vaatia erikoistoimenpiteitä luotettavien mittausten saavuttamiseksi. Käytännön syistä virran tulee 2 virrantiheytenä ilmoitettuna olla välillä 0,01-4,0 mA/cm .

Korkeammat virran arvot kuin vastaava virrantiheys 4,0 mA/cm2 vaativat epäkäytännöllisen suuria katodin kulkunopeuksia.

Mieluummin virran arvot virrantiheytenä ilmoitettuna ovat vä- 2

Iillä 0,1-0,4 mA/cm . Esimerkiksi alkavalle kuparin saostumi- 2 selle virrantiheydellä 0,4 mA/cm liikkuvalle alumiinikatodil- le, jonka pituuden pinta-alan välinen suhde on 2,4, alttiina oleva alue on 0,25 cm , josta 20 % on saostuneen kuparin peit- — 3 2 tämä 3a jolle saostetaan 7 x 10 g kuparia/cm , miniminopeus yllä olevasta kaavasta laskettuna on n. 0,20 cm/h. Käyttäen parametreille samoja arvoja miniminopeus lyijylle on n. 0,65 cm/h, sinkille n. 0,21 cm/h ja mangaanille n. 0,17 cm/h.

Mitattavan elektrolyytin lämpötila voidaan pitää vakiona. Lämpötilan muutokset vaikuttavat mitattuun aktivointijännitteeseen, esim. laskeva lämpötila nostaa mitattua ylijännitettä. Haluttaessa kenno ja sen sisältö säädetään sopivaan, kontrolloituun vakiolämpötilaan ja pidetään siinä, joka lämpötila voi olla välillä 0-100°C, mieluummin välillä 20-75°C. Haluttaessa vakiolämpötila voi olla suunnilleen sama kuin elektrolyytin 71027 lämpötila sähkösaostusprosessissa ja/tai puhdistusprosessissa kulloisenkin sovellutuksen mukaan. Ellei lämpötilaa pidetä vakiona, aktivointiylijännitteen arvoa on korjattava lämpötilavaihteluiden suhteen niin, että koetulokset ovat vertailukelpoisia.

Aktivointiylijännitettä mitataan jatkuvasti tai jaksottaisesti ja se rekisteröidään metallin alkavan saostumisen vaiheessa liikkuvalle katodille. Tämän keksinnön menetelmän käytäntöön soveltamiseksi aktivointiylijännite ilmoitetaan mitatun ylijän-nitteen arvona virralla, joka vastaa virrantiheyttä välillä n. 0,01-4,0 mA/cm altiina olevaa katodin alaa ja mieluummin välillä n. 0,1-0,4 mA/cm . Aktivointiylijännite rekisteröidään sopivalla lukeman antavalla instrumentilla tai vaihtoehtoisesti rekisteröidään ajan funktiona. Ylijännitteen rekisteröidyt arvot pidetään suositellulla alueella. Tämä toteutetaan suorittamalla säädöt puhdistus- ja sähkösaostusprosesseihin, kun yli-jännitteen arvot poikkeavat suositellulta arvojen alueelta.

Aktivointiylijännitteellä on jokaiselle metallille ominaiset arvot riippuen elektrolyytin koostumuksesta. Koska jokainen elektrolyyttikokoonpano voidaan puhdistaa optimimäärään, koska sillä on polarisaatioon vaikuttavien aineiden pitoisuuksien optimialue ja polarisaatioon vaikuttavien aineiden pitoisuuksien optimialue suhteessa sen epäpuhtauspitoisuuteen, aktivointiyli jännitteellä on samoin arvojen alue, joka vaaditaan haluttujen optimitulosten saavuttamiseen. Mitä tahansa lukuisista alalla tunnetuista Sopivista polarisaatioon vaikuttavista aineista voidaan käyttää kunkin metallin sähkösaostusproseseissa.

Eräs yleisimmin käytetyistä polarisaatioon vaikuttavista aineista on eläinliima. On määritetty, että epäpuhtauksien kasvavat pitoisuudet voivat aiheuttaa aktivointiylijännitteen laskua, kun taas kasvavat polaroivan aineen pitoisuudet lisäävät yli-jännitettä ja kasvavat depolarisaatioaineen pitoisuudet alentavat ylijännitettä. Jos mitatun aktivointiylijännitteen arvo elektrolyytin puhdistuksessa on liian pieni, epäpuhtauspitoi-suus on liian suuri metallin optimitalteenotolle sähkösaostusprosessissa. Niinpä riippuen elektrolyytin kokoonpanosta aktivointiyli jännite on osoitus puhdistusprosessin tehokkuudesta ja poikkeamat optimitoiminnasta voidaan korjata säätämällä 71027 14 puhdistusprosessia aktivointiylijännitteen arvojen suhteen, jolloin epäpuhtauspitoisuus laskee. Riittämättömästi puhdistettua elektrolyyttiä voidaan puhdistaa edelleen lisäpuhdistus-vaiheessa tai kierrättämällä sitä uudelleen puhdistusprosessissa. Esimerkiksi sinkin elektrolyyttisessä talteenotossa sinkki-pölyn puhdistusprosessin korjaus voidaan toteuttaa säätämällä puhdistusprosessin lämpötilaa, puhdistusprosessin kestoaikaa, lisäämällä käytettyä sinkkipölyn määrää tai lisäämällä depola-roivan aineen kuten antimonin, kuparin tai arseenin määrää, joka on ionimuodossa läsnä elektrolyytissä.

