NL1004552C2 - Elektrolytische zinkwinning uit een zinkaatoplossing. - Google Patents

Description

ELEKTROLYTISCHE ZINKWINNING UIT EEN ZINKAATOPLOSSING

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het in een elektrolysecel winnen van metaal uit een metaalhoudende oplossing, bijvoorbeeld zink uit een zinkaathoudende oplossing afkomstig van een metaalschrootontzinkinstallatie, door het metaal elektroly-5 tisch uit de oplossing te doen neerslaan op een kathode, en het metaal periodiek van de kathode te verwijderen, die continu kan worden bedreven, alsmede op een elektrolysecel voor het uitvoeren van de werkwijze.

Een dergelijke werkwijze en elektrolysecel zijn bekend. Zo is 10 het bekend om zink te winnen uit een basische oplossing waarbij de zinkaathoudende oplossing ontstaan is in een ontzinkproces waarin zinkhoudend staalschroot in een loogoplossing van zink wordt ontdaan, door het zink neer te slaan op een elektrode die in de basische oplossing niet oplost, bijvoorbeeld van of bekleed met 15 nikkel, kobalt of platina. Het door elektrolyse op de kathode neergeslagen metaal, in dit voorbeeld dus zink, wordt periodiek van de kathode verwijderd door de kathode uit de elektrolysecel te nemen en het erop neergeslagen metaal ervan te verwijderen, waarna de kathode weer in het elektroliet wordt gedompeld.

20 Deze manier van werken kent een aantal bezwaren, zoals de onderbrekingen van het elektrolyseproces voor het verwijderen van het te winnen metaal van de kathode en de handling van diezelfde kathode. De nadelen werken ook door in de constructie van de elektrolysecel .

25 Deze nadelen kunnen worden opgeheven en verdere voordelen bereikt door volgens de uitvinding te werk te gaan en een inrichting volgens de uitvinding toe te passen.

In een eerste aspect is de uitvinding belichaamd in een werkwijze van boven aangegeven soort, erdoor gekenmerkt dat het 30 metaal wordt verwijderd door het van de kathode te doen losraken en uit de elektrolysecel een hoeveelheid vloeistof te nemen welke 1004552 -2 - vloeistof losgeraakt metaal meeneemt.

Door uit de elektrolysecel een hoeveelheid vloeistof die losgeraakt metaal omvat weg te nemen, worden twee zaken bereikt. Ten eerste is daarmee het metallische zink gewonnen, zij het dan dat er 5 nog vloeistof bij zit. Ten tweede is voorkomen dat het zink, eenmaal losgeraakt van de kathode weer dreigt op te lossen hetgeen uiteraard ongewenst is in een werkwijze waarmede juist beoogd wordt het zink uit de oplossing te winnen.

Voor een zinkaathoudende oplossing waar zink uit moet worden 10 gewonnen dient men in dit kader te denken aan een oplossing met in het algemeen minder dan 20 g/1 zink in zinkaatvorm, bijvoorbeeld een oplossing met 3 - 15 g/1 zink.

In een aspect omvat de uitgevonden werkwijze de volgende periodiek herhaalbare stappen: 15 (i) lossen van het metaal van de kathode; (ii) openen van een afvoer uit de elektrolysecel; (iii) doen uitstromen van metaal en vloeistof; (iv) sluiten van de afvoer.

Door de elektrolysecel aldus cyclisch te bedrijven is uit de 20 metaalhoudende oplossing in betrekkelijk korte tijd met behulp van een relatief kleine installatie met een hoog rendement het metaal te winnen en de oplossing te regenereren.

Bij voorkeur geschiedt het lossen van het metaal van de kathode door de kathode in trilling te brengen. Door de kathode te 25 exciteren komt bij geschikt gekozen kathodemateriaal het neer geslagen metaal los van de kathode zodat het kan worden verzameld.

