IT9021410A1 - Anodo insolubile per elettrolisi in soluzioni acquose. - Google Patents

Description

DESCRIZIONE DELL INVENZIONE INDUSTRIALE

L'estrazione dei metalli pesanti dalle soluzioni acquose dei loro sali mediante elettrolisi comporta l'impiego di anodi insolubili che siano contemporaneamente buoni conduttori dell'elettricità, sufficientemente resistenti all'elettrolita impiegato ed ai p odotti delle reazioni anodiche relative, ed infine che favoriscano lo sviluppo di ossigeno.

Per i metalli più comunemente prouotti per questa via: rame, nichel, manganese, zinco, cadmio, ecc. la tecnica attuale privilegia l'uso di anodi di piombo legato (con antimonio, argento, calcio, ecc.)

Negli usuali bagni solforici impiegati per l'estrazione dei metalli nominati, gli anodi di piombo si rivestono di una leggera patina di solfato di piombo che per ossidazione si trasforma in uno strato consistente di biossido ai Pb che li protegge da ulteriore corrosione e che, essendo conduttivo, utilizza lo svolgimento di ( ) con una sovratensione di ossigeno convenientemente bassa.

Per l'estrazione del rame e del nichel dalle loro soluzioni di solfati si usano da moiti anni anodi di piombo al 6-8% Sb. che si consumano molto lentamente a meno della presenza di cloroioni nell 'elettiolita. L'anodo di Pb/Sb non evita però l'inquinamento del catodo da parte del Pb.

Per l'estrazione dello zinco si usano invece anodi di Pb al 0,5-1% Ag fusi o laminati, muniti talvolta di scanalature per favorire lo sviluppo di ossigeno, tal'altra di fori rotondi per favorire la circolazione dell'elettrolita- La conduzione della corrente a tutto l'anodo è assicurata inserendo la barra di rame nel corpo dell'anodo stesso mediante fusione. La resistenza di questi anodi all'attacco dell'elettrolita è senz'altro buona e la durata in esercizio supera spesso i 2-3 anni.

Una caratteristica negativa sta nel fatto che. per la presenza nella soluzione zincifera di un certo tenore di ioni manganosi, all'anodo si formano scaglie di Mn02, aderenti, che si ispessiscono con il tempo.

Quando queste scaglie si staccano naturalmente lasciano libere particelle di Pb02 e/o di PbS04, che vanno ad aumentare il tenore di Pb nello Zn catodico.

Un altro problema comune agli anodi di Pb impiegati nelle elettrolisi citate è il forte immobilizzo di metallo (il peso di un anodo delle attuali celle è sempre maggiore di 100 Kg) e i costi per il ricorrente ripristino degli anodi. In molti impianti deve anche essere consideralo 1 onere ciella pulitura periodica dalle scaglie (ogni 2-4 settiname), eseguito per migliorare la qualità dello zinco prodotto e ridurre la tensione di cella.

La produzione del piombo per via elettrolitica è attualmente al centro dell'interesse della grande industria metallurgica: gli elettroliti fluoborico e fluosilicico, preferiti per la superiore qualità dei depositi ottenibili, hanno fatto sorgere gravi problemi di resistenza del materiale anodico.

E.R. Cole et al. USP 42 72 340 impiega un anodo in lastra di titanio rivestito elettroliticamente di uno strato di Pb02 a grana fine e di struttura particolarmente compatta

M. Ginatta USP 4 098 658 impiega anodi in barre di grafite che si ricoprono naturalmente di Pb02 e ne risultano protetti.

R.D. Prengaman et al. USP 4 236 978 impiega anodi in lastra di grafite avvolta in una rete di materia plastica che serve come rinforzo al deposito di Pb02 e ne impedisce la fragilità.

Tutti questi tipi di anodi presentano bassa conduttività, sono piuttosto fragili e la loro durata in esercizio è piuttosto ridotta.

Anche i problemi dei materiali anodici per la produzione dei sali alogenati ossidanti (attualmente si usano Pt o Ti attivato) non sono del tutto risolti.

