RU2331721C2 - Electrolysis method and electrolytic agent used therein - Google Patents
Electrolysis method and electrolytic agent used therein Download PDFInfo
- Publication number
- RU2331721C2 RU2331721C2 RU2005115463/02A RU2005115463A RU2331721C2 RU 2331721 C2 RU2331721 C2 RU 2331721C2 RU 2005115463/02 A RU2005115463/02 A RU 2005115463/02A RU 2005115463 A RU2005115463 A RU 2005115463A RU 2331721 C2 RU2331721 C2 RU 2331721C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cathode
- deposition
- current density
- metal
- deposition surface
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25C1/00—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of solutions
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25C1/00—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of solutions
- C25C1/12—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of solutions of copper
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25C1/00—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of solutions
- C25C1/16—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of solutions of zinc, cadmium or mercury
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25C1/00—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of solutions
- C25C1/18—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of solutions of lead
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25C5/00—Electrolytic production, recovery or refining of metal powders or porous metal masses
- C25C5/02—Electrolytic production, recovery or refining of metal powders or porous metal masses from solutions
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25C7/00—Constructional parts, or assemblies thereof, of cells; Servicing or operating of cells
- C25C7/02—Electrodes; Connections thereof
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25C7/00—Constructional parts, or assemblies thereof, of cells; Servicing or operating of cells
- C25C7/06—Operating or servicing
- C25C7/08—Separating of deposited metals from the cathode
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
- C22B15/00—Obtaining copper
- C22B15/0063—Hydrometallurgy
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/20—Recycling
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Electrolytic Production Of Metals (AREA)
- Cell Electrode Carriers And Collectors (AREA)
- Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION
Настоящее изобретение относится, в общем, к способу электролиза для извлечения металлов из водного раствора и к усовершенствованному катоду для использования в таком способе. Основное применение раскрытого здесь изобретения связано с извлечением меди, однако изобретение также находит применение при электрохимическом извлечении других металлов, таких как никель, свинец, цинк и т.д.The present invention relates generally to an electrolysis method for extracting metals from an aqueous solution and to an improved cathode for use in such a method. The main use of the invention disclosed herein is associated with the extraction of copper, however, the invention also finds application in the electrochemical extraction of other metals such as nickel, lead, zinc, etc.
Уровень техникиState of the art
В области гидрометаллургии известны способы выщелачивания неблагородных металлов из руд и концентратов с последующим извлечением неблагородного металла в электролизерах. Один из примеров такого способа раскрыт в заявке на патент Австралии № 42999/93 (669906). Данный способ является многостадийным и дает поток насыщенного раствора после выщелачивания минерала в хлоридной среде. Поток насыщенного раствора подвергают электролизу в электролизере для извлечения из раствора металла, который осаждается на катоде электролизера. При высоких плотностях тока на катоде образуется дендритная медь высокой чистоты. В прошлом требовалось периодически извлекать катоды для очистки пластин от осадков металла с тем, чтобы поддерживать выход по току в электролизере.In the field of hydrometallurgy, methods are known for leaching base metals from ores and concentrates, followed by recovery of the base metal in electrolyzers. One example of such a method is disclosed in Australian Patent Application No. 42999/93 (669906). This method is multi-stage and gives a stream of a saturated solution after leaching of the mineral in a chloride medium. The stream of saturated solution is subjected to electrolysis in the electrolysis cell to extract metal from the solution, which is deposited on the cathode of the electrolyzer. At high current densities, high-purity dendritic copper forms on the cathode. In the past, it was necessary to periodically remove the cathodes to clean the plates from metal deposits in order to maintain the current output in the cell.
Оптимизация операции электрохимического извлечения зависит от чистоты потока насыщенного раствора и общих параметров электролизера, таких как плотность тока, цикл очистки, конфигурация электролизера и степень (интенсивность) перемешивания. В соответствии с вышеизложенным цель настоящего изобретения заключается в повышении эффективности операции электрохимического извлечения. В частности, цель заключается в создании способа электролиза и конструкции электролизера, который способен лучше управлять плотностью тока по поверхности осаждения катода с тем, чтобы способствовать как образованию, так и снятию осадка металла.The optimization of the electrochemical extraction operation depends on the purity of the saturated solution stream and the general parameters of the electrolyzer, such as current density, purification cycle, electrolyzer configuration and degree (intensity) of mixing. In accordance with the foregoing, the aim of the present invention is to increase the efficiency of the operation of electrochemical extraction. In particular, the goal is to create an electrolysis method and an electrolytic cell design that is better able to control the current density over the cathode deposition surface in order to facilitate both the formation and removal of the metal deposit.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
В первом аспекте настоящего изобретения предлагается способ электролиза для извлечения металла из водного раствора, согласно которому при электролизе вызывают осаждение растворенного металла на поверхности осаждения катода, включающий в себя этап создания неравномерной плотности тока по поверхности осаждения таким образом, чтобы сформировать участки высокой плотности тока, перемеженные участками низкой плотности тока, при этом различие между участками высокой плотности тока и низкой плотности тока является достаточным для того, чтобы вызвать концентрирование осаждения металла на участках высокой плотности тока для способствования неравномерному осаждению металла по поверхности осаждения.In a first aspect of the present invention, there is provided an electrolysis method for recovering metal from an aqueous solution, wherein during electrolysis, dissolved metal is precipitated on the cathode deposition surface, the method comprising the step of creating an uneven current density over the deposition surface so as to form high current density regions interleaved sections of low current density, while the difference between sections of high current density and low current density is sufficient to It is necessary to cause the concentration of metal deposition in areas of high current density to promote uneven deposition of metal over the deposition surface.
В контексте изобретения поверхность осаждения может иметь цельную конструкцию (монолитное строение) или, альтернативно, может быть выполнена из отдельных элементов, которые могут быть разнесены друг от друга или находиться в непосредственном контакте друг с другом.In the context of the invention, the deposition surface may have an integral structure (monolithic structure) or, alternatively, may be made of separate elements that can be spaced from each other or in direct contact with each other.
Создание неравномерной плотности тока по поверхности осаждения обеспечивает механизм, посредством которого можно управлять осаждением металла на данной поверхности. В частности, это позволяет концентрировать осаждение металла на определенных участках (т.е. участках высокой плотности тока) с тем, чтобы способствовать неравномерному осаждению по поверхности. Неравномерное осаждение металла является выгодным, поскольку его легче снимать с катода, что содействует процессу извлечения металла.Creating a non-uniform current density over the deposition surface provides a mechanism by which the deposition of metal on a given surface can be controlled. In particular, this allows the concentration of metal deposition to be concentrated in certain areas (i.e., areas of high current density) in order to facilitate uneven deposition over the surface. Uneven deposition of the metal is advantageous because it is easier to remove from the cathode, which contributes to the process of metal extraction.
Предпочтительно осаждение металла сильно сконцентрировано на участках высокой плотности тока, так что осаждение металла по поверхности осаждения является фактически прерывистым. При эксплуатации электролизера концентрация осадка металла на участках высокой плотности тока предпочтительно составляет более 80%, а предпочтительнее - более 95%.Preferably, metal deposition is highly concentrated in high current density regions, such that metal deposition over the deposition surface is virtually intermittent. During operation of the electrolyzer, the concentration of the metal deposit in the areas of high current density is preferably more than 80%, and more preferably more than 95%.
Предпочтительно участки высокой плотности тока и низкой плотности тока вытянуты вдоль поверхности в одном направлении и чередуются по поверхности в накрестлежащем направлении. При данной конструкции металл осаждается в виде последовательности в целом линейных полос, что идеально подходит для снятия с использованием зачищающего действия, которое будет более подробно описано ниже.Preferably, the areas of high current density and low current density are elongated along the surface in one direction and alternate on the surface in the opposite direction. With this design, the metal is deposited in the form of a sequence of generally linear stripes, which is ideal for removal using a cleaning action, which will be described in more detail below.
