SE453519B - Forfarande for elektrolytisk utfellning av metaller med anvendning av en elektrolyscell med ett flertal elektroder samt elektrolyscell for utforande av forfarandet - Google Patents

Description

453 519 i 2 är beroende av ett antal faktorer, Med elektroderna sålunda anord- nade med samma mellanrum längs cellens längd, anses det i allmänhet att den till cellen tillförda strömmängden är jämnt fördelad mellan cellens elektroder. På detta sätt kan ett medelvärde på strömtät- heten i cellen lätt beräknas.

Inriktningen av elektroderna i sådana elektrolysceller är av avse- värd betydelse. Om elektroderna är oriktigt inriktade, kan elektrod- skevning, korrosion och kßrtšhfiïüflg alltsammans inträffa, resulte- rande i i-förtid kort elektrodlivslängd och också i en förlust av strömeffektivitet. Många anordningar har utvecklats för att säker- ställa att elektroderna är både korrekt åtskilda och riktigt in- riktade. Sådana anordningar är av en stor mångfald konstruktioner.

Typiska exempel återfinns i följande amerikanska patent nr 1206963, l206964, 1206965, 1276208, 2ll5004, 2443112, 3579431,-3697404, 3997421 och 4035280.

I de två sistnämnda patenten beskrivs en spolformad, skârförsedd kontaktskena och anoddistansklämmor, vilka, när de används i för- bindelse med lämpliga elektroder, åstadkommer en stabil, tredimen- sionell gruppering av elektroder och katoder i elektrolysceller. Även när fullgoda försiktighetsmått vidtagits för att säkerställa både korrekt inriktning och korrekt åtskiljande av elektroderna, möter man emellertid fortfarande elektriska svårigheter. Man stöter på kortslutning mellan elektroder, överhettning av elektroder, de- formation av elektroder och andra därav följande problem, som leder till förluster av både strömeffektivitet och produktivitet. I ett extremt fall kan kortslutning leda till begränsad smältning av elektroder.

Det har nu observerats att ojämförligt flertalet elektrodfel in- träffar vid ändelektroderna vid varje ände av en konventionell cell, oberoende av om dessa elektroder är katoder(vüdelektrolytisk raffinering) eller anoder(vid elektrolytisk metallutvinning). Sär- skilt har det iakttagits att strömmen mellan ändelektroderna och den närmast närbelägna elektroden, oberoende av om ändelektroderna är katoder (vid elektrolytisk raffinering) eller anoder (vid elektro- lytisk metallutvinning) är större än genomsnittsströmmen mellan alla elektroder i cellen. Det har vidare iakttagits att skillnaden ._ .-.WW .. ,_,_ __, 455 519 i ström mellan ändelektroderna och de närmast närbelägna elektro- derna och genomsnitsströmmen mellan alla elektroderna kan vara be* tydande, varvid den kan variera från 10% högre upp till omkring % högre. ; På grund av denna ström som är högre än genomsnittsströmmen, har ändelektroderna en större tendens än genomsnittet att deformeras och kortslutas. Likaså tenderar ändelektrodkontakterna och isola- torerna också att överhettas, när kortslutning inträffar, eftersom de då leder avsevärt mera ström än deras dimensionerade strömbelast- ning. Denna ström vid ändelektroderna i cellen, som är högre än genomsnittsströmmen, har sålunda observerbara effekter utanför cellen. Strömmen mellan elektroderna hos paren av ändelektroder, som är högre än genomsnittsströmmen, förorsakar också problem i cellen. Strömmen, som är högre än genomsnittsströmmen, resulterar i en strömtäthet vid dessa elektroder, som är högre än genomsnitts- strömtätheten, vilket i sin tur leder till en ökad förekomst av elektriska kortslutningar mellan ändelektroderna och deras närmaste grannelektroder. Problemen tenderar då att bli självproducerande, varvid dessa kortslutningar ej enbart begränsar den galvaniska be- läggningstiden, utan också, i ett kedjekontaktsystem, ytterligare ökar strömmängden vid celländarna. Dessa kortslutningar påverkar också spänningsfallet i systemet och gör det mindre vid ändarna än över resten av cellen, vilket åter ökar strömmen vid ändarna, varvid sålunda kortslutning, deformering och förlust av cellverk- ningsgrad påskyndas.

Vi har nu upptäckt att om överskottsströmmen eller strömtätheten .mellan ändelektroderna elimineras, kan majoriteten, så mycket som 90% av det totala antalet, av kortslutningar och fel vid celländ- elektroderna elimineras. Vidare har vi också upptäckt att denna överskottsström kan elimineras genom den enkla åtgärden att öka ändelektrodernas avstånd från deras närmaste grannar.

Denna uppfinning anvisar sålunda ett förfarande för elektro- lytisk utfällning av metaller med användning av en elektrolys- cell, innehållande en elektrolyt, i vilken ett flertal elekt- roder, bestående av växelvis och på väsentligen lika inbördes avstånd anordnade anoder och katoder är nesänkta, varvid anoderna respektive katoderna är oberoende anslutna till en elektrisk energikälla, vid vilket förfarande strömmen ," W. .WWw_ , _ 'WW“ IIIIIIII I. “I*lIIIIIIIII“II' lIIIIuIIuIIIWI*U“ '453 519 4 mellan åtminståne en ändelektrod och dess närmaste grannelektrod regleras till ett önskat värde genom avståndet mellan ändelektroden och dess närmaste grannelektrod ökas till ett värde, som är högre än värdet mellan resten av elektroderna i cellen.

