ITMI20111938A1 - Comparto anodico per celle per estrazione elettrolitica di metalli - Google Patents
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Description
COMPARTO ANODICO PER CELLE PER ESTRAZIONE ELETTROLITICA DI METALLI DESCRIZIONE DI INVENZIONE INDUSTRIALE
AMBITO DELL’INVENZIONE
L’invenzione è relativa a un comparto anodico di una cella per estrazione elettrolitica di metalli equipaggiato con un anodo costituito da un substrato metallico provvisto di un rivestimento che comprende uno strato catalitico. Il comparto anodico è fatto in modo da contenere le bolle di ossigeno generate dalla reazione anodica sulla superficie dell’anodo.
ANTECEDENTI DELL’INVENZIONE
I processi di elettrometallurgia sono generalmente condotti in celle elettrochimiche indivise contenenti un bagno elettrolitico e una molteplicità di anodi e catodi; in tali processi, come ad esempio l’elettrodeposizione del rame, la reazione elettrochimica che avviene al catodo, generalmente fatto di acciaio inossidabile, porta al deposito di rame in forma metallica sul catodo stesso. All’anodo, generalmente di piombo, come risultato della reazione elettrochimica viene prodotto ossigeno in forma gassosa, il quale si stacca dalla superficie elettrodica sotto forma di bolle che migrano verso la superficie dell’elettrolita. Raggiunta la superficie libera dell’elettrolita, le bolle si rompono dando vita ad una nebbia acida (aerosol), fondamentalmente costituita da gocce di elettrolita acido sospese nell’atmosfera sovrastante il bagno elettrolitico. Le nebbie acide, oltre a essere dannose per la salute delle persone che lavorano in queN’ambiente, sono corrosive e pericolose per tutte le parti metalliche della sala celle e possono danneggiare la strumentazione presente.
Diverse tecniche chimiche e fisiche sono note e usate per controllare la concentrazione delle nebbie acide rilasciate neN’ambiente circostante le celle di elettrodeposizione dei metalli; queste includono l’utilizzo di tensioattivi e metodi meccanici come ad esempio l’utilizzo di strati di sfere galleggianti sulla superficie dell’elettrolita che forzano le bolle di gas lungo un cammino tortuoso nel quale avviene la separazione delle nebbie acide.
Ultimamente si cerca di sostituire, gli anodi di piombo, caratterizzati da un certo rilascio di materiale nocivo nel corso del tempo, con anodi non consumabili ottenuti su un substrato di titanio o altro metallo valvola catalizzato in superficie. Oltre a garantire una migliore efficienza energetica, questo tipo di anodo è più resistente alla corrosione eludendo anche il problema delle impurità di piombo che si producono durante il processo.
E’ stato osservato, tuttavia, che l’evoluzione di ossigeno su quest’ultimo tipo di anodi genera ossigeno in forma di bolle di dimensioni assai più ridotte (microbolle) che portano a un maggior rilascio di nebbie acide rispetto agli anodi di piombo. I metodi di controllo delle nebbie acide citati in precedenza non hanno quindi la stessa efficacia.
Si evidenzia pertanto l’esigenza di disporre di un nuovo sistema apposito per ridurre o eliminare le nebbie acide nei processi di elettrodeposizione che si avvalgono di anodi di metallo valvola comprendenti strati catalitici superficiali.
RIASSUNTO DELL’INVENZIONE
Vari aspetti della presente invenzione sono enunciati nelle rivendicazioni annesse. Sotto un primo aspetto, l’invenzione è relativa a un comparto anodico di una cella per estrazione elettrolitica di metalli delimitato da un telaio a forma di cornice comprendente un anodo ottenuto a partire da un substrato di metallo valvola ricoperto con uno strato catalitico resistente alla corrosione, detto anodo racchiuso in un involucro costituito da un separatore permeabile, detto separatore permeabile fissato a detto telaio a forma di cornice tramite un elemento di flangia anch’esso a forma di cornice, un abbattitore di nebbie essendo situato al di sopra dell’anodo confinato da detto separatore permeabile e da detto telaio. Una configurazione di questo tipo ha il vantaggio di mantenere le microbolle confinate in uno spazio ristretto. Il telaio a forma di cornice per il fissaggio del separatore permeabile può essere di materiale plastico, ad esempio formato da quattro segmenti rettilinei vincolati agli estremi. L’elemento di flangia per il fissaggio del separatore permeabile alla cornice può essere anch’esso di materiale plastico e fissato ad esempio tramite bullonatura.