Предпочтительно в способе электролиза вызывают неравномерную плотность тока по поверхности осаждения за счет обеспечения катода, который при эксплуатации электролизера создает неоднородное электрическое поле с участками сильного электрического поля и слабого электрического поля. При данной конструкции участки сильного электрического поля создают участки высокой плотности тока, а участки слабого электрического поля создают участки низкой плотности тока.Preferably, the electrolysis method causes an uneven current density over the deposition surface by providing a cathode that, when the cell is operated, creates an inhomogeneous electric field with areas of a strong electric field and a weak electric field. With this design, areas of a strong electric field create areas of high current density, and areas of a weak electric field create areas of low current density.
Неоднородное электрическое поле может быть создано посредством многочисленных механизмов, включая геометрию поверхности, и путем изменения электрического сопротивления между катодом и анодом вдоль поверхности осаждения или посредством сочетания обоих упомянутых механизмов.An inhomogeneous electric field can be created by numerous mechanisms, including surface geometry, and by changing the electrical resistance between the cathode and anode along the deposition surface, or by combining both of these mechanisms.
Геометрия поверхности влияет на электрическое поле и связана с кривизной данной поверхности. Электрические поля всегда перпендикулярны поверхности и поэтому острые кромки или вершины на поверхности осаждения создают участки более сильного электрического поля по сравнению с участками плоской поверхности или впадинами. Электрическое сопротивление может варьироваться за счет использования разных материалов вдоль поверхности осаждения (например, снабжения участков изолирующим материалом) или за счет изменения длины пути тока между катодом и анодом.The geometry of the surface affects the electric field and is associated with the curvature of the surface. Electric fields are always perpendicular to the surface and therefore sharp edges or peaks on the deposition surface create areas of a stronger electric field compared to areas of a flat surface or troughs. The electrical resistance can vary due to the use of different materials along the deposition surface (for example, supplying sections with insulating material) or due to a change in the current path length between the cathode and anode.
В предпочтительном варианте неоднородное электрическое поле наводится на поверхности осаждения за счет геометрии поверхности и, в частности, за счет формирования последовательности чередующихся по поверхности гребней и впадин. Благодаря данной геометрии при эксплуатации электролизера электрическое поле вдоль гребней является более сильным, чем вдоль впадин. Кроме того, длина пути тока на гребнях короче, чем на впадинах, вследствие чего создается ситуация, при которой имеет место меньшее сопротивление на гребнях по сравнению со впадинами.In a preferred embodiment, an inhomogeneous electric field is induced on the deposition surface due to the geometry of the surface and, in particular, due to the formation of a sequence of ridges and depressions alternating on the surface. Due to this geometry, during operation of the electrolyzer, the electric field along the ridges is stronger than along the troughs. In addition, the current path length on the ridges is shorter than on the troughs, which creates a situation in which there is less resistance on the ridges compared to the troughs.
Изменение плотности тока по поверхности осаждения может быть таким, что имеет место резкое разделение между участками высокой плотности тока и низкой плотности тока, или, альтернативно, может существовать более постепенный (плавный) переход между участками высокой плотности тока и низкой плотности тока.The change in current density over the deposition surface may be such that there is a sharp separation between the areas of high current density and low current density, or, alternatively, there may be a more gradual (smooth) transition between areas of high current density and low current density.
Заявитель установил, что создание постепенного перехода между участками наибольшей и наименьшей плотности тока все же обеспечивает хорошие профили осаждения для того, чтобы способствовать по существу прерывистому росту по поверхности осаждения. В частности, заявитель установил, что использование катода, который включает в себя поверхность осаждения с гребнями и впадинами и в котором отсутствуют резкие переходы между гребнями и впадинами так, что имеет место более постепенное изменение между наибольшей плотностью тока и наименьшей плотностью тока, обеспечивает высокие рабочие характеристики. Данная конструкция вызывает вторичные эффекты, которые способствуют концентрированию осаждения металла на гребнях, как подробнее изложено ниже, а также обеспечивает более простое снятие металла, поскольку она позволяет более легко осуществлять доступ ко всей поверхности осаждения, в противоположность резкому переходу между гребнем и впадиной, способному создавать участки, к которым трудно подступиться.Applicant has found that creating a gradual transition between the areas of highest and lowest current density still provides good deposition profiles in order to promote substantially intermittent growth over the deposition surface. In particular, the applicant has found that the use of a cathode, which includes a deposition surface with ridges and depressions and in which there are no abrupt transitions between ridges and depressions so that a more gradual change occurs between the highest current density and the lowest current density, provides high working characteristics. This design causes secondary effects that contribute to the concentration of metal deposition on the ridges, as described in more detail below, and also provides easier metal removal, since it allows easier access to the entire deposition surface, as opposed to a sharp transition between the ridge and the cavity, which can create areas that are difficult to approach.
В предпочтительном варианте, в котором электролизер предназначен для выделения меди из водного раствора, плотность тока на участках высокой плотности тока находится в диапазоне от 500 до 2500 А/м2, а предпочтительнее - составляет 1000 А/м2. Плотность тока на участках низкой плотности тока предпочтительно находится в диапазоне от 0 до 1250 А/м2, а предпочтительнее - от 0 до 500 А/м2.In a preferred embodiment, in which the electrolyzer is designed to separate copper from an aqueous solution, the current density in the areas of high current density is in the range from 500 to 2500 A / m 2 , and more preferably is 1000 A / m 2 . The current density in the areas of low current density is preferably in the range from 0 to 1250 A / m 2 , and more preferably from 0 to 500 A / m 2 .
В случае постепенного перехода между участками наибольшей плотности тока и наименьшей плотности тока разделение между участками «высокой плотности тока» и «низкой плотности тока» является в некоторой степени произвольным. При данной конструкции переходную область можно рассматривать как участок умеренного (среднего) тока, который, в свою очередь, располагается между соседними участками «высокой плотности тока» и участками «низкой плотности тока».In the case of a gradual transition between the sections of the highest current density and the lowest current density, the separation between the sections of "high current density" and "low current density" is somewhat arbitrary. With this design, the transition region can be considered as a section of moderate (average) current, which, in turn, is located between adjacent sections of "high current density" and sections of "low current density".
Предпочтительно способ дополнительно включает в себя этап снятия осажденного металла с поверхности осаждения путем проведения элемента по поверхности.Preferably, the method further includes the step of removing the deposited metal from the deposition surface by conducting the element on the surface.
Предпочтительно в той конструкции, где участки высокой плотности тока и низкой плотности тока вытянуты вдоль поверхности в одном направлении и чередуются по поверхности в накрестлежащем направлении, элемент перемещают в том направлении, в котором вытянуты участки высокой и низкой плотности тока.Preferably, in the design where the high current density and low current density sections are elongated along the surface in one direction and alternate on the surface in the opposite direction, the element is moved in the direction in which the high and low current density sections are stretched.
Предпочтительно осажденный металл снимают элементом при поддержании электрического тока в водном растворе. В этом случае технологический процесс может быть по существу непрерывным.Preferably, the deposited metal is removed by the element while maintaining an electric current in the aqueous solution. In this case, the process can be substantially continuous.
В еще одном своем аспекте настоящее изобретение относится к электролизеру для электрохимического извлечения металла из водного раствора, содержащему катод, который включает в себя поверхность осаждения, на которую осаждается металл при электролизе водного раствора, причем во время работы электролизера поверхность осаждения имеет неоднородное электрическое поле, так что имеются участки сильного электрического поля, перемеженные участками слабого электрического поля, причем различие между участками сильного электрического поля и слабого электрического поля является достаточным для того, чтобы вызвать концентрирование осаждения металла на участках сильного электрического поля для способствования неравномерному осаждению металла на поверхности.In yet another aspect, the present invention relates to an electrolytic cell for electrochemical extraction of metal from an aqueous solution containing a cathode, which includes a deposition surface onto which the metal is deposited during electrolysis of the aqueous solution, and during operation of the electrolyzer, the deposition surface has an inhomogeneous electric field, so that there are sections of a strong electric field interspersed with sections of a weak electric field, and the difference between the sections of a strong electric field and the God electric field is sufficient to cause the concentration of metal deposition in areas of strong electrical field to promote non-uniform deposition of metal on the surface.
