SE467832B - Elektrod foer funktion som omvaexlande anod och katod samt saett foer utvinning av metall ur en vaetskeloesning med anvaendning av densamma - Google Patents

Description

467 832 10 15 20 25 30 35 dessa processer har en hög koncentration av elektriskt på- verkbara ämnen. Ett exempel på en sådan process är den elektriska raffineringen av zink, där det finns en hög kon- centration av zink i själva elektrolyten.

Den andra huvudgrenen av elektrokemiska processer är de där reaktionshastigheten mera bestämmes av möjligheterna till mängdförflyttning än av kinetiska omständigheter, dvs reaktionshastigheten begränsas av hur stor mängd av föro- reningarna som kan föras'i kontakt med katoden under en viss tidsperiod. I motsats till de elektroder som användes vid kinetiskt reglerade processer, så måste de elektroder som användes vid sådana processer där hastigheten regleras av mängdförflyttningen uppvisa sådana egenskaper som ökar den möjliga mängdförflyttningshastigheten. En sådan egen- skap är en stor ytarea i förhållande till volymen. Försök har gjorts för att uppnå ett acceptabelt förhållande mellan yta/volym genom utnyttjande av bäddar packade av fibröst eller granulerat material, jämte användning av aktiva bäddar som kan förflyttas i ett elektrolytflöde. Vid dessa försök har emellertid påvisats vissa nackdelar, i huvudsak beroende på svårigheten att åstadkoma en jämn och reglerad elektrisk potential över elektroden för maximalt utnyt- tjande av dess yta. Till följd härav har ingen av dessa mängdreglerande processer rönt någon större framgång.

Vid alla dessa processer måste man först bestämma me- toden för återvinning av de elektriskt påverkbara ämnen som avlägsnats från elektrolyten efter att de har avsatts på den arbetande elektroden. Det är vanligtvis nödvändigt att utföra en rensning för att avlägsna det avsatta materialet från elektroderna innan fortsatt användning av dessa blir möjlig. De arbetande elektroderna som utnyttjas i de ovan nämnda processerna är ibland framställda av sama material som skall rensas bort från dem, varför den så erhållna produkten kan utnyttjas direkt. Det är emellertid mer vanligt att dessa elektroder är anordnade att mekaniskt :y 10 15 20 25 30 35 467 852 avstrykas. Dessutom måste elektroderna i en del andra fall uppfylla en del andra krav, exv de som anges i amerikanska patentet 3.953,3l2, där det är av avgörande betydelse att elektroden kan brännas så att silver avsatt på elektroden kan återvinnas genom smältning under förbränningen.

Helt nyligen har emellertid elektroder och reaktorer utvecklats, där kolfibrer utnyttjas på så sätt att de ger både ett stort förhållande mellan yta och volym och sam- tidigt begränsar förändringar i den elektriska potentialen över elektroden. Sådana elektroder och reaktorer finns beskrivna, exv i amerikanska patenten nr 4,046,663, 4,046,664, 4,108,754, 4,l08,755 och 4,108,757.

I en artikel i Journal off Electroanalytical Chemis- try, volym 79 (1977), sid 159-167, av D. Yaniv och M. Ariel har sådana elektroder samt reaktorer utnyttjande sådana elektroder föreslagits, åtminstone vid ett laboratorieför- sök. Den konstruktion som anges i artikeln innefattar en elektrod av grafitduk placerad i en ram bildande en öppning med en area på 2,4 cm2. Författarna hävdar att deras resul- tat bekräftar möjligheten att utnyttja grafitduk såsom lämpligt elektrodmaterial för genomströmningsapplikationer. Även om reaktorn fungerade tillfredsställande i laborato- rieförsök, så ansåg man att det är nödvändigt att fortsätta utvecklingsarbetet för att optimera en reaktor som använder en elektrod av grafitduk.