Nella domanda di brevetto italiana n. 19379 A/88 a nome della stessa richiedente è descritto un conduttore elettrico, adatto in particolare all'impiego quale anodo insolubile nei processi di elettrowinning e nei processi elettrochimici in genere, caratterizzato dal fatto di essere costituito da un filo bimetallico composto da un'anima interna di rame rivestita da uno strato esterno più sottile di un metallo di transizione scelto preferibilmente tra il tantalio, il titanio ed il niobio.

La presente invenzione intende utilizzare uri conduttore elettrico della suddetta domanda di brevetto n. 19379 A/88 della stessa richiedente, e si propone quale scopo principale di fornire con esso una struttura anodica particolarmente adatta per resistere agli elettroliti e ai prodotti di reazione anodica molto aggressivi che si riscontrano nelle estrazioni elettrolitiche dei principali metalli pesanti (rame, nichel, zinco, cadmio, piombo, ecc.) dalle soluzioni acquose dei loro sali. In particolare, la struttura anodica della presente invenzione deve anche poter essere utilmente impiegata per la produzione elettrolitica di molti sali alogenati ossidanti (clorati e perclorati, bromati e perbromati, iociati e periodati) che richiedono un materiale anodico di particolare resistenza anticorrosiva.

Per la realizzazione di tali scopi, la presente invenzione propone un anodo insolubile per elettrolisi di soluzioni acquose, caratterizzato dal fatto di comprendere un telaio che supporta una barra portacorrente di rame munita di fori verticali ed una pluralità di conduttori elettrici, costituiti da fili bimetallici composti da un·anima interna di rame rivestita da uno strato esterno più sottile di un metallo di transizione. ciascuno di tali fili bimetallici essendo conformato a forcella fissata in posizione verticale a detto telaio, così che le estremità libere di ciascuna di dette forcelle passano attraverso i detti fori verticali di detta barra portacorrente.

I metalli di transizione sono preferibilmente tantalio (Ta), titanio (Ti), niobio (Nb).

Allo scopo di meglio descrivere caratteristiche e vantaggi della presente invenzione, se ne descrive in seguito un esempio di pratica attuazione, da non intendersi limitativo, con riferimento alle figure dei disegni allegati.

La figura 1 mostra una vista in alzata frontale di un anodo secondo la presente invenzione.

La figura 2 mostra una vista prospettica schematica di un particolare dell'anodo dell 'invenzione.

La figura 3 mostra una vista in sezione presa lungo la traccia IxI-III di figura 1.

Con riferimento di tali figure, un anodo secondo l'invenzione comprende una barra di rame 1 a sezione rettangolare con funzione di portacorrente- munita di fori verticali 11 per l'inserimento e fori orizzontali filettati per il fissaggio alla barra stessa delle estremità libere di forcelle 2 di conduttore bimetallico CuTa (o CuNb o CuTi), rivestite con uno strato catalitico di Pt e/o Pb02, con funzione di elettrodo a sviluppo preferenziale di ossigeno, disposte sullo stesso piano in modo da formare una pluralità di fili longitudinali appunto complanari. Barra portacorrente 1 e forcelle 2 sono supportate da un telaio 3, comprendente una coppia di montanti di materiale isolante plastico con funzioni di irrigidimento della struttura tale da consentire un preciso posizionamento nella cella dell'anodo stesso.

Nelle figure è mostrato inoltre:

un profilato 4 plastico che costituisce il lato orizzontale superiore del telaio 3 ed ha anche la funzione di proteggere la barra di rame dalle nebbie acide che si possono liberare dalla superficie del bagno elettrolitico;

un profilato 5 plastico che costituisce il lato orizzontale inferiore del telaio nel quale si inseriscono le estremità conformate a ti delle forcelle di conduttore bimetallico;

giunti superiori 6 e inferiori 7 fra i lati verticali e orizzontali del telaio; distanziali 8 in materiale plastico, infilati e fissati a determinate altezze sui montanti verticali del telaio, che servono all'esatta distanziatura anodo/catodo.

Nella figura 3 sono mostrati i particolari dell'inserimento delle estremità curvate delle forcelle di conduttore bimetallico nel profilato 5 e del fissaggio a mezzo vite di pressione delle estremità libere delle stesse nella barra di rame portacorrente attraverso i fori 9. Un profilato 10 plastico è sovrapposto quale coperchio alla barra di rame per proteggerla dalle sgocciolature di elettrolita che si verificano durante l'estrazione dei catodi .

