FI76595C - OVERHEADING FOR OIL ADJUSTMENT AV METALER AND LOADING. - Google Patents
OVERHEADING FOR OIL ADJUSTMENT AV METALER AND LOADING. Download PDFInfo
- Publication number
- FI76595C FI76595C FI854551A FI854551A FI76595C FI 76595 C FI76595 C FI 76595C FI 854551 A FI854551 A FI 854551A FI 854551 A FI854551 A FI 854551A FI 76595 C FI76595 C FI 76595C
- Authority
- FI
- Finland
- Prior art keywords
- cell
- metal
- electrodes
- nodules
- electrolyte
- Prior art date
Links
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 83
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 83
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims description 45
- 239000011701 zinc Substances 0.000 claims description 43
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims description 41
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 40
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 39
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 claims description 32
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 16
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 claims description 9
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 8
- 230000001376 precipitating effect Effects 0.000 claims description 7
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims description 6
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 claims description 6
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 5
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 claims description 5
- 239000012811 non-conductive material Substances 0.000 claims description 4
- 229940021013 electrolyte solution Drugs 0.000 claims 7
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 claims 2
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 69
- KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M Potassium hydroxide Chemical compound [OH-].[K+] KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 15
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 11
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 8
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 7
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 7
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 7
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 6
- QELJHCBNGDEXLD-UHFFFAOYSA-N nickel zinc Chemical compound [Ni].[Zn] QELJHCBNGDEXLD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 6
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 5
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 description 5
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 4
- 230000009471 action Effects 0.000 description 3
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 3
- PTFCDOFLOPIGGS-UHFFFAOYSA-N Zinc dication Chemical compound [Zn+2] PTFCDOFLOPIGGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 2
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 2
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 2
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 2
- 239000001963 growth medium Substances 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 238000002161 passivation Methods 0.000 description 2
- -1 polyethylene Polymers 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 2
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 210000000712 G cell Anatomy 0.000 description 1
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 1
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 239000013543 active substance Substances 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000009849 deactivation Effects 0.000 description 1
- 210000001787 dendrite Anatomy 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 238000003487 electrochemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004070 electrodeposition Methods 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 description 1
- BFDHFSHZJLFAMC-UHFFFAOYSA-L nickel(ii) hydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[Ni+2] BFDHFSHZJLFAMC-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 1
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 1
- 238000001226 reprecipitation Methods 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 238000009423 ventilation Methods 0.000 description 1
- 150000003751 zinc Chemical class 0.000 description 1
- 150000003752 zinc compounds Chemical class 0.000 description 1
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/20—Recycling
Landscapes
- Electrolytic Production Of Metals (AREA)
Description
7659576595
Menetelmä ja laitteisto metallien erottamiseksi liuoksista Tämän keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdannon mukainen menetelmä metallin saostamiseksi ioneja sisältävästä elektrolyyttiliuoksestaThe present invention relates to a method for precipitating metal from an ion-containing electrolyte solution according to the preamble of claim 1.
Keksinnön kohteena on myös menetelmän toteuttamiseen käytettävä laitteisto.The invention also relates to an apparatus used for carrying out the method.
Keksintö kohdistuu menetelmään saostaa ja liuottaa metalleja sähkökemiallisessa kennossa sekä tämän menetelmän käytännölliseen sovellutukseen nikkeli-sinkkiakussa. Keksinnön mukainen menetelmä soveltuu myös muihin akkuihin, edullisimmin sellaisiin, joissa sinkki on aktiivisena aineena negatiivisessa elektrodissa.The invention relates to a method for precipitating and dissolving metals in an electrochemical cell and to the practical application of this method in a nickel-zinc battery. The method according to the invention is also suitable for other batteries, most preferably those in which zinc is present as the active substance in the negative electrode.
Keksintö helpottaa metallien saostamista erilaisista elektrolyysi kylvyistä. Keksinnön avulla saadaan kompakti saostuma nykyistä huomattavasti suuremmilla virtatiheyksillä. Tämän vuoksi tarvittava laitteisto saadaan kooltaan pienemmäksi ja tehokkaammaksi kuin nykyisin käytössä olevat saostusaltaat .The invention facilitates the precipitation of metals from various electrolysis baths. The invention provides a compact precipitate with significantly higher current densities. As a result, the equipment required will be smaller in size and more efficient than the precipitation tanks currently in use.
Keksintö perustuu havaintoon, että keinotekoisessa, sentri-fugin avulla aikaansaadussa gravitaatiokentässä, joka on huomattavasti, jopa satoja tai tuhansia kertoja maan gravitaatiokenttää (g = 9»81 m/s^) suurempi, sähkökemialliset reaktiot tapahtuvat toisin kuin vain maan vetovoiman (1 g) vaikuttaessa.The invention is based on the observation that in an artificial centrifugal gravitational field considerably, even hundreds or thousands of times larger than the gravitational field of the earth (g = 9 »81 m / s ^), electrochemical reactions take place in contrast to only the gravity of the earth (1 g). the influence.
Täsmällisemmin sanottuna' keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnusomaista se, mikä on esitetty patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa.More specifically, the method according to the invention is characterized by what is set forth in the characterizing part of claim 1.
Keksinnön mukaiselle laitteistolle on puolestaan ominaista se, mikä on esitetty patenttivaatimuksen 20 tunnusmerkkio-sassa.The apparatus according to the invention, in turn, is characterized by what is stated in the characterizing part of claim 20.
2 765952,76595
Maan vetovoiman vaikutus akuissa on tunnettua. Niinpä on havaittu, että nikkeli-sinkkiakussa sinkkielektrodi latautuu paremmin, jos akkukenno asetetaan vaakasuoraan, sinkkielektrodi alapuolelle.The effect of ground gravity on batteries is well known. Thus, it has been found that in a nickel-zinc battery, the zinc electrode is better charged if the battery cell is placed horizontally, below the zinc electrode.
Keksintöä ryhdytään seuraavassa lähemmin tarkastelemaan oheisten piirustusten mukaisten sovellutusesimerkkien avulla.The invention will now be examined in more detail by means of application examples according to the accompanying drawings.
Kuviot 1 ja 2 ovat 15-kertaisia valokuvasuurennuksia saoste-tun sinkkipinnoitteen poikkileikkauksesta.Figures 1 and 2 are 15x photographic magnifications of the cross section of the precipitated zinc coating.
Kuvio 3 esittää useampien kokeiden tuloksena saadut käyrät, jotka antavat käsityksen siitä, miten sinkkikerroksen tiheys riippuu sentrifugin avulla aikaansaadun gravitaatiokentän voimakkuudesta sekä saostuksen virtatiheydestä.Figure 3 shows the curves obtained as a result of several experiments, which give an idea of how the density of the zinc layer depends on the intensity of the gravitational field produced by the centrifuge and on the current density of the precipitation.
Kuviot 4 ja 5 esittävät sinkkipintoja, jotka on saostettu gravitaatiokentän vaikuttaessa päinvastaiseen suuntaan, eli ladattavasta pinnasta poispäin. Ladattavat elektrodit olivat ruostumattomia teräsverkkoja (lanka 0,3 mm, aukot 0,6 mm), jotta happikuplat pääsivät poistumaan. Elektrolyytti oli 37,6% KOH + 6% ZnO ja elektrolyytin virtaus 3 cm3/min.cm2 eli elektrodin pinnan suunnassa n. 0,8 mm/s. Elektrodien välissä ei ollut separaattoria, vaan ne oli tuettu 3 mm etäisyydelle toisistaan muovipaloilla. Latausvirta oli 117 mA/cm^.Figures 4 and 5 show zinc surfaces deposited under the action of a gravitational field in the opposite direction, i.e. away from the surface to be charged. The rechargeable electrodes were stainless steel meshes (wire 0.3 mm, openings 0.6 mm) to allow oxygen bubbles to escape. The electrolyte was 37.6% KOH + 6% ZnO and the electrolyte flow was 3 cm3 / min.cm2, i.e. about 0.8 mm / s in the direction of the electrode surface. There was no separator between the electrodes, but they were supported 3 mm apart by pieces of plastic. The charging current was 117 mA / cm 2.
Kuvio 6 esittää verkkomaiselle pinnalle muodostunutta sink-kisaostumaa, joka on muodostunut, kun verkko on erotettu sentrifugin seinämästä harvemmalla tukirakennelmalla.Figure 6 shows the zinc deposit formed on the reticulated surface when the reticle is separated from the centrifuge wall by a fewer support structure.
Kuvio 7 esittää kaavamaisesti pystyleikkauksena nikkeli-sinkkiakun.Figure 7 schematically shows a vertical section of a nickel-zinc battery.
Kuvio 8 on edellä esitetty akku, osittain leikkauksena, ylhäältä nähtynä.Figure 8 is a top view of the battery, partly in section, seen from above.
Kuvio 9 esittää osittaista leikkausta kuvion 7 mukaisesta akusta sen negatiivisen päätykennon yläpään kohdalta.Fig. 9 shows a partial section of the battery of Fig. 7 at the upper end of its negative end cell.
3 765953,76595
Kuvio 10 on selvennys kuviossa 8 esitetystä leikkauskohdasta.Figure 10 is an explanation of the section shown in Figure 8.
Kuvio 11 esittää suuritehoista, kuvion 7 mukaisesta ratkaisusta muunnettua akkua, joka käsittää useampia sarjaan kytkettyjä akkuyksikköjä vaakasuoraan asennettuna siten, että kaikilla kennostosylintereillä on yhteinen akseli, käyttö-moottori ja elektrolyyttisäiliö.Fig. 11 shows a high-performance battery modified from the solution according to Fig. 7, comprising a plurality of battery units connected in series horizontally mounted so that all cell cylinders have a common shaft, drive motor and electrolyte tank.