Con comparto anodico si intende una struttura che viene applicata per ogni anodo presente nella cella di elettrodeposizione, opzionalmente in sostituzione di un anodo di piombo preesistente.
In una forma di realizzazione il comparto anodico comprende un anodo con la struttura meccanica costituita da una rete espansa, una lamiera forata o una lamiera piana.
Alternativamente, il comparto anodico comprende un anodo avente una struttura meccanica costituita da una coppia di reti espanse o lamiere forate parallele e affacciate. Quest’ultima soluzione che prevede l’anodo diviso in due elementi paralleli affacciati può avere il vantaggio di minimizzare la caduta ohmica e di uniformare la distribuzione di corrente.
In una forma di realizzazione il comparto anodico dell’invenzione comprende un anodo a struttura meccanica singola o doppia ove il metallo valvola del substrato è titanio e almeno uno strato catalitico applicato sul substrato comprende ossidi di iridio e tantalio.
In una ulteriore forma di realizzazione il comparto anodico comprende un separatore permeabile che può essere un foglio poroso o una membrana a scambio cationico, ad esempio di tipo idrocarburico. Nel caso il separatore permeabile sia un foglio poroso, si può opzionalmente dotare la zona di foglio in contatto con la fase gas di uno strato impervio per evitare la possibile fuoriuscita di ossigeno neN’ambiente.
In una forma di realizzazione l’abbattitore di nebbie è costituito da materiale plastico o da uno strato in schiuma plastica espansa, o da sottili lamelle strettamente impaccate. L’abbattitore di nebbie ha lo scopo di trattenere le nebbie di elettrolita acido trascinate dall’ossigeno separato dalla fase liquida. Dopo essere passato attraverso l’abbattitore di nebbie, l’ossigeno è scaricato nell’atmosfera o preferibilmente mandato in un collettore connesso a un aspiratore per abbattere ulteriormente le eventuali tracce residue di nebbie acide evitandone per quanto possibile il rilascio neN’ambiente.
Sotto un altro aspetto l’invenzione riguarda una cella elettrochimica per estrazione elettrolitica di metalli comprendente almeno un comparto anodico come sopra descritto.
La costruzione proposta è idonea all'installazione in impianti di estrazione di metalli per via elettrochimica, in particolare per l’estrazione del rame e del nickel, di nuova costruzione o in sostituzione di elettrodi di piombo preesistenti.
Alcune forme di realizzazione esemplificative dell’invenzione sono descritte nel seguito con riferimento al disegno allegato, il quale ha il solo scopo di illustrare la disposizione reciproca dei diversi elementi relativamente a dette forme di realizzazione particolare dell’invenzione; in particolare, i disegni non saranno intesi come riproduzioni in scala.
DESCRIZIONE IN BREVE DELLA FIGURA
In figura 1 è mostrata una vista frontale e la corrispondente sezione laterale di una possibile forma di realizzazione di un comparto anodico comprendente un anodo formato da una coppia di reti espanse aventi al loro interno due barre portacorrente.
DESCRIZIONE DETTAGLIATA DELLA FIGURA
In figura 1 è mostrata una vista frontale e la corrispondente sezione laterale di una forma di realizzazione del comparto anodico delimitato da un telaio di plastica 2, una cornice di fissaggio 3 alla quale è fissato un separatore poroso 4, un anodo formato da una coppia di reti espanse parallele e affacciate 5, un rivestimento 6 diretto a evitare che l’ossigeno venga disperso neN’ambiente, guarnizioni 7, un abbattitore di nebbie 8, barre portacorrente 9 e ugello di scarico dell’ossigeno 1.
Alcuni tra i più significativi risultati ottenuti dagli inventori sono presentati nei seguenti esempi, che non intendono limitare l’ambito dell’invenzione.