I vantaggi della struttura anodica della presente invenzione si possono così riassumere:

- Alta conduttività elettrica:

il rame costituisce circa il 90% della sezione del filo bimetallico; ogni anodo è in grado di far circolare senza perdite, correnti di molte centinaia di amperes

- Leggerezza:

rispetto all'anodo di Pb corrispondente questa struttura pesa circa 1/10. La cella di elettrolisi ne risulta molto semplificata nella struttura

- Ridotte dimensioni di ingombro delle componenti metalliche dell'anodo: la distanza degli elettrodi di segno opposto può essere ridotta al minimo.

- Inalterabilità delle superfici anodiche

il tantalio che ricopre con continuità e compattezza le parti metalliche dell'anodo è quanto di meglio l'attuale tecnica offre come anticorrosivo.

- Bassa sovratensione di ossigeno

lo strato catalitico di Pt e/o Pb02 di cui l'anodo di tantalio è rivestito assicura lo sviluppo di ossigeno alla minima tensione tecnicamente possibile.

- La struttura a fili paralleli verticali, ben distanziati fra loro, favorisce la risalita delle bollicine di gas anodico, la libera circolazione dell'elettrolita e il continuo rinnovo della soluzione all'interfaccia catodo/soluzione. La densità di corrente catodica può così essere alzata ai limiti massimi consentiti dalla concentrazione degli ioni del metallo da depositare.

- La densità di corrente anodica, per la struttura stessa dell'anodo, risulta 3-4 volte quella catodica.

Questa situazione di alta densità anodica è favorevole quando all'anodo si formano prodotti solidi.

Il biossido di manganese nel caso dell’elettrolita dello Zn, che si forma all'anodo della cella, è preferibilmente pulverulento non si hanno così le scaglie che si formano sugli anodi di piombo, che devono essere frequentemente asportate dall'anodo. Questa peculiarità può essere applicata alla produzione di Mn02 elettrolitico per le pile a secco, in quanto si ottiene Mn02 in continuo filtrando la soluzione della cella senza dover interrompere l'elettrolisi per l'estrazione degli anodi ricoperti di Mn02, evitando pertando la rimozione manuale di questo e la sua costosa macinazione.

Claims (6)

1. RIVENDICAZIONI 1) Anodo insolubile per elettrolisi di soluzioni acquose, caratterizzato dal fatto di comprendere un telaio che supporta una barra portacorrente di rame munita di fori verticali, ed una pluralità di conduttori elettrici, costituiti da fili bimetallici composti da un'anima interna di rame rivestita da uno strato esterno più sottile di un metallo di transizione, ciascuno di tali fili bimetallici essendo conformato a forcella fissata in posizione verticale a detto telaio, così che le estremità libere di ciascuna di dette forcelle passano attraverso i detti fori verticali di detta barra portacorrente.
2. 2) Anodo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto metallo di transizione è preferibilmente scelto tra tantalio, titanio, niobio.
3. 3) Anodo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto filo bimetallico è rivestito da uno strato catalitico di platino, o di biossido di piombo, o di entrambi.
4. 4) Anodo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detti fili bimetallici conformati a forcella sono disposti sullo stesso piano paralleli tra loro.
5. 5) Anodo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta barra portacorrente è munita anche di fori orizzontali per il passaggio di dette estremità libere di ciascuna di dette forcelle.
6. 6) Anodo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto telaio comprende una coppia di montanti congiunti ad una coppia di profilati orizzontali superiore ed inferiore, 7) Anodo secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che detti profilati orizzontali sono muniti di fori per il passaggio di detti fili bimetallici. 8) Anodo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto di comprendere dei distanziali fissati in posizone predeterminata su detto telaio così da distanziare detto anodo dai catodi all'interno della cella. 9) Anodo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta barra portacorrente è munita di un coperchio protettore. 10) Anodo sostanzialmente come sopra descritto e mostrato nelle figure dei disegni allegati.