NO141373B - Celle for elektrolytisk utvinning av metaller - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører en celle for elektrolytisk utvinning av metaller, omfattende minst en vertikalt plassert katode og minst en vertikalt plassert uoppløselig ventilmetallanode med en elektrokatalytisk aktiv flate inneholdende et metalloksyd fra platinagruppen.

Ventilmetaller, slik som titan, zirkonium, hafnium, vanadium, niob, tantal, molybden og wolfram eller legeringer av disse har evnen til å lede strøm i anoderetningen og til å hindre strømgjennomgan g fra katoderetningen og er tilstrekke-lig motstandsdyktige overfor elektrolytten og forholdene i en celle for elektrolytisk utvinning, slik at det i det vesentlige ikke finner sted noen korrosjon selv under perioder med strøm-avbrudd når cellen stenges av. Elektrodemetallene vil imidlertid ikke lede strøm til elektrolytten med mindre de er utstyrt med en ikke-aktiv elektrokatalytisk overflate eller et overtrekk hvor overtrekket inneholder et metalloksyd fra platinagruppen eller et selvgenererende 1egeringsovertrekk som er elektrokatalytisk i elektrolytten med hensyn til frigjøring av oksygen eller klor uten urimelig stor overspenning.

I mange elektrolytiske utvinningsprosesser for metaller fra løsninger som inneholder slike metaller er det nødven-dig å drive prosessen med relativt lav katodestrømtetthet for å produsere tilstrekkelige metallavsetninger på katodene. Dersom katodestrømtettheten for et spesielt metall, en spesiell elektrolyttsammensetning, en spesiell cellegeometri etc. over-stiger katodestrømtettheten som muliggjør at jevne vedhengende avsetninger blir dannet på katoden, blir grensen for katodestrøm-tettheten overskredet, og det blir dannet grove katodeavsetninger som kan absorbere elektrolyttene og følgelig forurense det avsatte metall. Dersom katodeavsetningen har en trelignende struktur, kan det oppstå kortslutninger i cellen. Dersom det benyttes anoder av bly eller blylegeringer, opptrer en sakte oppløsning av både blyet og blylegeringene, og korrosjonspro-duktene blir avsatt på katoden og forurenser metallet som utvinnes. Ved høyere katodestrømtettheter blir disse forhold forverret, og i tillegg øker potensialet til cellen for elektrolytisk utvinning og hydrogen blir frigjort ved katoden, noe som forårsaker ytterligere komplikasjoner. Den katodestrømtett-het som gjør at hydrogen blir frigjort ved katoden er definert som den begrensende katodestrømtetthet og strømtettheten som gjør at katodeavsetningene blir grove og stripet er definert som grense for katodestrømtettheten. Den er vanligvis lavere enn den begrensende katodestrømtetthet. Det er følgelig en vel definert grense for katodestrømtettheten som kan benyttes.

Høye produksjonshastigheter er imidlertid nødvendig for å oppnå et høyt utbytte av rent, lett gjenvinnbart metall med et minimalt forbruk av elektrisk energi.

Anoder av såkalt uløselig bly eller uløselige blylegeringer er blitt benyttet i elektrolytisk utvinning i mange år. Imidlertid er disse anodene noe løselige og forurenser det elektrolytisk avsatte metall som er blitt utvunnet. F. eks. har anoder av en legering med 84 % bly, 14,5 % antimon og 0,6 % sølv som benyttes ved det elektrolytiske utvinningsanlegg i Chuquicamata i Chile og som varer fra 6 - 8 år, en korrosjons-hastighet på 0,6 - 2,5 kg pr. tonn kobber som gjenvinnes. Ved slutten av driftstiden for disse anodene er det bare 14 % av den opprinnelige vekten tilbake og som kan gjenvinnes som skrap-metall. Det meste av blyet som går i oppløsning i elektrolytten blir avsatt sammen med kobberet som gjenvinnes. Bruken av bly-anoder av stangtypen og høyere anodestrømtetthet sammenlignet med katodestrømtetthet, som beskrevet f. eks. i U.S. patent nr. 2766168, reduserer korrosjonshastigheten for anoder basert på bly, men eliminerer ikke korrosjonen.