Kuvio 12 on kaaviomainen poikkileikkauskuva laitteesta, jota voidaan käyttää keksinnön oppien mukaisesti metallin erottamiseksi liuoksesta.Figure 12 is a schematic cross-sectional view of an apparatus that may be used in accordance with the teachings of the invention to separate metal from solution.
Kuvio 13 on suurennettu kuva kuviossa 1 esitetyn laitteen elektrodien osasta ja siinä nähdään tapa, millä metalli sa-ostetaan.Fig. 13 is an enlarged view of a portion of the electrodes of the device shown in Fig. 1 and shows the manner in which the metal is deposited.
Kuvio 14 on kaaviomainen poikkileikkauskuva tämän keksinnön oppien käytännön sovellutukseen sopivan laitteen erään vaihtoehtoisen suoritusmuodon osasta.Figure 14 is a schematic cross-sectional view of a portion of an alternative embodiment of a device suitable for practicing the teachings of the present invention.
Kuvio 15 on kaaviomainen perspektiivikuva keksinnön erään vaihtoehtoisen suoritusmuodon elektrodirakenteesta.Figure 15 is a schematic perspective view of an electrode structure of an alternative embodiment of the invention.
Kuvio 16 on kaaviomainen poikkileikkauskuva akuston osasta.Figure 16 is a schematic cross-sectional view of a portion of the battery.
Seuraava koesarja osoittaa sentrifugin avulla aikaansaadun keinotekoisen, voimakkaan gravitaatiokentän yllättävän vaikutuksen metallin elektrolyyttisessä saostuksessa, verrattuna maan gravitaatiokentässä (1 g) suoritettuun vastaavaan kokeeseen.The following series of experiments demonstrates the surprising effect of an artificial, strong gravitational field obtained by centrifugation on the electrolytic deposition of metal, compared to the corresponding experiment performed in the gravitational field of the earth (1 g).
Kuvioden 1 ja 2 esittämissä tapauksissa sinkki saostettiin nikkelilevylle, positiivisena elektrodina nikkeliverkko (aukko 0,6 mm, lanka 0,3 mm). Separaattori oli polyeteeni-verkkoa (aukko 5 mm, lanka 1,5 mm). Elektrolyytti, 23¾ KOH-liuos, johon oli lisätty 3¾ sinkkioksidia, virtasi 4 cm3/min.cm2 elektrodien välissä pintojen suunnassa, eli nopeudella n. 1 mm/s. Kummassakin tapauksessa saostus suori- « 76595 tettiin virtatiheydellä 70 mA/cm2. Kuvion 1 esittämä sinkki-pinta syntyi nikkelilevyn ollessa vaakasuorassa siten, että vain maan gravitaatiokenttä vaikutti kohti saostettavaa pintaa. Latausaika oli 30 min. eli neliösentille varattu sähkömäärä oli 0,035 Ah. Sinkki kerroksen tiheys oli n. 1 - 2 g/cm3.In the cases shown in Figures 1 and 2, zinc was deposited on a nickel plate, with a nickel mesh (aperture 0.6 mm, wire 0.3 mm) as the positive electrode. The separator was made of polyethylene mesh (opening 5 mm, wire 1.5 mm). The electrolyte, a 23¾ KOH solution to which 3¾ zinc oxide had been added, flowed 4 cm3 / min.cm2 between the electrodes in the direction of the surfaces, i.e. at a speed of about 1 mm / s. In both cases, precipitation was performed at a current density of 70 mA / cm 2. The zinc surface shown in Figure 1 was formed with the nickel plate horizontal so that only the gravitational field of the earth acted towards the surface to be deposited. Charging time was 30 min. that is, the amount of electricity reserved per square centimeter was 0.035 Ah. The density of the zinc layer was about 1 to 2 g / cm 3.
Kuvio 2 esittää sinkkikerrosta, joka muuten on saostettu täysin samoin kuin kuviossa 1 esitetty, paitsi kaksi parametriä oli muutettu. Nikkelilevy oli sentrifuugin kehällä siten, että sitä kohti vaikutti 50 g:n suuruinen keskipa-koiskenttä, minkä lisäksi latausaika oli kolminkertainen (90 min.). Neliösentille varattu sähkömäärä on siis 0,105 Ah. Sinkkikerroksen tiheys on 6 g/cm3.Figure 2 shows a zinc layer which is otherwise completely deposited in the same way as shown in Figure 1, except that two parameters were changed. The nickel plate was on the circumference of the centrifuge so that a central centrifugal field of 50 g was applied towards it, in addition to which the loading time was three times (90 min.). The amount of electricity reserved per square centimeter is thus 0.105 Ah. The density of the zinc layer is 6 g / cm3.
Kuvion 4 esittämä sinkkisaostuma saatiin gravitaatiokentässä -1 g (maan vetovoima vaikutti sinkki-ionien kulkusuuntaa vastaan) 82 min. kuluttua, jolloin sinkkidendriitit olivat kasvaneet oikosulkuun latauselektrodin kanssa. Ladattu sähkömäärä oli siis 0,16 Ah/cm2. Kuva 5 esittää tulosta 120 min. kuluttua, kun kennossa oli gravitaatiokenttä -250 g (kenno sentrifugissa, latauselektrodi 3 mm kauempana akselista). Latausmäärä oli 0,23 Ah/cm2, ja sinkkinodulien suurin korkeus 1,3 mm.The zinc precipitate shown in Fig. 4 was obtained in a gravitational field of -1 g (the gravity of the earth acted against the direction of travel of the zinc ions) for 82 min. after which the zinc dendrites had grown shorted to the charging electrode. The amount of electricity charged was thus 0.16 Ah / cm2. Figure 5 shows the result for 120 min. after the cell had a gravitational field of -250 g (cell in a centrifuge, charging electrode 3 mm away from the axis). The charge rate was 0.23 Ah / cm2, and the maximum height of the zinc nodules was 1.3 mm.
Kun kuvion 5 esittämässä tapauksessa sinkkinodulit ovat kasvaneet riittävästi, ne irtoavat suuren keskipakovoiman vaikutuksesta kasvualustastaan ja sinkoutuvat sentrifugin ulkokehälle. Latausverkon ollessa kyllin harva ja sopivalla etäisyydellä, sentrifugin kehältä irroneet sinkkinodulit pääsevät huuhtoutumaan poistuvan elektrolyytin mukana sent-rifugista. Täten kuvattu saostusmenetelmä tekee mahdolliseksi mm. määräkokoisten metallirakeiden erottamisen elektro-lyyttiliuoksesta, säätämällä elektrolyysissä syntyvien nodu-lien kasvualustan pinta-alaa ja tekemällä kasvualustana toimiva elektrodi aineesta, johon saostettavan metallin tarttuvuus on sopiva.When, in the case shown in Fig. 5, the zinc nodules have grown sufficiently, they are detached from their substrate by a large centrifugal force and ejected onto the outer circumference of the centrifuge. When the charging network is sparse enough and at a suitable distance, the zinc modules detached from the circumference of the centrifuge can be flushed out of the centrifuge with the exiting electrolyte. The precipitation method thus described makes it possible e.g. separating bulk metal granules from the electrolyte solution, adjusting the surface area of the nodules formed in the electrolysis, and making the electrode as the growth medium from a material to which the adhesion of the metal to be deposited is suitable.
5 765955,76595
Edellä selostetut kokeet osoittavat, että sähkökemiallisessa kennossa sinkin saostuman laatua voidaan tarkoin kontrolloida sentrifugin avulla aikaansaadun keinotekoisen gravitaatiokentän avulla. On syytä panna merkille, että näissä kokeissa ei ole käytetty ohutkuituisia, di ffuusiotyyppisiä tai huokoisia separaattoreita, jotka voisivat haitata ionikon-sentraation tasaista jakautumaa sinkillä päällystettävällä elektrodipinnalla.The experiments described above show that in an electrochemical cell, the quality of the zinc precipitation can be precisely controlled by the artificial gravitational field produced by the centrifuge. It should be noted that no thin fiber, diffusion type or porous separators have been used in these experiments that could interfere with the uniform distribution of the ion concentration on the zinc-coated electrode surface.
Tilanne muuttuu toisenlaiseksi, kun vastaavissa olosuhteissa sinkkiä liuotetaan, esimerkiksi silloin, kun sellaista akkua puretaan, jossa liukenevana elektrodina on sinkki. Jos tämä sinkkipinta on tasainen ja huokoseton, liuenneet sinkkiyh-disteet puristuvat keskipakovoiman vaikutuksesta tiukasti purettavan elektrodin pinnalle, aiheuttaen lyhyessä ajassa passivoivan kerroksen. Tämä passivoitumisilmiö voidaan kuitenkin estää käyttämällä saostettavan sinkin kasvualustana ja virrankokoojana ohuesta metallilangasta kudottua verkkoa, joka lisäksi on erotettu sentrifugin seinämästä toisella, harvemmalla verkkomaisella tai muunlaisella tukirakennelmal-la. Kun sinkki saostetaan edellä kuvatulle verkolle, saadaan homogeeninen, kiinteä sinkkisaostuma, jossa on tasaväliset aukot verkon aukkojen kohdalla.The situation becomes different when zinc is dissolved under similar conditions, for example, when a battery with zinc as the soluble electrode is discharged. If this zinc surface is smooth and non-porous, the dissolved zinc compounds are compressed by the centrifugal force on the surface of the electrode to be tightly discharged, causing a passivating layer in a short time. However, this passivation phenomenon can be prevented by using a web woven of thin metal wire as a growth medium and a current collector for the zinc to be deposited, which is further separated from the wall of the centrifuge by another, less network-like or other support structure. When zinc is precipitated on the network described above, a homogeneous, solid zinc precipitate is obtained with evenly spaced openings at the network openings.