Предпочтительно участки сильного электрического поля и слабого электрического поля вытянуты вдоль поверхности в одном направлении и чередуются по поверхности в накрестлежащем направлении. В особо предпочтительном варианте поверхность осаждения катода содержит набор чередующихся гребней и впадин, при этом гребни образуют участки сильного электрического поля, а впадины образуют участки слабого электрического поля.Preferably, the areas of strong electric field and weak electric field are elongated along the surface in one direction and alternate on the surface in the opposite direction. In a particularly preferred embodiment, the deposition surface of the cathode contains a set of alternating ridges and depressions, while the ridges form areas of a strong electric field, and depressions form areas of a weak electric field.
Профилирование поверхности осаждения с получением набора чередующихся гребней и впадин дает существенное преимущество в части способствования, по существу, прерывистому осаждению металла на катоде. Такое профилирование обычно способствует осаждению металла в виде роста дендритов на каждом из гребней. Полученные в результате дендриты обеспечивают преимущество легкого снятия (как описано ниже). Такой профиль не только обеспечивает в начале работы электролизера подходящую неравномерную плотность тока для концентрирования осаждения металла на гребнях в виде дендритов, но также способствует сохранению прерывистого роста по мере продолжения процесса. Должно быть понятно, что, как только металл осаждается на поверхность осаждения, осажденный металл образует продолжение поверхности осаждения. Преимущество применения конструкции с гребнями и впадинами состоит в том, что по мере роста на гребнях дендриты имеют тенденцию «затенять» впадины, что дополнительно препятствует осаждению металла во впадинах. Кроме того, водный раствор проявляет склонность к застаиванию во впадинах, что дополнительно препятствует осаждению металла во впадинах. При испытаниях, проведенных заявителем с использованием профиля из чередующихся гребней и впадин, более 98,8% металла осаждалось на гребнях поверхности осаждения.Profiling the deposition surface to produce a set of alternating ridges and depressions provides a significant advantage in contributing to the substantially intermittent deposition of metal at the cathode. Such profiling usually promotes the deposition of metal in the form of dendrite growth on each of the ridges. The resulting dendrites provide the advantage of easy removal (as described below). Such a profile not only provides a suitable uneven current density at the beginning of operation of the electrolyzer for concentrating metal deposition on ridges in the form of dendrites, but also helps to maintain intermittent growth as the process continues. It should be understood that, as soon as the metal is deposited on the deposition surface, the deposited metal forms a continuation of the deposition surface. The advantage of using a structure with ridges and depressions is that, as the crests grow, dendrites tend to “obscure” the depressions, which further prevents the deposition of metal in the depressions. In addition, the aqueous solution tends to stagnate in the depressions, which further prevents the deposition of metal in the depressions. In tests conducted by the applicant using a profile of alternating ridges and depressions, more than 98.8% of the metal was deposited on the ridges of the deposition surface.
Хотя полезные эффекты от использования гребней и впадин могут быть достигнуты с множеством профилей, заявители установили, что хорошие результаты обеспечиваются периодическим профилем, у которого поверхности между верхом гребня и основанием впадины являются, по существу, линейными и имеют внутренний угол приблизительно 60° между соседними поверхностями. Кроме того, шаг между соседними гребнями предпочтительно составляет порядка 10-40 мм, предпочтительнее - 15-25 мм, а глубина между гребнем и впадиной составляет порядка 8-32 мм, а предпочтительнее находится в диапазоне 12-20 мм. Установлено, что поверхность осаждения с данными характеристиками дает, по существу, прерывистые осадки металла. Дополнительное преимущество состоит в том, что данный профиль позволяет очищать поверхность, по существу, без создания «горячих пятен» по плотности тока, что привело бы к загрязнению осадков металла. Если плотность тока в каком-то месте слишком высока, то по мере протекания осаждения это ведет к концентрационной поляризации (что имеет место вокруг растущего осадка). Если указанное явление случается, то в осаждающемся металле (например, в меди) может появиться сравнительно большее количество примесных включений. Поэтому важно управлять плотностью тока в данном месте. Преимущество вышеупомянутого профиля состоит в том, что участки высокой плотности тока, на которых осаждается металл, продолжают занимать значительную часть общей площади катода (т.е. примерно 25-35% от общей площади поверхности осаждения). При данной конструкции ток может поддерживаться на, по существу, постоянном значении независимо от того, является ли поверхность чистой от осадков металла или осаждение уже произошло. Как таковая отсутствует необходимость в наращивании тока при запуске (включении) электролизера, поскольку сам профиль не склонен создавать сильные «горячие пятна» по плотности тока, которые, вероятно, вызывают проблемы в начале осаждения металла.Although the beneficial effects of using ridges and troughs can be achieved with a variety of profiles, applicants have found that good results are achieved by a periodic profile in which the surfaces between the top of the ridge and the base of the trough are substantially linear and have an internal angle of approximately 60 ° between adjacent surfaces . In addition, the pitch between adjacent ridges is preferably of the order of 10–40 mm, more preferably 15–25 mm, and the depth between the ridge and depression is of the order of 8–32 mm, and is preferably in the range of 12–20 mm. It has been found that a deposition surface with these characteristics gives substantially discontinuous metal deposits. An additional advantage is that this profile allows you to clean the surface, essentially, without creating "hot spots" in current density, which would lead to contamination of metal deposits. If the current density in some place is too high, then as the deposition proceeds, this leads to concentration polarization (which takes place around the growing sediment). If this phenomenon occurs, then a relatively large amount of impurity inclusions can appear in the deposited metal (for example, in copper). Therefore, it is important to control the current density at a given location. An advantage of the aforementioned profile is that the high current density portions on which the metal is deposited continue to occupy a significant portion of the total cathode area (i.e., approximately 25-35% of the total deposition surface area). With this design, the current can be maintained at a substantially constant value regardless of whether the surface is clean of metal precipitation or precipitation has already occurred. As such, there is no need to increase the current when starting (turning on) the electrolyzer, since the profile itself is not inclined to create strong "hot spots" in current density, which are likely to cause problems at the beginning of metal deposition.
В особо предпочтительном варианте катод включает в себя лист с по меньшей мере одной основной поверхностью, которая образует поверхность осаждения катода, при этом лист предварительно отформован для придания ему чередующихся гребней и впадин. Следовательно, лист может задавать гофрированный профиль. Данная операция предварительно формования предпочтительно достигается путем складывания (сгибания) листа, но она может выполняться любым другим подходящим способом, таким как штампование, фрезерование, обжим, литье или их сочетания.In a particularly preferred embodiment, the cathode includes a sheet with at least one main surface that forms a deposition surface of the cathode, the sheet being preformed to give it alternating ridges and depressions. Therefore, the sheet may define a corrugated profile. This pre-molding operation is preferably achieved by folding (folding) the sheet, but it can be performed in any other suitable way, such as stamping, milling, crimping, casting, or combinations thereof.
В особо предпочтительном варианте лист выполнен из титана или аналогичного стойкого к окислению материала. Несмотря на то, что могут быть использованы другие стойкие к окислению материалы, такие как платина, нержавеющая сталь, коррозионно-стойкие металлические сплавы, титан является наиболее предпочтительным вследствие его высокой стойкости к окислению, его способности сопротивляться формированию металлургической связи с такими металлами, как медь, и вследствие его относительной доступности.In a particularly preferred embodiment, the sheet is made of titanium or similar material resistant to oxidation. Although other oxidation-resistant materials such as platinum, stainless steel, and corrosion-resistant metal alloys can be used, titanium is most preferred because of its high oxidation resistance and its ability to resist the formation of metallurgical bonds with metals such as copper , and due to its relative availability.
Дополнительное преимущество от использования гофрированного профиля состоит в том, что он содействует сохранению размерной стабильности листа. Данная конструкция может способствовать преодолению недостатков известных из уровня техники конструкций, в которых листовые катоды были склонны изгибаться и деформироваться. Кроме того, когда металл осаждается на листе в виде растущих дендритов или кристаллитов, размерная стабильность листа позволяет использовать способы зачистки для простого удаления осадка с листа. Заявители установили, что титановые листы толщиной порядка 1,6 мм обеспечивают достаточную размерную стабильность для данного способа.An additional advantage of using a corrugated profile is that it helps to maintain dimensional stability of the sheet. This design can help overcome the disadvantages of prior art designs in which sheet cathodes tend to bend and deform. In addition, when the metal is deposited on the sheet in the form of growing dendrites or crystallites, the dimensional stability of the sheet allows the use of stripping methods to easily remove sediment from the sheet. Applicants have found that titanium sheets with a thickness of the order of 1.6 mm provide sufficient dimensional stability for this method.