Ett senare försök att använda en elektrod i en sådan omgivning som reglerar mängdöverföringen, exv i samband med utspädda elektrolytlösningar, finns angivet i japanska pa- tentet nr 67267/76. Detta patent visar användningen av en porös kolelektrod i samband med ett elektrodgrundmaterial, vilket kan bestå av ett flertal välkända elektrodmaterial såsom platina, järn, koppar, nickel, silver, bly och vissa legeringar av dessa metaller. Nämnda patent anger använ- dandet av kolfibrer i olika former, såsom duk, väv, filt och kolfiberpapper som täcker ett basmaterial i form av en 467 352 10 15 20 25 30 35 skiva, rör, nät eller perforerad plåt. I exempel 1 enligt detta patent anges även att den katod som utnyttjas inne- fattar en titanskiva som är belagd med platina och sedan täckts med ett skikt av kolfibertrådar. I detta fall är så- ledes en platinamatare eller en andra elektrod anordnad. I patentet behandlas inte frågan hur metaller kan återvinnas från sådana elektroder, så att koncentrationer av metall- joner kan reduceras till en extremt låg nivå på kort tid och på ett ekonomiskt sätt.

Enligt föreliggande uppfinning finns en elektrod innefattande en andra (sekundär) elektrodkomponent bestå- ende av en metallkonstruktion (en yta) av en metall vald ur den grupp som består av titan, tantal, volfram, niobium, hafnium samt legeringar av dessa metaller, samt en första elektrodkomponent innefattande ett poröst ledande material i elektrisk kontakt med den andra elektrodkomponenten. Vid ett föredraget utförande av uppfinningen består metallen av titan.

Enligt uppfinningen är dessutom anordnad en elektrod som är användbar tillsammans med en elektrolyt, varvid elektroden innefattar en första eller primär elektrodkompo- nent innefattande ett poröst ledande material, och en andra eller sekundär elektrodkomponent i elektrisk kontakt med den primära elektrodkomponenten, och där den sekundära elektrodkomponenten innehåller en metall som normalt är le- dande när elektroden arbetar såsom en katod och som är ka- pabel att växla mellan att vara icke-ledande när elektroden arbetar såsom en anod och återigen bli ledande när elektro- den arbetar såsom en katod.

Enligt uppfinningen finns dessutom anordnad en elek- trod som är användbar tillsammans med en elektrolytvätska, vilken elektrod innehåller en primär elektrodkomponent in- nehållande ett poröst ledande material och en sekundär elektrodkomponent i elektrisk kontakt med den primära elek- trodkomponenten, varvid den sekundära elektrodkomponenten 10 15 20 25 30 35 467 832 innehåller ett ledande material som reagerar med elektro- lyten när den fungerar såsom en anod för alstrande av en icke-ledande blandning som alstras innan en tillräcklig mängd av ett korroderande medel alstras och som utövar en skadlig påverkan på primärelektroden, varvid den icke-le- dande blandningen är kapabel att åter omvandlas till det ledande materialet när anoden återigen användes såsom en katod.

Enligt uppfinningen anges även ett sätt för avlägs- _nande av metallämnen från en lösning på så sätt att lös- ningen innehållande metallämnena bringas i kontakt med en katod innehållande en primär elektrodkomponent som innefat- tar ett poröst ledande material och en sekundär elektrod-_ komponent som innefattar en metall som normalt är ledande, men som är kapabel att bli icke-ledande när den utnyttjas såsom en anod, varvid metallämnena avsättes på katoden och där katodens polaritet ändras för att konvertera katoden till en anod, varvid metallämnena avlägsnas från anoden och där anodens polaritet ändras för att omvandla anoden till en katod när den sekundära elektrodkomponenten blir icke- ledande. Metallen ingående i den sekundära elektrod- komponenten väljes företrädesvis från den grupp som inne- håller titan, tantal, volfram, niobium, hafnium samt lege- ringar av dessa metaller. Sättet enligt uppfinningen inne- fattar dessutom lämpligen åtgärden att kontinuerligt kasta om polariteten hos katoden resp anoden.

Uppfinningen skall nu beskrivas i anslutning till ut- föringsexempel visade på bifogade ritningar, där FIG. l är en perspektivvy av en reaktor framställd av ett antal elektrokemiska celler framställda i enlighet med föreliggande uppfinning.