Kun näin ladattu kuvion 6 mukainen verkkomainen sinkkielekt-rodi puretaan sentrifugin gravitaatiokentässä, edellä kuvattua passivoitumista ei tapahdu. Raskaat, sinkkipitoiset re-aktiotulokset pääsevät livahtamaan sentrifugin kehälle verkon aukoista, ja samalla kevyempi, reaktiokykyinen elektrolyytti nousee vastakkaiseen suuntaan. Tällainen konvektio-virtaus on sitä tehokkaampi, mitä suurempi on sentrifugin synnyttämä gravitaatiokenttä.When the reticulated zinc electrode of Fig. 6 thus charged is discharged in the gravity field of the centrifuge, the passivation described above does not occur. The heavy, zinc-containing reaction results are allowed to slip into the perimeter of the centrifuge from the mesh openings, and at the same time the lighter, reactive electrolyte rises in the opposite direction. Such a convection flow is more efficient the larger the gravitational field generated by the centrifuge.
Kokeellisesti on siis todettu, että sinkkiä voidaan sekä ladata että purkaa sentrifugin avulla aikaansaadussa keinotekoisessa gravitaatiokentässä suurilla virtatiheyksillä ilman että ladattaessa syntyisi oikosulkuja aiheuttavia dendriit-tisiä kidemuodostelmia tai että purettaessa sinkin passivoi- 6 76595 tuminen pysäyttäisi reaktion suurilla virtatiheyksillä. Nämä epäkohdat ovat tähän asti haitanneet sinkin käyttöä akuissa, jotka toimivat vain maan gravitaatiokentän (1 g) vaikuttaessa. Keksinnön mukainen menetelmä sovellettuna esim. nikkeli-sinkkiakkuun saa aikaan ratkaisevan parannuksen, kuten seu-raavasta esimerkistä voidaan havaita.Thus, it has been experimentally found that zinc can be both charged and discharged in a centrifuge-induced artificial gravitational field at high current densities without the formation of short-circuiting dendritic crystal formations during charging or that the deactivation of zinc during discharge would stop the reaction at high current densities. To date, these disadvantages have hampered the use of zinc in batteries that operate only under the influence of the earth’s gravitational field (1 g). The method according to the invention, applied to e.g. a nickel-zinc battery, provides a decisive improvement, as can be seen from the following example.
Kuvassa 7 sylinterimäisen kuoren 1 pohjaan on kiinnitetty keskeisesti moottori 2, jonka akselin jatkona· oleva ontto teräsputki on laakeroitu kuoren kansilevyn keskelle. Tähän akseliin on kohdissa 4 ja 5 lujasti kiinnitetty sentrifugi-roottori 6, joka väliseinillä 7 on jaettu erilaisiin kennoihin, kuten kuvasta 8 käy selville. Kuvista 9 ja 10 käy selville kennojen rakenne, niiden sarjakytkentä ja paineenta-sausputkisto.In Fig. 7, a motor 2 is centrally attached to the bottom of the cylindrical shell 1, the hollow steel tube of which is a shaft extension · mounted in the middle of the cover plate of the shell. At this point 4 and 5, a centrifugal rotor 6 is firmly attached to this shaft, which is divided into different cells by partitions 7, as can be seen from Fig. 8. Figures 9 and 10 show the structure of the cells, their series connection and the pressure-dry piping.
Ohuet paineentasausputket 8 johtavat kustakin kennosta vastaavan kennostosektorin yhteiseen poistoputkeen, joka edelleen johtaa sentrifugiakseliin kiinnitettyyn sylinterimäi-seen säiliöön 10. Mahdollisten kaasukuplien mukana tähän säiliöön voi tulla myöskin vähäisiä määriä elektrolyyttiä, mikä kuitenkin sentrifugin toimiessa palautuu keskipakovoiman vaikutuksesta takaisin kennoihin.The thin pressure equalization pipes 8 lead to a common outlet pipe of the honeycomb sector corresponding to each cell, which further leads to a cylindrical tank 10 attached to the centrifuge shaft 10. Small gas electrolyte can also enter this tank with possible gas bubbles, but the centrifugal force returns to the centrifugal force.
Sentrifugi käynnistetään kytkimellä 11, jolloin akun jännite johtojen 12 kautta kytkeytyy kierroslukusäätimellä varustettuun moottoriin 2. Kussakin kennostosektorissa, joita tässä tapauksessa on 8, kennot, joita kuvan mukaan on 4, on kytketty rinnan ja edelleen sarjaan viereisen kennoston kanssa, kuten kuvasta 10 käy selville. Kennojen rakenne on seuraava: Lähinnä sentrifugiakselia on tavanomainen nikkelihydroksi-dilla kyllästetty huokoinen nikkelielektrodi 13 virrankokoo-jaliuskoineen, seuraava kerros on ohut non-woven polypropee-niseparaattori 14, sitten n. 1 mm paksu harva muoviverkko 15, sekä uloimpana sinkin saostus- ja virrankokoojaverkko 16, esim. kadmioitua kuparia. Elektrodien väli on täytetty esim. 40% KOH-liuoksella, joka on kyllästetty sinkkioksidilla. Sarjaan kytkettyjen kennostojen päätekaapelit johtavat 7 76595 onton sentrifugiakselin kautta kumpikin vastaavaan liukuren-kaaseen ja edelleen hiilikontaktien kautta akun positiiviseen ja negatiiviseen napaan.The centrifuge is started by a switch 11, whereby the battery voltage is connected via a line 12 to a motor 2 with a speed controller. In each honeycomb sector, in this case 8, cells 4 are shown in parallel and further in series with an adjacent cell, as shown in Figure 10. The structure of the cells is as follows: The main centrifuge shaft is a conventional nickel hydroxide impregnated porous nickel electrode 13 with current collector strips, the next layer is a thin non-woven polypropylene separator 14, then a sparse plastic net 15 about 1 mm thick, and the outermost , e.g. cadmium-plated copper. The gap between the electrodes is filled with, for example, a 40% KOH solution saturated with zinc oxide. The terminal cables of the cells connected in series lead through the 7 76595 hollow centrifugal shaft to the corresponding slider gas and further through the carbon contacts to the positive and negative terminals of the battery.
Akku on käytännöllisesti katsoen tiivis, joten elektrolyytin karbonoitumista ei tarvitse pelätä. Mahdollisen ylipaineen välttämiseksi sentrifugiroottorissa 6 laippaan 4 on jyrsitty pieni ura 17. Moottorin tuuletuksen vuoksi kuoressa 1 on aukot 18.The battery is virtually tight, so there is no need to worry about electrolyte carbonation. In order to avoid possible overpressure, a small groove 17 is milled in the flange 4 in the centrifuge rotor 6. Due to the ventilation of the motor, the housing 1 has openings 18.
Aina kun akkua käytetään ladattaessa tai purettaessa, sent-rifugi käynnistetään kytkimellä 11. Se voidaan myös korvata releellä, joka kytkeytyy aina kun akkujohdoissa kulkee virta.Each time the battery is used for charging or discharging, the centrifuge is started by switch 11. It can also be replaced by a relay that switches on whenever the battery cables are energized.
Seuraava esimerkkilaskelma antaa käsityksen edellä kuvatun nikkelisinkkiakun suorituskyvystä:The following example calculation gives an idea of the performance of the nickel-zinc battery described above:
Korkeus 45 cmHeight 45 cm
Halkaisija 45 cmDiameter 45 cm
Tilavuus 72 dm3Volume 72 dm3
Paino: Ulkokuori 7 kgWeight: Outer shell 7 kg
Runkorakenteet 3 kgFrame structures 3 kg
Kennorakenteet 5 kgHoneycomb structures 5 kg
Ni-elektrodit 6 kgNi electrode 6 kg
Zn-elektrodit 5 kgZn electrode 5 kg
Zn + ZnO 6 kg KOH 40* 23 kgZn + ZnO 6 kg KOH 40 * 23 kg
Moottori _2 kg 57 kg 57 kg 8 76595Engine _2 kg 57 kg 57 kg 8 76595
Kennojen elektrodipinta-ala (13 kerrosta) 16 dm2Electrode area of the cells (13 layers) 16 dm2
Ni-elektrodien kapasiteetti 10 Ah/dm2Ni electrode capacity 10 Ah / dm2
Elektrodien etäisyys akselista 7-20 cmThe distance of the electrodes from the axis is 7-20 cm
Sentrifugin kierrosluku 1000/min.Centrifuge speed 1000 rpm.
Kennoissa vaikuttava keskipakokiihtyvyys 70-200 g Kenno jännite tunnin purkausa jalla (C) 1 , *15 VCentrifugal acceleration in cells 70-200 g Cell voltage hourly discharge in foot (C) 1, * 15 V
Akun energiakapasiteetti 6032 WhBattery power capacity 6032 Wh
Energiatiheys 105,8 Wh/kgEnergy density 105.8 Wh / kg
Tehotiheys (C) 83,8 W/dm3Power density (C) 83.8 W / dm3
Sentrifugia pyörittävä moottori kuluttaa n. 80 W, joten tämä hukkaenergia ei vaikuta edellä oleviin lukuihin (1,3¾).The motor that drives the centrifuge consumes about 80 W, so this wasted energy does not affect the above figures (1.3¾).
Sähköauton voimanlähteenä käytettäessä sekä muissa suuria tehoja ja energiamääriä vaativissa käytöissä akku voidaan konstruoida kuvan 11 mukaisesti siten, että useita (esim. M) sylinterimäisiä kennostoja 6 pyöritetään samalla moottorilla 24. Suuren yksikön etuna akun tehotiheys kasvaa huomattavasti. Vaakasuoran asennustavan lisäksi kuvan 11 mukaista akkua voidaan käyttää missä asennossa tahansa.When used as a power source for an electric car and in other applications requiring high powers and amounts of energy, the battery can be constructed as shown in Fig. 11 so that several (e.g. M) cylindrical cells 6 are rotated by the same motor 24. The advantage of a large unit is significantly increased battery power density. In addition to the horizontal mounting method, the battery shown in Figure 11 can be used in any position.