På samme måte er det når anoder basert på titan og

dekket med platina eller metaller i platinagruppen blir benyttet i elektrolytisk utvinning. Metallene i platinagruppen blir opp-løst, og i tillegg til utgiftene til disse anoder forurenser de oppløste metaller det metall som blir avsatt på katodene.

Bruken av ikke-korroderbare dimensjonsmessig stabile anoder av ventilmetall, slik som anoder av titan, zirkonium, hafnium, vanadium, niob, tantal og molybden, som har ledende, ikke-aktive overflater og elektrokatalytiske egenskaper for frigjøring av oksygen eller klor ved lave overspenninger gir vesentlige fordeler sammenlignet med anoder av grafitt, bly, blylegeringer, silicium, jern og platina som hittil er blitt benyttet i elektrolytisk utvinning, men for økonomisk bruk av disse anoder av ventilmetall for elektrolytisk utvinning har det vært nødvendig å benytte høyere strømtettheter enn de til-latelige katodestrømtettheter.

En av hensiktene med foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en celle for elektrolytisk utvinning av forskjellige metaller hvor det blir benyttet ikke-korroderbare anoder som er dimensjonsmessig stabile, og hvor en høyere anodestrøm-tetthet i forhold til katodestrømtettheten blir benyttet for mer økonomisk produksjon av relativt rene metallavsetninger av den ønskede krystallstruktur og renhet på katodene.

En annen hensikt er å frembringe en celle hvor de

ovenfor beskrevne fremgangsmåter kan bli økonomisk utført.

En videre hensikt med oppfinnelsen er å frembringe en celle til bruk ved elektrolytisk•utvinning hvor høye strømtett-[iheter kan bli anvendt ved anodene og lave strømtettheter ved katodene, slik at forholdsvis rene jlevne metallavsetninger kan dannes på katodene med minimum forbruk av elektrisk energi.

Ytterligere en hensikt er å tilveiebringe en elektrolytisk utvinningscelle hvor det blir benyttet avstandsplasserte ikke-korroderbare anoder av stenger eller bånd, hvor katodene produserer gode metallavsetninger og hvor elektrolytten kan sirkulere fritt gjennom stengene eller hullene i anodene for å sørge for mer jevne elektrolyttsammensetninger.

En annen hensikt- er å frembringe_en._celle._med dimensjonsmessig stabile ikke-korroderbare anoder av ventilmetall for elektrolytisk utvinning hvor anodene i det vesentlige er fri for forvridning eller fordreining under drift og hvor den elektrokatalytiske ledende overflate ikke forurenser elektro-. lytten eller det elektrolytisk avsatte metall på katoden.

Disse hensikter oppnås ved en celle som er kjenneteg-net ved det som fremgår av kravene.

I de fleste elektrolytiske utvinningsprosesser blir kobber, sink, nikkel, kobolt, mangan, jern, bly, tinn, kadmium etc. elektrolytisk avsatt på katoden fra sulfatløsninger av metallet som skal utvinnes, men i noen tilfeller kan kloridløs-ninger, f. eks. nikkelkloridløsninger, benyttes og i andre tilfeller kan en kombinasjon av sulfat og kloridløsninger benyttes. Syrene som vanligvis benyttes for å løse metallene er svovelsy-

re eller saltsyre eller noen ganger en kombinasjon av svovelsy-

re og saltsyre. Når løsningssyren er ^SO^, blir oksygen frigjort ved anodene, metallet blir avsatt på katoden, og syren som frigjøres for metall blir benyttet om igjen for å løse mer metall fra malmen, gruven, avfallet eller annen kilde. Når det benyttes en kloridløsning, blir klor frigjort ved anoden.

Metallene kan bli oppløst fra malm, røstet malm, restslagg, avfall, underjordiske avsetninger eller andre kilder. Dersom oppløsningen inneholder forurensende metaller som vil avsettes på katoden sammen med metallet, som skal utvinnes, blir forurensningen fjernet ved å benytte utfellingsmidler, bunnfell-ingsmidler eller ved hjelp av andre fremgangsmåter som er i bruk ved elektrolytiske prosesser.

