NL8100384A - Werkwijze voor het elektrolytisch neerslaan van metalen. - Google Patents

Description

• . -1-

V

-i, vo 1523

Werkwijze voor het elektrolytisch neerslaan, van metalen

De uitvinding heeft betrekking op verbeteringen betreffende het elektrolytisca neerslaan van metalen.· Meer in het bijzonder heeft de uitvinding betrekking op een werkwijze voor het verbeteren van het rendement van de elektrolytis che -winning van metaal en elektrolytis che 5 raffinage daarvan.

Bij het elektrolytisch neerslaan van metalen met behulp van anoden en kathoden, zoals bij voorbeeld de elektrolyt is che winning van metalen als zink, koper, nikkel-, mangaan, cadmium, lood en ijzer alsmede de elektroraffinage van metalen als koper, lood, nikkel, zilver, goud, 10 bismuth en antimoon, heeft de gewoonlijk toegepaste cel een langgerekte, vrijwel rechthoekige, doosachtige structuur. De cel bevat de elektrolyt en is in het algemeen voorzien van geschikte middelen voor het inlaten en af voeren van de elektrolyt, die gewoonlijk continu wordt gerecirculeerd.

De elektroden zijn in de cel geplaatst, dwars op de lengte daarvan en 15 geschikt ondersteund. Een elektrische stroom kan worden doorgeleid aangezien de elektroden zijn aangesloten op een spanningsbron door middel van contactstaven of andere stroomverdeelmiddelen. In het algemeen zijn alle elektroden in de cel op dezelfde afstand van elkaar opgesteld, waarbij de juiste af stand van een aantal f acotren afhankelijk is. In het 20 algemeen wordt aangenomen dat, wanneer de elektroden op gelijke afstanden langs de lengterichting van de cel zijn opgesteld, de aan de cel toegevoerde stroom "bij benadering gelijk is verdeeld tussen de elektroden in de cel. Op deze wijze kan gemakkelijk een ganiddelde waarde voor de strocmdichtheid in de cel worden berekend.

25 Het richten van de elektroden in dergelijke elektrolysecellen is van aamerkelijk belang. Indien de elektrodainiet op de juiste wijze zijn gericht kunnen zij krom gaan staan, terwijl tevens corrosie en kortsluiting kunnen optreden hetgeen de levensduur van de elektroden sterk doet verminderen en tot verlies van stroaarendement leidt. Er zijn 30 vele methoden 'ontwikkeld cm ervoor te zorgen dat de elektroden zowel ruimtelijk goed zijn opgesteld als wel op de juiste wijze zijn gericht.

Een groot aantal ontwerpen bestaan. Voorbeelden kan men vinden in de .Amerikaanse octrooischriften 1.206.963» 1.206.961+, 1.206.965» 1.276.208, 81 0 0 38 4 -2- 2.115.00^, 2.^3.112, 3.579.^31, 3·β97Λθ^, 3.-997.^21, U.035.280.

In de laatste twee. .octrooischriften -worden een als spoel gevormde contactstaaf met inkepingen en anode afstandsklanmen beschreven die bij toepassing met geschikte elektroden een stabiele driedimensionale opstel-5 ling van anoden en kathoden in elektrolytische cellen opleveren. Zelfs wanneer echter afdoende voorzorgen worden ondernemen om zowel een goed gerichte opstelling als goede onderlinge afstand van'de elektroden te verzekeren worden nog steeds moeilijkheden van elektrische aard ondervonden. Kortsluiting tussen elektroden, oververhitting en kromtrekken 10 van de elektroden en anderë dergelijke problemen worden ondervonden die tot zowel verlies aan stroemrendanent als produktiviteit leiden. In het extrane geval kan kortsluiting het plaatselijk smelten van de elektroden tot gevolg hebben.