Elektrolyytin syöttö- ja poistokanavat 25 ja 26 on varustettu keskipakoventtiileillä 28 ja 29. Moottorin pysähtyessä nämä venttiilit sulkeutuvat varmistaen akun välittömän uudelleen käynnistyksen, koska elektrolyytti pysyy kennoissa. Kuvan 11 kennorakenteessa negatiivisen elektrodin 16 ulkopuolelle on asennettu elektrolyyttitilaa suurentava toinen metalli- tai muoviverkko 19·The electrolyte supply and discharge passages 25 and 26 are provided with centrifugal valves 28 and 29. When the engine stops, these valves close, ensuring an immediate restart of the battery because the electrolyte remains in the cells. In the cell structure of Fig. 11, a second metal or plastic network 19 is added outside the negative electrode 16 to increase the electrolyte space.
Elektrolyytistä osa on varastoitu ulkopuoliseen säiliöön 31, josta se siirretään pumpulla 32 jakoputken 33 kautta keski-sylinteriin 34 tasaisesti jaettuna kullekin akun kennostolle 6. Keskipakovoiman vaikutuksesta elektrolyytti sinkoutuu sä-teettäisesti venttiilien 28 ja syöttökanavien 25 kautta kennoihin 30. Elektrolyytti purkautuu poistokanavien 26 ja keskipakoventti ilien 29 kautta pyörivän kennostoyhdistelmän ja sen kiinteän kuoren välitilaan, josta edelleen takaisin säiliöön 31* Kiinteä akkusylinteri on varustettu elektrolyytti-pisarat suodattavalla ylipaineventtiilillä 23.The electrolyte part is stored in an external tank 31, from where it is transferred by a pump 32 through a manifold 33 to a central cylinder 34 evenly distributed to each battery cell 6. Under the action of centrifugal force, the electrolyte is radially ejected through valves 28 and supply ducts 25 into cells. 29 through the rotating cell assembly and its fixed shell, from where it is returned to the tank 31 * The fixed battery cylinder is equipped with an overpressure valve 23 which can be filtered with an electrolyte droplet.
9 765959,76595
Yksittäiset kennot on asennettu lievästi kallistuen (n. 1°) elektrolyytin poistopäätä kohti akun akslia pitkin, jotta kaasukuplat pääsevät helposti elektrolyytin mukana poistokanavaan 26.The individual cells are mounted with a slight inclination (approx. 1 °) towards the electrolyte discharge end along the axis of the battery so that the gas bubbles can easily enter the discharge channel 26 with the electrolyte.
Asiantuntijalle on selvää, että keksinnön mukainen menetelmä, jossa on käytetty hyväksi elektrolyytissä vaikuttavan keskipakovoiman avulla homogenisoituja konsentraatiokerrok-sia, sekä toisaalta keskipakovoiman avulla tehostettuja kon-vektiovirtauksia, soveltuu paitsi parannettujen, jopa uusien akkutyyppien kehittämiseen, myös metallien teolliseen saostukseen sekä mitä erilaisimpien sähkökemiallisten prosessien hyötysuhteen parantamiseen.It will be clear to the person skilled in the art that the process according to the invention, which utilizes centrifugal force homogenized concentration layers in the electrolyte and centrifugal-enhanced convection flows, is suitable not only for the development of improved, even new types of batteries, but also for industrial precipitation of metals and various improvement.
Keksinnön erästä edullista suoritusmuotoa selostetaan lähemmin seuraavassa selostuksessa.A preferred embodiment of the invention is described in more detail in the following description.
Tämän keksinnön kohteena on menetelmä ja laitteisto metallien erottamiseksi ja saostamiseksi tällaisen metallin ioneja sisältävästä liuoksesta ja etenkin metallierotusmenetelmä ja laitteisto, joissa käytetään keskipakovoimaa metallisaos-tuksen ohjaamiseksi ja jotka sopivat käytettäviksi uudel-leenladattavan akun kanssa.The present invention relates to a method and apparatus for separating and precipitating metals from a solution containing ions of such a metal, and in particular to a method and apparatus for separating metals using centrifugal force to control metal deposition and suitable for use with a rechargeable battery.
On olemassa useita sovellutuksia, joissa metalli liuotetaan liuokseen teollisen prosessin kuluessa ja metalli halutaan ottaa talteen tai muutoin erottaa liuoksesta. Esimerkkeinä tällaisista sovellutuksista mainittakoon metallien erottaminen elektrolyysin avulla liuoksista, joihin metallit ovat liuenneet erilaisten teollisten prosessien kuluessa ja metallin uudelleensaostaminen akun elektrolyytistä akun latauksen aikana.There are several applications where the metal is dissolved in a solution during an industrial process and the metal is desired to be recovered or otherwise separated from the solution. Examples of such applications are the separation of metals by electrolysis from solutions in which the metals have dissolved during various industrial processes and the reprecipitation of metal from the battery electrolyte during battery charging.
Eräs ongelma saostettaessa metalleja liuoksista sähkökemiallisessa kennossa on se, että metallikerroksen dendriittinen tai sienimäinen kasvu tuottaa huokoisen ja epätasaisen saostuman, joka voi kiinnittyä elektrodien väliseen väliin ja oikosulkea kennon, jos kone käy joko jonkin olennaisen aikavälin ajan tai akuston lataus-purkaus jaksojen suhteellisen 10 76595 pienen määrän jälkeen. Hyviä tuloksia tämän ongelman ratkaisemiseksi ja tiheiden ja homogeenisten saostumien aikaansaamiseksi on saatu aikaan käyttämällä erilaisia tekniikkoja negatiivisten elektrodien ja elektrolyytin välisen suhteellisen liikkeen lisäämiseksi ja/tai metallin massan lisäämiseksi elektrolyyttiliuoksesta negatiivisen elektrodin välittömällä alueella. Nämä tehtävät on täytetty esimerkiksi US-patentissa n:o 3*783,110, myönnetty 1.1.1974 I. Ahmadille otsikolla "Process for Electrodeposition of Metals Under the Influence of a Centrifugal Force Field", tuottamalla hyvin suuri keskipakoisvoima, joka suunnataan olennaisesti kohtisuorasi negatiivisen elektrodin metallia keräävälle pinnalle. US-patentissa n:o 3,591,466, myönnetty 6.7.1971 S. Hei-manille otsikolla "Composite Structure Production", käytetään samankaltaista tekniikkaa sekamateriaalien tuottamiseksi ja US-patentissa n:o 4,521,497, myönnetty 4.6.1985 P. Tammiselle otsikolla "Electochemical Generators and Method for the Operation Thereof", käytetään korkeaa keskipakoisvoimaa, joka kohdistetaan negatiivisen elektrodin metallia keräävälle pinnalle ladattaessa sähkökemiallinen generaattori dendriittikasvun hidastamiseksi. Vaikka yllä esitetyt tekniikat ovat sopivia, jos kaikki, mitä vaaditaan, on homogeeninen ja tiheä metallisaostuma, mutta niitä ei voida helposti soveltaa metallin yhtäjaksoiseen erottamiseen elektrolyysin avulla liuoksesta.One problem with precipitating metals from solutions in an electrochemical cell is that dendritic or spongy growth of the metal layer produces a porous and uneven deposit that can adhere between the electrodes and short-circuit the cell if the machine runs for either a substantial period of time or a relatively small battery charge-discharge cycle. after the amount. Good results to solve this problem and to obtain dense and homogeneous deposits have been obtained by using various techniques to increase the relative movement between the negative electrodes and the electrolyte and / or to increase the mass of metal from the electrolyte solution in the immediate area of the negative electrode. These functions have been accomplished, for example, in U.S. Patent No. 3 * 783,110, issued January 1, 1974 to I. Ahmad, entitled "Process for Electrodeposition of Metals Under the Influence of a Centrifugal Force Field," by producing a very large centrifugal force directed substantially perpendicular to the negative electrode. on a metal collecting surface. U.S. Patent No. 3,591,466, issued July 6, 1971 to S. Heimann, entitled "Composite Structure Production", uses a similar technique to produce composite materials, and U.S. Patent No. 4,521,497, issued June 4, 1985 to P. Tammis, entitled "Electochemical Generators and Method for the Operation Thereof ", a high centrifugal force is applied to the metal-collecting surface of the negative electrode when charging an electrochemical generator to slow dendritic growth. Although the above techniques are suitable if all that is required is a homogeneous and dense metal precipitate, they cannot be easily applied to the continuous separation of metal by electrolysis from solution.
Tämän keksinnön mukaisesti on todettu, että uusia ja odottamattomia tuloksia, jotka sallivat mm. metallin yhtäjaksoisen erottamisen elektrolyysin avulla liuoksesta, voidaan saada aikaan, kun kohdistetaan voimakas keskipakoisvoima sähkökemiallisen kennon negatiivisen elektrodin metallia keräävälle pinnalle, missä voimassa on olennainen komponentti kohtisuorasi tällaisen pinnan suhteen ja pinnasta poispäin olevassa suunnassa. Siten tässä keksinnössä käytetään keskipakoisvoimaa erottamisprosessin aikana, mikä voima suunnataan vastakkaisessa suunnassa siihen suuntaan nähden, johon tällainen voima on suunnattu kaikissa tekniikan tason sovellutuksissa.In accordance with the present invention, it has been found that new and unexpected results which allow e.g. continuous separation of the metal from the solution by electrolysis can be achieved by applying a strong centrifugal force to the metal collecting surface of the negative electrode of the electrochemical cell, where an essential component is perpendicular to such a surface and away from the surface. Thus, the present invention uses a centrifugal force during the separation process, which force is directed in the opposite direction to the direction in which such force is directed in all prior art applications.