In een uitvoeringsvorm is de werkwijze erdoor gekenmerkt, dat voor stap (iv) spoelvloeistof aan de elektrolysecel wordt toegevoerd. Het is dus niet noodzakelijk dat het metaal uit de elektro-30 lysecel wordt verwijderd met een hoeveelheid van de zich in de betreffende elektrolysecel bevindende metaalhoudende oplossing, maar het is mogelijk dat een spoelvloeistof wordt geïnjecteerd die vervolgens met het metaal en onvermijdelijk een kleine hoeveelheid van de meergenoemde metaalhoudende oplossing de elektrolysecel 35 verlaat. Het is ook mogelijk dat de spoelvloeistof een metaalhoudende oplossing omvat die van elders - dus niet vanuit de betreffende elektrolysecel - wordt aangevoerd.

Hierbij is het voordelig als de spoelvloeistof in hoofdzaak gelijktijdig met stappen (ii) en (iii) wordt toegevoerd. Meer bij 40 voorkeur wordt de spoelvloeistof hierbij zodanig gedoseerd dat de 1004552 -3- vloeistofspiegel in de elektrolysecel althans niet noemenswaardig verandert. Op deze wijze wordt voorkomen dat bij dalend peil van de vloeistofspiegel de kathode en/of aan de kathode neergeslagen metaal droog komt te staan.

5 In een uitvoeringsvorm is de werkwijze volgens de uitvinding erdoor gekenmerkt dat het toevoeren van spoelvloeistof zodanig geschiedt dat het metaal nagenoeg volledig uitstroomt. Door de spoelvloeistof bijvoorbeeld zodanig te richten dat het metaal goed in de afvoer terecht komt, is te bereiken dat nagenoeg geen losge-10 raakt metaal in de cel achterblijft. Men kan bijvoorbeeld werken met gerichte spuitstralen, bijvoorbeeld zodanig dat een wervelstroming met zuigende werking naar en in de afvoer optreedt.

In een uitvoeringsvorm omvat de werkwijze een stap (v) waarin door een wegvoerbuis waardoorheen periodiek metaal en vloeistof 15 uitstromen, een drukstoot met een spoelmedium wordt gegeven. Aldus wordt onder meer voorkomen dat in de wegvoerbuis eventueel een waterstofgasbei ontstaat. Voorts is hiermee een goede afvoer van het metaal gewaarborgd. Bij voorkeur is dit spoelmedium een inert gas, zoals stikstof maar ook lucht of water kunnen voldoen als goedkope 20 en eenvoudig verkrijgbare media. Met lucht worden goede resultaten behaald.

De uitvinding is tevens belichaamd in een werkwijze voor het in een elektrolysecel verwijderen van zink uit een basische zinkaat-houdende oplossing door het zink te doen neerslaan op een kathode, 25 en het zink periodiek van de kathode te verwijderen, waarbij het elektrolyseproces continu wordt bedreven, waarbij de kathode en anode tijdens bedrijf ononderbroken in de oplossing zijn gedompeld en waarbij het zink periodiek uit de elektrolysecel wordt verwijderd. Volgens de uitvinding is het mogelijk de elektrolyse ononder-30 broken voort te zetten en het zink te winnen zonder dat er elektroden behoeven te worden gelicht. In geval zink het metaal is dat te winnen is, omvat de kathode bij voorkeur in hoofdzaak Mg, aangezien een Zn-depot op een Mg-elektrode in een basisch milieu gemakkelijk losraakt.

35 Bij voorkeur wordt voor de anode een waterstof comsumerende elektrode gekozen opdat de waterstof die bij de zinkwinning ontstaat niet behoeft te worden afgevoerd. Indien een conventionele anode wordt toegepast omvat deze bij winning van zink uit een basische oplossing bij voorkeur nikkel. Hiermede worden goede resultaten 40 behaald. Voor een hoge stofoverdracht in de oplossing kan het 1004552 -4 - voordelig zijn dat een elektrode van het roterende type is. Als de elektrische stroom periodiek wordt omgekeerd zodat de elektroden afwisselend anode en kathode zijn is voor dezelfde stroomdoorgang en met een vergelijkbaar rendement slechts een lager potentiaalverschil 5 over de elektroden nodig. Het is hierbij dan als zink het metaal is wel gewenst dat beide elektroden althans bekleed zijn met een materiaal dat een losbaar zinkdepot oplevert, zoals in een basisch milieu bij voorkeur magnesium.