ESEMPIO
Un comparto anodico come mostrato in figura 1 è stato assemblato in una cella sperimentale di laboratorio. La cella comprendeva due catodi di acciaio inossidabile di altezza 100 cm e larghezza 70 cm tra i quali era frapposto un comparto anodico secondo la figura 1 comprendente un anodo ottenuto a partire da un substrato costituito da una coppia di reti stirate parallele e affacciate di titanio da 70x70 cm aventi uno strato catalitico a base di ossidi di tantalio e iridio, con un carico totale di 9 g/m<2>e un rapporto molare Ta:lr riferito agli elementi pari a 35:65. Il comparto anodico comprendeva inoltre due fogli di polipropilene poroso idrofilizzato con polvere di silice, dotati nella parte superiore di uno strato sottile di neoprene impervio ai gas, e un abbattitore di nebbie costituito da un blocco di poliuretano espanso a celle aperte con pori aventi diametro medio di 100 pm. Il rame è stato elettrodepositato per 5 ore a una densità di corrente costante di 700 A/m<2>. L’elettrolita conteneva 60 g/l di solfato di rame e 100 g/l di acido solforico. Gli aerosol acidi sono stati misurati ad una altezza di circa 40 cm sopra la cella su tutto il perimetro per un tempo di 45 minuti. È stata rilevata una concentrazione media di 0,3 mg di aerosol/m<3>di aria.
CONTROESEMPIO
E’ stata assemblata una cella comprendente due catodi di acciaio inossidabile di altezza 100 cm e larghezza 70 cm tra i quali era frapposto un anodo ottenuto a partire da un substrato costituito due reti stirate di titanio parallele e affacciate da 70x70 cm aventi uno strato catalitico a base di ossidi di tantalio e iridio, con un carico totale di 9 g/m<2>e un rapporto molare Ta:lr riferito agli elementi pari a 35:65. Il rame è stato elettrodepositato per 5 ore a una densità di corrente costante di 700 A/m<2>. L’elettrolita era composto da 60 g/l di solfato di rame e 100 g/l di acido solforico. Sopra la superficie di elettrolita libero sono stati posti tre strati di sfere cave di polipropilene del diametro di 19 mm. Gli aerosol acidi sono stati misurati ad una altezza di circa 40 cm sopra la cella su tutto il perimetro per un tempo di 45 minuti. È stata rilevata una concentrazione media di 1 ,3 mg di areosol/m<3>di aria.
La precedente descrizione non intende limitare l'invenzione, che può essere praticata secondo diverse forme di realizzazione senza per questo discostarsi dagli scopi e la cui portata è univocamente definita dalle rivendicazioni allegate.
Nella descrizione e nelle rivendicazioni della presente domanda la parola “comprendere” e le sue variazioni quali “comprendente” e “comprende” non escludono la presenza di altri elementi, componenti o stadi di processo aggiuntivi. La discussione di documenti, atti, materiali, apparati, articoli e simili è inclusa nel testo al solo scopo di fornire un contesto alla presente invenzione; non è comunque da intendersi che questa materia o parte di essa costituisse una conoscenza generale nel campo relativo all'invenzione prima della data di priorità di ciascuna delle rivendicazioni allegate alla presente domanda.
Claims (7)
- RIVENDICAZIONI 1. Comparto anodico per celle per estrazione elettrolitica di metalli delimitato da un telaio a forma di cornice che comprende: un involucro comprendente un separatore permeabile fissato a detto telaio a forma di cornice tramite un elemento di flangia a forma di cornice almeno un anodo ottenuto a partire da un substrato di metallo valvola rivestito con almeno uno strato catalitico resistente alla corrosione, detto anodo inserito all’interno di detto involucro un abbattitore di nebbie situato al di sopra di detto anodo e confinato da detto separatore permeabile e da detto telaio.
- 2. Comparto anodico per celle per estrazione elettrolitica di metalli secondo la rivendicazione 1 , ove detto substrato di metallo valvola ha una struttura meccanica costituita da una rete espansa, una lamiera forata o una lamiera piana.
- 3. Comparto anodico secondo la rivendicazione 1 , ove detto substrato di metallo valvola ha una struttura meccanica costituita da una coppia di reti espanse o lamiere forate parallele e affacciate.
- 4. Comparto anodico secondo una delle rivendicazioni da 1 a 3, ove il metallo valvola di detto substrato è titanio e detto strato catalitico di detto anodo comprende ossidi di iridio e tantalio.
- 5. Comparto anodico secondo la rivendicazione 1 , ove detto separatore permeabile è scelto tra un foglio poroso e una membrana a scambio cationico di tipo idrocarburico.
- 6. Comparto anodico secondo la rivendicazione 1 , ove detto abbattitore di nebbie è costituito da materiale plastico o da uno strato in schiuma plastica espansa o da sottili lamelle strettamente impaccate.
- 7. Cella elettrochimica per estrazione elettrolitica di metalli comprendente almeno un comparto anodico secondo la rivendicazione 1.
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