Предпочтительно лист выполнен с возможностью прикрепления при работе к проводящему верхнему брусу. Данный верхний брус при работе служит опорой катода и подводит к нему электроны.Preferably, the sheet is adapted to be attached during operation to the conductive top beam. This upper beam during operation serves as a support for the cathode and brings electrons to it.
В одном из вариантов противоположные основные поверхности складчатого листа используют в качестве поверхностей осаждения при эксплуатации катода.In one embodiment, opposing major surfaces of the folded sheet are used as deposition surfaces during cathode operation.
В альтернативном варианте катод выполнен в виде составной конструкции и дополнительно содержит проводящий элемент, который простирается (вытянут) вдоль листа. Проводящий элемент электрически соединен с листом с тем, чтобы при работе снабжать поверхность осаждения электронами в процессе электролиза. Одно из преимуществ использования проводящего элемента, который вытянут вдоль листа, заключается в том, что он сводит к минимуму омическое падение напряжения, которое возникает, когда электроны подводятся только с одного края листа. Второе преимущество использования проводящего элемента заключается в том, что он может иметь достаточный размер для придания листу жесткости с тем, чтобы дополнительно способствовать сохранению размерной стабильности катода. Следовательно, при составной конструкции можно использовать более тонкие листовые конструкции для поверхности(-ей) осаждения.In an alternative embodiment, the cathode is made in the form of a composite structure and further comprises a conductive element that extends (stretched) along the sheet. The conductive element is electrically connected to the sheet so as to supply the deposition surface with electrons during electrolysis during operation. One of the advantages of using a conductive element that extends along the sheet is that it minimizes the ohmic voltage drop that occurs when electrons are fed from only one edge of the sheet. A second advantage of using a conductive element is that it can be of sufficient size to stiffen the sheet so as to further maintain the dimensional stability of the cathode. Therefore, with the composite structure, thinner sheet structures for the deposition surface (s) can be used.
В предпочтительном варианте этой последней конструкции катод содержит второй лист, который соединен с первым листом и который имеет основную поверхность, которая образует вторую поверхность осаждения катода, при этом второй лист предварительно отформован для придания ему чередующихся гребней и впадин вдоль этой поверхности осаждения. Предпочтительно второй лист соединен с первым листом катода так, чтобы сформировать множество полостей, которые вытянуты в направлении чередующихся гребней и впадин. По меньшей мере некоторые из данных полостей выполнены с возможностью размещения в них проводящего элемента катода.In a preferred embodiment of this latter construction, the cathode comprises a second sheet that is connected to the first sheet and which has a main surface that forms a second cathode deposition surface, the second sheet being preformed to give it alternating ridges and depressions along this deposition surface. Preferably, the second sheet is connected to the first sheet of the cathode so as to form a plurality of cavities that are elongated in the direction of alternating ridges and depressions. At least some of these cavities are arranged to accommodate a cathode conductive element therein.
В предпочтительном варианте зачищающее устройство выполнено с возможностью проведения по поверхности осаждения катода для того, чтобы снимать осажденный материал с поверхности осаждения. В особо предпочтительном варианте, в котором катод содержит профиль из гребней и впадин, зачищающее устройство содержит множество выступов, которые выполнены с возможностью помещения в соответствующие впадины поверхности осаждения. В предпочтительном варианте эти выступы выполнены из керамического материала, но они могут быть выполнены из любого другого коррозионно-стойкого материала.In a preferred embodiment, the stripping device is arranged to conduct along the deposition surface of the cathode in order to remove the deposited material from the deposition surface. In a particularly preferred embodiment, in which the cathode comprises a profile of ridges and depressions, the stripping device comprises a plurality of protrusions that are adapted to fit into the depressions of the deposition surface. In a preferred embodiment, these protrusions are made of ceramic material, but they can be made of any other corrosion-resistant material.
В предпочтительном варианте выступы имеют возможность перемещения между первым и вторым положением и выполнены с возможностью проведения по поверхности в любом из данных положений. В первом положении элемент находится в контакте с поверхностью осаждения или в непосредственной близости к ней, так что снимает по существу весь осажденный материал с этой поверхности. Во втором положении элемент предпочтительно отстоит от поверхности осаждения и выполнен с возможностью для снятия осажденного материала, который выступает на заданное расстояние от поверхности осаждения.In a preferred embodiment, the protrusions are movable between the first and second positions and are arranged to surface along any of these positions. In the first position, the element is in contact with or in close proximity to the deposition surface, so that it removes substantially all of the deposited material from this surface. In the second position, the element is preferably spaced from the deposition surface and configured to remove the deposited material that protrudes a predetermined distance from the deposition surface.
В еще одном своем аспекте настоящее изобретение относится к катоду для использования в любом из вышеописанных вариантов способа или электролизера.In yet another aspect, the present invention relates to a cathode for use in any of the above embodiments of a method or cell.
В еще одном своем аспекте настоящее изобретение относится к зачищающей системе для использования в любом из вышеописанных вариантов электролизера.In yet another aspect, the present invention relates to a cleaning system for use in any of the above cell options.
В еще одном своем аспекте настоящее изобретение относится к катоду для использования в электролизере для электрохимического извлечения металла из водного раствора, содержащему поверхность осаждения с множеством гребней, перемеженных множеством впадин, причем профиль катода предназначен вызывать во время работы электролизера концентрирование осаждения металла на гребнях для способствования неравномерному осаждению металла на этой поверхности.In yet another aspect, the present invention relates to a cathode for use in an electrolytic cell for electrochemical extraction of metal from an aqueous solution containing a deposition surface with a plurality of ridges interspersed with a plurality of depressions, the cathode profile being intended to cause the deposition of metal on the ridges to concentrate during the operation of the cell to facilitate uneven metal deposition on this surface.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
Хотя существуют разнообразные варианты, которые могут находится в пределах объема настоящего изобретения, ниже, исключительно в качестве примера, приведено описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:Although there are various variations that may fall within the scope of the present invention, the following, by way of example only, describes preferred embodiments of the invention with reference to the accompanying drawings, in which:
Фиг.1 представляет собой обобщенную блок-схему переработки и извлечения меди;Figure 1 is a generalized block diagram of the processing and extraction of copper;
Фиг.2 представляет собой вид в разрезе электролизера в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения с наборами скребков электролизера в закрытом положении;Figure 2 is a view in section of an electrolytic cell in accordance with one embodiment of the invention with sets of scrapers of the electrolytic cell in the closed position;
Фиг.3 представляет собой вид сбоку в разрезе электролизера по Фиг.2;Figure 3 is a side view in section of the electrolyzer of Figure 2;
Фиг.4 представляет собой вид в разрезе электролизера по Фиг.2 со скребками в открытом положении;Figure 4 is a sectional view of the cell of Figure 2 with scrapers in the open position;
Фиг.5 представляет собой местный вид рычажного механизма в сборе в электролизере по Фиг.2;Figure 5 is a partial view of the lever mechanism assembly in the cell of Figure 2;
Фиг.6 представляет собой вид в перспективе с местным разрезом электролизера по Фиг.2;Fig.6 is a perspective view with a local section of the electrolyzer of Fig.2;
Фиг.7 представляет собой увеличенный схематический вид скребков, расположенных в открытом положении сверху катодных пластин;7 is an enlarged schematic view of the scrapers located in the open position on top of the cathode plates;
Фиг.8 представляет собой увеличенный местный вид скребков в закрытом положении;Fig is an enlarged local view of the scrapers in the closed position;
Фиг.9 представляет собой вид спереди катодной панели, использованной в электролизере по Фиг.2;Fig.9 is a front view of the cathode panel used in the electrolyzer of Fig.2;
Фиг.10 представляет собой вид с торца панели по Фиг.9;Figure 10 is an end view of the panel of Figure 9;
Фиг.11 представляет собой схематический вид в перспективе скребка, находящегося в зацеплении с катодом в электролизере по Фиг.2;11 is a schematic perspective view of a scraper meshed with the cathode in the electrolyzer of FIG. 2;
Фиг.12 представляет собой вид в разрезе по линии XII-XII на Фиг.11;Fig is a view in section along the line XII-XII in Fig.11;
Фиг.13 представляет собой местный вид конструкции лезвия скребков, использованных в электролизере по Фиг.2;Fig.13 is a local view of the design of the blade of the scrapers used in the electrolyzer of Fig.2;
Фиг.14 и 15 представляют собой варианты конструкции лезвия, изображенного на Фиг.13;Fig and 15 are variants of the design of the blade depicted in Fig;
Фиг.16 представляет собой схематический вид в перспективе альтернативной конструкции катода, предназначенного для использования в электролизере по Фиг.2; иFIG. 16 is a schematic perspective view of an alternative construction of a cathode for use in the cell of FIG. 2; and
Фиг.17 представляет собой вид в разрезе по линии XVII-XVII катода по Фиг.16.Fig.17 is a view in section along the line XVII-XVII of the cathode of Fig.16.