Jos elektrolyytille mitattu aktivointiylijännitteen arvo sähkö-saostusprosessissa on liian pieni, polarisaatioon vaikuttavien aineiden pitoisuus elektrolyytissä on riittämätön ohjaamaan katodista metallin saostumista asianmukaisella tavalla tai epäpuhtauspitoisuus on liian suuri suhteessa polarisaatioon vaikuttavien aineiden pitoisuuteen. Toisaalta, jos arvo on liian suuri, polarisaatioon vaikuttavien aineiden pitoisuus on liian suuri ja sen seurauksena tapahtuu hyötysuhteen laskua ja karkeampaa metallin saostumista. Niinpä riippuen elektrolyytin koostumuksesta aktivointiylijännite on osoitus sähkösaostuspro-sessin tehokkuudesta ja poikkeamat optimitoiminnasta voidaan korjata muuttamalla polarisaatioon vaikuttavien aineiden väkevyyttä tai luonnetta tai muuttamalla väkevyyssuhdetta polarisaatioon vaikuttavien aineiden ja epäpuhtauksien välillä elektrolyytissä aktivointiylijännitteen arvojen vaatimusten mukaisesti. Polarisaatioon vaikuttavien aineiden väkevyyden muutos voidaan toteuttaa sopivalla tavalla, kuten lisäämällä tai vähentämällä polarisaatioon vaikuttavien aineiden lisäysnopeutta elektrolyyttiin. Epäpuhtauksien väkevyyden pienentäminen voidaan saavuttaa elektrolyytin tehokkaammalla puhdistuksella ennen sähkösaostus-prosessia. Kun kyseessä on polarisaatioon vaikuttavien aineiden liikaväkevyyden läsnäolo, korjaustoimenpiteisiin voidaan ryhtyä myös lisäämällä elektrolyyttiin ainetta, jolla on vastakkaiset polarisaatioon vaikuttavat ominaisuudet, hallitulla tavalla epäpuhtauksien ja polarisaatioon vaikuttavien aineiden väkevyyksien suhteen saattamiseksi oikeaan arvoon. Depolarisoi-van aineen lisäys tarvittaessa voidaan tehdä sopivasti metalli-suolan hallitulla lisäyksellä, joka toimii depolarisoivana aineena, mikä lisäys johtaa epäpuhtauden ja polarisoivan ai- 71027 neen välisen väkevyyssuhteen korjaamiseen. Esimerkiksi sinkin elektrolyyttisessä talteenotossa ionimuodossa olevaa antimonia voidaan lisätä depolarisoivana aineena.

Keksinnön menetelmällä on lukuisia sovellutuksia metallien sähkösaostukseen tarkoitetuissa prosesseissa. Niinpä menetelmää voidaan käyttää ennen elektrolyytin puhdistusta, sen aikana tai sen jälkeen ja ennen metallin sähkösaostusta elektrolyytistä, sen aikana tai sen jälkeen.

Esimerkiksi sinkkisulfaattielektrolyytin puhdistuksessa sinkin elektrolyyttisessä talteenotossa menetelmää voidaan käyttää rautaoksidin poistoasteen määrittämiseksi ja epäpuhtauksien, kuten arseenin, antimonin ja germaniumin poistoasteen määrittämiseksi rautaoksidien avulla.

Sähkösaostusprosessissa menetelmää voidaan edullisesti käyttää polarisaatioon vaikuttavien aineiden vaaditun määrän määrittämiseen yksin ja suhteessa epäpuhtauksien pitoisuuteen, epäpuhtauksien vaaditun määrän määrittämiseen suhteessa polarisaatioon vaikuttavien aineiden pitoisuuteen, elektrolyyttisyötön tai prosessissa olevan elektrolyytin säätötarpeen ja kierrätetyn elektrolyytin laadun määrittämiseen.

Keksintöä kuvataan nyt seuraavien ei-rajoittavien esimerkkien avulla.

Seuraavissa esimerkeissä aktivointiylijännitteen arvot mitattiin käyttäen koekennoa, jonka näytetilavuus oli 500 ml. Elektrolyytin tietty tilavuusmäärä johdettiin kennon läpi. Kennossa olevaan elektrolyyttiin upotettiin liikkuva katodi, joka koostui metallilangasta, joka sisältyi kiinteään katodi-telineeseen ja kulki sen läpi, joka oli asetettu kiinteästi

O

kennoon siten, että se salli 0,25 cm^ katodista joutua alttiiksi elektrolyytille, anodi ja SCE, joka oli sijoitettu katodin ja anodin väliin. Liikkuvan katodin alttiina olevan alan pinta oli 4 cm:n päässä anodin pinnasta ja SCE:n kärki oli 1 cm:n päässä katodista siten, että kärki ei ollut suorassa linjassa anodin ja katodin alttiina olevan alan välillä. Koekennon läpi virtaavan elektrolyytin lämpötila säädettiin haluttuun 16 71027 arvoon. Anodi ja liikkuva katodi yhdistettiin vakiovirtalähtee-seen ja SCE ja katodi yhdistettiin aktivointiylijännitteen mittausvälineeseen käyttäen volttimittaria, jossa oli digitaalinen näyttö ja piirturi. Vakiovirta kytkettiin aiheuttamaan metallin alkava saostuminen liikkuvalle katodille ja aktivointiyli jännitteen arvot mitattiin ja rekisteröitiin. Alttiina olevan katodipinnan metallin peittämä osuus oli 0,1.

