PT82803B

PT82803B - Catodo aperfeicoado

Info

Publication number: PT82803B
Application number: PT82803A
Authority: PT
Original assignee: Hermana Tezanos Enrique
Priority date: 1985-06-21
Filing date: 1986-06-20
Publication date: 1992-07-31
Also published as: CA1310301C; AU5892486A; US4776941A; AU584214B2; DE3674650D1; EP0206941B1; ES8609513A1; MX171535B; ES544444A0; PT82803A; EP0206941A1

Description

A produção de metais mediante a sua electrodeposição sobre o cátodo de uma cela de electrólise é uma técnica com mais de um século de história.

Os metais produzem-se por electróIise dos seus sais, dissolvidos ou fundidos, dependendo das suas caracteristicas químicas. Os catiões desprendem-se do electrólito em direcção à superfície do cátodo, onde são reduzidos a metais elementares, descarregando-se, de onde são extraídos, contínua ou descontinuamente.

Quando se usam sais fundidsos como eléctrolito, o metal depositado é recuperado normalmente no estado liquido, e é deitado fundido na cela. Este é o caso da electrólise do alumínio e do magnésio.

Há, contudo, uma ampla gama de outros metais que são electroextraidos de soluções liquidas, principalmente aquosas, e que são descarregadas como metais sólidos.

A morfologia deste sólido pode ser compacta, como placas, ou qualquer variedade de esponja ou depósito poroso.

invento que é objecto desta patente, refere-se à electrodeposição de metais sólidos a partir de soluções dos seus sais, qualquer que seja a sua forma. Pode ser também aplicado à electrodeposição de mercúrio liquido, mas obviamente é apenas uma caracteristica exceptcional.

desenho de uma cela electroquimica industrial exige a resolução de diversos problemas de engenharia. 0 principal é o conflito entre exigências opostas

que estabelecem dois aspectos da operação.

Estes aspectos são: por um lado, a necessidade de minimizar os custos de inversão, que exigem que a superfície catódica seja o mais ampla possível; por outro lado, a necessidade paralela de minimizar os custos de operação que exigem que a distância ânodo/cátodo seja o mais pequena possível, a fim de evitar os custos de energia inúteis, derivados da resistênçcia ohmica nesse espaço.

Quando os engenheiros tratam de satisfazer ambas as exigências, o resultado é uma grande o superfície catódica (da ordem de 1 m /unidade) separada da superfície anódica correspondente, ou qualquer superfície separadora entre ânodo e do cátodo, por um intervalo de 20-30 mm.

Contudo, esta solução impõe uma forte restricção relativamente ao acesso do electrólito a toda a superfície catódica. A alimentação que é feita a partir de um determinado ponto periférico, é dificultada pela pequena secção disponível para a sua difusão. 0 eléctró lito deve estar presente com uma composição constante na proximidade de toda a superfície electródica. Quando as restrições à difusão originam o esgotamento da concentração local, as condições electroquimicas variam, e os resultados podem chegar a ser nocivos, provocando-se desde perdas da eficácia de corrente, até alterações da composição do depósito.

Foram desenvolvidos diversos procedimentos baseados em invenções patenteadas, ou com prática comum nas instalações de electrodeposição.

' 60$0O iwni

Destacam-se entre os procedimentos mais comums: 0 aumento do grau de recirculação do católito ou a sua injecção no espaço interelectrólito, ou o borbulhamento de gás. Todos eles provocam um maior grau de turbulência, melhorando-se desta maneira o transporte de massa.

Este problema que é tipicamente catódico, normalmente não se aplica a os ânodos, já que quando se produz gás no ânodo, as suas borbulhas sobem, produzindo-se suficiente turbulência para superar este problema. No entanto, poder-se-iam fazer considerações semelhantes quando o produto anódico não é um gás.

problema descrito acima torna-se importante também quando se formam depósitos metálicos planos, regulares e lisos sobre a superfície catódica. Todavia, este problema agrava-se ainda mais em casos onde ; os depósitos metálicos se desenvolvem em forma dentrifica altamente porosa e esponjosa. As irregularidades da superfície aumentam progressivamente a resistência da corrente do eléctrolito até pontos perigosos, devido à restrição, ao fluxo e ao grande esgotamento da concentração local.

i ( objecto deste invento é um novo desenho do cátodo, que supera este problema através de um novo método para alimentar o católito.

invento implica o uso de uma estrutura metálica oca como cátodo. A peça oca é formada i por duas placas paralelas, cada uma com a superfície preparada para ser utilizada como superfície electródica. Ambas as placas estão ligadas pelos bordos, uma à outra, de tal maneira que estão separadas de uma distância de

5-10 mm. A chave do invento consiste na alimentação do católito dentro do espaço compreendido pelas placas. A partir daí aquele sai para a superfície exterior através de orifiι

cios finos furados em toda a superfície. Desta maneira, as restrições de corrente impostas pelo depósito estão limitadas à pequena área abastecida por cada orifício. Consequentemente, o seu efeito negativo é drasticamente reduzido como se fossem cátodos de tamanho reduzido e pequeno.

Este invento elimina praticamente a necessidade de técnicas para melhorar a turbulência. A distribuição óptima de orifícios varia com cada sistema electroquimico e consequentemente deverá fazer-se à medida de cada problema prático. Podem-se também utilizar técnicas adicionais para melhorar a turbulência, mas os melhores resultados derivam da proximidade dos orifícios, que se poderão pôr tão próximos entre si, quanto for necessário.

