NO168839B

NO168839B - Cathode for use in an electrolytic cell for extraction of metals from metal-containing materials and methods for making such a cathode

Info

Publication number: NO168839B
Application number: NO84843036A
Authority: NO
Inventors: Peter Kenneth Everett
Original assignee: Dextec Metallurg
Priority date: 1982-12-10
Filing date: 1984-07-26
Publication date: 1991-12-30
Also published as: NO168839C; NO843036L

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en katode for "bruk i en elektrolytisk celle for behandling av mineralmalmer og —konsentrater, samt fremgangsmåte for fremstilling av en slik katode. The present invention relates to a cathode for use in an electrolytic cell for treating mineral ores and concentrates, as well as a method for producing such a cathode.

Den elektrolytiske cellen er av spesiell betydning ved utvinning av kobber fra kobberholdige malmer og konsentrater som beskrevet i US patent 4.061.552 og utvinning av bly fra blyholdige malmer og konsentrater som beskrevet i US patent 4.148.698 og 4.381.225. The electrolytic cell is of particular importance in the extraction of copper from copper-containing ores and concentrates as described in US patent 4,061,552 and the extraction of lead from lead-containing ores and concentrates as described in US patents 4,148,698 and 4,381,225.

I disse prosesser er ikke bare elektroder og elektrolytt involvert, men også topartier av faste stoffer, den metall-holdige malm eller konsentrat og det spesielle metallprodukt. For å oppnå en maksimering av reaksjonen med resulterende høyt utbytte har det tidligere vært antatt at anoden og katoden bør befinne seg i nært, parallelt forhold. Illustre-rende for denne generelle antagelse er australsk patent 292.235 hvor betydelig vekt er lagt på en konstruksjon som bevarer et parallelt forhold. In these processes, not only electrodes and electrolyte are involved, but also two batches of solids, the metal-containing ore or concentrate and the special metal product. In order to achieve a maximization of the reaction with a resulting high yield, it has previously been believed that the anode and cathode should be in a close, parallel relationship. Illustrative of this general assumption is Australian patent 292,235 where considerable emphasis is placed on a construction which preserves a parallel relationship.

Også typisk for den konvensjonelle elektrolytiske celle er bruken av membranposer som omgir katoden. Flere membranposer benyttes for å holde oppslemmingen borte fra katodene når rent metall skal avsettes. Noen problemer som man støter på ved drift av slike celler, innbefatter: 1) Tilstopping av membranmaterialer med partikler når høye hydrauliske gradienter må benyttes i cellen for opprett-holdelse av en ensartet omrøring av oppslemmingen. 2) Vanskeligheter ved å bibeholde store arealer av stoffmateriale i parallelle plan uten forvridning, hvilket blir spesielt forøket ved høye hydrauliske gradienter i cellen. I de fleste tilfeller er det uønsket at stoff-materialet kommer i kontakt med elektrodene. 3) Energibehovene som resulterer fra nødvendigheten for omrøring i bunnen av cellen for å opprettholde riktig sus-pensjon av mineralet mellom posene. Also typical of the conventional electrolytic cell is the use of membrane bags that surround the cathode. Several membrane bags are used to keep the slurry away from the cathodes when pure metal is to be deposited. Some problems encountered in the operation of such cells include: 1) Clogging of membrane materials with particles when high hydraulic gradients must be used in the cell to maintain uniform agitation of the slurry. 2) Difficulties in maintaining large areas of fabric material in parallel planes without distortion, which is particularly increased by high hydraulic gradients in the cell. In most cases, it is undesirable for the fabric material to come into contact with the electrodes. 3) The energy requirements resulting from the necessity for agitation at the bottom of the cell to maintain proper suspension of the mineral between the bags.

Andre problemer omfatter: Other problems include:

Vanskeligheter med utvinning av metallpulveret dersom dette faller av elektrodene ned på cellegulvet eller inn i posene, eller vanskeligheter og omkostninger med å fjerne og strippe elektrodene dersom det partikkelformede metallmaterialet er sterkt adherende. Difficulties in extracting the metal powder if it falls from the electrodes onto the cell floor or into the bags, or difficulties and costs in removing and stripping the electrodes if the particulate metal material is strongly adherent.