Strömmen mellan båda ändelektroderna och deras närmaste grann- elektroder regleras företrädesvis till ett önskat värde genom ökning av de båda öndelektrodernas avstånd från deras närmaste grannelektroder till ett värde, som är högre än det mellan resten av elektroderna i cellen. Lämpligen är avståndsökningen densamma vid cellens båda ändar.

Helst ökas ändelektrodernas avstånd relativt deras närmaste grann- elektroder till ett värde, som är dubbla värdet på avståndet mellan resten av elektroderna.

I en alternativ utföringsform är ändelektrodernas avstånd relativt deras närmaste grannar ökat tills värdet på strömmen mellan änd- elektroderna och deras närmaste grannar inte är större än, och före- trädesvis mindre än, genomsnittsvärdet på strömmen mellan alla , elektroderna i cellen.

På detta enkla sätt är det möjligt att styra strömmen, och således strömtätheten, mellan ändelektroderna till ett värde, vid vilket elektrodfel på grund av deformation, kortslutning och överhettning inte inträffar oftare vid cellens ändar än vid varje annan plats i cellen. ökningen i ändelektrodernas avstånd från deras närmaste grannar kan utföras på flera sätt. Om cellens dimensioner tillåter kan den första och sista elektroden helt enkelt flyttas i sidled bort från deras närmaste grannelektroder för att åstadkomma det önskade, bredare mellanrummet. Alternativt, om utrymmesbegränsningar ej tillåter sidoförskjutning, kan det erforderliga utrymmet uppnås genom att åtminstone ett par elektroder borttas (dvs. åtminstone en anód och åtminstone en katod) från gruppen. Vid âterplacering av gruppen centralt i cellen kommer tillräckligt utrymme då att bli kvar vid celländarna för att uppnå det önskade, ökade mellan- rummet. Det skall noteras att reducering av antalet elektroder i cellen ej nödvändigtvis resulterar i en produktivitetsförlust. v -~ \vr-~ ï' Varje förlust, som teoretiskt skulle följa av detta elektrodav- lägsnande, ersätts i allmänhet gott och väl av den verkliga ök- ningen i celleffektivitet, som är möjlig med det lägre antalet elektroder. Allmänt finner man att cellen kan drivas med högre strömtäthet.

I de flesta anläggningar för elektrolytisk metallutvinning och elektrolytisk raffinering bestäms, såsom noterats ovan, elektrod- avståndet och -inriktningen av det sätt, på vilket elektroderna är uppburna i cellen. Ett typiskt exempel är den i den amerikanska patentskriften 4035280 beskrivna spolliknande kontakten som nämnts tidigare. När anordningar av detta slag används, upphör det att vara möjligt att variera ändelektrodaams avstånd från deras närmaste grannar med små storlekar, utan omfattande modifikation av kontakt- skenorna, etc. Vidare är sådana modifieringar av cellanordningen i allmänhet ej särskilt praktiska eller användbara. Den praktiska, och vanligen enda, tillgängliga ökningen, som kan göras, är att variera avståndet mellan ändelektroden och dess närmaste grann- elektrod i multiplar av den mellan resten av elektroderna använda avståndsenheten. Om flertalet elektroder sålunda är åtskilda med 4,5 cm intervall, blir det tillgängliga mellanrummen för ändelektro- derna 4,5 cm, 9 cm, 13,5 cm.osv. Man har funnit att fördubbling av mellanrummet kan resultera i att strömmen mellan en ändelektrod och dess granne blir lägre än medelvärdet på strömmen mellan alla elektroderna i cellen. Denna fördubbling, som i hög grad diktèras av den anordning som vanligen används, utgör sålunda ett enkelt sätt att uppnå fördelarna med uppfinningen.

Detta ökade avstånd hos ändelektroderna har befunnits ge följande fördelar, av vilka ej alla var väntade: l. ökad cellströmseffektivitet. 2. Betydande reduktion av antalet skadade och deformerade elektroder. 1 Möjlig ökad tid för galvanisk utfällning hos cellen, vilket leder till högre produktivitet. L 4. Betydande reduktion av skador på elektrodkontakter och isolatorer.

. Betydande reduktion av värmebelastningen på elektrolytkylsystemet. 6. Någon förbättring i kvalitén, vad beträffar föroreningar, hos den utfällda metallen. 7. Avsevärd reduktion i antalet kortslutningar mellan elektroder.