De ikke-korroderbare dimensjonsmessig stabile anoder

som benyttes ved foreliggendeørppfinnelse er fortrinnsvis titan eller andre v ent i Ime tal ler eller legeringer som er utstyrt med<19>

en ledende ikke-aktiv elektrokatalytisk overflate som kan være et oksyd eller en blanding av oksyder av metallene i platinagruppen, f. eks. platina, iridium, palladium, ruthenium og osmium, anvendt som et overtrekk på overflaten av ventilmetallet,

som beskrevet f. eks. i de britiske patenter nr. 1147442 og 1195871, eller det elektrokatalytiske materiale kan være et legeringslag av oksyder av bronse i overflaten til ventilmetall-anoden, som beskrevet i U.S. patent nr. 3878083. Dersom deler av disse overtrekk er oppløst i elektrolytten, er deres egenskaper slik at det er mye mindre sannsynlig at de avsettes på katoden eller forurenser metallet som utvinnes elektrolytisk enn på blyanodene som hittil er blitt benyttet.

Anodene av ventilmetall kan ha form av massive eller rutede plater av f. eks. titan, eller i form av stenger, staver eller andre anordninger, men i alle tilfeller skal anodearealet som vender mot katoden være 1,5 - 20 ganger mindre enn det motstående overflateareal til katoden og skal drives med en strøm-tetthet som er 1,5 - 20 ganger høyere enn katodestrømtettheten. Overflaten eller overtrekket på anodene skal ha en høy elektrokatalytisk aktivitet for oksygenutvikling i sulfatelektrolytter eller for klorutvikling i kloridelektrolytter.

De elektrolytiske overtrukne dimensjonsmessig stabile anoder av ventilmetall er fortsatt aktive ved 30 kA/m 2 etter 2-3% års drift av anodene i kloridløsninger med et anodepotensial som varierer fra 1,3 5 - 1,50 V og i 10 vektprosent H2S04-løsninger, bronseoksydovertrekkene er fortsatt aktive ved 0,6 - 1,2 kA/m^ etter mer enn ett års drift av anodene med et anodepotensial som varierer mellom 1,5 - 1,6 V, mens anoder av bly eller blylegeringer viser anodepotensialer som er større enn 1,98 V ved de samme driftsforhold. Dersom disse dimensjonsmessig stabile anoder blir passivisert, kan de renses og gis nytt overtrekk med en liten utgift.

Anodene produserer under de driftsforhold som beskri-ves nedenfor, katodeavsetninger som er fri for forurensning, mens bly, blylegeringer og titan som blir dekket med edelmetal-ler produserer katodeforurensninger i sulfatelektrolytter. På grunn av det lave potensial til disse anodene finner det ikke t «sted oksydasjon av Ni + 2 og Co + 2 til Ni +3 ,»og Co <+3> hverken i sul-<*>fatløsninger eller kloridløsninger: ^ ;? "^ Bruken av dimensjonsmessig steabile metallanoder med redusert anodeoverflate tillaterTiejft TiSér økonomisk anvendelse av ;fe ;anodematerialer for alle de elektrolytiske prosesser hvor det settes en grense for strømtettheten av andre grunner enn hva anodestrømtetthetne kan være, spesielt hvor grenseverdien for katodestrømtettheten er vesentlig under maksimumsstrømtettheten som er økonomisk aksepterbar av de dimensjonsmessig stabile metallanoder. ;Anodestrukturene med redusert.-ov-erf late..er...resulta-tet av en omfattende teoretisk o'g:i eksperimentell forskning som er utført for å bestemme de mest effektive geometriske konfigu-rasjoner for anoder som tillater maksimal besparelse av anode-materialet, mens totaleffektiviteten til den elektrolytiske prosess i det vesentlige holdes uendret. ;I mange elektrolytiske prosesser og spesielt i elektrolytisk utvinning og elektrolytisk raffinering av metaller må den elektriske strøm være jevnt fordelt over katodeoverflaten for å oppnå en katodeavsetning som har en jevn tykkelse. Slik jevnhet blir oppnådd når strømlinjene går normalt ut fra overflaten av anodestrukturen og antar en parallell og jevnt av-passet form før de når den plane katodeoverflate med en lodd-rett innfallsvinkel. Det er tydelig at avstanden mellom elektrodene eller elektrodegapet har en vesentlig betydning. De geometriske parametre som kontrollerer at man oppnår de optimale forhold som kreves av prosessen og som tillater den maksimale besparelse av anodematerialer er en kombinasjon av den geometriske konfigurasjon av anodestrukturen, avstanden mellom elektrodene og formen og tverrsnittet på delene som bestemmer anodestrukturen med redusert overflate. Generelt skal elektrodeav-standen være mellom 20 og 150 mm avhengig av sammensetningen av elektrolytten, anodekonfigurasjonen, strømtettheten, det ohmske spenningsfall i elektrolytten og i anodestrukturen og av andre faktorer som er fremherskende i et spesielt anlegg for elektrolytisk utvinning. ;Ved omhyggelig valg av hver av de kontrollerende parametre er det mulig å drive en elektrometallurgisk prosess med anoder som har en anodeoverflate ned til 20 ganger mindre enn katodeoverflaten bg som derfor arbeider ved en strømtetthet som er 2 0 ganger høyere enn katodestrømtettheten. ;Det må utvises spesiell oppmerksomhet på fordelingen av den elektriske strøm til anodestrukturen, slik at man minima-liserer det ohmske fall langs delene av anodestrukturen som har reduserte tverrsnittsarealer. Strømmen blir derfor tilført på flere punkter på strukturen i forhold til de geometriske og di-* mensjonsmessige karakteristika til anoden.