Er is nu waargenomen dat de meeste élektrodegebreken ontstaan 15 aan de eindelektroden bij elk einde van een gebruikelijke cel, ongeacht of deze elektroden kathoden (bij elektrolytische raffinage) of anoden (bij elektrolytische winning) zijn. Er is meer in het bijzonder waargenomen dat de stroom tussen de eindelektroden en de daaraan grenzende elektroden, ongeacht of de eindelektroden kathoden of anoden zijn, 20 groter is dan de gemiddelde stroem tussen alle elektroden in de cel.

Er is verder waargenomen dat het verschil in stroamsterkte tussen de eindelektroden en de aangrenzende elektroden en de gemiddelde stroemsterkte tussen alle elektroden aanzienlijk groot kan zijn en kan variëren van 10# en meer tot ongeveer 30# en meer.

25 In verband met het feit dat deze stroemsterkte hoger is dan de geniddelde sterkte hebben de eindelektroden een meer dan gemiddelde neiging kram te trekken en sluiting ,te geven. Tevens blijken de eindelek-trode contacten en isolatoren bij sluiting oververhit te worden, aangezien zij dan veel meer dan de hun toegestane stroemsterkte voeren.

30 Aldus heeft deze stroemsterkte, die groter is dan de ganiddelde stroemsterkte, aan de eindelektroden in de cel waarneembare effecten buiten de cel. De stroemsterkte, die groter is dan de gemiddelde sterkte tussen de elektroden, van de paren eindelektroden veroorzaakt tevens problanen in de cel. De voornosnde stroemsterkte leidt bij deze elektroden tot een 35 grotere stroamdichthéid dan de gemiddelde stroomdichtheid hetgeen op zijn beurt leidt tot een. hogere frequentie van elektrische kortsluitingen tussen de eindelektroden en hun direkt aangrenzende elektroden. Deze pro- 81 0 0 38 4 -3- blemen blijken dan weer andere problaaen op te roepen: deze kortsluitingen beperken niet alleen de elektrodepositie tijdsduur, maar -verhogen in een ketencontactsysteen. de strocmhoeveelheid bij de celeinden nog verder. De sluitingen beïnvloeden tevens nadelig de spanningsdaling 5 in het systeem, welke kleiner wordt bij de uiteinden dan over de rest van decel, waardoor opnieuw de stroansterkte bij de einden wordt vermeerderd en aldus sluiting, kromtrekken en verlies aan celrendanent worden versterkt.

Er is nu gevonden dat indien de overmaat stroan. of stroom dichtheid 10 tussen de eindelektroden wordt geëlimineerd sluitingen en gebreken van de celeindelektroden met tot meer dan 90% van het totaal kunnen worden geëlimineerd. Er is eveneens gevonden dat deze overmaat stroom door een eenvoudige maatregel, namelijk het vergroten van de tussenruimte van de eindelektrode ten opzichte van hun onmiddellijke naburen kan 15 worden geëlimineerd.

Aldus voor ziet de uitvinding in een werkwijze voor het elektro-lytisch neerslaan van metaal onder toepassing van een een elektrolyt bevattende elektrolytische cel, waarin een veelvoud van elektroden, bestaande uit afwisselende, nagenoeg op gelijke afstand van elkaar ge-20 plaatste anoden en kathoden is ondergedcmpeld, waarbij de respectieve anoden en kathoden onafhankelijk zijn verbonden met een elektrische stroombron; waarbij de stroom tussen ten minste één eindelektrode en de directe naburige elektrode daarvan op een gewenste waarde wordt inge-_ steld door de tussenruimte van de eindelektroden ten opzichte van hun · 25 directe naburige elektrode te verhogen tot een waarde die groter is dan die tussen de rest van de elektroden in de cel.

De stroom tussen beide eindelektroden en hun direkt aangrenzende elektroden wordt bij voorkeur op een gewenste waarde ingesteld door de tussenruimte of afstand van beide eindelektroden ten opzichte van hun 30 direkte naburige elektroden te vermeerderen tot een waarde die groter is dan die tussen de rest van de elektroden in de cel; het is gunstig wanneer de vermeerdering in de tussenruimte of afstand bij beide uiteinden van de cel hetzelfde is.