For å overvinne disse problemene har det vært kjent å innføre additiver i polyelektrolytten som inhiberer veksten av den-dritter av metallpulver på katoden. Videre har det vært gjort mange forsøk på å tilveiebringe en enkel og effektiv utvinning av metallpulver. Nettopp konstruksjonen med parallelt katodeforhold kompliserer imidlertid utvinning. Spesielt har det tidligere ikke vært mulig å integrere et sentralt utvinningssystem, spesielt med membranceller, uten komplekst ørenett- og spylingsteknikker. In order to overcome these problems, it has been known to introduce additives into the polyelectrolyte which inhibit the growth of metal powder particles on the cathode. Furthermore, many attempts have been made to provide a simple and efficient extraction of metal powder. However, precisely the construction with a parallel cathode relationship complicates recovery. In particular, it has not previously been possible to integrate a central extraction system, especially with membrane cells, without complex ear net and flushing techniques.

Foreliggende oppfinnelse har til hensikt å minske disse ulempene ved utvinning av avsatt produkt. The present invention aims to reduce these disadvantages when extracting deposited product.

Ifølge foreliggende oppfinnelse er det således tilviebragt en katode for bruk i en elektrolytisk celle for utvinning av metall fra mineralmalmer eller —konsentrater, kjennetegnet ved at den innbefatter: According to the present invention, there is thus provided a cathode for use in an electrolytic cell for extracting metal from mineral ores or concentrates, characterized in that it includes:

(i) en rørformet eller stavformet ledende del, og (i) a tubular or rod-shaped conductive part, and

(ii) et ikke-ledende belegg som ligger over en del av nevnte ledende del, hvor det ikke-ledende belegget omfatter et perforert rørelement dannet av varmekrympbart plastmateriale som er varmekrympet rundt katoden slik at det bare eksponeres områder på katoden som er beliggende under perforeringer i det ikke-ledende belegget. (ii) a non-conductive coating overlying a portion of said conductive part, wherein the non-conductive coating comprises a perforated tube element formed of heat-shrinkable plastic material that is heat-shrunk around the cathode so that only areas of the cathode located under perforations are exposed in the non-conductive coating.

Katoden kan være en kobberkatode. The cathode may be a copper cathode.

Videre er det ifølge oppfinnelsen tilveiebragt en fremgangsmåte for fremstilling av en katode for bruk i en elektrolytisk celle for uvinning av metall fra mineralmalmer eller Furthermore, according to the invention, a method is provided for the production of a cathode for use in an electrolytic cell for the extraction of metal from mineral ores or

—konsentrater, og denne fremgangsmåten er kjennetegnet ved at man: (i) tilveiebringer et ledende, avlangt stav- eller rør-formet element, (ii) bringer det avlange ledende elmentet i kontakt med et perforert, rørformet, ikke-ledende belegg dannet av varmekrympbar plast, og (iii) vamekrymper det ikke-ledende belegget slik at det etterlates eksponert bare slike områder i det ledende elementet som ligger under perforeringer i det ikke-ledende belegget. —concentrates, and this method is characterized by: (i) providing a conductive, elongated rod or tube-shaped element, (ii) bringing the elongated conductive element into contact with a perforated, tubular, non-conductive coating formed by heat-shrinkable plastic, and (iii) heat-shrinks the non-conductive coating so as to leave exposed only such areas of the conductive element as lie below perforations in the non-conductive coating.

Oppfinnelsen illustreres skjematisk ved hjelp av eksempel under henvisning til den medfølgende figur som viser en elektrode belagt ifølge oppfinnelsen. The invention is illustrated schematically by way of example with reference to the accompanying figure showing an electrode coated according to the invention.