På tegningen er det vist et utførelseseksempel av en celle ifølge foreliggende oppfinnelse. Fig. 1. viser et skjematisk perspektivriss av en typisk celle for elektrolytisk utvinning. Fig. 2 er et tverrsnitt langs linjen 2 - 2 på fig. 1 hvor anodene har en form som vist på fig. 6. Fig. 3, 4, 5 og 6 er skjematiske perspektivriss av forskjellige former for dimensjonsmessig stabile anodestrukturer som kan benyttes i cellene på fig. 1 og 2 eller i andre celler for elektrolytisk utvinning. Fig. 7 og 8 er illustrasjoner av et sett av celler bestemt for å produsere den beste form på katodeavsetningen for den spesifikke anodekonfigurasjon, som er vist på disse figurer.

Cellene på fig. 1 og 2 innbefatter tanker 10 som kan være laget av betong eller et hvilket som helst annet egnet materiale kledd med gummi eller annet egnet inaktivt materiale 11. Tankene 10 er utstyrt med positive strømskinner 12 og nega-tive strømskinner 13, og gjennom disse ledes det likestrøm fra en kilde (ikke vist) til henholdsvis anodene 14 og katodene 15 via henholdsvis kontaktstengene 16 og 17 og anode- og katode-bøylene 18. Elektrolytten 20 som inneholder en løsning av metallet som skal utvinnes blir kontinuerlig pumpet inn og ut av tankene 10 etterhvert som elektrolytten blir tappet for metallet ved elektrolytisk avsetning på katodene 15. Tankene 15 er anordnet i parallell og strømmen av elektrolytt kan være som ønsket.

Elektrolysecellene av denne type blir som oftest forbundet i serie hvor hver celle inneholder en anode mer enn an-tall katoder, slik at hver katode vender mot en anode ved hver side av katoden. Serieanordningen av de elektrolytiske celler blir tilveiebragt ved å plassere tankene 10 ved siden av hverandre, slik at f. eks. strømmen som strømmer gjennom strømskin-nen 12 Blir ledet gjennom anodekohtaktstengene 16 og anodene 14 og i hver retning fra anodene gjennom elektrolytten 20 til katodene 15 og gjennom katodebøylene 18, kontaktstengene 17 og strømskinnene 13 til anodekontaktstengene 16 for den umiddel-bart nærliggende elektrolytiske celle. Kontaktstengene 16 og 17 blir understøttet i motsatte ender av ikke-ledende støtter 21 og 22 for å sikre at elektrodene er i en plan posisjon og for å sikre de ønskede parallelle kretser for strømmen.