De tussenruimte van de eindelektroden ten opzichte van de direkt 35 aangrenzende elektroden wordt met de meeste voorkeur verhoogd tot een waarde die de dubbele waarde is van de tussenruimte tussen de rest van de elektroden.

In een alternatieve uitvoeringsvorm wordt de afstand van de eind- 81 0 0 38 4 ' -k- elektroden tot hun direkte naburen zodanig verhoogd dat de waarde van de stroom tussen de eindelektroden en hun direkte naburen niet.groter en bij voorkeur kleiner is dan de gemiddelde waarde van de stroon tussen alle elektroden in de cel, 5 Door deze eenvoudige maatregel is het mogelijk de stroom'en der halve de stroomdichtheid, tussen de eindelektroden op een waarde in te stellen waarbij elektrodegebreken, die onstaan door kromtrekken,,, sluiting en oververhitting aan de uiteinden van de cellen, niet veelvuldig er voorkomen dan op elke andere plaats in de cel.

.10 De vermeerdering in de afstand van de eindelektroden tot hun direkte naburen, kan op verschillende wijzen tot stand worden gebracht. Indien mogelijk door de celafinetingen kunnen de eerste en laatste elektroden eenvoudig zijwaarts van hun direkt naburige elektroden worden wegbewogen cm de gewenste grotere tussenruimte te geven. Naar keuze kan, indien 15 de zijwaartse beweging door ruimtegebrek niet mogelijk is, de vereiste afstand worden verkregen door ten minste ëén paar elektroden (dat wil zegv-gen ten minste één anode en ten minste één kathode) uit de reeks te verwijderen. Bij het opnieuw centraal in de cel plaatsen van de reeks zal voldoende ruimte bij de celuiteinden blijven cm de gewenste ver-20 hoogde tussenruimte te verkrijgen. Opgemerkt wordt dat vermindering van het aantal elektroden in de cel niet noodzakelijkerwijze tot verlies aan produktiviteit zal leiden: elk eventueel verlies dat door deze elektrode verwijdering theoretisch zou kunnen ontstaan wordt in het algmeen meer dan gecompenseerd door de werkelijke toename van het celrendement 25 dat bij het lagere aantal elektroden mogelijk is. In het algemeen zal men vinden dat de cel bij een hogere strocmdichtheid in bedrijf kan zijn— Bij de meeste elektrolytische winnings- en raffinagefabrieken, als boven reeds opgemerkt, worden de elektrode-afstand en de plaats-. richting bepaald door de wijze waarop de elektroden in de cel zijn ge-30 steund. Een typerend geval is de spoelachtige contactstaaf beschreven in het eerder vermelde .Amerikaanse octrooischrift U.035·28θ. Wanneer een inrichting van deze soort wordt toegepast is het zonder een sterkte modificatie van de constactstaven enz, niet meer mogelijk, de afstand van de eindelektroden tot huh direkte naburen met kleine hoeveelheden te 35 variëren. Een dergelijke modificatie van de celinrichting is verder in het algoneen niet zeer praktisch uitvoerbaar. Aldus is de praktisch haalbare en meestal enig beschikbare vergroting die men tot stand kan 8 1 0 0 38 4 1?· , -5- brengen variatie van de afstand van de eindelektrode tot de direkt naburige elektrode in veelvouden van de afstandseenheid die voor de rest van de elektroden -wordt toegepast. Indien aldus de meerderheid van de elektroden op afstanden van 1*,5 cm tussenruimte zijn geplaatst, worden 5 de beschikbare tussenruimtes voor de eind elektroden k,5 cm, 9 cm, 13,-5 om enz. Gevonden is dat een verdubbeling van de tussenruimte er toe kan leiden dat de stroom tussen een eindelektrode en de direkt aangrenzende elektrode lager is dan de gemiddelde waarde voor de stroom tussen alle elektroden in de cel. Aldus is deze verdubbeling, die in hoofdzaak wordt 10 gedicteerd door het gewoonlijk toegepaste apparaat zelf, een eenvoudige manier om de voordelen van de uitvinding te bereiken.