FIG. 2 är en sprängvy visande en del av reaktorn enligt FIG. 1, _ FIG. 3 visar i perspektivvy en utbruten flödesför- delare utnyttjad i samband med reaktorn enligt FIG. 1, 467 852 10 15 20 25 30 35 FIG. 4 visar ett tvärsnitt genom reaktorn bestående av individuella celler i enlighet med FIG. 1, FIG. 5 åskådliggör schematiskt en process arbetande i enlighet med föreliggande uppfinning, FIG. 6 åskådliggör i diagramform det resultat som er- hålles vid utnyttjande av föreliggande uppfinning, FIG. 7 åskådliggör i diagramform ytterligare resultat som erhålles genom utnyttjande av föreliggande uppfinning, och där FIG. 8 i likhet med diagramen enligt FIG. 6 och 7 likaså åskådliggör de resultat som erhålles vid utnyttjande av föreliggande uppfinning.

Genom att utnyttja den sekundära elektrodkomponenten enligt föreliggande uppfinning, såsom angivits ovan, är det nu möjligt att exv kontinuerligt återmata hela mängden, eller en huvuddel av en behandlad lösning för att effektivt eliminera utsläpp av avlopp, exv i samband med industripro- cesser, rening av avloppsvatten etc. Eftersom uppfinningen kan tillämpas på ett lönsamt sätt och uppvisar stor till- förlitlighet, är det möjligt att utföra en sådan sluten upprepande behandling, varvid man i huvudsak kan undvara ett avbrytande av processen för att utföra service eller reparation av de verksamma detaljerna. Detta kan således utföras i enlighet med uppfinningen genom utnyttjande av en omväxlande periodisk polaritet i en sådan elektrokemisk process. Samtidigt är det även möjligt att nu reducera me- tallföroreningarna i avloppstrumman ned till en koncentra- tionsnivå som kan accepteras med avseende på de nu gällande strängaste miljöföreskrifter.

Polaritetsväxling i sig själv har tidigare använts i olika former. Inget praktiskt system har emellertid tidi- gare utvecklats, vilket i sig självt medger både ett konti- nuerligt cykliskt förlopp i en mängdöverföringsreglerad process, samtidigt som man undviker en betydande skada på elektroden under avlägsningsförloppet. När en sådan process 10 15 20 25 30 35 467 832 utnyttjande växling av polariteten tidigare har utförts, har betydande problem uppstått pga det faktum att själva elektroden utsätts för påverkan under dess funktion såsom anod, vilket i själva verket innebär att den helt enkelt upplöses. Således kommer vid de elektroder som anges i det nämnda japanska patentet nr 62767/76, elektrodens basmate- rial, eller sk matare, jämte själva kolfibrerna att utsät- tas för en sådan påverkan under det anodiska avlägsnings- förloppet, då mataren eller elektrodens basmaterial kan ut- göras av platina eller en metall belagd med platina (såsom anges i nämnda japanska patent) för att på så sätt undvika ett sönderfall. Denna lösning är inte bara dyrbar, utan den löser på intet sätt de problem som uppstår genom det anodi- sera angreppet på själva kolfibrerna. Detta anodiska ang- repp härrör huvudsakligen från produktionen av anodiska gaser under avlägsningen.

De metaller som utnyttjas i samband med den sekundära elektrodkomponenten enligt uppfinningen åstadkommes oväntade fördelar. Således har man exv upptäckt att under avlägsningsförloppet, när elektroderna fungerar såsom en anod, bildas icke-ledande ämnen innan de korrosiva ämnena bildas. Det är därför möjligt att avkänna avlägsnings- förloppets upphörande och således förhindra angrepp på den primära elektrodkomponenten eller på kolfibrerna genom registrering av ett strömfall i anoden förorsakat av närvaron av detta icke-ledande material. Det är emellertid av större betydelse att man upptäckt, att vid fortsatt omkastning av dessa elektroders polaritet, för att dessa åter skall arbeta såsom en katod, blir den sekundära elektrodkomponenten åter ledande och ett normalt katodiskt förlopp kan fortgå såsom tidigare.