Esimerkki 1 Tämä esimerkki kuvaa, kuinka aktivointiylijännitemittauksia voidaan käyttää säätämään kuparin sähkösaostusta. Aktivointiyli jännitteen arvot mitattiin käyttäen virtaa, joka vastasi virrantiheyttä 1,0 mA/cm . Katodi oli halkaisijaltaan 1,19 mm:n alumiinilejeerinkiä n:o 1100 oleva lanka, jonka pituuden suhde pinta-alaan oli 2,51 cm/cm . Katodin minimi kulkunopeus elektrolyytin läpi laskettiin olevan 1,09 cm/h. Katodia liikutettiin katoditelineen läpi nopeudella 160 cm/h. Anodi oli 0,75 % hopeaa sisältävä lyijyanodi. Elektrolyytin lämpötila oli 50°C ja elektrolyytin virtausnopeus oli 660 ml/min. Mitatun aktivointiylijännitteen arvot rekisteröitiin piirturilla. Ku-parisulfaattielektrolyytti sisälsi 20 g/1 kuparia ja 150 g/1 rikkihappoa sekä vaihtelevia lisättyjä määriä liimaa, kloridia ja antimonia.

2 Sähkosaostusprosessi suoritettiin virrantiheydellä 400 A/m 24 tunnin aikana. Tämän 24 tunnin saostusajan jälkeen sakka analysoitiin sen pinnanlaadun ja sen muovattavuuden suhteen. Muovattavuus määrättiin niiden kertojen lukumäärällä, joita sakkaa voitiin taivuttaa 180° ennen kuin se osoitti halkeilua. Elektrolyyttiin lisättyjen lisäaineiden määrät, aktivointiyli jännitteen rekisteröityjen arvojen keskiarvo kullekin elektrolyyttikokoonpanolle ja sähkösaostetun kuparin laadut annetaan taulukossa 1.

71 027 17

Taulukko I

Koe Lisätty elektrolyyttiin Aktivointi- Muovattavuus Sakan n:o liimaa Cl Sb-ioneja ylijännite 180°:n taivu- luonne _ mg/1 rog/1 mg/1_ mV tusten lukum. _ 1 0 - 118 10 karkea 2 2,5 - - 122 15 karkea 3 5,0 - - 132 14 tasainen 4 7,5 - - 140 20 tasainen 5 , 10 142 15 karkea 6 20 - - 150 16 karkea 7 0 1 - 129 29 karkea 8 0 10 - 140 25 karkea 9 0 30 - 145 10 karkea 10 5 1 - 140 6 tasainen 11 7,5 1 - 143 7 karkea 12 5 10 - 180 7 karkea 13 5 30 - 182 10 karkea 14 0 300 118 12 karkea 15 2,5 - 300 125 7 tasainen 16 5 300 128 22 tasainen 17 10 - 300 153 18 karkea 18 20 - 300 164 7 karkea 19 0 10 300 140 25 karkea 20 5 10 300 178 23 tasainen 21 30 10 300 203 LI karkea 22 5 1 300 136 11 tasainen 23 5 30 300 181 13 tasainen 24 5 30 20 180 16 tasainen

Kokeiden 1-6 tulokset osoittavat, että aktivointiy1ijännitteen arvot nousevat liiman määrän kasvaessa elektrolyytissä. Tasaisen sakan saamiseksi aktivointiylijännite tulisi säätää välille n. 130-140 mV ja liiman määrää elektrolyytissä tulisi säätää, kun aktivointiylijännitteen mitattu arvo oli tämän alueen ulkopuolella .

Kokeiden 7-13 tulokset osoittavat, että kloridin läsnäolo elektrolyytissä johtaa karkeisiin sakkoihin, jotka lisäksi liiman läsnäollessa muuttuvat myös vähemmän muovattaviksi.

18 71 027

Kokeiden 14-18 tulokset osoittavat, että kun elektrolyytti sisältää antimonia ja kasvavia määriä liimaa, ylijännitteen arvot kasvavat, mutta että sakan muovattavuuskokeen tulokset tulevat säännöttömiksi. Tämän säännöttömän käyttäytymisen korjaamiseksi myös kloridia tulee olla läsnä. Kuten kokeiden 19-24 tuloksista voidaan nähdä, n. 10 mg/l:n kloridimäärän samoin kuin 5 mg/l:n liimamäärän läsnäolo antaa tasaiset ja muövattavat sakat antimonin läsnäollessa. Tällaisessa systeemissä aktivointiylijännitteen arvot ovat n. 180 mV ja systeemi voidaan säätää suunnilleen tähän arvoon tekemällä järkeviä säätöjä joko liiman tai kloridin tai molempien väkevyyksiin.

