PT85218B

PT85218B - Processo de electrolise

Info

Publication number: PT85218B
Application number: PT85218A
Authority: PT
Inventors: Wolfgang Dietz; Dieter Bruun; Klaus-Jurgen Muller; Conrad Hans Hendrik Reynvaan
Original assignee: Enviro Cell Umwelttechnik Gmbh
Priority date: 1986-07-07
Filing date: 1987-06-30
Publication date: 1993-07-30
Also published as: US4806224A; PT85218A; JPS6314884A; ATE40720T1; EP0252172A1; DE3662060D1; EP0252172B1; DE8619501U1; ES2007633A6

Description

DEUTSCHE CARBONE AKTIENGESELLSCHAFT (Inventores: Dieter Bruun, Wolfgang

Dietz, Dr. Klaus-Jurgen Muller e Dr. Conrad Hans Hendrik Reynvaan) prete_n de obter privilégio de invenção em Portugal.

RESUMO presente invento refere-se a um processo de electrólise em que, para aumentar o factor de enriquecimento se ele_ va o coeficiente de transporte de material do electrólito que circula numa célula de electrólise, no sentido do fluxo de electrólito.

presente invento é aplicável, por exemplo, na indústria mineira.

i i

F ig.1

233

Gu/S i

-2MEMORIA descritiva presente invento refere-se a um processo de electrólise em que se faz circular o electrólito numa cela de electró^ lise e se aumenta o coeficiente de transporte de material por introdução de energia mecânica.

Para a obtenção de transformações electro-químicas, por exemplo em soluções aquosas, utilizam-se as mais variadas construções de celas electro-químicas que no caso de baixas concentrações consistem, por exemplo, em celas com um leito i sólido constituído por grafite granulada, lã metálica, ou es_ puma metálica, ou ainda pilhas de metal distendido. No caso de concentrações elevadas utilizam-se normalmente celas de z

placas. E também sabido que a eficiência de uma cela, especialmente de uma cela de placas, pode ser melhorada por aumento do coeficiente de transporte de material. Este aumento consegue-se, por exemplo, fazendo circular o meio a tratar a velocidades maiores dentro da cela, evacuando o fluido tratado por descargas intermitentes ou então procedendo à i_n trodução doseada no sistema de um pequeno caudal, a montante da cela, ao mesmo tempo que se retira, a jusante da cela, um caudal correspondente. Outros processos para aumentar o coe i ficiente de transporte de material consistem na agitação me.· cânica ou na introdução de gás na cela. As bolhas de gás que sobem através do electrólito favorecem igualmente o aumento do coeficiente de transporte de material. De igual mo do recorre-se também frequentemente ao processo de dar movimento ao eléctrodo a fim de se conseguir um movimento relat_i vo entre o electrólito e o eléctrodo. Este efeito pode ser obtido por vibração do eléctrodo, por revolução do leito sóz lido ou por rotação do eléctrodo. E também conhecido o processo de perturbar ou interromper a camada limite numa cela de placas por meio da movimentação de partículas de outros corpos de forma a aumentar o coeficiente de transporte de ma terial.

z

Igualmente é conhecida a utilização de ultrasons. E

233

Gu/5i

-3também sabido que este último processo tem não só a vantagem de proporcionar um coeficiente de transporte de material ma_i or como, adicionalmente, proporcionar uma redução da deposição de bolhas gasosas pelo facto de estas se soltarem mais facilmente das superfícies.

Um artigo da revista Neue Híjtte, de Setembro de 1982 , págs. 317-322 dá uma boa panorâmica sobre a problemática aqui tratada e sugestBes de solução baseadas em diferentes princí pios de movimentação. Uma dessas sugestães, descrita detalhadamente, refere-se a um outro artigo publicado na revista Erzmetall 1974, págs. 107-114. Descreve-se aí um processo de electrólise em que se faz passar o electrólito através da cela de electrólise. 0 presente invento tem o seu ponto de partida nas últimas técnicas conhecidas.

Deve referir-se ainda um artigo de síntese publicado na Quarterly Reviews 7 (1953), págs. 84-101.

Nas duas primeiras publicaçães anteriormente referidas, o aumento do coeficiente de transporte de material é conseguido pela introdução de energia mecânica mas, de acordo com as técnicas actuais, tem-se exposto as células de electrólise ao efeito de vibraçães mecânicas ou outros meios que produzam o aumento do coeficiente de transporte de material sem, no entanto, prever uma diferenciação em relação ao fluxo de electrólito.

No caso de celas de leito sólido e também no caso de celas de placas subsiste ainda, independentemente do coeficj. ente de transporte de material, o problema de as sobretensães catódica e anódica desde a entrada na cela até à saída da cela não se manterem constantes. (Define-se aqui por ce la eléctro-química uma unidade na qual o cátodo e o ânodo são constituídos cada um por uma peça, não segmentada na direcção do fluxo de electrólito, de modo que seja possível re guiar os potenciais para vários valores).