'Den exakta beskaffenheten av den icke-ledande belägg- ningen erhållen i samband med de metaller som utnyttjas så- som sekundär elektrodkomponent under dess användning såsom en anod är inte helt förklarat. Om exv titan utnyttjas, 467 852 10 15 20 25 30 35 verkar det som en motståndskraftig oxidbeläggning alstras under anodförloppet. Kemiskt inducerade oxidbeläggningar av titan är emellertid normalt tillräckligt motståndskraftiga för att förhindra deras användning såsom katod. Nu reduce- ras emellertid dessa oxidbeläggningar, som alstras vid ut- nyttjande av sättet enligt uppfinningen, snabbt under den efterföljande användningen såsom katod, och man måste där- för antaga, att trots den elektrokemiska induceringen av beläggningarna på titankomponenten högst sannolikt bildar oxider, så måste de trots detta på något sätt skilja sig från kemiskt inducerade titanoxidbeläggningar. Utan att vara bunden till någon särskild teori, så synes en hydrerad form av titandioxid bildas i samband med föreliggande upp- finning och att denna är en reversibel form av titandioxid som reduceras under det efterföljande katodförloppet.

Vad beträffar den primära elektrodkomponenten enligt uppfinningen, såsom angivits ovan, så innefattar denna ett mycket poröst ledande material som står i elektrisk kontakt med den nämnda sekundära elektrodkomponenten. Helst ut- nyttjas de olika former av kolfibrer som diskuterats ovan.

Dessa kolfibrer måste uppfylla vissa krav för att kunna ut- nyttjas i en mängdöverföringsreglerad process. Således måste de uppvisa en i huvudsak kontinuerlig elektrisk led- ningsförmåga över hela elektroden för att minska spännings- och strömvariationer till ett minimum. Dessutom skall detta porösa ledande materials ytarea vara tillgänglig för elek- trolyten och materialet måste således ha en maximal ytarea i förhållande till volymen för erhållande av en stor del användbar ytarea. Förhållandet mellan yta och volym skall _företrädesvis överstiga 100 cm2/cm3.

Dessutom är det totala antalet flödesvägar som finns i det porösa ledande materialet av avgörande betydelse. An- talet återvändspassager för flödet genom elektrodstrukturen måste vara lågt för ernående av kontakt med den lösning som behandlas. I samband med kolfibrer kommer teoretiskt exv 10 15 20 25 30 35 467. 832 porerna mellan fibrerna att bilda krökta banor genom elek- troden för att minska laminärflödet och för att bidraga till brytande av gränssnitt runt ytan. Den genomsnittliga porstorleken, vilken naturligtvis beror på utrymmet, skall vara i storleksordningen 0,1-3000 pm, företrädesvis med 80% av porerna i storleksordningen 1-100 um och det fria utrym- met skall vara i storleksordningen 30-99% av elektrodens totala volym.

När ett fibermaterial användes såsom poröst ledande material, är det nödvändigt att hålla kvar fibrerna i elek- troden. I en del fall är fibrerna mer liknande garn än tråd, där garnet består av flera mindre fibrer. Såsom exem- pel på ett lämpligt material är ett tyg vävt av kolfiber- garn, vilket spunnits löst, men som vävts ganska fast. Hä- rav följer att större utrymme mellan intilliggande garntrå- dar kommer att minska medan själva fibrerna som bildar gar- net är fria att röra sig något i elektrolytflödet under det att de hålles på plats för att upprätthålla den nödvändiga porstorleken jämte den nödvändiga porstorleksfördelningen.

Man har även funnit att utnyttjandet av en elektrod utformad i enlighet med uppfinningen gör det möjligt att uppnå ett förträffligt utbyte med avseende på tillgängligt utrymme per tidsenhet. Utbyte med avseende på tillgängligt utrymme utgör en generell indikation på en heterogen kata- lysreaktors effektivitet. Inom den elektrokemiska tekniken är en lämplig parameter den mängd ström som upptages av en elektrod vid höga strömstyrkor per volymenhet hos elektro- den. Detta jämförande mått på elektrodeffektiviteten kan användas tillsamans med ett givet elektroaktiverbart ämne som har en känd koncentration och ledningsförmåga. För en kopparlösning som har en koncentration på 540 ppm vid en strömeffektivitet på 52% erhålles det följande utbytet med avseende på tillgängligt utrymme per tidsenhet för de olika elektroderna som anges nedan; 467 832 10 15 20 25 30 35 10 Reaktorn Utbyte (mA/cm3) Tätt packad bädd 57 Fluidiserad bädd 5-60 Filterpress, kapillärsystem, etc l eller mindre Elektrod enligt uppfinningen Större än 1280 Det skall noteras att vid ökad flödeshastighet så har elektroder enligt uppfinningen givit ett utbyte som över- stiger 6800 mA/cm3 och vidfmycket låga flödeshastigheter har ett utbyte noterats i storleksordningen 500 mA/cm3.