11 7659511 76595
Etenkin tämän keksinnön kohteena on menetelmä metallin saos-tamiseksi elektrolyyttiliuoksesta, joka sisältää metallin ioneja. Tämän menetelmän ensimmäisenä vaiheena asennetaan vähintään yksi katodielektrodi, jossa on metallia keräävä pinta, ja vähintään yksi anodielektrodi, jossa on sisäpinta, pyörivään kennoon. Elektrodit asennetaan siten, että (a) niiden pinnat ovat olennaisen yhdensuuntaiset toistensa suhteen ja ennalta määrätyllä etäisyydellä toisistaan, (b) ne suunnataan kennoon kennon pyörimisakselin suhteen siten, että kun kennoa pyöritetään, näin syntyvässä elektrodinpintoi-hin kohdistetussa keskipakoisvoimassa on olennainen komponentti kohtisuorassa mainittujen pintojen suhteen olevassa suunnassa, ja siten, että (c) katodielektrodi on lähempänä kennon pyörimisakselia kuin anodielektrodi, niin että kato-dielektrodin metallia keräävään pintaan kohdistetun keskipakoisvoiman kohtisuora komponentti on poispäin mainitusta pinnasta. Elektrolyyttiliuos järjestetään kennoon vähintään elektrodien väliseen tilaan. Kennoa ja siten siinä olevia elektrodeja ja elektrolyyttiliuosta pyöritetään kennon pyörimisakselin ympäri keskipakoisvoiman tuottamiseksi ja sähkövirta kohdistetan elektrodeihin, jolloin metalli saostuu katodielektrodin metallia keräävälle pinnalle olennaisesti samankokoisten ja -muotoisten nodulien muodossa.In particular, the present invention relates to a method for precipitating metal from an electrolyte solution containing metal ions. As a first step of this method, at least one cathode electrode having a metal collecting surface and at least one anode electrode having an inner surface are mounted in a rotating cell. The electrodes are mounted so that (a) their surfaces are substantially parallel to each other and at a predetermined distance from each other, (b) they are directed into the cell with respect to the axis of rotation of the cell so that when the cell is rotated, the resulting centrifugal force applied to the electrode surfaces has a substantial component and so that (c) the cathode electrode is closer to the axis of rotation of the cell than the anode electrode, so that the perpendicular component of the centrifugal force applied to the metal collecting surface of the cathode electrode is away from said surface. The electrolyte solution is arranged in the cell at least in the space between the electrodes. The cell and thus the electrodes therein and the electrolyte solution are rotated about the axis of rotation of the cell to produce a centrifugal force, and an electric current is applied to the electrodes, whereby metal precipitates on the metal collecting surface of the cathode electrode in the form of nodules of substantially the same size and shape.
Kuvioon 12 viitaten laite tämän keksinnön oppien käytännön soveltamiseksi sisältää kuoren 10, joka voi olla metallia, muovia tai muuta sopivaa materiaalia. Moottori 12, joka on tavanomainen ja jonka ohjaus ei muodosta tämän keksinnön osaa, on asennettu kuoren 10 pohjalle sen keskiosaan ja se pyörittää akselia 14, joka työntyy esiin sen yläosasta. Vaikka akselia 14 voidaan pyörittää kummassakin suunnassa, tässä esitetyssä tarkoituksessa sen oletetaan pyörivän nuolen 16 suunnassa. Akseli 14 työntyy esiin kuoren 10 yläosasta ja se on nivelletty kuoren 10 yläosaan laakerilla 18 ja moottorin lähellä laakerilla 19·Referring to Figure 12, an apparatus for practicing the teachings of the present invention includes a housing 10, which may be metal, plastic, or other suitable material. A motor 12, which is conventional and the control of which does not form part of the present invention, is mounted on the bottom of the housing 10 in its central part and rotates a shaft 14 projecting from its upper part. Although the shaft 14 may be rotated in either direction, the purpose described here it is assumed the rotating direction of the arrow 16. The shaft 14 protrudes from the top of the housing 10 and is articulated to the top of the housing 10 by a bearing 18 and near the motor by a bearing 19 ·
Kenno 20, joka koostuu muovista tai muusta ei-johtavasta materiaalista, on kiinnitetty akseliin 14 sopivalla asennus- '2 76595 elementillä 22 ja se pyörii akselin 14 mukana. Kennoon 20 on asennettu vähintään yksi katodielektrodi 24 ja vähintään yksi anodielektrodi 26. Vaikka voidaan asentaa useita elektrodien 24 ja 26 erilaisia pareja kennoon 20, elektrodit ovat mieluummin samankeskisten lankasylinterien muodossa. Sylin-terimäiset elektrodit voivat olla lankaristikoita tai verkkoja, kuten on esitetty kuviossa 12 ja 13, yhdensuuntaisten lankojen häkkirakenteita, kuten on esitetty kuviossa 15 tai muita sopivia rakenteita. Elektrodit on muodostettu sopivasta johtavasta materiaalista, kuten ruostumattomasta teräksestä tai nikkelipäällysteisestä kuparista. Keksinnön erästä edullista suoritusmuotoa varten molemmat elektrodit ovat ruostumatonta teräslankaa olevia verkkoja, jolloin langat ovat 0,3 mm paksuja ja niiden välinen etäisyys on 0,6 mm. Elektrodit on tuettu kennoon 20 muovia tai muuta sopivaa ei-johtavaa materiaalia olevilla erottimilla 28, jolloin erottimet on kiinnitetty akseliin 14 ja kennon 20 sivuseinämiin. Elektrodien välinen etäisyys ylläpidetään erottimilla 28. Tämän etäisyyden määrä vaihtelee riippuen erotettavasta metallista ja laitteen kokonaisdimensioista. Eräässä suoritusmuodossa, jossa saostettava metalli oli sinkki, todettiin sopivaksi elektrodien väliseksi etäisyydeksi 3 mm.The cell 20, which consists of plastic or other non-conductive material, is fixed to the shaft 14 by a suitable mounting element 22 and rotates with the shaft 14. At least one cathode electrode 24 and at least one anode electrode 26 are mounted in the cell 20. Although several different pairs of electrodes 24 and 26 can be mounted in the cell 20, the electrodes are preferably in the form of concentric wire cylinders. The cylindrical electrodes may be wire meshes or grids, as shown in Figures 12 and 13, cage structures of parallel wires, as shown in Figure 15, or other suitable structures. The electrodes are formed of a suitable conductive material, such as stainless steel or nickel-plated copper. For a preferred embodiment of the invention, both electrodes are nets of stainless steel wire, the wires being 0.3 mm thick and the distance between them being 0.6 mm. The electrodes are supported in the cell 20 by separators 28 of plastic or other suitable non-conductive material, the separators being attached to the shaft 14 and to the side walls of the cell 20. The distance between the electrodes is maintained by separators 28. The amount of this distance varies depending on the metal to be separated and the overall dimensions of the device. In one embodiment where the metal to be deposited was zinc, a suitable distance between the electrodes was found to be 3 mm.
Sähkövirta, joka tulee sopivasta tavanomaisesta lähteestä ja joka ei muodosta tämän keksinnön osaa, kohdistetaan lankoihin 30 ja 32. Langan 30 negatiivinen virta kohdistetaan kos-ketusharjan 3^ kautta liukurenkaaseen 36 akselilla 14 ja lankaan 38, joka kulkee akselin 14 läpi ja kytkeytyy katodielektrodi in 24. Samoin langan 32 positiivinen virta kohdistetaan kosketusharjän 40 ja liukurenkaan 42 kautta lankaan 44, joka kulkee akselin 14 läpi anodielektrodiin 26. Lankoihin 30 ja 32 kohdistettu virta vaihtelee riippuen erotettavasta metallista ja muista tekijöistä. Eräässä edullisessa suoritusmuodossa, jossa seostetaan sinkkiä, on todettu sopivaksi virraksi 117 mA/cm2.An electric current coming from a suitable conventional source and not forming part of the present invention is applied to wires 30 and 32. A negative current from wire 30 is applied through a contact brush 3 to a slip ring 36 on a shaft 14 and a wire 38 passing through a shaft 14 and coupled to a cathode electrode 24. Likewise, the positive current of the wire 32 is applied through the contact brush 40 and the slip ring 42 to the wire 44 passing through the shaft 14 to the anode electrode 26. The current applied to the wires 30 and 32 varies depending on the metal to be separated and other factors. In a preferred embodiment in which zinc is alloyed, a suitable current of 117 mA / cm 2 has been found.