Esimerkki 2 Tämä esimerkki kuvaa, kuinka aktivointiylijännitteen mittauksia voidaan käyttää mangaanin sähkösaostuksen säätöön. Aktivointi- ylijännitteen arvot mitattiin käyttäen virtaa, joka vastaa vir- 2 rantiheyttä 1,0 mA/cm . Katodi oli halkaisijaltaan 1,19 mm:n alumiinilejeerinkilankaa n:o 1100, jonka pituuden suhde pinta-alaan oli 2,51 cm/cm2. Katodin minimi liikkumisnopeuden elektrolyytin läpi laskettiin olevan 0,92 cm/h. Katodia liikutettiin nopeudella 160 cm/h. Anodi oli 0,75 % hopeaa sisältävä lyijyano-di. Eleketrolyytin lämpötila oli 50°C ja elektrolyytin virtausnopeus oli 660 ml/min. Mitattiin aktivointiylijännitteen arvot rekisteröitiin piirturilla. Mangaanisulfaattielektrolyytti sisälsi 45 g/1 mangaanisulfaattia, 135 g/1 ammoniumsulfaattia ja 0,1 g/1 rikkidioksidia samoin kuin vaihtelevasti lisättyjä määriä liimaa, kuparia, nikkeliä, sinkkiä ja antimonia. Eleketrolyytin pH oli 7,0. Mangaanin sähkösaostus virrantiheydellä 2 400 A/m vaatii, että läsnä on 8-16 mg liimaa/1 puhdistettua elektrolyyttiä optimi virtahyötysuhteen ja tasaisten sakkojen saavuttamiseksi. Aktivointiylijännitteen arvot elektrolyytille, jossa on tiettyjä lisäyksiä, annetaan taulukossa II.

19

Taulukko II 71027

Lisäykset elektrolyyttiin, mg/1 Aktivointiylijännite liimaa Cu Ni Zn Sb _ mV_ 0 166 4 172 8 174 12 179 16 183 20 - - 190 24 196 0 5 - - 155 0 10 151 16 10 - - 151 0 - 1 168 0 - 2 166 16 2 - 183 16 10 2 - 158 0 0,5 - 168 0 - - 1 164 16--1- 178 0 - - 1 166 0 - - - 10 160 0---25 137 8---25 139 20 - - 25 139 50 - 25 143 16 - - 1 1 172 16 - - 1 10 164

Taulukoiduista tuloksista voidaan nähdä, että liima toimii polarointiaineena, että kupari, sinkki ja antimoni toimivat depolarointiaineina ja että nikkeli on oleellisesti inaktiivinen. Näin ollen liiman kasvavilla määrillä on se vaikutus, että ne nostavat aktivointiylijännitteen arvoja, kun taas kuparilla, sinkillä ja antimonilla on vastakkainen vaikutus. Tulokset osoittavat myös, että liiman optimitasot 8-16 mg/1 20 71027 puhdistetussa elektrolyytissä johtavat aktivointiylijännitteen arvoihin välillä 174-183 mV ja että liiman määrää on nostettava, kun depolaroivia aineita (epäpuhtauksia) on pieninä väkevyyksinä aktivointijännitteen arvojen palauttamiseksi halutulle alueelle 174-183. Kun suurempia epäpuhtauspitoisuuksia kuin muutamia mg/1 on läsnä, menetelmää elektrolyytin puhdistamiseksi tulee parantaa. Tässä yhteydessä koetuloksista seuraa myös, että puhdistusprosessin tehokkuutta voidaan myös edullisesti seurata mittaamalla elektrolyytin aktivointiylijänni-tettä.

Esimerkki 3 Tämä esimerkki kuvaa, kuinka aktivointiylijännitteen mittauksia voidaan käyttää nikkelin sähkösaostuksen säätämiseen. T'ktivoin-tiylijännitteen arvot mitattiin 55°C:ssa käyttäen virtaa, joka

O

vastasi virrantiheyttä 1 mA/cm . Katodi oli 1,19 mm:n kuparilanka, jonka pituuden suhde pinta-alaan oli 2,51 cm/cm2. Katodin minimi kulkunopeuden elektrolyytin läpi laskettiin olevan 0,98 cm/h. Katodia liikutettiin katoditelineen läpi nopeudella 160 cm/h. Anodi oli 0,75 % hopeaa sisältävä lyijyanodi.

Elektrolyytin lämpötila oli 55°C ja elektrolyytin virtausnopeus oli 660 ml/min. Mitatun aktivointiylijännitteen arvot rekisteröitiin piirturilla. Elektrolyytti sisälsi 50 g/1 nikkeliä nikkelisulfaattina, 40 g/1 rikkihappoa, 90 g/1 natriumkloridia ja 16 g/1 boorihappoa sekä vaihtelevia määriä liimaa tai lau-ryylisulfaattia. Natriumlauryylisulfaatti on lisäysaine nikkelin elektrolyyttisessä talteenotossa, joka estää seostetun nikkelin pistesyöpymisen ja liimaa lisätään nikkelin galvanoin-nissa tasoitusaineeksi. Tulokset annetaan taulukossa III.

Taulukko III

Lisäykset elektrolyyttiin, mg/1

Natriumlauryylisulfaattia Liimaa Aktivointiylijännite, mV

0-70 5 - 50 20 - 44 - 0 70 - 5 84 50 93 71027 21

Tuloksista voidaan nähdä, että natriumlauryylisulfaatti toimii depolaroivana aineena ja kun sitä on läsnä kasvavia määriä, se laskee aktivointiylijännitteen arvoja ja että liima toimii polaroivana aineena ja kun sitä on läsnä kasvavia määriä, se nostaa aktivointiylijännitteen arvoja. Aktivointiylijännitteen arvot voidaan pitää halutuissa arvoissa säätämällä sen lisäys-aineen pitoisuutta, joka muuttaa polarisaatiota.