Варианты осуществления изобретенияEmbodiments of the invention
На Фиг.1 схематически представлен комплексный процесс 100, включающий в себя выщелачивание и электрохимическое извлечение 104 металла. В предпочтительном варианте осуществления данного процесса измельченный сульфид меди 106 подают в многоступенчатый процесс противоточного выщелачивания, в котором металлы переводят в раствор путем окисления выщелачивателем. В предпочтительном варианте выщелачиватель содержит комплексное галогенидное вещество, которое образуется на аноде на последующей стадии электролиза и подается обратно на стадию выщелачивания в виде части рециклируемого электролита 108.Figure 1 schematically shows a complex process 100, including leaching and electrochemical extraction 104 of metal. In a preferred embodiment of this process, the crushed copper sulfide 106 is fed into a multi-stage countercurrent leaching process in which the metals are brought into solution by oxidation with a leach agent. In a preferred embodiment, the leachant contains a complex halide substance that is formed on the anode in a subsequent electrolysis step and fed back to the leach step as part of the recycled electrolyte 108.
Растворенные металлы в желательных степенях окисления выводят из процесса выщелачивания на различных его ступенях в продукте выщелачивания. Продукт выщелачивания пропускают через стадию фильтрации 110 для удаления нежелательных твердых частиц, таких как сера и оксид железа(III). Затем продукт выщелачивания подают на стадию очистки 112 для удаления металлов, которые могут в противном случае загрязнять последующий электролиз (таких как серебро и ртуть). Загрязняющие металлы могут быть осаждены в виде оксида или карбоната металла.Dissolved metals in the desired oxidation state are removed from the leaching process at various stages in the leachate. The leachate is passed through a filtration step 110 to remove unwanted solid particles such as sulfur and iron oxide (III). The leachate is then fed to purification step 112 to remove metals that could otherwise contaminate subsequent electrolysis (such as silver and mercury). Polluting metals may be precipitated as metal oxide or carbonate.
Затем очищенный продукт выщелачивания подают на стадию электролиза 104, которая может быть реализована во множестве групп электролизеров (электролитических ячеек), соединенных последовательно и/или параллельно. В каждой группе возможно получение разного металла, при этом металлическую медь обычно электрохимически извлекают в электролизерах первой группы, а такие металлы, как цинк, свинец и никель, извлекают в электролизерах последующих или параллельных групп. Процесс электролиза обычно проводят так, что на аноде получают сильно окислительный выщелачиватель (такой как комплексное галогенидное вещество). Затем отработанный электролит (анолит) возвращают (рециклируют) на стадию выщелачивания с содержащимся в нем сильно окислительным выщелачивателем, который участвует в дальнейшем противоточном выщелачивании. Следовательно, процесс можно проводить непрерывно.Then, the purified leachate is fed to the electrolysis stage 104, which can be implemented in many groups of electrolytic cells (electrolytic cells) connected in series and / or in parallel. In each group, it is possible to obtain a different metal, while metallic copper is usually electrochemically extracted in the electrolyzers of the first group, and metals such as zinc, lead and nickel are extracted in electrolyzers of subsequent or parallel groups. The electrolysis process is usually carried out so that a strongly oxidizing leach (such as a complex halide substance) is obtained at the anode. Then the spent electrolyte (anolyte) is returned (recycled) to the leaching stage with the strongly oxidizing leach contained in it, which is involved in further countercurrent leaching. Therefore, the process can be carried out continuously.
Настоящее изобретение связано с оптимизацией электрохимического извлечения металлов и относится к существенным конструктивным усовершенствованиям в процессе электролиза, включая усовершенствованные конструкцию и геометрическую форму катода.The present invention relates to the optimization of electrochemical extraction of metals and relates to significant structural improvements in the electrolysis process, including improved design and geometric shape of the cathode.
Обращаясь теперь к Фиг.2-5, электролизер 10 для использования в процессе 100 содержит ряд катодных пластин 11, которые расположены в электролизной ванне 50 с анодами 12 в промежутках между ними. Электролит, подаваемый в электролизер, обеспечивает протекание электрического тока между анодами и катодами. Внешние поверхности 13, 14 соответствующих катодов образуют в электролизере поверхность осаждения, на которой во время работы электролизера 10 осаждается извлекаемый металл. Как подробнее описано ниже, катодные пластины выполнены из, в целом, гофрированного профиля с чередующимися гребнями и впадинами с тем, чтобы воздействовать на режим осаждения металла на соответствующих поверхностях 13 и 14 осаждения.Turning now to FIGS. 2-5, the
Электролизер 10 содержит зачищающую систему 15, которая содержит множество скребковых наборов 16, предназначенных для входа с сопряжением между соответствующими катодами и анодами, при этом скребки 17 соответствующих скребковых наборов 16 предназначены для перемещения по поверхностям 13 и 14 осаждения соответствующих катодов 11 с тем, чтобы снимать осадки металла с данных поверхностей. Скребки 17 выполнены с возможностью зачистки соответствующих поверхностей 13 и 14 осаждения через заданные промежутки с тем, чтобы вызвать падение отделенного металла на дно электролизера 10, где он перемещается на конвейер 18 для удаления из электролизера.The
Для достижения данного зачищающего действия в зачищающей системе 15 предусмотрены два принципиальных перемещения, при этом первое представляет собой вертикальное перемещение, обеспечивающее возможность движения скребковых наборов 16 между верхом и низом соответствующих катодов 11, а второе обеспечивает возможность перемещения скребков 17 каждого набора 16 из открытого положения (нагляднее всего показанного на Фиг.7) в закрытое положение (нагляднее всего показанное на Фиг.8).To achieve this cleaning action, two fundamental movements are provided in the
Скребковые наборы 16 установлены на раме 32, которая закреплена на своем верхнем конце к четырем опорным стойкам 19, 20, 21 и 22. Каждая из этих стоек содержит винтовую канавку 23, которая взаимодействует с червячным колесом 24, соединенным с рамой 32. Таким образом, рама 32 перемещается относительно стоек. Электродвигатель 25, закрепленный на поперечной балке 26, предназначен для привода червячных колес 24 для обеспечения вертикального перемещения скребковых наборов относительно поверхностей 13 и 14 осаждения. Во время данной операции скребки способны перемещаться между нижним положением, изображенным на Фиг.2, и верхним положением, изображенным на Фиг.4.