Het is in het bijzonder gewenst dat metallische deeltjes met 10 name ijzerdeeltjes buiten de elektrolysecel worden gehouden.

Als met name ijzerdeeltjes in de oplossing rondzweven en elektrisch contact maken met zink heeft dit tot gevolg dat het zink de neiging heeft in oplossing te gaan, hetgeen ten koste gaat van het rendement van de elektrolyse. Behalve dit laatste aspect bestaat 15 het gevaar dat losgeraakt zink door aanraking van ijzer met waterstof die daardoor ontstaat verzadigd raakt en boven op de oplossing gaat drijven waar dergelijk drijfzink lastig te verwijderen is.

Ook beïnvloedt de aanwezigheid van ijzerdeeltjes het te vormen depot nadelig doordat ijzer wordt ingebed in zink mogelijk onder 20 insluiting van H2 waardoor de dichtheid lager wordt en het depot moeilijker naar beneden toe is af te voeren. Omdat het lastig is de aanwezigheid van de ijzerdeeltjes geheel te voorkomen heeft het voordeel om de basische zinkaathoudende oplossing beneden 70 °C, meer bij voorkeur beneden 60 °C te houden aangezien beneden de 25 aangegeven temperatuur de oplossingssnelheid van zink gekoppeld aan ijzer aanzienlijk afneemt en daarmee de waterstofontwikkeling alsmede enig daarmee weer verbonden probleem.

Het is volgens de uitvinding in het bijzonder mogelijk met een hoog rendement zink te winnen ook uit basische zinkaathoudende 30 oplossingen met slechts lage zinkconcentraties in het gebied van 3 -15 g/1, zoals een oplossing afkomstig van in een basisch milieu ontzinken van metaalschroot.

De uitvinding is voorts belichaamd in een elektrolysecel voor het verwijderen van metaal uit een metaalhoudende oplossing door het 35 metaal te doen neerslaan op een kathode en het metaal periodiek van de kathode te verwijderen bestaande uit een vat omvattende een kathode, een anode, een aanvoeropening voor aanvoer van metaalrijke oplossing, een afvoeropening voor afvoer van metaalarme oplossing, een met een afsluiter afsluitbare wegvoeropening voor het wegvoeren 40 van metaal, gekenmerkt doordat de wegvoeropening zich bevindt nabij 1004552 -5 - een plaats waar zich tijdens bedrijf metaal verzamelt dat is losgeraakt van de kathode. Het blijkt dat een dergelijke elektrolysecel voor terugwinnen van metalen uitstekend voldoet. Bij voorkeur loopt het vat in de richting van de wegvoeropening toe. Hiermede wordt op 5 eenvoudige wijze aan een goede afvoer van het metaal bijdragen.

Meer bij voorkeur omvat het vat tevens sproeiers voor het door de wegvoeropening actief doen wegspoelen van het metaal. Het wegspoelen van het metaal kan extra bevorderd worden indien de sproeiers zodanig zijn aangebracht, dat zij tijdens bedrijf een afvoerkolk 10 teweeg brengen.

In een aspect is de elektrolysecel volgens de uitvinding erdoor gekenmerkt, dat de kathode enigszins in het vat beweegbaar is gemonteerd. Door de kathode beweegbaar op te hangen kan hij in trilling worden gebracht voor het afschudden van het neergeslagen 15 metaal, bijvoorbeeld zink. De ophanging geschiedt bijvoorbeeld in een trillingsdemper en de elektrische verbindingen worden dan met gevlochten kabels gemaakt.

In een bijzondere uitvoeringsvorm is de elektrolysecel erdoor gekenmerkt, dat in een gedeelte van het vat gelegen onder het 20 laagste niveau waarop zich een kathode bevindt een detectiemiddel bijvoorbeeld een kijkvenster is aangebracht. Het is gebleken dat een hoop ellende kan worden voorkomen door een elektrolysecel eenvoudigweg op deze manier volgens de uitvinding uit te voeren. Indien aan de elektrolysecel kan worden waargenomen of wellicht het wegvoeren 25 van het metaal stagneert kan sneller en efficiënter worden ingegrepen hetgeen leidt tot een beter rendement. Om dezelfde reden heeft het de voorkeur, wanneer de cel een op de wegvoeropening aansluit-bare wegvoerbuis omvat, dat deze althans een doorzichtig gedeelte omvat.