Esimerkki 4 Tämä esimerkki kuvaa, kuinka aktivointiylijännitteen mittauksia voidaan käyttää säätämään lyijyn sähkösaostusta. Aktivointiyli- jännitteen arvot mitattiin käyttäen virtaa, joka vastasi virran- tiheyttä 4,0 mA/cm . Katodi oli halkaisijaltaan 1,19 mm:n ku- 2 parilanka, jonka pituuden suhde pinta-alaan oli 2,51 cm/cm . Katodin minimi kulkunopeuden elektrolyytin läpi laskettiin olevan 13,8 cm/h. Katodia liikutettiin katoditelineen läpi nopeudella 160 cm/h. Anodi oli 0,75 % hopeaa sisältävä lyijyanodi.

Elektrolyytin lämpötila oli 40°C ja elektrolyytin virtausnopeus oli 660 ml/min. Mitatun aktivointiylijännitteen arvot rekisteröitiin piirturilla. Lyijyfluosilikaattielektrolyytti sisälsi 75 g/1 lyijyä lyijyfluosilikaattina, 90 g/1 fluoripiihappoa, sekä vaihtelevia määriä ECA:a (Aloes-uute), ligniinisulfonaat-tia ja natriumtiosulfaattia. Elektrolyysiä suoritettiin 24 tunnin ajan 200 A/m^:n virrantiheydellä 40°C:ssa käyttäen lyijy-harkkoelektrodeja lyijysakan saamiseksi. Lyijysakan laatu määrättiin.

Lisäykset elektrolyyttiin, aktivointiylijännite ja lyijysakan luonne kussakin kokeessa esitetään taulukossa IV.

2 2 710 9 7

Taulukko IV < ' Ό <L (

Lisäys elektrolyyttiin____

Ligniinisul- Natriumsul- Aktivointiy1j- Sakan ECA fonaattia faattia jännite luonne

rag/1 mg/1 mg/1_ mV

00 0 16 karkea 04 0 3 5 karkea 0,5 4 0 40 karkea 1.0 4 0 43 karkea 1'5 4 0 46 tasainen 2/0 4 0 62 tasainen 3.0 4 0 58 karkea 3.0 4 50 18 karkea

Taulukon IV tuloksista voidaan nähdä, että sekä ECA että lig-niinisulfonaatti toimivat polaroivina aineina ja natriumtiosul-faatti toimii depolaroivana aineena. Lyijyn sähkösaostuksessa ligniinisulfonaatin määrä pidetään tavallisesti oleellisesti vakiona, kun taas ECA:n määrää säädetään aktivointiylijännitteen pitämiseksi halutulla välillä 45-55 mV tasaisen ja vaakasuoran lyijysakan saamiseksi. Kun aktivointiylijännitteen halutut arvot ylitetään, natriumtiosulfaattia voidaan lisätä akti-vointiylijännitteen arvon palauttamiseksi halutulle alueelle.

Nämä esimerkit koskevat sinkin elektrolvyttistä talteenottoa. Liikkuva katodi oli halkaisijaltaan 1,19 mm:n a lumiinilejee-rinkilanka n:o 4043, jonka pituuden ja pinta-alan välinen suhde oli 2,51 cm/cra . Anodi oli lyijy-hopea lejeerinki, joka sisälsi 0,75 % hopeaa. Katodin liikkeen miniminopcuden laskettiin olevan 1,06 cm/h.

Esimerkki 5 Tämä esimerkki kuvaa käytetyn virran virrantiheyttä ilmoitettuna, katodilangan nopeuden, elektrolyytin lämpötilan ja elektrolyytin virtausnopeuden arvojen muutosten vaikutuksia. Laitoksen elektrolyytin määrä analysoitiin ja säädettiin 55 g/l:an Zn ja 150 g/l:n H2S04. Säädetty elektrolyytti sisälsi myös 0,01 mg/1 Sb, 0,03 mg/1 Cu, 0,1 mg/1 Co, 0,1 mg/1 Ni, 0,005 mg/1 Go, 8,5 mg/1 Cd, 30 mg/1 Cl ja 2 mg/1 F. Säädettyä elektrolyyttiä johdettiin jatkuvasti kockennon läpi ja akt ivoi ntiylijännite 23 71 027 mitattiin ja rekisteröitiin kuvatulla tavalla. Tulokset on lueteltu taulukossa IVA.

Taulukko IVA

Koe Virran- Liikkuvan ka- Elektrolyytin Elektrolyytin Aktivointi- n:o tiheys todin nopeus, lämpötila virtausnopeus ylijännite, _ mA/an2 cm/h_ °C_ ml/inin_ mV_ 55 0,1 60 30 668 10 56 1,0 60 30 668 75 57 1,0 180 30 668 82 58 1,0 300 30 668 90 59 1,0 60 21 668 83 60 1,0 60 35 668 55 61 1,0 60 60 668 20 62 1,0 60 30 668 70 63 0,4 60 30 668 35 64 2,0 60 30 668 75 65 4,0 60 30 668 115

Tulokset osoittavat selvästi vaikutusta, joka on menetelmän muuttujilla ja tarpeella käyttää standardoituja olosuhteita käytännön sovellutukseen.

Esimerkki 6 Tämä esimerkki kuvaa vaikutuksia, jotka saadaan vaihtelemalla antimonin, gemraniumin, koboltin ja liiman määriä, jotka lisätään säädettyyn elektrolyyttiin, jolla on esimerkissä 5 esitetty koostumus. Aktivointiylijännite mitattiin käyttäen virtaa, joka vastaa virrantiheyttä 1,0 mA/cm2, katodinopeutta 160 cm/h, elektrolyytin lämpötilaa 35°C ja elektrolyytin virtausnopeutta 660 ml/min. Mitatun aktivointiylijännitteen arvot rekisteröitiin x-y-piirturilla. Tulokset on lueteltu taulukossa V. Taulukossa ylijännitteen arvot edustavat keskimääräistä rekisteröityä arvoa.