Deze verhoogde afstand van de eindelektrcden blijkt de volgende niet allen verwachte voordelen op te leveren.

1. Verhoogd celstrooarendsment.

15 2. Aanzienlijke verlaging van het aantal beschadigde en krcm ge trokken elektroden.

3. Eventueel verhoogde celelektrodepositietijd hetgeen tot een hogere produktiviteit leidt.

k. Aanzienlijke verlaging van beschadiging door elektrode contacten 20 en isolatoren.

5· Significante vemindering van de warmtebelasting van het elek-trolytische koelsysteem.

6. Enige verbetering in de kwaliteit, uitgedrukt in onzuiverheid, van het neergeslagen metaal.

25 7» Aanzienlijke vermindering van het aantal kortsluitingen tussen de elektroden.

De uitvinding zal nu worden geïllustreerd door de volgende niet-beperkende vergelijkende voorbeelden, waarin cellen voor de elektrolytische winning van zink uit een zinksulfaatelektrolyt werden toegepast. In deze 30 vergelijkingen wordt' de elektrolyt op gebruikelijke wijze continu toegevoerd aan en verwijderd uit de cellen. De elektroden worden gesteund op contactstaven als beschreven in het Amerikaanse octrooischrift h.035-280, waarbij een eenheidstussenafstand tussen de elektroden van k,5 cm wordt verkregen, gemeten tussen de elektrode of middelpunten. De anoden bestonden 35 uit een lood-zilverlegering en aluminiumkathodevellen werden toegepast.

Een stroom van 1*8.000 A werd aan elke cel toegevoerd, waarbij de cel-werking gedurende een periode van 6 maanden werd waargenomen.

81 0 0 38 4 ijr* ·*«.

-6- #

Voorbeeld I

Alle elektroden op dezelfde afstand.

Een reeks van i+9 anoden en U8 kathoden werd in elke cel aangebracht. Dit geeft over de gehele cel een gemiddelde strocmsterkte per .....

5 kathode-oppervlak van 500 A. Metingen van de feitelijke celstrcmen toonden aan dat de feitelijke stroom werd gedragen.....door de eerste en laatste kathoden en varieerde tussen 550 en 650 A: dat is ca 10-30$ hoger dan het celgemiddelde. Door registratie van de plaats van alle celsluitingen en beschadigde elektroden werd aangetoond dat meer dan 50$ daarvan 10 plaatsvond bij de twee paren eindelektroden in de cel. Door analyse van het neergeslagen zink werd een loodgehalte tussen 20 en ^0 .dpm aangetoond, met als gemiddelde 30 dpm. Door continue toevoeging van bariumcarbonaat aan de elektrolyt in een hoeveelheid van 2,3 kg/ton neergeslagen zink werd het loodgehalte verminderd tot het gebied van . 15 15-20 dpm.

Voorbeeld II

Eindelektroden op grotere afstand.

Er werd in elke cel een reeks van Vf anoden en h6 kathoden aangebracht, waarbij het door het lagere aantal elektroden mogelijk was de 20 eindelektroden op grotere afstand van de direkt naburige kathode op te stellen. In dit geval werd de afstand verdubbeld zodat de eindelektrode afstanden 9,0 cm waren, met de rest U,5 cm. Deze opstelling geeft een gemiddelde strocm per kathode-oppervlak van 522 A, waarbij de toename 25 ten opzichte van voorbeeld I veroorzaakt wordt door het lagere aantal kathoden. Metingen van de feitelijke celstroam toonden aan dat de stroom ' gedragen door de eerste en laatste kathoden 350 A was, dat wil zeggen 30$ lager dan het gemiddelde van 522 A voor de gehele cel.' Door registratie van de plaatsen van de sluitingen in de cellen en van beschadigde 30 elektroden werd een verlaging van 90$ van sluitingen en eindelektrode-storingen aangetoond: dat wil zeggen de eindelektrodestoringen werden ongeveer 5$ van alle storingen waardoor aldus de storingsfrequentie voor deze eindelektroden ruwweg gelijk werd aan die van alle anderen, aange-zien-er bijna 100 elektroden in de cel laanwezig zijn. Door analyse van 35 het neergeslagen zink werd. een loodgehalte van 10-15 dpm aangetoond.