30 In nog een aspect van de uitvinding is de afsluiter een van het type mesafsluiter. Hiermede wordt bereikt, dat binnen zeer korte tijd een royale doorgang aan de afvoer kan worden gegeven en dat deze ook zeer snel en gemakkelijk weer afsluitbaar is.

De uitvinding zal nu nader worden toegelicht aan de hand van 35 de tekening waarin

Fig. 1 een voor- en bovenaanzicht van een zinkwininstallatie voor zinkwinning volgens de uitvinding toont;

Fig. 2 een elektrolysecel voor zinkwinning volgens de uitvinding toont.

40 In de figuren verwijzen gelijke verwijzingscijfers naar gelijke of 1004552 -6- functioneel overeenkomende installatie-onderdelen.

In Fig. 1 is 1 een elektrolysecel die deel uitmaakt van een 10-cellige batterij waarvan er twee parallel opgesteld staan.

De uit de cellen afkomstige vloeistof met de gewonnen zink 5 wordt naar een bezinkbak 13 gevoerd. Met behulp van een transport-schroef 14 wordt het zink gescheiden van de vloeistof en uit de bezinkbak 13 weggevoerd naar een niet nader te bespreken tussen-opslag.

In Fig. 2 is de elektrolysecel 1 in verschillende (door-10 snede-)aanzichten getoond. De elektrolysecel 1 omvat een stelsel anoden 2 en een stelsel kathoden 3, waarbij anoden 2 en kathoden 3 om en om zijn opgehangen. Langs aanvoer 4 wordt zinkaatrijke oplossing, bijvoorbeeld afkomstig van een niet nader beschreven en getoonde ontzinkinstallatie, aangevoerd welke oplossing via een 15 verdeelkamer 8 en uitlaten gevormd door een geperforeerde verdeel-plaat 7 in de cel 1 treedt. De oplossing stroomt tussen de anode- en kathodeplaten 2, 3 door in de richting van afvoer 5. Ook aan de afvoerzijde is eventueel een verdeelplaat 7 en/of verdeelkamer 8 voorzien. Bij het doorlopen van de cel 1 staat de oplossing zink af 20 dat op de met magnesium beklede kathoden 3 neerslaat.

Het zinkdepot wordt op een bepaald moment door het activeren van het trilsysteem 6 van de kathoden 3 losgeschud. Vanaf het moment dat het metallische zink los is van de kathode 3 zal het zink echter weer in oplossing gaan hetgeen het zinkwin- of anders gezegd zink-25 verwijderingsrendement niet ten goede komt. Door nu vanaf hetzelfde moment zorg te dragen dat zoveel mogelijk los zink zo snel mogelijk van de oplossing wordt gescheiden c.q. de cel verlaat wordt voorkomen dat zink-heroplossing optreedt. Dit wordt bereikt door na het aftrillen van het zink van de kathode 3 de wegvoerkraan 10 open te 30 zetten en via toevoer 11 spoelvloeistof te suppleren.

Bij voorkeur heeft cel 1 een ondergedeelte dat in de vorm van een trechter 9 is uitgevoerd zodat het zink goed kan worden afgevoerd. Het heeft de voorkeur dat het als trechter 9 uitgevoerde gedeelte vervaardigd is van of inwendig bekleed is met een elek-35 trisch isolerend materiaal, bijvoorbeeld kunststof. Zodra het zink kraan 10 is gepasseerd en buiten de cel 1 is kan het spoelen worden beëindigd en kraan 10 worden gesloten. Ondertussen is het winnen van zink aan de kathode 3 doorgegaan en is de elektrische stroom naar de elektroden 2, 3 niet onderbroken hoeven worden.