24 71027

Taulukko V

Koe Lisäykset, mg/1_ Aktivointiylijännite n:o Liimaa Sb Ge Co _ mV_ 66 0 0 0 0 80 67 10 0 0 0 98 68 20 0 0 0 110 69 30 0 0 0 120 70 0 0,02 0 0 58 71 10 0,02 0 0 89 72 20 0,02 0 0 106 73 30 0,02 0 0 109 74 0 0,04 0 0 53 75 10 0,04 0 0 90 76 30 0,04 0 0 96 77 5 0,06 0 0 76 78 0 0,08 0 0 50 79 10 0,08 0 0 78 80 30 0,08 0 0 83 81 0 0 0,04 0 70 82 30 0 0,04 0 116 83 0 0,04 0 2,0 55 84 30 0,04 0 2,0 105

Tulokset osoittavat, että liiman kasvavat pitoisuudet nostavat sinkin aktivointiylijännitettä ja että epäpuhtauksien kasvavat pitoisuudet alentavat sen ylijännitettä.

Esimerkki 7 Tämä esimerkki esittää, että tarvitaan liiman kasvavia pitoisuuksia hyvän virtahyötysuhteen saamiseen, kun kasvavia epäpuh-tauspitoisuuksia on läsnä elektrolyytissä ja että on olemassa optimialueet liiman pitoisuuksille suhteessa epäpuhtauspitoi-suuksiin, jotka antavat korkeimmat virtahyöytysuhteet. Esimerkissä 6 käytetyn kaltaisen säädetyn laitoselektrolyytin näytteille, joihin lisättiin vaihtelevia määriä liimaa ja antimonia ja/tai kobolttia kaliumantimonitartraattina ja kobolttisulfaat- 2 tina, suoritettiin elektrolyysiä virrantiheydellä 400 A/m 35°C:ssa 24 tunnin ajan. Virtahyötysuhteet sinkin saostukselle määritettiin määrittämällä saostetun sinkin painon suhde laskettuun painoon, joka perustuu kokonaisvirtamäärään, joka on 71027 johdettu sinkin saostukseen tarkoitetun kennon läpi. Tulokset esitetään taulukossa VI.

Taulukko VI

Koe Liimaa lisätty, mg/1 0 10 15 20 25 30 40 45 50 n:o Sb lisätty Co lisätty mg/1 mg/1 Virtahyötysuhteet, % 85 0,01 0 88 92 91 90 89 88 87 87 85 86 0,03 0 79 90 92 93 92 91 89 88 87 87 0,05 0 56 86 90 92 93 93 92 91 88 88 0,07 0 43 72 81 85 89 92 93 92 89 89 0,01 0,05 89 92 92 91 90 89 88 87 85 90 0,01 2 88 92 92 92 92 91 91 90 89 91 0,01 5 65 87 92 92 92 92 92 92 91 92 0,01 5* - 43 74 82 82 81 79 77 75 93 0,03 0,05 80 90 92 93 93 91 90 88 86 94 0,03 1 40 74 85 92 94 93 92 91 89 95 0,03 5 - 58 74 87 92 94 94 93 90 96 0,03 5* 40 72 82 83 83 78 χ 48 tunnin sakka

Taulukoiduista tuloksista ilmenee, että kullakin antimonipi-toisuudella vaadittiin vastaavaa kapeaa 1iimapitoisuuksien aluetta antamaan mahdollisimman korkeat virtahyötysuhteet. Virtahyötysuhteet laskivat sekä liian pienillä että liian suurilla liimapitoisuuksilla. Näin ollen kullekin antimonipitoi-suudelle on olemassa optimipitoisuudet. Samoin kuin antimonia ja kobolttia on läsnä, vaaditaan liimalisäyksiä vastustamaan näiden epäpuhtauksien haitallisia vaikutuksia ja optimiliima-pitoisuudet ovat olemassa kullekin antimoni- ja kobolttipitoi-suudelle. OPtimiliimapitoisuudet olivat samat 48 tunnin ja 24 tunnin sakoille, mutta virtahyötysuhteet olivat laskeneet.

Esimerkki 8

Esimerkeissä 5 ja 6 ja taulukoissa IV ja V kuvatuissa kokeissa saadut aktivointiylijännitteen arvot liima- ja epäpuhtauspitoi-suuksilla yhdistettiin maksimivirtahyötysuhteiden alueisiin liiman ja epäpuhtauksien pitoisuuksien yhdistelmillä, jotka saatiin esimerkissä 7 ja taulukossa VI kuvatuissa kokeissa. Niinpä 26 71027 saatiin seuraavat arvojen alueet optimivirtahyötysuhteelle suhteessa liiman ja epäpuhtauksien välisille suhteille, joita osoittavat aktivointiylijännitteen arvot. Alueet on lueteltu taulukossa VII.

Taulukko VII

Aktivointiylijännite Virtahyötysuhteen alue, % ____mV__ _ 75 75-83 80 79-86 85 83-89 90 86-91 95 88-93 100 90-94 105 90-94 110 89-93 115 87-92 120 86-89 125 83-87

Luetelluista luvuista voidaan nähdä, että virtahyötysuhteiden korkeimmat alueet saadaan, kun aktivointiylijännite pidetään välillä 90-115 mV mitattuna 35°C:ssa.