Anodene 14, som er vist på fig. 1 og 2, har en åpen gitterform lik den som er vist på fig. 6 og beskrevet mer de-taljert nedenfor,som er fordelaktig for den praktiske utførelse av foreliggende oppfinnelse. Selv om foreliggende oppfinnelse ikke er begrenset til noen spesielle anodedimensjoner eller spesiell anodeform, er et typisk eksempel som skal illustrere oppfinnelsen en anodestruktur som har avstandsplasserte stenger, staver eller bånd som har et aktivt overflateareal fra 1,5 - 20 ganger høyere enn strømtettheten på de motstående aktive katode-overf later . Fig. 3 viser en i det vesentlige plan anodestruktur med redusert anodeoverflate laget av en serie parallelle staver 23 som er vertikalt anbragt i stor avstand fra hverandre og forbundet til en horisontal bjelke 24 som holder dem oppe og som fordeler den elektriske strøm til stavene. Den horisontale bjelke 24 er elektrisk forbundet med den positive strømtilfør-selsskinne 25 eller anodekontaktstengene 16 på fig. 1 og 2 som er forbundet med den elektriske strømkilde. En horisontal bunn-stang 26 binder sammen de lavere ender av stengene 23 for å holde dem i en fast avstand og for å utligne eventuelle■pbtensi-aldifferanser mellom anodestengene 23. Bjelkene 24 kan utstyres med bøyler på lignende måte som bøylene 18 for forbindelse til anodekontaktstengene 16 på fig. 1. Fig. 4 illustrerer et annet eksempel på en i det vesentlige plan anodestruktur utført i overensstemmelse med oppfinnelsen. I denne utførelse er den elektriske tilførselsbjelke 27 i en sentral posisjon med hensyn til lengden av anodestengene 28. På denne måte blir gjennomsnittsveien for den elektriske strøm i strukturen halvert, og et lavere ohmsk spenningsfall blir oppnådd. Ledere 29 kan lages av forskjellig materiale, slik som kobber eller aluminium, eller kan være forseglet fra elektrolytten med en beskyttende slire 30 som er motstandsdyktig overfor de korroderende omgivelser inne i cellen. Ledere 29 fordeler den elektriske strøm til flere punkter langs tilfør-selsskinnen 27 for å minimalisere det ohmske spenningsfall. Fig. 5 viser en anodestruktur som innbefatter en serie parallelle anodestenger 31 som er horisontalt anbragt og forbundet til en sentral vertikal tilførselsstang 32 som består av en rund stang av et materiale med meget gode elektriske leder-egenskaper, slik som kobber eller aluminium, og til denne er endene av anodestengene 31 festet. Tilførselsstangen 32 er forseglet fra elektrolytten med en beskyttende slire 33. Fig. 6 viser anodestenger 34 som er horisontalt anbragt og forbundet i begge ender til vertikale tilførselsbjelker 3 5 som strekker seg vertikalt inne i det elektrolytiske bad og som er forbundet ved hjelp av bøyler 18 til anodekontaktstenger 16 (fig. 1) eller til en kabel som er forbundet til den positive utgang på en elektrisk kilde. I denne utførelse blir veien til den elektriske strøm langs anodestengene 34 halvert med hensyn til stengenes lengde. På fig. 3-6 kan anodestengene være runde, firkantede, rektangulære med konvekse sider, ovale eller ha en hvilken som helst annen form, eller de kan være flate bånd av titan eller annet ventilmetall oppdelt i masker eller som netting, og utstyrt med et ledende elektrokatalytisk overtrekk. Imidlertid er rundt tverrsnitt den foretrukne form på stengene. Anodestengene kan være ujevnt avstandsplassert langs bredden av anodene, slik at avstandene mellom anodestengene øker mot sentrum og avtar mot endene av anodene, for å motvirke kanteffekten av katodeavsetningene, og de kan være diagonalt skrådd istedet for horisontale eller vertikale, som illustrert på fig. 3 og 6. Den anodekonfigurasjon som gir de beste og mest jevne avsetninger på katodene under forholdene ved en spesiell elektrolytisk utvinningsoperasjon må benyttes. Verdiene av de geometriske parametre a og b på fig. 3-6, nemlig avstanden mellom stengene og diameteren på stangen, kan variere innenfor store grenser avhengig av avstanden mellom elektrodene og det maksimale forhold mellom strømtettheten for anoden og katoden som skal benyttes.