I FIG. 1 visas en reaktor 20 som består av ett fler- tal separata celler 22 arrangerade för att arbeta paral- lellt. Var och en av dessa celler 22 innehåller en elektrod enligt uppfinningen för att normalt arbeta såsom en katod i denna. Cellerna hålles på plats mellan ett par ändskivor 24, 26 via bultar 28 och de delar som användes för att hålla cellerna inriktas medelst ett bultpar 30, 32 som pas- serar genom en del av cellerna, vilket skall närmare be- skrivas nedan. Reaktorn 20 komer att beskrivas i det läge den intar enligt FIG. 1, men naturligtvis kan reaktorn användas i flera andra lägen.

Elektrisk koppling till de separata cellerna 22 sker via katodstavar 34 anordnade på båda sidor om reaktorn och via anodstavar 36 vid reaktorns överdel. Såsom skall be- skrivas närmare under hänvisning till FIG. 2, matas en elektrolytisk lösning som skall behandlas, exv avlopps- vatten bakifrån in vid botten av reaktorn visad enligt FIG. 1 och avgår vid utloppet 38. Anolyt matas in vid reaktorns botten och avgår genom ett annat utlopp 40. Dessa utlopp användes under det pläterande eller metallavlägsnande för- loppet. Efteråt, när beläggningarna på katoden skall "strykas av" eller avlägsnas, upphör avloppsflödet och er- sätts av ett flöde av en lämplig elektrolyt som likaså kom- mer in vid reaktorns botten från baksidan och, i detta fall, avgår genom utloppet 42. Såsom komer att framgå av 10 15 20 25 ' 30 467 832 11 den nedan angivna beskrivningen, fås elektrolyten att strömma bakåt genom elektroden (vilken nu fungerar såsom en anod) för åstadkommande av både en viss mekanisk rening och ett elektrokemiskt avlägsnande av den avsatta metallen.

I FIG. 2 visas en del mekaniska komponenter ingående i reaktorn enligt FIG. l, och särskilt de delar som bildar de individuella cellerna. Såsom framgår av FIG. 2 är en katodram 44 placerad för elektrokemisk påverkan i för- hållande till intilliggande sidor hos blyanoder 46, 46'. I själva verket består en komplett cell av de delar som visas i FIG. 2, fast endast de sidor hos anoderna som är riktade mot katodramen är verksamma i denna cell. Motsatta sidor av dessa anoder är verksamma i intilliggande celler, bortsett från vid reaktorns ändar där sidorna hos blyanoderna gränsande till ändskivorna 24, 26 (FIG. 1) kommer att isoleras från dessa ändskivor och utövar således inte någon elektrokemisk verkan.

Katodramen 44 är preparerad av gjuten polyuretan och innehåller perifera ledare 48 som håller ett ledande nät- verk 50 bestående av samanvävda titantrådar, vilket bäst framgår av FIG. 4. De perifera ledarna 48 är fästa vid ka- todstavarna 34 för att tillförsäkra en god elektrisk konti- nuitet från stavarna till nätverket 50.

Nätverket 50 bildar den sekundära elektrodkomponen- ten, och två primära elektrodkomponenter är fästa vid nät- verkets sidor. En primär elektrodkomponent kan ses i FIG. 2 och utgör av ett ark 52 av kolfibertyg av det slag som är känt under namnet Moralitet 7401 G, vilket saluförs av Morganite Modmor Ltd, England. Detta ark 52 läggs i direkt ytkontakt med nätverket 50 och hålles på plats genom en se- rie häftklamrar av titantråd liknande de som användes i konventionella häftapparater. Häftklamrarna visas inte i ritningsfigurerna, men är fördelade över arket 52 där de behövs för att hålla arket på plats. Såsom närmare skall 467 852 10 15 20 25 30 12 anges nedan, hålles arkets 52 kanter på plats genom en pressning mot nätverket 50.