A modificação das sobretensSes catódica e anódica tem a sua origem no facto de as sobretensões à entrada da cela e

233

Gu/Si

-4à salda da cela serem iguais, mas, no entantc, a intensidade da corrente à saída da cela ser muito inferior. Se a resistência da solução a tratar se mantiver sensivelmente constsn te entre a entrada e a saída da cela, como de um modc geral se verifica, a componente de queda ómica varia também com a intensidade de corrente que vai diminuindo. Dado que a tensão na cela é constante, as sobretensBes têm necessariamente que aumentar. Este facto é representado pela equação

Tensão na cela = sobretensão catódica + sobretensão anó dica + resistência local da cela x intensidade da corrente local.

A variação da sobretensão nos eléctrodos pode ser alta mente perturbante dado que, por efeito dessas sobretensBes, se pode atingir na saída da cela uma situação em que se ver_i fiquem reacçBes secundárias indesejáveis no eléctrodo. Na maioria dos casos verifica-se, por exemplo, a produção de hi drogénio no cátodo.

E do conhecimento geral que quando se utilizam células de leito sólido este problema se pode agudizar pele facto de à saída da cela se apresentar um volume de leito sólido maior ou por o grau de compactação ter aumentado por qualquer outra razão, por exemplo devido a menor granulometria do gra nulado empregue ou a uma compressão mais forte de um enchimento de lã metálica ou espuma metálica. Assim a corrente local que passa nesses pontos poo^aumentar e a contribuição da queda ómica aumenta novamente (vejam-se por exemplo as p_a tentes DE - PS 26 22 497 e 35 32 573).

presente invento tem assim por objectivo proporcionar um processo de electrólise do tipo anteriormente referido no qual a intensidade da corrente b saída da cela seja sensivelmente aumentada, porém, sem que se verifiquem reacçBes secundárias.

Para atingir o objectivo proposto, o presente invento utiliza o expediente, que o caracteriza, de aumentar o coef_i ciente de transporte de material consideravelmente, no senti

233

Gu/5 i

-5do do fluxo do electrólito.

A ideia em que o presente invento se baseia é, portanto, a de aumentar a intensidade da corrente à saída da cela de modo que o coeficiente de transporte de material nessa zo na aumente em relação ao da entrada na cela, por exemplo, submetendo o electrólito a ondas de pressão cuja intensidade à saída da cela seja superior à verificada à entrada na cela.

z

E óbvio que num reservatório aberto por cima, cheio de fluido, cujas paredes se possam pôr em vibração por meio de pancadas, a amplitude das vibraçães na região superior é maior que a verificada na região inferior, na qual as paredes se encontram unidas por um fundo. Se, por exemplo, uma cela electrólitica for constituída por uma caixa rectangular no interior da qual se encontram suspensos os eléctrodos e se esta caixa for posta em vibração por meio de vibradores col£ cados no seu interior, a amplitude das vibraçães na região superior da caixa será maior que a verificada na região inferior. Se se dispuser a entrada na cela na parte inferior da caixa e a saída na cela na parte superior, pode-se portaji to influir sobre o coeficiente de transporte de material ao longo do fluxo de electrólito, designadamente fazendo-o aumentar de forma considerável. Deste modo pode diminuir-se ou mesmo evitar-se a formação de bolhas gasosas à saída da cela.

Deste modo torna-se possível atingir numa única cela um factor de enriquecimento maior sem desenvolvimento de gás no eléctrodo. As reacçBes secundárias indesejáveis podem assim ser evitadas. Em muitas reacções pode partir-se do princípio de que, quando a superfície do eléctrodo começa a ficar carregada de bolhas de gás, a transformação eléctroquímica praticamente terminou.

A razão de enriquecimento que se pode atingir (= concentração à entrada dividida pela concentração à saída) é as. sim essencialmente determinada pela concentração dentro da qual se pode, numa cela, evitar o desenvolvimento de bolhas de gás provocadas por uma reacção secundária. Pelo processo

233

Gu/S i

-6em observação podem obter-se também vantagens significativas conforme se explica pelos cálculos seguintes.

desenvolvimento de bolhas de gás verifica-se quando a diferença entre as intensidades de corrente à entrada e à saída da cela ultrapassa um dado valor G. Esta intensidade de corrente é proporcional ao produto do coeficiente de trans. porte de material pela concentração. Se,se referenciarem por 0 os valores referentes à entrada na cela e por L os valores referentes à saída da cela, por K o coeficiente de transporte e por C a concentração, para que não sobrevenham reacçães secundárias indesejáveis, deve verificar-se a seguinte desigualdade

G > KO x CO - KL x CL

Se se conseguir que o quociente KO : KL = 1 : 2, então a concentração CL será metade da que seria no caso de KO = KL. Isto significa que se pode reduzir a metade a concentração final possível. A variação do coeficiente de transporte de material pode também, sem problemas, ser muito maior, tornando-se também possível obter correspondentemente uma diminuição muito mais marcada da concentração à saída.

invento será em seguida explicado em maior pormenor por meio de um exemplo de concretização do qual se inferam outras características importantes. As figuras anexas dos exemplos mostram;

Fig. 1 - uma vista esquemática de uma cela de electrólise destinada a esclarecer o princípio do processo de electrólise do presente invento.