Figuren viser overflaten av en elektrode 1 i form av en katode for avsetning av elektrolyseprodukt i en lett løs-gjørbar form i en elektrolytisk celle for behandling av malmer og konsentrater for å fjerne produkt i form av metallpulver, idet cellen inneholder en rekke elektroder. The figure shows the surface of an electrode 1 in the form of a cathode for depositing electrolysis product in an easily dissolvable form in an electrolytic cell for treating ores and concentrates to remove product in the form of metal powder, the cell containing a number of electrodes.

En ledende katode 19 er delvis belagt med et ikke-ledende materiale 20 som tillater produktet å vokse fra elektroden 19 bare i visse områder 21. En av de mest egnede metodene for oppnåelse av denne effekt er ved å dekke stav- eller rør-elektroden, som vanligvis er av kobber, med et perforert krympeplastrør eller —plastnett. Plastrøret eller —nettet oppvarmes deretter og krymper på staven eller røret. Dette forårsaker at produktet vokser ut fra elektroden i små ad-skilte former som tillater at det lett kan løsgjøres fra elektroden (i noen tilfeller hjulpet av en periodisk vibrering av elektroden) og lett pumpes som en oppslemming. A conductive cathode 19 is partially coated with a non-conductive material 20 which allows the product to grow from the electrode 19 only in certain areas 21. One of the most suitable methods of achieving this effect is by covering the rod or tube electrode, which is usually made of copper, with a perforated shrink plastic tube or - plastic mesh. The plastic tube or mesh is then heated and shrinks onto the rod or tube. This causes the product to grow out of the electrode in small, discrete forms which allow it to be easily detached from the electrode (in some cases aided by a periodic vibration of the electrode) and easily pumped as a slurry.

Det ovenstående beskriver fordelene ved katodekonstruksjonen. Følgende data viser en kjemisk effekt som oppnås med en slik elektrode i en elektrolytisk celle. The above describes the advantages of the cathode construction. The following data shows a chemical effect achieved with such an electrode in an electrolytic cell.

Eksempel Example

40 kg av et kobberkonsentrat som ved analyse viser 23$ kobber og 23, 2% jern, ble tilsatt til en celle som inneholdt 1500 liter elektrolytt med 35 g/l kobber (totalt ionisk Cu), 6,4 g/l kupri og 0,5 g/l jern. Blandingen ble gjennomluftet under anvendelse av 135 liter luft pr. minutt, og strøm ble passert i et omfang på 700 amp. med en spenning på 1,0 V. Katodene ble forsiktig banket på hver 15-30 min., og en liten vibrering ble gitt til å bevege seg nedover armene ned til den midtre beholderens skrånende bunn. Fra det laveste punktet i denne beholderen ble kobberpulveret fjernet, i oppslemmingensform, gjennom et vertikalt rør, etter behov, til et sedimenteringskammer hvor kobberpulveret skilte seg fra elektrolytten som deretter ble ført til en sentrifugal-pumpe for tilbakeføring til cellen. Blandingens pH-verdi i analyttrommet forble mellom 2,2 og 3,0 gjennom hele forsøket, og kunne varieres noe ved innstilling av luftmengden til cellen. En nedgang i mengden av luft som ble sluppet inn i cellen, kunne senke pH-verdien til det foretrukne pE-området, nemlig 2,0-2,5. Etter 10 timers drift ble luften og strømmen avstengt, og oppslemmingen ble filtrert, og filterkaken vasket og tørket. Filterkaken viste ved analyse 0,8$ kobber og 24# jern, hvilket gir en utvinning på 97% av kobberet fra mineralet med et elektrolyse-kraftforbruk på omtrent 0,75 KWH pr. kg. fremstilt kobber. Svovelet i kobberkis-konsentratet var nesten fullstendig omdannet til elementær form, og jernet var omdannet til et oksyd, og forble vesentlig i resten. Dette eksempel illustrerer enkelttrinn-omdannelsen av kobber-konsentratet til høyrent metall og elementært svovel ved unngåelse av atmosfærisk forurensning med svoveldioksyd og under anvendelse av meget lav energi ved atmosfæretrykk og moderate temperaturer. 40 kg of a copper concentrate which on analysis shows 23% copper and 23.2% iron was added to a cell containing 1500 liters of electrolyte with 35 g/l copper (total ionic Cu), 6.4 g/l cupric and 0 .5 g/l iron. The mixture was aerated using 135 liters of air per minute, and current was passed to the extent of 700 amp. with a voltage of 1.0 V. The cathodes were gently tapped every 15-30 min., and a slight vibration was given to move down the arms down to the sloping bottom of the middle container. From the lowest point in this vessel the copper powder was removed, in slurry form, through a vertical pipe, as required, to a sedimentation chamber where the copper powder separated from the electrolyte which was then conveyed to a centrifugal pump for return to the cell. The pH value of the mixture in the analyte compartment remained between 2.2 and 3.0 throughout the experiment, and could be varied somewhat by adjusting the amount of air to the cell. A decrease in the amount of air admitted into the cell could lower the pH to the preferred pE range of 2.0-2.5. After 10 hours of operation, the air and current were shut off, and the slurry was filtered, and the filter cake was washed and dried. The filter cake showed on analysis 0.8$ copper and 24# iron, which gives a recovery of 97% of the copper from the mineral with an electrolysis power consumption of approximately 0.75 KWH per kg. manufactured copper. The sulfur in the copper pyrites concentrate was almost completely converted into elemental form, and the iron was converted into an oxide, remaining substantially in the residue. This example illustrates the single-step conversion of the copper concentrate to high-purity metal and elemental sulfur by avoiding atmospheric pollution with sulfur dioxide and using very low energy at atmospheric pressure and moderate temperatures.