Een tussentijdse toevoeging van minder dan 1 kg. bariumcarbonaat/ton neergeslagen zink bleek voldoende te zijn cm het loodgehalte in dit gebied te handhaven.

81 0 0 38 4 ϊΡ- __ .. -==· -Τ’-

Aldus is het duidelijk dat door de werkwijze ran de uitvinding significante bedrijfsrendsaenten worden verkregen.

8 1 0 0 38 4

Claims (16)

1. Werkwijze voor het elektrolytisch neerslaan van metalen onder toepassing van een een elektrolyt bevattende elektrolytische cel, waarin een veelvoud van elektroden, bestaande uit afwisselende, op vrijwel gelijke afstanden van. elkaar geplaatste anoden en kathoden, is onder- 5 gedompeld, welke anoden en kathoden resp. onafhankelijk zijn verbonden met een elektrische stroombron, met het kenmerk, dat de strocm tussen ten minste êên eindelektrode en de direkt aangrenzende elektrode op een gewenste waarde wordt ingesteld door de af stand van de eindelektrode ten opzichte van zijn direkt aangrenzende elektrode te verhogen tot een 10 waarde die groter is dan. die tussen de rest van de elektroden in de cel.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de afstand van beide eindelektroden ten opzichte van hun direkt aangrenzende elektroden'.·;·worden verhoogd.

3. Werkwijze volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de afstand 15 van beide eindelektroden ten opzichte van hun direkte aangrenzende elektroden tot dezelfde' waarde wordt verhoogd. k. Werkwijze volgens conclusies 1 of 3, met het kenmerk, dat de afstand van de eindelektrode(n) van de direkte aangrenzende elektrode(n) daarvan wordt verhoogd tot een waarde die nagenoeg het dubbele is van 20 de waarde van de afstand tussen de rest van de elektroden.

5·. Werkwijze voor het elektrolytisch neerslaan van metalen onder toepassing van een een elektrolyt bevattende elektrolytische cel waarin een veelvoud van elektroden, bestaande uit afwisselende, vrijwel op gelijke afstanden van elkaar geplaatste anoden en kathoden, is onderge-25 dampeld, welke anoden en kathoden resp. onafhankelijk zijn verbonden met een elektrische stroombron; met het kenmerk, dat de strocm' tussen ten minste één eindelektrode en de direkt aangrenzende elektrode daarvan wordt ingesteld op een waarde die niet groter is dan de gemiddelde waarde van. de stroom tussen alle elektroden in de cel, door· de af stand tussen 30 de eindelektrode en de direkt aangrenzende elektrode daarvan te vermeerderen tot een waarde die groter is dan die tussen de rest van de elektroden in de cel.

6, Werkwijze volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat de strocm tussen de beide eindelektroden en hun direkt aangrenzende elektroden 35 wordt geregeld. 8 1 0 0 38 4 ^ _____ -9- T. Werkwijze volgens conclusie 6, met het kemerk, dat de stroom voor heide eindelektroden op vrijwel dezelfde waarde wordt ingesteld door de afstand van heide eindelektroden met vrijwel dezelfde hoeveelheid te venteerder en.

8. Werkwijze volgens conclusie 5· of 6, met het kenmerk, dat de stroom wordt ingesteld op een waarde die kleiner is dan. de gemiddelde waarde van de stroom tussen alle elektroden in de cel.

9. Werkwijze volgens conclusie 5 of 6, met het kenmerk, dat de stroom wordt ingesteld op een waarde die kleiner is dan de gemiddelde waarde 10 van de stroom tussen alle elektroden in de cel door de afstand van de eïndelektrode(n) te vermeerderen tot een waarde die nagenoeg het dubbele is van de afstand tussen de rest van de elektroden.