Fig. 2 - um gráfico em que se representam, a título de exemplo, a amplitude das ondas de pressão ut_i lizadas neste caso, ao longo do comprimento da cela de electrâlise, correspondente à altu ra da cela de electrólise da Fig. 1.

A Fig. 1 mostra um reservatório 1 de uma cela de electrólise que contém um electrólito 2. No electrólito estão

233

Gu/Si

-7mergulhados um ânodo 3 envolvido por um diafragma 4 e vários cátodos 5. 0 electrólito é introduzida continuamente no reservatório 1, através de uma entrada lateral 8 no sentido da seta 9. 0 electrólito sai do reservatório através de uma tu bagem de extravazamento situada no bordo superior do reserva tório ou através de furos ou meios de saída semelhantes previstos nessa região. Sobre o fundo do reservatório encontra -se um tubo de distribuição, não representado que assegura uma distribuição regular do electrólito cujo fluxo se faz no sentido indicado pelas setas 10.

A esquerda na Fig. 1 mostra-se que, para explicar o princípio do processo de acordo com o invento, no sentido do fluxo do electrólito 10, se encontram várias pás agitadoras 11, 12, 13, 14, 15. A pá agitadora inferior 11, que portanto se encontra próximo da entrada do electrólito, é accionada à rotação mais lenta ao passo que a pá agitadora superior 15, situada próximo da saída, é accionada à rotação mais ráp_i da. As pás intermédias 12, 13, 14 são accionadas a rotações intermédias de modo a que a turbulência induzida no electrólito aumente no sentido do fluxo do electrólito 10.

Esta forma de representação pretende apenas esclarecer o princípio em que se baseia o processo do presente invento; na prática o aumento do coeficiente de transporte de material obtém-se por processos diferentes, de preferência por meio de um vibrador 6. Este último é fixado ã parede do reservatório 1, de preferência na região superior deste de modo que as ondas sonoras emitidas tenham a sua amplitude máxima na zona da saída do electrólito. Também se podem fixar à parede do reservatório vários vibradores 6 dando-se nesse caso ao vibrador superior características que impliquem uma ampl_i tude superior à produzida pelo vibrador inferior.

Ficou demonstrado experimentalmente que a excitação de, pelo menos, uma das paredes do reservatório com estes vibradores ou, no mínimo, com um vibrador é suficiente para se atingir o efeito desejado» Não é portanto necessário pôr t_o do o reservatório de electrólise a vibrar como acontecia com

233

Gu/S i

-8as técnicas anteriores, independentemente do facto de por aqu_e les processos não se conseguir fazer variar o coeficiente de transporte de material no sentido do fluxo do electrólito.

Nas reivindicações faz-se referência a outra solução, por exemplo a que consiste em excitar vibrações nos eléctrodos 3 e/ou 5. A todos os princípios é comum o facto de a energia vibratória introduzida no banho ser maior na região de saida do que na região de entrada.

A Fig. 1 mostra ainda que o vibrador 6 emite vibrações no sentido da seta 7 sensivelmente perpendiculares ao plano das placas 3, 5.

A Fig. 2 mostra a título de explicação adicional, um gráfico em que em abcissas se representa a distância, no sentido do fluxo, ao fundo do recipiente. Em ordenadas representam-se as amplitudes das vibrações a que a cela fica submetida. Também neste gráfico se verifica que na região de entrada 16 da cela de electrólise se regista no electról_i to uma amplitude menor do que à saída 17 da cela. Este facto encontra-se traduzido pela curva 18.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1 - Processo de electrólise em que se faz circular um electrólito (2) numa célula (1) e se aumenta o coeficiente de transporte de material por introdução de energia mecânica, caracterizado por o aumento do coeficiente de transporte de material crescer no sentido do fluxo de electrólito (10).
2 - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o aumento do coeficiente de transporte de material ser obtido por existir movimento relativo entre os eléctrodos e o electrólito.
3 - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o aumento do coeficiente de transporte de material ser obtido por se submeter o electrólito a ondas de pres-

66 233

Gu/Si são que se propagam numa direcção sensivelmente perpendicular aos eléctrodos dispostos paralelamente uns aos outros.
4 - Processo de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por a diferença entre os coeficientes de transporte de material no sentido do fluxo de electrólito ser obtida por variação da amplitude da onda de pressão.
5 - Processo de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por a amplitude da onda de pressão na zona da saída da célula ser pelo menos quatro vezes a amplitude na zona de entrada da célula.
6 - Processo de acordo com as reivindicações 4 ou 5, caracterizado por a onda de pressão ser gerada por um ou vários vibradores fixados ao envólucro da célula electro-quími ca.
7 - Processo de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por a variação da amplitude da onda de pressão no seri tido do fluxo de electrólito se obter pela forma como são dispostos os vibradores e/ou pela configuração do envólucro das células.
8 - Processo de acordo com qualquer das reivindicações j anteriores, caracterizado por a transformação eléctro-química se realizar num eléctrodo de leito sólido.