A ideia é representada na figura 1 onde o cátodo está esquematizado em vista frontal e lateral. As placas (1) e (2) são formadas por uma chapa contínua dobrada no fundo (3) e soldada na parte superior a uma peça de metal (4), que actua como condutor homogeneizador da electricidade.

Na superfície catódica efectuaram-se regularmente orifícios (0,5 - 2 mm de diâmetro) (6), a uma distância d adequada para cada sistema. Um valor típico, mas não exclusivo, é de 30 mm.

Estes orifícios podem ser furados directamente na placa metálica, mas uma solução mais prática é ter um botão de plástico ou de outro material não condutor (7) fixado em furos dispostos regularmente, sobre a superfície catódica, sendo os orifícios furados nesses botões. Esta forma particular de realizar o invento na prática, não deve ser considerada nem exclusiva, nem óptima, se bem que implica duas vantagens: os orifícios finos são furados num material mais macio, com a inerente redução de custos

de fabricação, e estabelece-se uma área condutora em volta do orifício, a qual evita que qualquer partícula de metal electrodepositado possa obstrui-lo.

católito introduz-se na parte interior do eléctrodo através do tubo (8). Daí, sai para o espaço interelectródico através dos orifícios.

Os lados laterais do cátodo podem ser fechados por qualquer processo macânico, já que não é essencial para o invento. Não detalharemos aqui nenhuma das múltiplas possibilidades de aspectos da sua construção já que seria inútil.

Este invento foi descrito para ser aplicado principalmente ao eléctrodo negativo de uma cela de electrólise (cátodo), já que este éo caso onde é mais factível já que este é o caso onde é mais factível a sua utilização.

Também pode ser aplicável a um eléctrodo positivo, ânodo, sempre que o fenómeno de transporte de massa possa vir a ser um problema.

Para ilustração do melhoramento de rendimento com a utilização deste invento, descreveremos os seguintes exemplos:

-8EXEMPLO 1

Uma cela de electrodeposição de metais, do tipo descrito nas patentes espanholas números 518.560, 531.038, 531.040 e 533.926 foi utilizada para extrair cobre e cloro de uma solução de cloreto cúprico. Ambos os eléctrodos estão separados da forma cfescrita nas patentes anteriores, por uma membrana de Nafion.

As dimensões das placas do cátodo são de 35 χ 20 cm, em cada face electródica. Usaram-se dois tipos diferentes de cátodos: um ώ titânio, com a superfície plana, regular e lisa, e o outro, com o mesmo material de titânio, segundo a forma descrita neste invento, com orifícios de 1 mm de diâmetro furados em botões de teflon de 6 mm de diâmetro, cada um. A distância entre centros de orifícios adjacentes foi de 30 mm.

A composição do católito foi mantida constante: Cu: 10 g/L; HC1: 10 g/L, NaCl: 250 g/L; Fe: 20 ppm, Pb : 27 ppm; Zn : 11 ppm.

A composição do anólito foi de 250 g/L de salmoura, bastante normal neste tipo de celas.

Usou-se uma desnidade de corrente catódica de 1500 A/m . Não foi significativa a diferença de potencial da cela em cada caso.

Os resultados diferentes obtidos com ambos os tipos de cátodos foram:

Cátodo com placa convencional

Eficácia da corrente catódica

Impurezas no metal de cobre em ppm

Fe

Pb

Zn

Cátodo oco (de acordo com este invento)

88,6

94,0

1

5

As melhorias apreciáveis são mostradas pela eficácia de corrente, bem como pela qualidade do produto.

EXEMPLO 2

Utilizou-se a mesma cela para a elec tsólise de uma solução de cloreto de chumbo.

Utilizou-se um católito com 10 g/L de Pb, 10 g/L de HC1 e 250 g/L de NaCl, com uma densidade o

de corrente catódica de 1500 A/m .

chumbo depositou-se como uma esponja policristalina em ambas os tipos de cátodos, mas a eficácia de corrente foi de 68% no cátodo convencional, en4

quanto que se obtiveram 94,5% utilizando o cátodo oco de acordo com este invento.

Aprecia-se um claro melhoramento no consumo de energia.

Claims

REIVINDICAÇÕES:

1-. - Cátodo aperfeiçoado para beneficio electroquimico de metais, caracterizado por ser um electrodo oco, com perfurações nas placas catódicas dispostos de tal modo que o católito, que é introduzido a pressão adeqfida no interior do cátodo, donde é submetido a um campo eléctrico existente, originando-se a disposição electroquimica sobre a superfície exterior das placas do cátodo dos catiões dissolvidos.
2³. - Cátodo aperfeiçoado para beneficio electroquimico de metais, de acordo com a reivindicação anterior, caracterizado por as perfurações poderam ser realizadas em material isolante incrustado nas placas metálicas condutoras que constituem o cátodo, de modo a evitar que a deposição de metal nas proximidades dos orifícios possa chegar a obstruir os referidos orifícios.
3^â. - Cátodo aperfeiçoado para beneficio electroquimico de metais, de acordo com a reivindicação 1 e 2, caracterizado por o espaço existente entre as perfurações ser determinado pelas caracteristicas do depósito do metal a beneficiar de modo que a distância mais conveniente entre os orifícios por onde sai o católito será tanto menor quanto mais compacto por o depósito a obter.

-124^S. - Cátodo aperfeiçoado para beneficio electroquimico de metais de acordo com as reivindicações 1, 2 e 3, caracterizado por a superfície catódica poder ter formas diferentes da habitual placa plana, tais como cilíndricas ou onduladas, dependendo das caracteristicas da operação electroquimica.