40 Voor afvoer van het zink kan een doorzichtige buis 12 worden 1004552 -7 - toegepast. Eventueel wordt met een medium bijvoorbeeld lucht uit een persluchtsysteem een goede wegvoer gewaarborgd en het wegvoersysteem 12 schoongeblazen, zodat bij een volgende spoelgang vrije uitstro-ming uit de cel 1 verzekerd is. Het zinkwinproces kan via een 5 regelprogramma worden ingesteld op grond van onder andere de gewonnen hoeveelheid zink. In te stellen parameters zijn daarbij bijvoorbeeld triltijd van de kathode 3 en openingstijdstip en -duur van kraan 10.

Het "ontzinken" van de zinkaathoudende oplossing volgens de 10 uitvinding is bijzonder goed beheersbaar en kan na optimalisatie van de procesparameters volcontinu en met een hoog rendement worden bedreven.

1004552

Claims (31)

1. Werkwijze voor het in een elektrolysecel winnen van metaal uit een metaalhoudende oplossing bijvoorbeeld zink uit een zinkaat- 5 houdende oplossing afkomstig van een metaalschrootontzink- installatie, door het metaal elektrolytisch uit de oplossing te doen neerslaan op een kathode, en het metaal periodiek van de kathode te verwijderen, met het kenmerk, dat het metaal uit de elektrolysecel wordt verwijderd door het van de kathode te doen 10 losraken en uit de elektrolysecel een hoeveelheid vloeistof te nemen welke vloeistof losgeraakt metaal meeneemt.

2. Werkwijze volgens conclusie 1 omvattende de volgende periodiek herhaalbare stappen: 15 (i) lossen van het metaal van de kathode; (ii) openen van een afvoer uit de elektrolysecel; (iii) doen uitstromen van metaal en vloeistof; (iv) sluiten van de afvoer.

3. Werkwijze volgens conclusie 2 waarbij stap (i) geschiedt door de kathode in trilling te brengen.

4. Werkwijze volgens conclusie 2 of 3, met het kenmerk, dat voor stap (iv) spoelvloeistof aan de elektrolysecel wordt toege- 25 voerd.

5. Werkwijze volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat de spoelvloeistof in hoofdzaak gelijktijdig met stappen (ii) en (iii) wordt toegevoerd. 30

6. Werkwijze volgens conclusie 4 of 5, met het kenmerk, dat het toevoeren van spoelvloeistof zodanig geschiedt dat het metaal volledig uitstroomt.

7. Werkwijze volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat het toevoe ren van spoelvloeistof met behulp van spuitstralen geschiedt.

8. Werkwijze volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat de spuitstralen zodanig zijn opgesteld of ingesteld dat bij uitstromen 40 een krachtige wervelstroming optreedt. <004552 -9-

9. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies 2-8, met het kenmerk, dat deze een stap (v) omvat waarin door een wegvoer-buis waardoorheen periodiek metaal en vloeistof uitstromen, een drukstoot met een spoelmedium wordt gegeven. 5

10. Werkwijze volgens conclusie 9, met het kenmerk, dat het spoelmedium lucht of N2 is.

11. Werkwijze voor het in een elektrolysecel verwijderen van zink 10 uit een basische zlnkaathoudende oplossing door het zink te doen neerslaan op een kathode, en het metaal periodiek van de kathode te verwijderen, waarbij het elektrolyseproces continu wordt bedreven, waarbij de kathode en anode tijdens bedrijf ononderbroken in de oplossing zijn gedompeld en waarbij het zink 15 periodiek uit de elektrolysecel wordt verwijderd.

12. Werkwijze volgens conclusie 11 waarbij het zink als het metaal uit de elektrolysecel wordt verwijderd volgens één der conclusies 1 - 10. 20

13. Werkwijze volgens conclusie 11 of 12 waarbij de kathode althans waar deze tijdens bedrijf actief is in hoofdzaak Mg omvat.

14. Werkwijze volgens één der conclusies 11 - 13 waarbij de anode 25 althans waar deze tijdens bedrijf actief is in hoofdzaak Ni omvat.