Рама 32 служит опорой для рычажного механизма 27, который, в свою очередь, соединен со скребковыми наборами 16. Рычажный механизм 27 содержит пару соединительных пластин 28 с каждой стороны скребковых наборов 16, которые соединены с соответствующими соединительными тягами 29. Кулиса 30 шарнирно соединена с соответствующими парами соединительных пластин 28 посредством поворотных осей 31. Рычаги 40 кулис проходят из кулисы 30 к скребковых наборам 16 для обеспечения опоры для каждого конца скребковых наборов. Соединительные тяги 29 приспособлены для вертикального перемещения посредством второго привода 41. В изображенном варианте второй привод выполнен в виде червячных колес, которые взаимодействуют с винтовыми канавками, выполненными на соответствующих соединительных тягах. Червячные колеса вращаются и вызывают поворот соединительных тяг 29 для приведения данных тяг в вертикальное движение относительно рамы 32, что, в свою очередь, приводит в движение кулису 30 для перемещения скребков между их открытым и закрытым положениями. Второй привод можно амортизировать для предотвращения пережима и заклинивания скребков на катоде. Амортизацию можно обеспечить пружинной муфтой или путем использования пневмоцилиндра вместо червячного колеса.The
Как лучше всего показано на Фиг.6, каждая линия катодов в электролизере 10 выполнена из множества катодных пластин 11, которые соединены с верхним брусом 34 так, что отдельные пластины подвешены в ванне 50. Верхний брус 34 является проводящим и подключен к источнику питания для подвода электронов к катоду.As best shown in FIG. 6, each cathode line in the
Обычно электролит имеет высокую коррозионную активность вследствие характерной 5-молярной или более высокой концентрации галогенидов щелочных или щелочно-земельных металлов. Для обеспечения возможности работы деталей в данной среде зачищающая система 15 выполнена из коррозионно-стойкого материала, которым предпочтительно является титан. К другим подходящим материалам относятся платина, нержавеющая сталь, коррозионно-стойкие металлические сплавы (например, Hastalloy C 22) или даже некоторые пластики. Кроме того, титан наиболее предпочтителен для катода вследствие его прекрасной коррозионной стойкости и его способности противостоять образованию металлургической связи с таким металлом, как медь, и благодаря его относительной доступности (и потому выгодности с точки зрения затрат). Сопротивление титана образованию металлургической связи улучшает способность пластин к зачистке с использованием вышеописанной зачищающей системы.Typically, an electrolyte has high corrosivity due to a characteristic 5 molar or higher concentration of alkali or alkaline earth metal halides. To enable parts to work in this environment, the
Фиг.9 и 10 иллюстрируют конструкцию отдельных катодных пластин 11. В изображенном варианте катодная пластина 11 выполнена из титанового листа с толщиной, которая предпочтительно составляет примерно 1,6 мм. Заявитель определил, что листы данной толщины придают катодной пластине необходимую жесткость для предотвращения коробления во время работы. Титановый лист складывают с образованием в целом гофрированного профиля таким образом, чтобы обеспечить на каждой поверхности 13, 14 осаждения чередующиеся впадины и гребни 35, 36 соответственно. Данные складки проходят по всей длине катода от его верхней кромки 37 до нижней кромки 38 соответственно.Figures 9 and 10 illustrate the construction of
В изображенном варианте расстояние между соседними гребнями 36 составляет 20 мм, а глубина между вершиной гребней 36 и дном впадин 35 составляет приблизительно 16 мм. Поверхности 43 стенок, образованные на гофрированном листе, являются в целом линейными и имеют внутренний угол при вершине гребней и дне впадин в приблизительно 60°.In the depicted embodiment, the distance between
Основная цель придания складок катоду состоит в воздействии на плотность тока на поверхностях 13, 14 осаждения во время работы электролизера. В частности, складки на поверхности осаждения вызывают неравномерное электрическое поле на данной поверхности во время работы электролизера.The main purpose of giving folds to the cathode is to influence the current density on the deposition surfaces 13, 14 during operation of the electrolyzer. In particular, folds on the deposition surface cause an uneven electric field on this surface during operation of the cell.
Гофрированная поверхность осаждения на катоде создает полосы высокой плотности тока вдоль гребней катода вследствие соответствующего им сильного электрического поля на данных участках и относительно низких плотностей тока во впадинах. Это вызывает концентрированное осаждение металла на участках высокой плотности тока и способствует неравномерному осаждению по поверхности, так что подавляющая часть осаждения приходится на области 35 гребней поверхности осаждения. Создание по существу прерывистого осаждения улучшает способность к снятию извлеченного металла с катода с использованием зачищающей системы 15.The corrugated deposition surface on the cathode creates high current density bands along the cathode ridges due to the corresponding strong electric field in these areas and relatively low current densities in the valleys. This causes concentrated metal deposition in high current density areas and contributes to uneven surface deposition, so that the vast majority of the deposition occurs in the
Профиль поверхности осаждения с впадинами и гребнями вызывает неравномерное электрическое поле за счет двух механизмов. Во-первых, вследствие геометрии профиля электрическое поле будет более сильным на гребнях, чем во впадинах, из-за кривизны этой поверхности. В целом, линии электрического поля всегда перпендикулярны поверхности. Поэтому на каждом гребне будет иметь место концентрирование поля вдоль данных точек. Во-вторых, путь электрического тока на гребнях короче пути электрического тока на впадинах. В результате на гребнях имеется меньшее сопротивление, чем во впадинах.The deposition surface profile with depressions and ridges causes an uneven electric field due to two mechanisms. Firstly, due to the geometry of the profile, the electric field will be stronger on the ridges than in the troughs, due to the curvature of this surface. In general, electric field lines are always perpendicular to the surface. Therefore, on each ridge there will be a concentration of the field along these points. Secondly, the path of electric current on ridges is shorter than the path of electric current on cavities. As a result, there is less resistance on ridges than in troughs.
Кроме того, использование гофрированного профиля на катоде обеспечивает возможность более точного управления в основных местах осаждения (т.е. вдоль гребней). Если плотность тока в некотором месте является слишком высокой, то это приводит по мере протекания осаждения к концентрационной поляризации (которая имеет место вокруг растущего осадка). Если происходит данное явление, то в осаждающемся металле (например, в меди) может появиться сравнительно большее количество примесных включений. При гофрированном профиле на основные места осаждения приходится приблизительно 25-35% общей площади поверхности катода. В зависимости от массопереноса в идеале ток на поверхности осаждения должен составлять примерно 1000 А/м2 или меньше. По мере роста дендритов на этой поверхности фактическая площадь поверхности осаждения возрастает, так как металл осаждается на ранее осажденный металл. Если исходные места осаждения на катоде слишком малы, то имеет место тенденция к тому, что после снятия дендритов с катода плотность тока в данном месте становится слишком высокой. Путем испытаний, проведенных заявителем с использованием гофрированного профиля, установлено, что плотность тока в местах осаждения как в начале работы электролизера, так и после того как произошло нарастание дендритов, можно выдерживать вблизи 1000 А/м2 с тем, чтобы обеспечивать высокое качество осажденного металла. Как таковая отсутствует необходимость в изменении тока во время процесса.In addition, the use of a corrugated profile at the cathode allows more precise control at the main deposition sites (i.e. along ridges). If the current density in some place is too high, then this leads to concentration polarization (which takes place around the growing precipitate) as the deposition proceeds. If this phenomenon occurs, then a relatively large amount of impurity inclusions can appear in the deposited metal (for example, in copper). With a corrugated profile, the main deposition sites account for approximately 25-35% of the total cathode surface area. Depending on the mass transfer, ideally, the current on the deposition surface should be about 1000 A / m 2 or less. As dendrites grow on this surface, the actual surface area of the deposition increases, as the metal is deposited on the previously deposited metal. If the initial deposition sites on the cathode are too small, then there is a tendency for the current density at this location to become too high after dendrites are removed from the cathode. By tests carried out by the applicant using a corrugated profile, it was found that the current density at the deposition sites both at the beginning of the operation of the electrolyzer and after the dendrites increased, can be maintained near 1000 A / m 2 in order to ensure high quality of the deposited metal . As such, there is no need to change the current during the process.
Дополнительное преимущество от использования гофрированного профиля на катоде состоит в том, что он повышает жесткость катодной пластины, поскольку гофрированный профиль по своей сути жестче плоской пластины вдоль направления гребней и впадин. Кроме того, гофрированный профиль идеально пригоден для очистки с использованием системы зачищающих лезвий, более подробно описанной ниже.An additional advantage of using a corrugated profile at the cathode is that it increases the rigidity of the cathode plate, since the corrugated profile is inherently stiffer than a flat plate along the direction of ridges and depressions. In addition, the corrugated profile is ideally suited for cleaning using the blade cleaning system described in more detail below.