Bruken av perforert varmekrympbart plastmateriale på katodestaver eller —rør representerer et billig og effektivt middel for å bevirke at elektrolytisk avsatte metaller, ofte i form av pulvere, vokser ut fra metallhullene i krympeplast-materialet ved katodeoverflaten til dannelse av "trær" som har en høy spenningskonsentrasjon ved katodeoverflaten. Dette gjør det meget enkelt å bevirke at metallet skiller seg fra katodeoverflaten for oppsamling. F.eks. vil en svak vibrasjonspåvirkning av katodestavene eller —rørene forårsake at avsatt metall skiller seg fra katodeoverflaten. Det er vanskelig å frembringe effekten med svake plater fordi per-forerte flate plater av plastmateriale har tilbøyelighet til å gi avløfting av en flat plate mens rørformet krympeplast-materiale har tendens til å holde seg tett rundt stavlignende eller rørformede overflater. The use of perforated heat-shrinkable plastic material on cathode rods or tubes represents a cheap and effective means of causing electrolytically deposited metals, often in the form of powders, to grow out of the metal holes in the shrinkable plastic material at the cathode surface to form "trees" that have a high voltage concentration at the cathode surface. This makes it very easy to cause the metal to separate from the cathode surface for collection. E.g. a slight vibration effect on the cathode rods or tubes will cause the deposited metal to separate from the cathode surface. It is difficult to produce the effect with weak sheets because perforated flat sheets of plastic material tend to lift off a flat sheet while tubular shrink plastic material tends to stick tightly around rod-like or tubular surfaces.

Claims

1. Cathode for use in an electrolytic cell for extracting metal from mineral ores or concentrates, characterized in that it includes: (i) a tubular or rod-shaped conductive part (19), and (il) a non-conductive coating (20) which lies over a part of said conductive part (19), where the non-conductive coating (20) comprises a perforated pipe element formed of heat-shrinkable plastic material which is heat-shrunk around the cathode so that only areas (21) of the cathode which are located under perforations in the non-conductive are exposed the coating (20).

2. Method for producing a cathode for use in one electrolytic cell for extracting metal from mineral ores or concentrates, characterized in that (i) providing a conductive, elongated rod- or tube-shaped element (19), (ii) bringing the elongated conductive member (19) into contact with a perforated tubular non-conductive coating (20) formed of heat-shrinkable plastic, and (ii) heat-shrinking the non-conductive coating (20) leaving exposed only such areas ( 21) in the conductive element (19) which lies under perforations in the non-conductive coating (20).