Katodramen 44 innehåller även en uppsättning övre och nedre öppningar för fluidumtransport, såsom visats under hänvisning till utloppen 40, 42 och 38 enligt FIG. 1. Såle- des komer det avloppsvatten som skall behandlas in genom en central bottenöppning 54 och en del av detta fördelas av något av inloppen 56 in i ett utrymme på ena sidan begrän- sat av ett intilliggande ark 52, så att avloppsvattnet strömmar genom katoden till dess motsatta sida, från vilken det avgår genom något av utloppen 50 samverkande med en central övre öppning 60 och slutligen lämnar reaktorn genom utloppet 30 (FIG. 1). Detta flöde äger rum under behand- lingen av avloppsvattnet (dvs när elektroden arbetar såsom en katod) för att avlägsna metalliska jonpartiklar från den elektrolytiska lösningen. När det sedan blir nödvändigt att avlägsna belagd metall från de primära elektrodkomponen- terna eller arken 52, avbrytes avloppsflödet och en avlägs- nande elektrolyt fås att strömma genom elektroden (vilken nu arbetar såsom en anod genom omkastning av polariteten hos cellelektroderna). Denna elektrolyt kommer in genom bottenöppningen 62 och ett antal inlopp 64 och avgår via något av de övre utloppen 66 samverkande med den övre öppningen 68 innan det slutligen avgår från utloppet 42 (FIG. 1). I detta fall sker flödet åter genom elektroden men i motsatt riktning till det som avloppsvattnet hade -under det inledande katodiska förloppet, för att öka sköljverkan från den metallavlägsnande elektrolyten.

Katodramen 44 innefattar dessutom en bottenöppning 70 och en övre öppning 72, vilka båda utnyttjas för anolyten.

Dessa öppningar bildar helt enkelt en passage genom ramen 44. Dessutom finns två mindre öppningar 71, 73 anordnade för upptagande av bultar 30, 32 (FIG. 1) för att hålla de- larna på plats. 10 15 20 25 30 35 467 852 13 En flödeskammare för den elektrolytiska lösningen, exv avloppsvatten, bildas på elektrodens inloppssida genom ett utrymme i själva ramen 44 och genom en neoprenpackning 74 i anslutning till ramens 44 framsida (FIG. 4). öppningar är anordnade i packningen 74 i samverkan med öppningarna beskrivna i anslutning till ramen 44 och distansremsor 76 är pressade mellan packningens 74 samverkande yta och en samverkande yta hos ett av arken 52 vid dess periferi.

Dessa remsor 76 tillförsäkrar att arkens 52 kanter hålles stadigt mot nätverket 50. Inloppskammaren kompletteras av ett membran 78 fastklämt mellan packningen 74 och en ytter- ligare neoprenpackning 80, vilken likaså har öppningar sam- verkande med de öppningar angivna i samband med beskriv- ningen av ramen 44. En liknande utloppskammare är anordnad medelst liknande detaljer, vilka givits motsvarande hänvis- ningsbeteckningar med primtecken.

Packningen 80 medger även inträde av anolyten i flö- deskamaren för anoden som delvis bildas av packningen 80, jämte av membranet 78 och blyanoden 46. Det sammansatta ar- rangemanget framgår tydligare i FIG. 4. Anolytflödet under- lättas medelst ett par gjutna flödesfördelare 82, 84 av po- lyuretan anordnade att passa in i packningen 80. En sådan fördelare visas i FIG. 3. Fördelarna 82, 84 tillförsäkrar anolytens inträde till flödeskamrarna intill anoden 46 för att uppnå elektrokemisk kontinuitet mellan anodens 46 yta och katoden placerad i ramen 44. Ett par mindre neopren- packningselement 86, 88 visas i anslutning till blyskivea- noden 46 för kompensation av anodens tjocklek i den saman- satta konstruktionen och för att medge avloppsflödet och elektrolytflödet därigenom. öppningar i anoden 46 medger anolytgenomflöde.