Как видно из Фиг.11-15, скребки 17 содержат пальцы 39, которые закреплены между парой планок 42. В изображенном варианте каждый из отдельных пальцев выполнен из керамического материала, а планки выполнены из титана. Каждый из пальцев установлен вдоль планки 42 с таким шагом, что скребки 17 в целом совпадают по форме с гофрированной катодной пластиной 11, при этом отдельные пальцы заходят во впадины 35 поверхности осаждения и проходят поверх соответствующих гребней 36.As can be seen from 11-15, the
Как лучше всего показано на Фиг.12, зачищающая система 15 конструктивно выполнена так, что в том случае, когда скребковые наборы 16 находятся в своем закрытом положении, скребки 17 расположены под углом к катодной пластине 11 и поэтому отдельные пальцы 39 находятся в отстающем положении (позади) относительно линии движения скребка 17 вниз по катодной пластине 11. Данная конструкция является предпочтительной, поскольку она не допускает заклинивание пальцев во впадинах, что могло бы случиться, если бы пальцы 39 находились в опережающем положении относительно направления движения скребков вниз по катодной пластине.As best shown in FIG. 12, the stripping
Как описано выше, в силу конфигурации катодных пластин 11 извлеченный из электролизера металл концентрируется на гребнях соответствующих поверхностей осаждения электролизера. По существу, когда скребок 17 перемещают по поверхности осаждения, отделенный от гребней материал стремится к перемещению в соседние впадины поверхности осаждения. Это приводит к накоплению во впадинах металла, который имеет тенденцию обволакивать пальцы 39 и тем самым защищать керамические пальцы 39 от износа. Кроме того, происходит нарастание силы трения по мере того как масса материала перемещается вниз по поверхности осаждения, что помогает снятию материала, поскольку материал соскребается с поверхности под действием данной силы трения. Пальцы 39 не обязательно должны находиться в непосредственном контакте с поверхностью осаждения для того, чтобы обеспечить надлежащую очистку данной поверхности.As described above, due to the configuration of the
Другое преимущество такой конструкции зачищающей системы 15 заключается в том, что она обеспечивает разные степени очистки катодов. В частности, как описано выше, скребки 17 могут быть выполнены с возможностью съема основной массы осажденного материала с поверхностей осаждения за счет протаскивания по данным поверхностям, когда они находятся в своем закрытом положении. Скребки можно также перемещать по осадку в том случае, когда они находятся в своем открытом положении. Этот случай используют не для полной очистки поверхности осаждения, а для того чтобы обеспечивать отсутствие протяженных дендритных наростов на части поверхности осаждения, которые в противном случае могли бы вырасти до такой степени, что придут в контакт с анодом и, тем самым, вызовут короткое замыкание электролизера. Кроме того, этот случай создает возможность для более согласованного роста по гребням катода, что способствует управлению плотностью тока по поверхности осаждения.Another advantage of this design of the
Фиг.14 и 15 иллюстрируют некоторые модификации конструкции скребков 17. Аналогично конструкции по Фиг.13 каждый из скребков 17 содержит керамические пальцы 39. Однако вместо использования конструкции с планками 42, как показано на Фиг.13, пальцы 39 соединены между собой внутренним соединительным стержнем 44. В варианте осуществления по Фиг.14 стержень 44 выполнен с квадратным поперечным сечением, а соединительный стержень на Фиг.15 выполнен из двух цилиндрических стержней 45.Figures 14 and 15 illustrate some modifications to the design of the
Обращаясь теперь к Фиг.16 и 17, там изображена альтернативная конструкция катода. В данном варианте осуществления катод выполнен в виде составной конструкции, в которой внешние поверхности 13, 14 осаждения образованы отдельными листами, которые скреплены друг с другом вдоль их соответствующих боковых кромок 60, 61 и которые могут, при необходимости, быть скреплены друг с другом на промежуточных участках 62.Turning now to FIGS. 16 and 17, an alternative cathode construction is shown there. In this embodiment, the cathode is made in the form of a composite structure in which the outer deposition surfaces 13, 14 are formed by separate sheets that are bonded to each other along their respective side edges 60, 61 and which can, if necessary, be bonded to each other at
В данном варианте осуществления множество проводящих стержней 63 образует часть конструкции и простирается вниз от верхнего бруса 34, при этом проводящие стержни обычно также выполнены из титана (или покрытых титаном медных стержней для дополнительного повышения проводимости). Проводящие стержни обычно проходят на всю длину пластин 13, 14 сквозь каждый из каналов, образованных между пластинами, и прикреплены к ним. Данная конструкция обеспечивает улучшенное распределение электронов по всей сборке и тем самым сводит к минимуму омическое падение напряжения, которое может возникнуть, когда электроны подводятся только к одному краю листа. Кроме того, было установлено, что составная конструкция, включая расположение проводящих стержней в каналах, повышает размерную стабильность листа, так что в качестве катода можно использовать конструкции из тонких пластин (например, тоньше 1 мм) или, альтернативно, конструкции из широких пластин. В других отношениях принципы работы катода по Фиг.16 и 17 описаны выше.In this embodiment, the plurality of
Хотя изобретение было описано на примере нескольких предпочтительных вариантов осуществления, следует понимать, что существует множество других вариантов осуществления настоящего изобретения.Although the invention has been described with several preferred embodiments, it should be understood that there are many other embodiments of the present invention.
Claims (29)
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
AU2002952181A AU2002952181A0 (en) | 2002-10-21 | 2002-10-21 | Electrolysis process and cell for use in same |
AU2002952181 | 2002-10-21 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2005115463A RU2005115463A (en) | 2005-10-27 |
RU2331721C2 true RU2331721C2 (en) | 2008-08-20 |
Family
ID=28795583
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2005115463/02A RU2331721C2 (en) | 2002-10-21 | 2003-10-21 | Electrolysis method and electrolytic agent used therein |
Country Status (16)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20060091017A1 (en) |
EP (1) | EP1560948A4 (en) |
JP (1) | JP2006503978A (en) |
KR (1) | KR20050062632A (en) |
CN (1) | CN1705773A (en) |
AR (1) | AR041685A1 (en) |
AU (1) | AU2002952181A0 (en) |
BR (1) | BR0314904A (en) |
CA (1) | CA2502650A1 (en) |
MX (1) | MXPA05004201A (en) |
PE (1) | PE20040433A1 (en) |
RU (1) | RU2331721C2 (en) |
SA (1) | SA04250008B1 (en) |
TW (1) | TWI334664B (en) |
WO (1) | WO2004035868A1 (en) |
ZA (1) | ZA200503694B (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2763699C1 (en) * | 2021-05-26 | 2021-12-30 | Андрей Андреевич Кобяков | Electrolyzer for the extraction of metal from solution |
Families Citing this family (16)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20070215457A1 (en) * | 2004-06-01 | 2007-09-20 | Glassman Steven P | Apparatus for electroplating an article |
WO2007092398A2 (en) * | 2006-02-06 | 2007-08-16 | E. I. Du Pont De Nemours And Company | Method for electrolytic production of titanium and other metal powders |
US9017527B2 (en) | 2010-12-23 | 2015-04-28 | Ge-Hitachi Nuclear Energy Americas Llc | Electrolytic oxide reduction system |