Elektrolyyttiliuos 45, joka sisältää saostettavaa metallia, varastoidaan säiliöön 46. Elektrolyytti virtaa joko paino- 13 76595 voiman vaikutuksesta tai käyttämällä sopivaa pumppua (ei esitetty) putken 48, sopivan virtauksenohjauslaitteen 50 ja putken 52 kautta pyörivään jakolevyyn 54, joka on asennettu kennoon 20 akselille 14. Levystä 54 elektrolyytti virtaa keskipakoisvoiman vaikutuksesta kammion 20 sivuseinämiin päin. Levy 54 varmistaa olennaisesti yhdenmukaisen elektro-lyyttiliuoksen jakelun kennon 20 kehällä. Elektrolyyttiliuos 45 virtaa kennon 20 läpi painovoiman vaikutuksesta, jolloin raskaampi, metalli-ionirikkaampi liuos pakotetaan kennon 20 ulkoseinämään keskipakoisvoiman johdosta, joka muodostuu kennon pyöriessä, ja kevyempi, metalli-ioniköyhempi elektrolyyttiliuos, josta metalli-ionit on saostettu, on lähinnä kennon keskustaa (s.o. pyörimisakselia). Metalli-ioniköyhempi elektrolyytti kennon keskiosasta poistetaan kennosta solien 56 kautta ja kerätään kuoren 10 kammioon 58. Kammio 58 on kiinnitetty seinämällä 60 ja alemmalla seinämällä 62. Kammiosta 58 elektrolyytti virtaa seinämän 62 aukkojen 64 kautta sylinterimäiseen kammioon 66, joka on muodostettu kuoreen 10, ja poistetaan laitteesta tästä kammiosta putken 68 kautta. Kun haluttu määrä metallia on poistettu elektro-lyyttiliuoksesta 45, sitten putken 68 kautta poistettu liuos voi virrata sopivaan säiliöön uudelleenkäyttöä varten. Jos on toivottavaa poistaa lisää metallia liuoksesta, putken 68 kautta tuleva elektrolyyttiliuos voidaan pumpata takaisin säiliöön 46 kierrätystä varten. Elektrolyytti voidaan pumpata myös malmikerroksen läpi tai sitä voidaan käyttää muussa teollisessa prosessissa ennen sen kierrättämistä.The electrolyte solution 45 containing the metal to be precipitated is stored in a tank 46. The electrolyte flows either by gravity or using a suitable pump (not shown) through a tube 48, a suitable flow control device 50 and a tube 52 to a rotating manifold 54 mounted on the cell 20 on the shaft 14 From the plate 54, the electrolyte flows under the action of centrifugal force towards the side walls of the chamber 20. The plate 54 ensures a substantially uniform distribution of the electrolyte solution around the circumference of the cell 20. The electrolyte solution 45 flows through the cell 20 by gravity, forcing a heavier, metal ion-rich solution into the outer wall of the cell 20 due to the centrifugal force formed as the cell rotates, and a lighter, metal ion-poor electrolyte solution from which the metal ions are precipitated. ). The metal ion-poor electrolyte from the center of the cell is removed from the cell through the slots 56 and collected in the chamber 58 of the shell 10. The chamber 58 is secured by the wall 60 and the lower wall 62. From the chamber 58 the electrolyte flows through the openings 64 in the wall 62 into the cylindrical chamber 66. from the device from this chamber via a pipe 68. Once the desired amount of metal has been removed from the electrolyte solution 45, the solution removed through line 68 can flow into a suitable container for reuse. If it is desired to remove more metal from the solution, the electrolyte solution coming through line 68 may be pumped back into tank 46 for recycling. The electrolyte can also be pumped through the ore bed or used in another industrial process before being recycled.
Kennossa 20 on myös useita aukkoja 70, jotka on muodostettu sen ulkoseinämään alueelle, joka on kennon leveimmän osan läheisyydessä. Mieluummin neljä - kuusi aukkoa 70 järjestetään tasaisin välein kennon 20 kehälle. Jokainen aukko 70 on normaalisti suljettu kartiomaisella tulpalla 72. Jokainen tulppa 72 on kiinnitetty tiiviisti tangolla 74, jossa on puolipyöreä laippa ja jousisisäpesä 76 ja joka on kiinnitetty akseliin 14. Tanko 78, joka aktivoidaan solenoidilla 80, kulkee akselin 14 läpi pesään 76. Kun solenoidi 80 aktivoi- 14 76595 daan jaksottain sopivasta sähköenergialähteestä, tankoa 78 lasketaan ja sen kartiomainen kärki pakottaa tangot 74 ulospäin, jolloin suuttimet 70 avautuvat. Kuten myöhemmin selitetään, keksinnön oppien mukaisesti metallinodulit 82 irtoavat katodielektrodin 24 metallia keräävästä pinnasta ja kennossa 20 tuotetun keskipakoisvoiman vaikutuksesta ne virtaa-vat aukkoihin 70 päin. Solenoidi 80 saatetaan jaksottain sykkimään aukkojen 70 avaamiseksi, jolloin niiden vieressä olevat metallinodulit 82 singotaan kuoren 10 sisään, missä ne kerääntyvät kuoren alueelle 84. Metallinodulit tai -rakeet voidaan poistaa jatkuvatoimisesti kuoresta 10 kuoren seinämään muodostetun aukon 86 ja putken 88 kautta. Siinä määrin kuin elektrolyyttiliuosta 45 singotaan aukkojen 70 läpi metallinodulien 82 kanssa, tällainen elektrolyyttiliuos kulkee erotinseinämässä 62 olevien aukkojen 90 läpi kammioon 66.The cell 20 also has a plurality of openings 70 formed in its outer wall in an area adjacent to the widest portion of the cell. Preferably, four to six openings 70 are arranged at regular intervals on the circumference of the cell 20. Each opening 70 is normally closed by a conical plug 72. Each plug 72 is securely attached to a rod 74 having a semicircular flange and a spring inner housing 76 and secured to a shaft 14. A rod 78 activated by a solenoid 80 passes through the shaft 14 to the housing 76. When the solenoid 80 is periodically activated from a suitable source of electrical energy, the rod 78 is lowered, and its conical tip forces the rods 74 outward, opening the nozzles 70. As will be explained later, in accordance with the teachings of the invention, the metal nodes 82 detach from the metal collecting surface of the cathode electrode 24 and flow to the openings 70 due to the centrifugal force produced in the cell 20. The solenoid 80 is periodically pulsated to open the openings 70, whereby adjacent metal nodules 82 are thrown into the shell 10 where they collect in the shell region 84. The metal nodules or granules can be continuously removed from the shell 10 through an opening 86 in the shell wall and a tube 88. To the extent that the electrolyte solution 45 is thrown through the openings 70 with the metal nodules 82, such an electrolyte solution passes through the openings 90 in the separator wall 62 into the chamber 66.
Toiminnassa kuvion 1 mukaisessa laitteistossa ei oleteta ensin olevan mitään elektrolyyttiä 45 ja alussa oletetaan, että solenoidi 80 deaktivoidaan, niin että tulpat 72 sulkevat aukot 70. Ensimmäisissä toimintavaiheissa on tuotettava energiaa moottoriin 12 kennon 20 pyörimisen käynnistämiseksi ja ohjauksen 50 käyttämiseksi elektrolyyttiliuoksen 45 virtaamisen tuottamiseksi säiliöstä 46 kennoon 20. Kun elektrolyyttiliuos 45 on peittänyt olennaisesti elektrodit 24 ja 26, sähkövirta voidaan kohdistaa elektrodeihin johtojen 30 ja 32 kautta ja niiden kyseiseen edellä esitettyyn piiriin. Negatiivinen, elektrodiin 24 kohdistettu lataus ja positiivinen elektrodiin 26 kohdistettu lataus saavat aikaan metallin erottumisen liuoksesta ja sen saostumisen katodielektrodin 24 metallia keräävälle ulkopinnalle 92. Tämän keksinnön oppien mukaisesti on todettu, että kun kennoa 20 pyöritetään riittävällä nopeudella olennaisen keskipakoisvoiman aikaansaamiseksi (useita satoja kertoja painovoiman voima), joka kohdistetaan poispäin metallia keräävästä pinnasta 92, metalli saostetaan olennaisesti identtisten, kompaktien, olennaisesti yhdenpituisten nodulien muodossa. Kuviossa 13 esi- '5 76595 tetään sinkkinoduleja, jotka on muodostettu 37,6< kaliumhyd-roksidivesiliuoksesta, johon on liuotettu 6ί sinkkioksidia. Elektrodien dimensiot tässä kokeessa ovat yllä esitetyt ja pinnasta 92 poispäin kohdistettu keskipakoisvoima oli 250 g ja latausaika oli 2 tuntia. Nodulipituus (s.o. metallisaos-tuman paksuus) on karkeasti puolet elektrodien välisestä etäisyydestä, jolla varmistetaan, että elektrodien oikosulkua ei synny.In operation, the apparatus of Figure 1 is first assumed to have no electrolyte 45 and initially assumes that solenoid 80 is deactivated so that plugs 72 close openings 70. In the first steps, energy must be provided to motor 12 to initiate cell 20 rotation and control 50 to produce electrolyte solution 45 flow from reservoir 46 to the cell 20. After the electrolyte solution 45 has substantially covered the electrodes 24 and 26, an electric current can be applied to the electrodes through the lines 30 and 32 and to their respective circuit described above. A negative charge applied to the electrode 24 and a positive charge applied to the electrode 26 cause the metal to separate from solution and deposit on the metal collecting outer surface 92 of the cathode electrode 24. According to the teachings of this invention, the cell 20 is rotated at a speed sufficient to provide substantial centrifugal force (several hundred times ) directed away from the metal collecting surface 92, the metal is deposited in the form of substantially identical, compact, substantially uniform length nodules. Figure 13 shows zinc modules formed from an aqueous solution of 37.6% potassium hydroxide in which 6α zinc oxide is dissolved. The dimensions of the electrodes in this experiment are as shown above and the centrifugal force directed away from the surface 92 was 250 g and the charging time was 2 hours. The nodule length (i.e., the thickness of the metal precipitate) is roughly half the distance between the electrodes, which ensures that no short circuit of the electrodes occurs.
Pinnalle 92 tapahtuvan saostamisen kuluessa muodostuneiden nodulien muoto riippuu ensisijassa elektrodin 24 muodosta ja materiaalista, josta tämä elektrodi on muodostettu. Jos esimerkiksi käytetään kuvion 15 mukaista häkkijärjestelyä lankaverkon sijasta, metallinodulit muodostuvat tankojen tai pienten tikkujen muodossa. Koska eri materiaaleilla on erilaiset fysikaaliset ja sähköiset ominaisuudet, mukaanlukien tartunta, muun materiaalin kuin ruostumattoman teräksen (materiaali, jota on käytetty kuvion 13 mukaisiin, nodulien kanssa esitettyihin elektrodeihin) käyttö elektrodissa 24, kuten esimerkiksi nikkelipäällysteinen kupari, jossa on suurempi johtavuus ja pienempi pintatartunta, aiheuttaa myös nodulien muodon vaihtelun.The shape of the nodules formed during deposition on the surface 92 depends primarily on the shape of the electrode 24 and the material from which this electrode is formed. For example, if the cage arrangement of Figure 15 is used instead of a wire mesh, the metal modules are formed in the form of rods or small sticks. Because different materials have different physical and electrical properties, including adhesion, the use of a material other than stainless steel (the material used for the nodule electrodes shown in Figure 13) in electrode 24, such as nickel-plated copper with higher conductivity and lower surface adhesion, also causes variation in the shape of the nodules.