10. Werkwijze voor de elektrolytische winning van zink onder toepassing van een elektrolytische cel die een zure zinksulfaat elektrolyt 15 hevat, waarin een veelvoud van afwisselende, op vrijwel, gelijke afstanden van elkaar geplaatste anoden en kathoden is ondergedompeld, welke anoden en kathoden resp. onafhankelijk zijn verbonden met een stroombron, met het kenmerk, dat de stroom tussen tenminste een eindanode en de direkte aangrenzende kathode daarvan op een gewenste waarde wordt ingesteld door 20 de afstand van de eindelektroden ten opzichte van de direkt aangrenzende kathode te vermeerderen tot een waarde die groter is dan die tussen de rest van de anode en de kathode in de cel.

11. Werkwijze volgens conclusie 10, met het kenmerk, dat de afstand van beide eindanoden ten opzichte van hun aangrenzende kathoden wordt 25 vergroot. 12’. Werkwijze volgens conclusie 11, met het kenmerk, dat de afstand van beide eindanoden ten opzichte van hun direkt aangrenzende kathoden tot dezelfde waarde wordt vermeerderd.

13· Werkwijze volgens conclusie 10 of 12, met het kenmerk, dat de 30 afstand van de eindanode (n) ten opzichte van de direkt aangrenzende kathode(n) wordt vermeerderd tot een waarde die vrijwel het duhhele is van de waarde van de afstand tussen de anoden en kathoden. 1U. Werkwijze voor de elektrolytische winning van zink onder toepassing van een elektrolytische cel die een zure zinksulfaat elektrolyt 35 bevat, waarin een veelvoud van afwisselend vrijwel op gelijke afstand van elkaar geplaatste anoden en kathoden is ondergedompeld, welke anoden en kathoden resp. onafhankelijk zijn verbonden met een stroombron, met 81 0 0 38 4 -10- ' het kenmerk, dat de stroom tussen ten minste êen eindanode en de direkt aangrenzende kathode daarvan -wordt .ingesteld op een waarde die groter . is dan de ganiddelde waarde van de stroom tussen alle elektroden in de cel, door de afstand van de eindanoden ten opzichte van de direkt aan-5 grenzende kathode te vermeerderen tot een waarde die groter is dan die tussen de rest van de anoden en de kathoden in de cel.

15· Werkwijze volgens conclusie 1H, met het kenmerk, dat de stroom tussen de beide eindanoden en de direkt aangrenzende kathoden wordt geregeld. 10 1.6, Werkwijze volgens conclusie 15» met het kenmerk, dat voor beide eindanoden de stroom op vrijwel dezelfde waarde wordt geregeld door de afstand van beide eindanoden met.vrijwel dezelfde hoeveelheid te vermeerderen .

17· Werkwijze volgens conclusie 1^ of 15, met het kenmerk, dat de 15 stroom wordt geregeld op een waarde die lager is dan de ganiddelde waarde van de stroom tussen alle elektroden in.de cel.

18. Werkwijze volgens conclusie 1^ of 15, met het kenmerk, dat de stroom wordt geregeld op een waarde die kleiner is dan de ganiddelde waarde van de stroom tussen alle elektroden en de cel door de afstand 20 van de anode(n) te vermeerderen tot een waarde die vrijwel het dubbele is van de afstand tussen de rest van de elektroden.

19· Werkwijze volgens’ conclusie 1 of 5, met het kenmerk, dat een metaal gekozen uit koper, nikkel, mangaan, cadmium, lood en ijzer elek-• trolytisch wordt gewonnen.

20. Werkwijze volgens conclusies 1 of 5, met het kenmerk» dat een metaal gekozen uit koper, lood, nikkel, zilver, goud, bismuth en antimoon elektrolytisch· wordt gezuiverd.

21. Cel, waarin de afstand tussen ten minste een eindelektrode en de direkt aangrenzende elektrode groter is dan de afstand tussen de rest van 30 de elektroden in de cel. 81 0 0 38 4