W 453 519 Uppfinningen kommer nu att illustreras via följande icke begränsande, jämförande exempel, i vilka celler för elektrolytisk utvinning av zink från en zinksulfatelektrolyt användes. I dessa jämförelser till- förs och avlägsnas elektrolyt kontinuerligt från cellerna på konven- tionellt sätt. Elektroderna är uppburna på kontaktskenor, såsom beskrivs i amerikanska patentskriften 4035280 för att ge ett mellan- rum mellan elektroderna med enhetsavståndet 4,5 cm, mätt mellan elektrodmittpunkterna. Anoderna var bly-silver legering och alu- miniumkatodplåtar användes. En ström av 48.000 A.tillfördes varje cell och cellernas drift observerades under en period av sex månader.

Exempel A. Alla elektroder vid samma avstånd.

En gruppering av 49 anoder och 48 katoder placerades i varje cell.

Detta ger en medelström per katodyta av 500A över hela cellen. Mät- ningar av den aktuella cellströmmen visade att den verkliga strömmen, som bars av den första och sista katoden, varierade mellan 550A och 650A, dvs. från l0% till omkring 30% högre än cellgenomsnittet.

Registrering av läget av alla cellkortslutningar och skadade elektro- der visade att över 50% var vid de två paren av ändelektroder i cellen. Analys av den utfällda zinken visade ett blyinnehåll av mellan 20ppm och 40 ppm, varvid medelvärdet var 30 ppm. Kontinuer- lig tillsats av bariumkarbonat till elektrolyten med ett värde av 2,3 kg/ton utfälld zink reducerade blyinnehållet till området ppm till 20 ppm.

Exempel B. Ändelektroder med bredare mellanrum.

En gruppering av 47 anoder och 46 katoder placerades i varje cell, varvid det lägre antalet elektroder tillät ändanoderna att sättas längre bort från de närmaste grannkatoderna. I detta fall dubble- rades mellanrummet, så att ändelektrodavstånden var 9,0 cm,varvid resten var 4,5 cm. Denna gruppering ger en medelström per katodyta av 522A,varvid ökningen över exempel A beror på det lägre antalet katoder. Mätningar av de verkliga cellströmmarna visade att den av den första och sista katoden burna strömmen var 350A, dvs. 30% lägre än genomsnittet av 522A för hela cellen. Registrering av stället för kortslutningar i cellerna samt för skadade elektroder 'visade en reduktion av 90% i kortslutningar och i ändelektrodfel, dvs. ändelektrodfel blev omkring 5% av allaflfel, varvid felfrekvensen 7 453 519 för dessa ändelektroder sålunda uppgick till grovt sett detsamma som alla andra, eftersom det finns nästan lO0 elektroder i cellen.

Analys av den utfällda zinken visade ett blyinnehåll av från 10 till l5 ppm. Intermittent tillsats av mindre än l kg bariumkarbonat/ ton utfälld zink befanns tillräcklig för att bibehålla blyinne- hållet i detta område.

Det är således uppenbart att betydande drifteffektivitet resulterar av processen enligt uppfinningen.

Claims (7)

_¿-«,, . . -,.,,-.., l , _ a i vi w I f» w akwvlwcthï www” ._,,____,,,__ ,, NW* __ V 453 519 Patentkrav

1. Förfarande för elektrolytisk utfällning av metaller med användning av en elektrolyscell, innehållande en elektrolyt, i vilken ett flertal elektroder, bestående av växelvis och på väsentligen lika inbördes avstånd anordnade anoder och katoder, är nedsänkta, varvid anoderna respektive katoderna är oberoende anslutna till en elektrisk energikälla, k ä n n e t e c k n a t av att strömmen mellan åtminstone en ändelektrod och dess närmaste grannelektrod regleras till ett önskat värde genom att ändelektrodens avstånd från dess närmaste grannelektrod ökas till ett värde, som är högre än det mellan resten°av elektroderna i cellen.

2. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att nämnda åtminstone en ändelektrods avstånd från dess närmaste grannelektrod ökas, så att strömmen mellan åtminstone ändelektroden och dess närmaste grannelektrod regleras till ett värde, som ej överstiger medelvärdet på strömmen mellan alla eletroderna i cellen.

3. Förfarande enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a t av att båda ändelektrodernas avstånd från deras närmaste grannelektroder ökas.

4. Förfarande enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a t av att båda ändelektrodernas avstånd från deras närmaste grannelektroder ökas till samma värde. I

5. Förfarande enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a t av att den elektrolytiska utfällningsprocessen är elektrolytisk utvinning av en' metall, vald ur gruppen koppar, nickel,mangan, kadmium, bly, zink och järn.

6. ~ 6. Förfarande enligt något av föregående krav, klä n n e t e c k n a t av att den elektrolytiska utfällningsprocessen är elektrolytisk raffinering av en metall, vald ur gruppen koppar, bly, nickel, silver, guld, vismut och antimon.

7. Elektrolyscell för elektrolytisk utfällning av metaller, innehållande en elektrolyt i vilken ett flertal elektroder, bestående av omväxlande, med väsentligen samma inbördes avstånd anordnade anoder och katoder, är nedsänkta, varvid anoderna och katoderna var för sig är oberoende anslutna till en elektrisk energikälla, k ä n n e t e c k n a d av att avståndet mellan åtminstone en ändelektrod och dess närmaste_grannelektxrni är större än avståndet mellan resten av elektroderna i cellen.