Kun metallin erottamista ja saostamista jatketaan, nodulit kasvavat, kunnes ne saavuttavat koon, jonka pituus on pienempi kuin elektrodien välinen etäisyys ja jossa keskipakoisvoima murtaa tai repii ne irti metallia vastaanottavasta pinnasta 92. Anodielektrodissa 26 olevat aukot valitaan niin, että ne ovat tarpeeksi suuria, niin että irronneet nodulit voivat kulkea tämän elektrodin kautta kennon 20 sivu-seinämään aukkojen 70 alueelle. Koska solenoidia 80 ei alussa aktivoida, aukot 70 on suljettu, jolloin metallinodulit 82 kerääntyvät näiden aukkojen läheisyyteen. Nodulien 82 suuremman painon johdosta keskipakoisvoima saattaa nodulit 82 täyttämään kennossa 20 olevan tilan aukon 70 alueella. Elektrolyyttiliuos 45 pidetään siten olennaisesti pois tältä alueelta. Solenoidi 80 saatetaan jaksottain sykkimään tulppien 72 poistamiseksi aukoista 70, niin että nodulit 82 voi- '6 76595 daan singota kennosta 20 kuoreen 10 ja etenkin sen nodulien poistoaukon 86 läheisyydessä olevalle alueelle 84. Poistamalla jännite solenoidista 80 ja sulkemalla aukot 70 jälleen ennen kuin kaikki nodulit 82 on poistettu, elektrolyytin määrää, joka poistuu aukoista 70 nodulien kanssa jokaisen nodulinpoistojakson aikana, voidaan vähentää. Siinä määrin, kuin elektrolyyttiä poistuu nodulien kanssa, se kulkee aukkojen 90 kautta sylinterimäiseen kammioon 66 kierrätystä ja varastointia varten. Putken 88 kautta poistetut nodulit voidaan sulattaa niiden käyttämiseksi uudelleen tai muutoin haluttua tarkoitusta varten.As the separation and precipitation of the metal is continued, the nodules grow until they reach a size less than the distance between the electrodes and where centrifugal force breaks or tears them from the metal receiving surface 92. The openings in the anode electrode 26 are selected to be large enough to that the detached nodules can pass through this electrode to the side wall of the cell 20 in the region of the openings 70. Because the solenoid 80 is not initially activated, the openings 70 are closed, allowing the metal modules 82 to accumulate in the vicinity of these openings. Due to the higher weight of the nodules 82, the centrifugal force causes the nodules 82 to fill the space in the cell 20 in the region of the opening 70. The electrolyte solution 45 is thus substantially kept out of this range. The solenoid 80 is periodically pulsated to remove the plugs 72 from the openings 70 so that the nodules 82 can be thrown from the cell 20 into the housing 10 and in particular into the area 84 near its nodule outlet 86. By removing voltage from the solenoid 80 and closing the openings 70 again before all nodules 82 is removed, the amount of electrolyte exiting the orifices 70 with the nodules during each nodule removal cycle can be reduced. To the extent that the electrolyte exits with the nodules, it passes through the openings 90 into the cylindrical chamber 66 for recycling and storage. Nodules removed through tube 88 can be thawed to reuse them or otherwise for the desired purpose.
Elektrolyyttitaso tai elektrolyyttiliuoksen maksimaalinen paksuus kennossa 20 on esitetty katkoviivoin 94 ja se on määritetty elektrolyytin poistosolien 56 sijoituksella. Koska, kuten edellä esitettiin, metalli-ioneja sisältävä elekt-rolyyttiliuos on raskaampi kuin metalliköyhä elektrolyytti-liuos, josta metalli on saostettu pinnalle 92, elektrolyytti virtaa sekä sähkökentän että keskipakoisvoiman vaikutuksesta ulkokehältä kennon 20 keskiosaan päin samoin kuin se virtaa painovoiman vaikutuksesta kennon yläosasta pohjalle. Siten solien 56 kautta poistettu elektrolyytti, joka on se elektrolyytin osa, joka on lähinnä kennon 20 pyörimisakselia, on elektrolyyttiä, josta suurin osa tai kaikki metalli-ionit on poistettu (s.o. metalliköyhä elektrolyytti). Kennosta 20 solan 56 kautta poistuva elektrolyytti kulkee kammion 58, seinämässä 62 olevien aukkojen 64, kammion 66 ja putken 68 kautta joko säilytystä tai kierrätystä varten säiliöön 46.The electrolyte level or the maximum thickness of the electrolyte solution in the cell 20 is indicated by dashed lines 94 and is determined by the placement of the electrolyte removal cells 56. Because, as discussed above, the electrolyte solution containing metal ions is heavier than the metal-poor electrolyte solution from which the metal is deposited on surface 92, the electrolyte flows from the outer periphery to the center of the cell 20 by both electric field and centrifugal force as well as gravity to the top of the cell. Thus, the electrolyte removed through the cells 56, which is the portion of the electrolyte closest to the axis of rotation of the cell 20, is the electrolyte from which most or all of the metal ions have been removed (i.e., a metal-poor electrolyte). The electrolyte exiting the cell 20 through the slot 56 passes through the chamber 58, the openings 64 in the wall 62, the chamber 66, and the tube 68 for either storage or recycling to the tank 46.
Koska nodulit irtoavat ja poistetaan jatkuvatoimisesti, kuviossa 12 esitetty laite voi toimia jatkuvatoimisesti pitkiä aikajaksoja niin kauan kuin erotettavaa metallia sisältävää tuoretta elektrolyyttiliuosta toimitetaan säiliöstä 46. Siten käyttäen tämän keksinnön oppeja saadaan aikaan uusia ja odottamattomia tuloksia ja ne mahdollistavat talteenoton ja sähkösaostuksen jatkuvatoimisen käytön, mikä ei ole aikaisemmin ollut mahdollista.Because the nodules become detached and removed continuously, the device shown in Figure 12 can operate continuously for long periods of time as long as the fresh electrolyte solution containing the metal to be separated is supplied from tank 46. Thus, using the teachings of this invention provides new and unexpected results. not previously possible.
17 7659517 76595
Kuvio 14 esittää kaaviomaisesti erästä kennon 20 vaihtoehtoista suoritusmuotoa ja siinä nähdään useita muunnettuja piirteitä. Ensiksikin sen sijaan, että siinä olisi anodi-katodi -elektrodien yksi ainoa samankeskinen pari, kuvion 14 mukaisessa suoritusmuodossa on kaksi tällaisten samankeskisten elektrodien paria (24', 26’), jotka on havainnollistamista varten esitetty kuvion 15 mukaisena häkkimuotona mieluummin kuin kuvioiden 12 ja 13 mukaisena verkkomuotona. Kaksi elektrodiparia on erotettu eristyselimellä 96, joka on muovia tai muuta ei-johtavaa materiaalia. Neljä elektrodia ja eristyselin on tuettu ei-johtavilla erottimilla 28.Fig. 14 schematically shows an alternative embodiment of the cell 20 and shows several modified features. First, instead of having a single concentric pair of anode-cathode electrodes, the embodiment of Figure 14 has two pairs of such concentric electrodes (24 ', 26') shown for illustration in the cage shape of Figure 15 rather than Figures 12 and 13. as a network format in accordance with The two pairs of electrodes are separated by an insulating member 96 made of plastic or other non-conductive material. Four electrodes and an insulating member are supported by non-conductive separators 28.
Kuvion 14 mukaiset elektrodit poikkeavat myös kuviossa 12 esitetyistä siinä, että ne ovat muodoltaan katkaistuja kartioita mieluummin kuin sylintereitä. Tämän rakenteen on todettu olevan edullinen sovellettaessa tämän keksinnön oppeja käytännössä siten, että keskipakoisvoima, joka on suunnattu kulmassa katodielektrodien metallia kerääville pinnoille 92, irrottaa tehokkaammin metallinodulit, kun nodulit saavuttavat halutun koon. On kuitenkin tärkeää tämän keksinnön nodu-leja muodostavien ominaisuuksien aikaansaamiseksi, että keskipakoisvoimassa on olennainen komponentti kohtisuorassa suunnassa katodielektrodien metallia keräävän pinnan suhteen ja siitä poispäin. Elektrodien n. 45°:n kulma on todettu sopi vaks i.The electrodes of Figure 14 also differ from those of Figure 12 in that they are frustoconical in shape rather than cylinders. This structure has been found to be advantageous in the practice of the teachings of the present invention such that a centrifugal force applied at an angle to the metal collecting surfaces 92 of the cathode electrodes more effectively removes the metal nodules when the nodules reach the desired size. However, in order to provide the nodule-forming properties of the present invention, it is important that the centrifugal force has an essential component in a direction perpendicular to and away from the metal-collecting surface of the cathode electrodes. The angle of the electrodes of about 45 ° has been found to be suitable.