US8956524B2 (en) | 2010-12-23 | 2015-02-17 | Ge-Hitachi Nuclear Energy Americas Llc | Modular anode assemblies and methods of using the same for electrochemical reduction |
US8900439B2 (en) | 2010-12-23 | 2014-12-02 | Ge-Hitachi Nuclear Energy Americas Llc | Modular cathode assemblies and methods of using the same for electrochemical reduction |
US8945354B2 (en) * | 2011-12-22 | 2015-02-03 | Ge-Hitachi Nuclear Energy Americas Llc | Cathode scraper system and method of using the same for removing uranium |
US9150975B2 (en) * | 2011-12-22 | 2015-10-06 | Ge-Hitachi Nuclear Energy Americas Llc | Electrorefiner system for recovering purified metal from impure nuclear feed material |
US8968547B2 (en) | 2012-04-23 | 2015-03-03 | Ge-Hitachi Nuclear Energy Americas Llc | Method for corium and used nuclear fuel stabilization processing |
EP3072180B1 (en) | 2013-11-19 | 2019-01-02 | Aqua Metals Inc. | Devices and methods for smelterless recycling of lead acid batteries |
CA3121766C (en) * | 2014-11-18 | 2023-09-26 | Aqua Metals Inc. | Improved devices and method for smelterless recycling of lead acid batteries |
WO2016183431A1 (en) | 2015-05-13 | 2016-11-17 | Aqua Metals Inc. | Electrodeposited lead composition, methods of production, and uses |
JP6775006B2 (en) | 2015-05-13 | 2020-10-28 | アクア メタルズ インコーポレーテッドAqua Metals Inc. | Closed-loop systems and methods for recycling lead-acid batteries |
CA2986022C (en) | 2015-05-13 | 2022-06-21 | Aqua Metals Inc. | Systems and methods for recovery of lead from lead acid batteries |
US10316420B2 (en) | 2015-12-02 | 2019-06-11 | Aqua Metals Inc. | Systems and methods for continuous alkaline lead acid battery recycling |
JP6493320B2 (en) * | 2016-06-30 | 2019-04-03 | 住友金属鉱山株式会社 | Metal powder scraping device |
WO2018106128A1 (en) * | 2016-12-09 | 2018-06-14 | Manufacturing Systems Limited | Apparatus and methods for controlled electrochemical surface modification |
Family Cites Families (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU461655A1 (en) * | 1970-07-07 | 1976-05-05 | Государственный научно-исследовательский институт цветных металлов | Method for electrolytic production of copper foil |
JPS5210823A (en) * | 1975-07-15 | 1977-01-27 | Kobe Steel Ltd | Cathode plate made of titanium for electrolysis of copper |
EP0227689A1 (en) * | 1985-06-27 | 1987-07-08 | Cheminor A/S | A method for the production of metals by electrolysis |
FR2607832B1 (en) * | 1986-12-08 | 1989-06-09 | Jehanno Jean Daniel | DEVICE FOR ELECTROLYTIC RECOVERY OF METALS IN DILUTED SOLUTIONS |
US5348629A (en) * | 1989-11-17 | 1994-09-20 | Khudenko Boris M | Method and apparatus for electrolytic processing of materials |
JP3097824B2 (en) * | 1995-09-12 | 2000-10-10 | 住友金属鉱山株式会社 | Long-period pulse electrolysis operation method in copper electrorefining |
AU712612B2 (en) * | 1996-04-15 | 1999-11-11 | Copper Refineries Pty Ltd | An apparatus for stripping electrolytically deposited metal from a cathode |
US6149797A (en) * | 1998-10-27 | 2000-11-21 | Eastman Kodak Company | Method of metal recovery using electrochemical cell |
DE19902663A1 (en) * | 1999-01-25 | 2000-07-27 | Ruhr Zink Gmbh | Pre-opening unit for stripping machines |
JP2001049481A (en) * | 1999-08-12 | 2001-02-20 | Sumitomo Metal Mining Co Ltd | Stripping sheet for electrolyzing metal |
US6503385B2 (en) * | 2001-03-13 | 2003-01-07 | Metals Investment Trust Limited | Method and apparatus for growth removal in an electrowinning process |
-
2002
- 2002-10-21 AU AU2002952181A patent/AU2002952181A0/en not_active Abandoned
-
2003
- 2003-10-21 CN CNA2003801017989A patent/CN1705773A/en active Pending
- 2003-10-21 JP JP2004543843A patent/JP2006503978A/en active Pending
- 2003-10-21 TW TW092129143A patent/TWI334664B/en not_active IP Right Cessation
- 2003-10-21 MX MXPA05004201A patent/MXPA05004201A/en unknown
- 2003-10-21 EP EP03753140A patent/EP1560948A4/en not_active Withdrawn
- 2003-10-21 BR BR0314904-8A patent/BR0314904A/en not_active IP Right Cessation
- 2003-10-21 US US10/531,862 patent/US20060091017A1/en not_active Abandoned
- 2003-10-21 AR ARP030103834A patent/AR041685A1/en unknown
- 2003-10-21 RU RU2005115463/02A patent/RU2331721C2/en not_active IP Right Cessation
- 2003-10-21 KR KR1020057006893A patent/KR20050062632A/en not_active Application Discontinuation
- 2003-10-21 WO PCT/AU2003/001393 patent/WO2004035868A1/en active Application Filing
- 2003-10-21 CA CA002502650A patent/CA2502650A1/en not_active Abandoned
- 2003-10-21 PE PE2003001066A patent/PE20040433A1/en not_active Application Discontinuation
-
2004
- 2004-02-24 SA SA4250008A patent/SA04250008B1/en unknown
-
2005
- 2005-05-09 ZA ZA200503694A patent/ZA200503694B/en unknown
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2763699C1 (en) * | 2021-05-26 | 2021-12-30 | Андрей Андреевич Кобяков | Electrolyzer for the extraction of metal from solution |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN1705773A (en) | 2005-12-07 |
PE20040433A1 (en) | 2004-07-12 |
JP2006503978A (en) | 2006-02-02 |
BR0314904A (en) | 2005-08-02 |
TWI334664B (en) | 2010-12-11 |
US20060091017A1 (en) | 2006-05-04 |
AU2002952181A0 (en) | 2002-11-07 |
AR041685A1 (en) | 2005-05-26 |
MXPA05004201A (en) | 2005-09-20 |
EP1560948A1 (en) | 2005-08-10 |
WO2004035868A1 (en) | 2004-04-29 |
RU2005115463A (en) | 2005-10-27 |
TW200411963A (en) | 2004-07-01 |
ZA200503694B (en) | 2006-08-30 |
EP1560948A4 (en) | 2006-02-22 |
KR20050062632A (en) | 2005-06-23 |
SA04250008B1 (en) | 2008-05-20 |
CA2502650A1 (en) | 2004-04-29 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2331721C2 (en) | Electrolysis method and electrolytic agent used therein | |
EP2489761A2 (en) | Electrolyzer having increased contact specific surface area for the recovery of valuable metals | |
US4129494A (en) | Electrolytic cell for electrowinning of metals | |
JP3913725B2 (en) | High purity electrolytic copper and manufacturing method thereof | |
AU6963096A (en) | Intense yet energy-efficient process for electrowinning of zinc in mobile particle beds | |
EA003575B1 (en) | Mother plate and device for separating metal deposit from it | |
DE2404167C2 (en) | Cell for the electrolytic extraction of metals and metal extraction processes | |
JP2009167451A (en) | Method for electrolytically extracting copper | |
US4960500A (en) | Waste metal extraction apparatus | |
CN211339706U (en) | Automatic discharge scraper lead electrolytic tank | |
US4022678A (en) | Electrolytic cell | |
Expósito et al. | Lead electrowinning in an acid chloride medium | |
CA2533450A1 (en) | Metal electrowinning cell with electrolyte purifier | |
AU2003271431B2 (en) | Electrolysis process and cell for use in same | |
US4295943A (en) | Process for the electrolytic production of manganese dioxide | |
RU2067624C1 (en) | Process of electrolytic extraction of metal from solution containing its ions and gear for its implementation | |
WO2013095826A1 (en) | Cathode assembly including a barrier, system including the assembly and method for using same | |
US4273640A (en) | Zinc extraction apparatus | |
WO2024020642A1 (en) | An electrowinning cell and a cathode | |
CA1219836A (en) | Electrolytic cell sections separated by shields providing zigzag circulation | |
CA1051820A (en) | Zinc extraction method and apparatus | |
JP4701943B2 (en) | Electrowinning of iron from acidic chloride aqueous solution | |
JPH09263983A (en) | Treatment of iron chloride solution containing nickel and device for executing this method | |
JP6183315B2 (en) | Conductor on electrolytic cell for non-ferrous electrolytic refining | |
AU2020363484A1 (en) | System and device for optimising metal electrodeposition |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20091022 |