Stengene 14, 23, 28, 31 og 34 er dannet av et ventilmetall som i en elektrolytt leder elektrisk strøm i én retning og som hindrer strømgjennomgang i den andre retning. Metaller, slik som titan, zirkonium, hafnium, vanadium, niob, tantal etc, kan benyttes, men det foretrekkes å benytte titan. Stengene kan være titanstenger med kobberkjerne, som vist på fig. 6, og som har en høy ledningsevne og som kan bli avtagbart skrudd inn i de horisontale eller vertikale bjelker 24, 27 eller 35 og avtagbart forbundet til de horisontale stenger 26. Stengene 14, 23 etc. kan være flate strimler av metall, strimler av nettformet strukket metall eller bjelker med en hvilken som- helst egnet form.

Stengene 23, 28, 31, 34 av ventilmetall er dekket med et ledende elektrokatalytisk overtrekk som inneholder i det

minste ett metall fra gruppen som består av gull, platina, sølv, palladium, iridium, ruthenium, osmium, rhodium, jern (magnetitt), nikkel og krom i form av oksyder, nitrider, karbider og sulfider av disse metaller.

Den ledende elektrokatalytiske overflate på anodestengene 23, 28, 31, 34 etc. er fortrinnsvis sammensatt av en hoveddel av titandioksyd (Ti02) eller tantalpentoksyd (Ta205) sammen med en mindre del av et oksyd av et metall i platinagruppen som er istand til å virke katalyserende på klor eller oksygenfrigjøring på overflatene av anodestengene. Andre elektrokatalytiske aktive overflater kan benyttes. Det er blitt funnet overflater som inneholder tantalpentoksyd og iridiumoksyd i forhold, på 1 : 1 - 0,34 : 1 mellom tantal og iridium, beregnet som metall med eller foruten andre oksyder som forbedrer halv-lederegenskapene til overflaten, og slike forhold har vært spesielt effektive. Istedet for stenger eller bjelker 23, 28, 31 etc. kan det benyttes perforerte flate titanstrimler eller andre former som har et lite overflateareal med hensyn til katodeover-flatearealet, og stengene, bjelkene eller strimlene kan bli til-spisset eller ha redusert tverrsnitt mot de lavere ender for å gi forskjellig strømtetthet mot bunndelen av katodene.

For hver installasjon for elektrolytisk utvinning skal den anodekonfigurasjon som vil gi den mest jevne og den beste katodeavsetning benyttes. Den beste anodekonfigurasjon for et spesielt sett driftsforhold for cellene kan raskt bli bestemt av fagmannen ved hjelp av noen få enkle elektrolytiske avsetningseksperimenter med elektrolytten og celleforholdene som skal benyttes i det spesielle elektrolytiske utvinningsanlegg hvor prosessen og apparatet ifølge foreliggende oppfinnelse skal benyttes.

Fig. 7 og 8 viser skjematisk hvordan disse forhold kan bli bestemt for et spesifikt sett driftsforhold.

Forholdet mellom avstanden mellom stengene a og avstanden mellom elektrodene d for å opprettholde en høy grad av jevnhet på avsetningen på en flat katode er blitt oppsummert for forskjellige sett av driftsforhold i diagrammet på fig. 7. Dette diagram illustrerer hvordan forholdet uttrykt i prosent av avsetningstykkelsen mellom to representative punkter nær midten av katodebredden, nemlig mellom et punkt på katoden direkte motstående til en anodestang og et nærliggende punkt på katoden direkte under midtpunktet mellom nærliggende anodestenger, varierer med varierende forhold mellom a og d.

I alle tilfeller ble avstanden d holdt konstant på 100 mm og avstanden til stengene a langs anoden ble variert, diameteren b til stengene var liten i forhold til d (dvs. b var mindre eller lik 0,2d). , og innflytelsen av stangdiameteren på jevnheten på avsetningstykkelsen var ubetydelig.

Som vist på fig. "7 har kurven x en tendens til å bli steilere når anodestrukturen som har en totalbredde som er mindre en ca. 10 ganger avstanden mellom elektrodene benyttes og til å bli noe flatere når anodestruktureer som har økende større totalbredde benyttes, et faktum som blir forklart av kanteffekter som griper inn.

Resultatene indikerer at et forhold mellom a og d på omkring 1,5 eller 2,0 er helt tilfredssstillende, spesielt for brede anodestrukturer.