Esimerkki 9 Tämä keksintö kuvaa, että aktivointiylijännitteen mittauksia voidaan käyttää määrittämään, onko elektrolyytissä oikea liima-pitoisuus suhteessa epäpuhtauspitoisuuteen ja mitä muutoksia vaaditaan liimapitoisuuden sinkin elektrolyyttisen talteenotto-prosessin optimoimiseksi. Käyttäen samaa elektrolyyttiä kuin edellisissä esimerkeissä käytettiin toistettiin esimerkissä 6 kuvatut kokeet, virtahyötysuhteet määritettiin kuten esimerkissä 7 ja tulokset yhdistettiin kuten esimerkissä 8 kuvattiin. Käyttäen tämän esimerkin mukaisten kokeiden tuloksia määritettiin vaadittu liimapitoisuuden muutos yksikössä mg/1 aktivointiyli jännitteen mitatuilla arvoilla optimiarvon saamiseksi virtahyötysuhteelle elektrolyysiprosessissa. Taulukossa VIII esitetyt tiedot esittävät ohjelmaa sinkin elektrolyyttisen talteenottoprosessin säätämiseksi tekemällä määritellyt muutokset sinkkielektrolyytissä olevaan liimapitoisuuteen.

27 71027

Taulukko VIII

Mitattu aktivointiyli- Optimivirtahyötysuhteelle vaadittu jännite, mV 35°C:ssa liimapitoisuuden muutos mg/1;pissa 75 kasvu 9:11a 80 kasvu 7:11a 85 kasvu 5:llä 90 kasvu 3:11a 95 kasvu 1:11a 100 ei muutoksia 105 ei muutoksia 110 lasku l:llä 115 lasku 3:11a 120 lasku 5:llä 125 lasku 7:llä 130 lasku 9:llä

Esimerkki 10 Tämä esimerkki esittää, että antimonia voidaan käyttää suhteessa mitattuihin aktivointiylijännitteen arvoihin säätämään sinkin elektrolyyttinen talteenottoprosessi optimivirtahyötysuh-teeseen.

Sarjaan elektrolyyttisiä talteenottokennoja, joissa käytetään hapanta sinkkisulfaattielektrolyyttiä, jolla on esimerkissä 5 annettu säädetty koostumus, lisätään sekä liimaa että antimonia. Liimaa lisätään elektrolyyttiin vakiomäärä 20 mg/1, kun taas antimonia lisätään normaalisti 0,04 mg/l:n määrä.

Käyttäen elektrolyyttiä ja yllä mainittuja liima ja antimonin lisäyksiä aktivointiylijännitteet ja virtahyötysuhteet määritettiin kuten esimerkissä 9. Virtahyötysuhteiden optimiarvot saavutettiin aktivointiylijännitteillä 100 ja 105 mV. Käyttäen näiden määritysten tuloksia vaaditut antimonipitoisuuksien muutokset elektrolyytissä yksiköissä mg/1 määritettiin aktivointiyli jännitteelle mitatuilla arvoilla optimiarvon saamiseksi elektrolyysipropsessin virtahyötysuhteelle. Säätöohjelma esitetään taulukossa IX.

28

Taulukko IX 710 2 7

Mitattu aktivointi- Optimivirtahyötysuhteelle vaadittu ylijännite, mV_ antimonipitoisuuden muutos mg/1 85 lasku 0,03:11a 90 lasku 0,02:11a 95 lasku 0,01:llä 100 ei muutosta 105 ei muutosta 110 nousu 0,01:llä 115 nousu 0,02:11a 120 nousu 0,03:11a

Esimerkki 11 Tämä esimerkki esittää, että epäpuhtauksien poistoa neutraalista sinkkielektrolyytistä laskeuttamalla sinkkipölyn avulla voidaan seurata aktivointiylijännitteen mittauksilla. Epäpuhtaalle laitoksen elektrolyytille suoritettiin puhdistus vaihte-levilla määrillä sinkkipölyä, joka lisättiin elektrolyyttiin, joka sisälsi aikaisemmin lisättyä antimonia antimonikalium-tartraattina vaihtelevia määriä. Laskeutus suoritettiin 50°C:ssa sekoittaen ja käyttäen yhden tunnin viipymisaikaa. Puhdistetun elektrolyytin virtaus suodatettiin ja jäähdytettiin 35°C:en. Virtaus johdettiin sitten koekennon läpi aktivointiylijännitteen mittausta varten. Puhdistettu elektrolyytti analysoitiin epäpuhtauspitoisuuksien määrittämiseksi. Tulokset on lueteltu taulukossa X.