De delar som beskrives till vänster hos katodramen visad i FIG. 2 finns likaså till höger i denna och har gi- vit motsvarande hänvisningsbeteckningar med primtecken.

Bortsett från det faktum att distansremsorna 76' är något 467 852 10 15 20 25 30 35 14 olika på grund av arrangemanget med inlopp och utlopp i ra- men 44, så är delarna till höger identiska med de som beskrivits på vänstra delen av ramen 44.

Det framgår klart av den föregående beskrivningen, att varje katod samverkar med två anoder och att delarna är anordnade för bildande av ett hölje med en avloppspassage genom katoden. Även under metallavlägsningsförloppet, pas- serar flödet genom katoden i motsatt riktning. Den elek- triska fördelningen upprätthålles i katoden genom en kombi- nation av nätverket 50 och den naturliga konduktiviteten hos de två arken 52. Genom att flödet äger rum genom själva konstruktionen, skall nätverket 50 ha en tillräcklig styrka för att motstå flödeskrafter och för att förhindra en nämnvärd förskjutning. För att tillförsäkra elektrisk kontinuitet skall de häftklamrar som användes för att hålla arken på duken utöva en tillräcklig vidhäftande verkan för att tillförsäkra ytkontakt mellan arken och nätverket.

I FIG. 5 visas reaktorn vid användning i en typisk installation. I praktiken kan ett flertal sådana reaktorer användas parallellt, eller ev i serie, i ett så stort antal som är nödvändigt för att behandla den aktuella avlopps- ,volymen. Reaktorn 20 mottager avloppsvatten från en pump 90 via inloppet 92 och behandlat avloppsvatten avgår via ut- loppet 38. Medan avloppsvatten på detta sätt matas till re- aktorn, matas anolyt i en sluten krets medelst en pump 94 genom inloppet 96 och åter från reaktorn via utloppet 40.

Flödena av avloppsvatten och anolyt regleras elektriskt me- delst ett pumpreglersystem 98 samverkande med en effekt- tillförselreglering 100 som normalt upprätthåller strömmen vid en förutbestämd nivå i beroende av spänningsbehovet.

Efter att katoden har belagts under en viss tid, kommer tryckfallet mellan inlopp 92 och utlopp 38 att ändras och detta registreras och en signal matas till pump- reglersystemet genom en omvandlare 102. När tryckfallet en gång nått en förutbestämd nivå, upphör pumpreglersystemet 'a 10 15 20 25 30 35 467 832 15 att lämna effekt till pumpen 90 och får effekttillförsel- regleringen att kasta om polariteten hos katoden och anoden för det följande metallavlägsnande förloppet. Samtidigt ak- tiveras pumpen 104 för att mata metallavlägsnande elektro- lyt in i ett inlopp 106 för att motströmsskölja katoden (nu fungerande såsom anod) och den metallavlägsnande elek- trolyten utgår via utloppet 42 medförande en koncentrerad lösning av den metall som avlägsnats från avloppsvattnet.

Det metallavlägsnande förloppet fortgår tills reaktorns strömförbrukning minskar märkbart, vilket förorsakas av bildandet av högresistiv beläggning på den andra elektrod- komponenten, vilket närmare angivits ovan. Effekttillför- selregleringen 100 känner av den minskade strömstyrkan och fås återigen att kasta om elektrodernas polaritet samtidigt som den får reglersystemet att åter aktivera pumpen 90 och koppla från pumpen 104. Beläggningen på den sekundära delen av elektroden (återigen fungerande såsom katod) elektrore- duceras och utnyttjas åter för metalluppsamling från av- loppsvattnet. Förloppet kan upprepas kontinuerligt och au- tomatiskt.

Den pump som matar anolyten är även ansluten till pumpreglersystemet. Följaktligen kan pumpreglersystemet i nödfall användas för att stänga av denna och andra pumpar under samtidigt frånkopplande av effekttillförsel till själva reaktorn.