Kanteffektene fra anoden til katoden er oppsummert i diagrammet på fig. 8. Resultatene som illustreres er for det spesielle tilfelle med en anodestruktur som har en totalbredde på 8 00 mm og som består av en serie av avstandsplasserte runde anodestenger som har en diameter på 5 mm.

Avstanden mellom elektrodene var 100 mm i tilfellet med strukturene I, II og III. Struktur I hadde en jevn avstand mellom stengene med senterpunktavstand a = 10 0 mm, og profilen på avsetningstykkelsen på katodens overflate er representert av kurven I. Som man ser er tykkelsen nær kanten av katodeplaten ned til omkring 0,7 av tykkelsen ved senterpunktet, noe som gjorde katodeavsetningen utilfredsstillende.

Struktur III hadde en jevn avtagende avstandsplasser-ing mellom anodestengene mot kanten av strukturen, nemlig 100 mm ved sentrum av anodestrukturen og 90 mm, 80 mm, 70 mm og 60 mm gradvis avtagende avstander mellom stengene fra senterstengene mot hver ytre kant av anoden. Dette ga en avsetnings<p>rofil som er vist ved kurve III.

Det optimale forhold ble oppnådd med struktur II som er karakterisert ved to anodestenger avstandsplassert fra kant til kant som følger: 60 mm, 90 mm, 100 mm, 100 mm, 100 mm, 100 mm,

100 mm, 90 mm, 60 mm

Profilen av tykkelsen av katodeavsetningen som ble oppnådd er illustrert med kurve II, og den er effektivitets-messig sammenlignbar med profilen som ble oppnådd ved å benytte en hel plateanode.

Illustrasjonen i diagram 8 gjelder bare for ett sett av forhold mellom anodestangavstanden a og avstanden mellom elektrodene d. For hver endring av disse forhold kan forskjellige variasjoner i tykkelsen av katodeavsetningen bli oppnådd. Det optimale forhold for et gitt sett av driftsforhold kan raskt bli bestemt av fagmannen og må bestemmes på forhånd for de forhold som er fremherskende for hver elektrolytisk utvinning hvor prinsippene ifølge foreliggende oppfinnelse skal benyttes.

Den mest tilfredsstillende verdi på avstanden a er mellom 10 og 100 mm og på diameteren b for anodestengene mellom 2 og 16 mm. Avstanden mellom elektrodene kan være fra 20 mm - 150 mm.

Eksempel 1

Nikkel ble elektrolytisk avsatt fra en elektrolytt-løsning som inneholdt NiC^ og hvor det ble benyttet en anodestruktur lik den som er vist på fig. 3. Den jevne senteravstand a var 60 mm, redusert til 50 mm og 45 mm for de to ytre endesten-ger av anoden. Diameteren på anodestengene b var 6 mm.

De driftsmessige prøveforhold var følgende:

En asbestmembran, 1,5 mm tykk, ble benyttet for å se-parere områdene for anolytten fra områdene for katolytten. Katoden var mellom to anoder. 6 mm nikkel ble avsatt på begge overflater på den flate katode under drift ved høy effektivitet. Kvaliteten på avsetningen som ble oppnådd var meget god, metallavsetningen var fri for trelignende strukturer og hadde jevn tykkelse og var mekanisk stabil.

Eksempel 2

Kobber ble elektrolytisk avsatt fra en elektrolytt-løsning som inneholdt CuS04 hvor det ble benyttet en anodestruktur lik den som er vist på fig. 4. Den jevne senteravstand a mellom stengene 25 var 35 mm, redusert til 30 mm og 25 mm for de to ytre stenger av strukturen, og diameteren på anodestengene b var 5 mm.

De driftsmessige prøveforhold var følgende:

6 mm kobber ble avsatt på begge overflater på den flate katode ved en høy total effektivitet. Kvaliteten på avsetningen var meget god, og avsetningen var i det vesentlige fri for trelignende strukturer og hadde god mekanisk stabilitet. Tykkelsen var i det vesentlige jevn over hele katodeoverflaten.