Taulukko X

Lisätty Sb, Lisätty sink- Aktivointi- Puhdistetun elektrolyytin mg/1 kipöly, g/1 ylijännite, mv epäpuhtaudet, mg/1_ _ _ _ Cd Cu Co Ni Sb 0,75 0 34 200 3,5 1,6 1,8 0,75 0,75 0,5 48 21 4,1 0,3 0,9 0,09 0,75 1,0 64 12 3,4 0,3 0,5 0,05 0,75 1,5 74 3,9 1,3 0,2 0,6 0,04 0,75 2,0 76 1,9 1,0 0,2 0,4 0,03 0,75 2,5 88 0,4 0,8 0,3 0,3 0,03 0,75 3,0 94 0,3 0,6 0,2 0,2 0,02 0,25 2,0 70 2,2 0,5 0,2 0,1 0,07 0,50 2,0 74 2,2 0,6 0,1 0,1 0,03 1,00 2,0 85 0,6 0,6 0,1 0,1 0,02 71 027 29

Esimerkki 12 Tämä esimerkki esittää, kuinka aktivointiylijännitteen mittauksia kuten esimerkissä 11 esitettyjä, voidaan käyttää määrittämään, mitä korjauksia prosessiin on tehtävä muuttujien, kuten sinkkipölyn ja antimonin lisäysten säätämiseksi elektrolyytin sinkkipölypuhdistuksen optimoimiseksi. Taulukossa XI esitetyt tulokset esittävät ohjelmaa sinkkipölypuhdistusproses-sin säätämiseksi tekemällä määritettyjä muutoksia sinkkipölyn tai antimonisuolan lisäyksiin sinkkielektrolyyttiin puhdistuksen aikana, jos mitattu aktivointiylijännite osoittaa, että puhdistuminen ei ole mennyt loppuun.

Taulukko XI

Mitattu aktivointiylijännite Vaaditut lisäykset_ mV:ssa neutraalille elektro- Sinkkipölyä Antimonia lyytille____ _g/1_ mg/1 80 0 0 75 0 0 70 0,3 0,1 65 0,6 0,2 60 0,9 0,3 55 1,2 0,4 50 1,5 0,5 45 1,8 0,5 40 2,1 0,5

Claims (7)

30 710 2 7

1. Menetelmä metallin sähkösaostusprosessin säätämiseksi käyttäen elektrolyyttiä, joka sisältää epäpuhtauspitoisuuksia ja/tai vähintään yhtä polarisaatioon vaikuttavaa ainetta, tunnettu siitä, että se käsittää vaiheet, joissa muodostetaan elektrolyyttinen koevirtauspiiri, joka käsittää koe-kennon, elektrolyyttinävtteen, liikkuvan katodin, jonka pinta-ala on alttiina sanotulle elektrolyytille, anodin ja vertailu-elektrodin, jotka elektrodit on upotettu sanottuun näytteeseen, vakiovirtalähteen ja mittausvälineen, joka on sähköisesti liitetty sanottuihin elektrodeihin; ajetaan pieni virta (0,01-4,0 mA/cm , mieluiten 0,01-0,4 mA/cm ) sanotussa koeken-nossa oleviin elektrodeihin, joka virta on riittävä aiheuttamaan sanotun metallin alkavan saostumisen sanotulle katodille; mitataan aktivointiylijännite sanotun metallin alkavan saostumisen pisteessä? suhteutetaan mitattu aktivointiylijännite epäpuhtauksien tai sanotun vähintään yhden polarisaatioon vaikuttavan aineen pitoisuuteen tai epäpuhtauksien ja sanotun vähintään yhden polarisaatioon vaikuttavan aineen väliseen pitoisuussuhteeseen sanotussa näytteessä; ja säädetään epäpuhtauksien tai sanotun vähintään yhden polarisaatioon vaikuttavan aineen pitoisuus tai sanottu pitoisuussuhde elektrolyytissä optimihyötysuhteen ja tasaisten metallisaostumien aikaansaamiseksi sähkösaostusprosessissa, jossa alkava saostuminen määritellään metallin saostumiseksi, joka on juuri alkanut ja joka rajoittuu liikkuvan katodin pinnan osittaiseen peittymiseen saostuneella metallilla.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että polarisaatioon vaikuttavien aineiden pitoisuus säädetään joko lisäämällä jo läsnäolevan aineen määrää tai lisäämällä toista polarisaatioon vaikuttavaa ainetta, jolla on vastakkaiset polarisaatioon vaikuttavat ominaisuudet kuin jo läsnä olevalla polarisaatioon vaikuttavalla aineella.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että pitoisuussuhde säädetään muuttamalla elektrolyytissä olevien epäpuhtauksien pitoisuutta.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että pitoisuussuhde säädetään muuttamalla elektrolyytissä olevien nolsricaaHnnn vsjVnttavion ainoidpn nitoifiiinffa 71 027 31

5. Patenttivaatimuksen 1, 2, 3 tai 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sanotun virran arvo, joka on riittävä aiheuttamaan metallin alkavan saostumisen, on riittävä aiheuttamaan korkeintaan 10-30 %:n elektrolyytille alttiina olevan liikkuvan katodin pinta-alasta peittymisen saostuneella metallilla.

6. Minkä tahansa edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että liikkuvaa katodia kuljetetaan elektrolyyttinäytteen läpi oleellisesti vakionopeudella, sanotun oleellisen vakionopeuden ollessa vähintään yhtä suuri kuin miniminopeus, jonka määrittelee seuraava kaava: „ abcd, ,, R . = - cm/h, min xy jossa a esittää katodin pituuden ja pinta-alan välisiä suhteita cm/cm2; y b esittää virrantiheyttä, A/cm*> c esittää sähkökemiallista ekvivalenttia saostettavana olevalle metallille, g/Ah; x esittää metallin peittämää osaa katodista; y esittää saostuneen metallin painoa katodin pinta-alayksikköä kohti, g/cm^.

7. Minkä tahansa edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sanottu metalli valitaan sinkistä, kuparista, lyijystä, raudasta, koboltista, nikkelistä, mangaanista, kromista, tinasta, kadmiumista, vismu-tista, indiumista, hopeasta, kullasta, rodiumista ja platinasta. 32 71 027