15. Werkwijze volgens één der conclusies 11 - 14 waarbij de anode althans waar deze tijdens bedrijf actief is in hoofdzaak Mg 30 omvat.

16. Werkwijze volgens één der conclusies 11 - 13 waarbij voor de anode een waterstof comsumerende elektrode wordt gekozen.

17. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies, met het ken merk, dat een elektrode van het roterende type is.

18. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies in combinatie met conclusies 13 en 15 waarbij de elektroden door omkering van 40 de elektrische stroom afwisselend kathode en anode zijn. 1004552 - 10 -

19. Werkwijze volgens één der conclusies 11 - 18 omvattende een stap waarbij de zinkaathoudende oplossing alvorens deze in de elektrolysecel wordt gevoerd van metallische deeltjes in het bijzonder ijzerhoudende deeltjes wordt ontdaan. 5

20. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies waarbij de metaalhoudende oplossing een basische zinkaathoudende oplossing is die tijdens elektrolyse op een temperatuur beneden 70 °C wordt gehouden.

21. Werkwijze volgens conclusie 20 waarbij de zinkaathoudende oplossing tijdens elektrolyse op een temperatuur beneden 60 °C wordt gehouden.

22. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies waarbij uit een basische zinkaathoudende oplossing zink wordt gewonnen, met het kenmerk, dat de zinkaathoudende oplossing ingaand een zinkgehalte van 3 - 15 g/1 bezit.

23. Elektrolysecel voor het verwijderen van metaal uit een metaal houdende oplossing door het metaal te doen neerslaan op een kathode en het metaal periodiek van de kathode te verwijderen bestaande uit een in hoofdzaak gasdicht vat omvattende een kathode, een anode, althans een aanvoeropening voor aanvoer van 25 metaalrijke oplossing, althans een afvoeropening voor afvoer van metaalarme oplossing, een met een afsluiter afsluitbare wegvoeropening voor het wegvoeren van in hoofdzaak metaal, met het kenmerk, dat de wegvoeropening zich bevindt nabij een plaats waar zich tijdens bedrijf metaal verzamelt dat is 30 losgeraakt van de kathode.

24. Elektrolysecel volgens conclusie 23, met het kenmerk, dat de aanvoeropeningen uitlaten zijn van een verdeelkamer welke uitlaten zodanig zijn verdeeld dat een uniforme stroming van de 35 metaalrijke oplossing langs de elektroden wordt bevorderd.

25. Elektrolysecel volgens conclusies 23 of 24, met het kenmerk, dat het vat in de richting van de wegvoeropening toeloopt. 1 1004552

26. Elektrolysecel volgens één der conclusies 23 - 25, met het - 11 - kenmerk, dat het vat tevens omvat sproeiers voor het door de wegvoeropening actief doen wegspoelen van het metaal.

27. Elektrolysecel volgens één der conclusies 23 - 26, met het 5 kenmerk, dat de kathode beweegbaar is gemonteerd.

28. Elektrolysecel volgens één der conclusies 23 - 27, met het kenmerk, dat het vat tijdens bedrijf een detectiemiddel omvat voor het vaststellen van de aanwezigheid van een losgeraakt 10 metaalneerslag.

29. Elektrolysecel volgens conclusie 28, met het kenmerk, dat het detectiemiddel een kijkvenster omvat.

30. Elektrolysecel volgens één der conclusies 23 - 29, met het kenmerk, dat deze tevens een op de wegvoeropening aansluitbare wegvoerbuis omvat, met het kenmerk, dat de wegvoerbuis althans een doorzichtig gedeelte omvat.

31. Elektrolysecel volgens één der conclusies 23 - 30, met het kenmerk, dat de afsluiter van het type mesafsluiter is. 1 1004552 Zinkwinsysteem voor uitvoering van de werkwijze volgens één der voorgaande werkwijzeconclusies omvattende een metaalbezinkvat 25 voor het ontvangen van metaal en vloeistof waarbij het metaal bezinkvat een transportschroef omvat voor het door wegschroeven van de vloeistof scheiden van het bezonken metaal.