Eksempel 3

Sink ble elektrolytisk avsatt fra en elektrolyttløs-ning som inneholdt ZnSO^, hvor det ble benyttet en anodestruktur lik den som er vist på fig. 5. Den jevne senteravstand a var 30 mm, redusert til 28 mm og 22 mm for de to ytre stenger ved toppen og bunnen av strukturen, og diameteren på anodestengene b var 6 mm.

De driftsmessige prøveforhold var følgende:

3 mm sink ble avsatt på begge"overflater på den flate katode ved høy total effektivitet. Kvaliteten på avsetningen var meget god, og avsetningen var i det vesentlige fri for trelignende strukturer og hadde god mekanisk stabilitet. Tykkelsen var i det vesentlige jevn over hele katodeoverflaten.

Eksempel 4

Kobolt ble elektrolytisk avsatt fra en elektrolytt-løsning som inneholdt CoSO^ t hvor det ble benyttet en anodestruktur lik den som er vist på fig. 5. Den jevne senteravstand a var 3 5 mm, redusert til 3 0 mm og 25 mm for de to ytre stenger av strukturen, og diameteren på anodestengene b var 5 mm.

De driftsmessige prøveforhold var følgende:

Katodene var mellom to anoder. 6 mm kobolt ble avsatt på begge overflater av den flate katode ved en høyere total effektivitet. Kvaliteten på avsetningen var meget god, avsetningen var i det vesentlige fri for trelignende strukturer og hadde god mekanisk stabilitet. Tykkelsen var i det vesentlige jevn over hele katodeoverflaten.

Eksempel 5

Nikkel ble elektrolytisk avsatt fra en elektrolytt-løsning som inneholdt NiSo^, hvor det ble benyttet en anodestruktur lik den som er vist på fig. 5. Den jevne senteravstand a var 35 mm) redusert til 30 mm og 25 mm for de to ytre stenger av strukturen, og diameteren på anodestengene b var 5 mm.

Driftsforholdene var følgende:

6 mm nikkel ble avsatt på begge overflater av den flate katode ved en høy total effektivitet. Kvaliteten på avsetningen var meget god, avsetningen var i det vesentlige fri for trelignende strukturer og hadde god mekanisk stabilitet. Tykkelsen var i det vesentlige jevn over hele katodeoverflaten.

Eksemplene beskriver anvendelsene av oppfinnelsen for elektrolytisk raffinering eller elektrolytisk utvinning.

Anoder med redusert anodeoverflate kombinerer de velkjente fordeler med dimensjonsmessig stabile metallanoder, lavere energi-forbruk, høyere renhet på metallavsetningen, unngåelse av skjev-heter og lang driftstid med reduserte investeringskostnader.

Anoder med redusert anodeoverflate kan bli benyttet i andre elektrolytiske prosesser hvor det foreligger slike forhold at katodestrømtettheten blir begrenset av andre grunner enn strømtetthetsevnen til anoden og hvor det er en verdifull mulig-het for å redusere kostnaden for de ganske kostbare materialer som er nødvendige for å fremstille dimensjonsmessig stabile metallanoder slik som organiske elektrooksyderingsprosesser og elektroreduksjonsprosesser i elektrofIotasjonsprosesser etc.

Claims (3)

1. Celle for elektrolytisk utvinning av metaller, omfattende minst en vertikalt plassert katode (15) og minst en vertikalt plassert uoppløselig ventilmetallanode (14) med en elektrokatalytisk aktiv flate inneholdende et metalloksyd fra platinagruppen, karakterisert ved- at.anoden (14) har et areal som er 1,5 - 20 ganger mindre enn katodens areal og består av flater (23, 28, 31, 34) plassert i ulike avstander fra hverandre, med flatene i anodens midtparti lenger borte fra hverandre enn flatene ved anodens kanter, for å tilveiebringe en i det vesentlige jevn tykkelse av metallutfellinger på katodens midtparti og kanter.

2. Celle for elektrolytisk utvinning ifølge krav 1, karakterisert ved at anoden (14) innbefatter en serie av stenger (23, 28, 31, 34).

3. Celle for elektrolytisk utvinning ifølge krav 2, karakterisert ved at aksene til stengene (23, 28, 31, 34) er plassert med avstander mellom 10 - 100 ram fra hverandre, at stengenes diameter er mellom 2 mm og 16 mm og at avstanden mellom stengene og katoden er fra 2 0 - 150 mm.