Kuviossa 14 esitetyssä rakenteessa, kun metallinodulit 82 katkeavat, ne ajautuvat alas keskipakoisvoiman vaikutuksesta kaltevia elektrodeja ja kiinteää kaltevaa eristyselintä 96 pitkin ja samalla ajautuvat alas kennon 20 viettävää sivu-seinämää pitkin ja kerääntyvät lopuksi sivuseinämän pohjassa olevien aukkojen 70' läheisyyteen. Solenoidi 80’ saatetaan jaksottain sykkimään tulppien 72' poistamiseksi aukoista 70* ja kerääntyneiden metallinodulien 82 poistumisen mahdollistamiseksi edellä esitetyllä tavalla.In the structure shown in Fig. 14, when the metal nodes 82 break, they drift down under centrifugal force along inclined electrodes and a fixed inclined insulating member 96 and at the same time drift down along the leading side wall of the cell 20 and finally accumulate near openings 70 'in the bottom wall. Solenoid 80 'is periodically pulsated to remove plugs 72' from openings 70 * and to allow accumulated metal nodules 82 to be removed as described above.
Kuviossa 15 on esitetty eräs suoritusmuoto, joka sopii käytettäväksi uudelleenladattavassa akustossa. Akustoihin, 18 76595 joissa keksintöä voidaan käyttää, kuuluvat sinkki-nikkeli-ja sinkki-ilma-akut, jolloin kuviossa 15 esitetty suoritusmuoto on sinkki-ilma-akku. Kuviossa 15 kennon kuoreen 120 on asennettu kolme samankeskistä sylinterimäistä elektrodia, yksi ilmaelektrodi 122, yksi sinkkielektrodi 124 ja yksi positiivinen latauselektrodi 126, jota käytetään akun uudelleenla-tauksessa. Elektrolyytti 125 viedään putken 128 kautta kennoon 120, se virtaa kennon läpi edellä esitetyllä tavalla ja se poistetaan kennosta putken 130 kautta. Putki 130 kytkeytyy putkeen 128 elektrolyytin kierrättämiseksi sekä latauksen että purkauksen aikana sinkin hukan estämiseksi elektrodista 124, joka saostuu elektrolyyttiin akun purkauksen aikana. Ladattaessa akkua kohdistetaan sähkövirta edellä esitetyllä tavalla elektrodien 124 ja 126 välille ja elektro-lyyttiliuos, johon on saostunut sinkki-ioneja, kierrätetään uudelleen putkien 128 ja 130 kautta, kunnes olennaisesti koko elektrolyyttiliuoksessa oleva sinkki on saostettu metallia keräävälle pinnalle 132 olennaisesti yhdenmukaisten, kuviossa 13 esitetyn tyyppisten nodulien muodossa. Elektrolyytissä olevan sinkin määrä ja latausaika eivät ole riittäviä, jotta sinkkinodulit saavuttaisivat koon, joka saattaisi ne irtoamaan. Elektrolyytti, joka on mennyt hukkaan haihtumalla tai muutoin, voidaan korvata joko käsin tai automaattisesti jossakin kohdassa elektrolyytin kierrätyksen aikana joko ennen latausta, purkausta tai molempia tai niiden aikana.Figure 15 shows an embodiment suitable for use in a rechargeable battery. Batteries, 18,76595 in which the invention may be used, include zinc-nickel and zinc-air batteries, wherein the embodiment shown in Figure 15 is a zinc-air battery. In Figure 15, three concentric cylindrical electrodes, one air electrode 122, one zinc electrode 124, and one positive charging electrode 126 are used in the cell housing 120, which is used to recharge the battery. The electrolyte 125 is introduced through the tube 128 into the cell 120, flows through the cell as described above, and is removed from the cell through the tube 130. Tube 130 connects to tube 128 to recycle electrolyte during both charging and discharging to prevent zinc loss from electrode 124, which precipitates in the electrolyte during battery discharge. When charging the battery, an electric current is applied between electrodes 124 and 126 as described above, and the electrolyte solution precipitated with zinc ions is recirculated through tubes 128 and 130 until substantially all of the zinc in the electrolyte solution is deposited on the metal collecting surface 132 in substantially uniform manner. in the form of types of nodules. The amount of zinc in the electrolyte and the charging time are not sufficient for the zinc modules to reach a size that would cause them to come off. Electrolyte lost by evaporation or otherwise can be replaced either manually or automatically at some point during electrolyte recycling, either before or during charging, discharge, or both.
Vaikka yllä esitetyissä edullisissa suoritusmuodoissa käytetään sinkkiä elektrolyyttiliuoksesta saostettavana metallina, on selvää, että tämän keksinnön oppeja voitaisiin käyttää useimpien metallien erottamisessa ja saostamisessa, mukaanlukien metallit, jotka voidaan liuottaa elektrolyytti-liuokseen latautuneina ioneina. Edelleen vaikka elektrodien useita muotoja on esitetty, on selvää, että lukuisat muut muodot ovat mahdollisia sovellettaessa tämän keksinnön oppeja käytäntöön ja että tällaisissa elektrodeissa voidaan käyttää muita materiaaleja ruostumattoman teräksen ja nikke-lipäällysteisen kuparin sijasta. Sovellutukset, joihin tämän 19 76595 keksinnön mukaista metallinerotusraenetelmää ja -laitteistoa voidaan soveltaa, eivät rajoitu erityisesti esitettyihin. Siten vaikka keksintö on esitetty erityisesti viitaten erilaisiin edullisiin suoritusmuotoihin, on selvää, että edellä olevat ja muut muutokset muodon ja yksityiskohtien suhteen ovat mahdollisia alan ammattihenkilölle poikkeamatta keksinnön puitteista.Although zinc is used as the metal to be precipitated from the electrolyte solution in the above preferred embodiments, it is clear that the teachings of this invention could be used to separate and precipitate most metals, including metals that can be dissolved as ions charged in the electrolyte solution. Furthermore, although several shapes of electrodes have been shown, it will be appreciated that numerous other shapes are possible in practicing the teachings of this invention and that other materials may be used in such electrodes instead of stainless steel and Nikke-coated copper. The applications to which the metal separation method and apparatus of the present invention can be applied are not limited to those specifically shown. Thus, although the invention has been shown with particular reference to various preferred embodiments, it is clear that the above and other changes in form and detail are possible to a person skilled in the art without departing from the scope of the invention.
Claims (20)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FI854551A FI76595C (en) | 1984-11-19 | 1985-11-19 | OVERHEADING FOR OIL ADJUSTMENT AV METALER AND LOADING. |
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FI844529 | 1984-11-19 | ||
| FI844529A FI844529A0 (en) | 1984-11-19 | 1984-11-19 | FOERFARANDE FOER FAELLNING OCH UPPLOESNING AV METALLER I EN ELEKTROKEMISK CELL SAMT TILLAEMPNING AV DETTA FOERFARANDE TILL ACKUMALATORER. |
| FI854551A FI76595C (en) | 1984-11-19 | 1985-11-19 | OVERHEADING FOR OIL ADJUSTMENT AV METALER AND LOADING. |
| FI854551 | 1985-11-19 |
Publications (4)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FI854551A0 FI854551A0 (en) | 1985-11-19 |
| FI854551A7 FI854551A7 (en) | 1986-05-20 |
| FI76595B FI76595B (en) | 1988-07-29 |
| FI76595C true FI76595C (en) | 1988-11-10 |
Family
ID=26157684
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FI854551A FI76595C (en) | 1984-11-19 | 1985-11-19 | OVERHEADING FOR OIL ADJUSTMENT AV METALER AND LOADING. |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| FI (1) | FI76595C (en) |
-
1985
- 1985-11-19 FI FI854551A patent/FI76595C/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FI854551A0 (en) | 1985-11-19 |
| FI76595B (en) | 1988-07-29 |
| FI854551A7 (en) | 1986-05-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4715934A (en) | Process and apparatus for separating metals from solutions | |
| US4842963A (en) | Zinc electrode and rechargeable zinc-air battery | |
| US5360680A (en) | Mechanically rechargeable electric batteries and anodes for use therein | |
| EP0555581B1 (en) | Mechanically rechargeable electric batteries and anodes for use therein | |
| EP0166812A1 (en) | Electrochemical generator and operation thereof | |
| US9997814B2 (en) | Zinc-air battery | |
| US6432292B1 (en) | Method of electrodepositing metal on electrically conducting particles | |
| US4039729A (en) | Rechargeable galvanic cell with zinc electrode and auxiliary structure | |
| KR100905939B1 (en) | Metal Fuel Cell System | |
| KR20110097898A (en) | Apparatus and Method for Forming 3D Nanostructured Electrodes for Electrochemical Batteries or Capacitors | |
| CA2270428A1 (en) | Efficient electrowinning of zinc from alkaline electrolytes | |
| US11578421B2 (en) | Systems, devices, and methods for electroplated zinc negative electrodes for zinc metal cells and batteries | |
| CN114424362B (en) | Metal negative electrode, manufacturing method of the metal negative electrode, and secondary battery with the metal negative electrode | |
| FI88439C (en) | Method and apparatus for charging a closed secondary electrical power source | |
| US4517258A (en) | Electrochemical generator operating device with a zinc negative electrode | |
| US4464446A (en) | Anodes of composite materials and accumulators using solid anodes | |
| US4097357A (en) | Method and device for regenerating zinc | |
| US5532087A (en) | Electrochemical cell | |
| CN102210055A (en) | Rechargeable zinc-air battery | |
| CN112981499B (en) | Method and apparatus for electrodepositing active material particles on electrode current collector | |
| FI76595C (en) | OVERHEADING FOR OIL ADJUSTMENT AV METALER AND LOADING. | |
| US3907603A (en) | Storage cell with dissoluble negative line electrodes | |
| CA1093148A (en) | Process for assembling a porous membrane on a support and assembly produced in this manner | |
| DE2624773C2 (en) | accumulator | |
| KR102085499B1 (en) | Method for a porous electrode current collector for lithium metal battery using hydrogen bubble as a template and electrode current collector manufactured thereby |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM | Patent lapsed |
Owner name: LTH ASSOCIATES LTD PARTNERSHIP |