Den anordning som schematiskt visas i FIG. 5 är sär- skilt användbar för att avlägsna nickel från avloppsvatten samt även för att avlägsna koppar från kopparsulfat- lösningar. När nickel avlägsnas, kan anolyten vara en blandning av svavelsyra och natriumsulfat med en tillsats av mjölksyra. Även om anolyten blir förorenad, så har man funnit att tillräcklig livslängd kan uppnås under använd- ning av denna anordning tillsamans med en mycket liten an- vändning av anolyt. Sättet kan även genomföras utan närvaro av membran, exv membranet 78 visat i FIG. 2. 13.67 852 10 15 20 25, 30 35 16 Effekttillförselregleringen angiven ovan kan således upprätthålla en konstant ström och där en plötslig ökning av den nödvändiga spänningen kan utnyttjas såsom en påverk- ningssignal. Om så föredrages, kan en spänningsreglering utnyttjas och när ett väsentligt strömfall uppträder på grund av att den sekundära elektrodkomponenten blir belagd, kan ett sådant strömfall utnyttjas genom inställning av spänningen och övervakning av strömbehoven, eller genom in- ställning av strömmen och bevakning av spänningsbehoven.

FIG. 6-8 illustrerar en del resultat som kan uppnås med en anordning av det angivna slaget, FIG. 6 åskådliggör således de resultat som uppnås vid användning av en katod med 79%- igt utbyte, en genomsnittlig porstorlek på 18 pm, en por- fördelning på 98% i storleksordningen 1-100 pm och ett för- hållande mellan ytarea och volym på 5600 cmz/cm3. Såsom framgår av FIG. 6 var det ursprungliga nickelinnehållet i avloppsvattnet 4000 ppm. Efter 20 sek hade denna koncentra- tion minskat till ungefär 2000 ppm och de efterföljande koncentrationerna ned till l ppm uppnåddes under ca 120 sek. Sådana korta uppehållstider gör denna process indu- striellt utnyttjbar. Detta är synnerligen viktigt, särskilt om behandlingen har nödvändiggjorts genom lagstiftning och inte förhöjer kvaliteten hos den färdiga produkten som tillverkas genom en given industriprocess.

Jämförbara resultat till de som visas i FIG. 6, visas i FIG. 7 i samband med avlägsning av koppar från en lös- ning. I detta fall kan noteras att under mycket korta fasta uppehållstider på 1,75, 3,45 och 5,15 sek närmar sig ande- len avlägsnad koppar från lösningen 100% under användning av en strömtäthet under ca 50'mA/cm2. I alla dessa fall hade den inmatade strömmen en kopparkoncentration på ca 180 ppm.

Ytterligare jämförbara resultat för avlägsnande av zink från en lösning visas i FIG. 8. I detta fall innehöll den inmatade lösningen 10 ppm zink och uppehållstiden var 10 15 20 25 30 467 852 17 återigen mycket kort, i detta fall 3 sek. Det kan noteras att här närmar sig andelen avlägsnad zink 100% när ström- tätheter under 75 mA/cm2 utnyttjades.

FIG. 6-8 åskådliggör således en del av de resultat som kan uppnås under utnyttjande av en anordning arbetande enligt uppfinningens principer. Efter att materialet har avlägsnats från avloppsvattnet, kan det således snabbt av- lägsnas från elektroden under användning av en lämplig elektrolyt. Detta ger ett utflöde innehållande en hög koncentration av den metall som avlägsnats. Detta utflöde kan antingen användas i en annan process, eller kan i sig självt utfällas elektrokemiskt under användning av ett ki- netiskt reglerat system. Eftersom koncentrationerna i detta utflöde kan vara mycket höga, föranleder effektiviteten hos det kinetiskt reglerade systemet inga svårigheter.

Det föredragna utförandet som angivits ovan är van- ligt hos många olika typer av apparater som kan utnyttja uppfinningen. Föreliggande uppfinning kan utnyttjas för att utföra elektroorganisk syntes, exv dimerisation av akryl- onitril till adiponitril.

Själva flödesarrangemangen kan varieras och i huvud- sak, särskilt om den sekundära elektrodkomponentens effekt är av avgörande betydelse, kan vilket som helst lämpligt ledande medium utnyttjas i stället för kolfibertyg. Även den sekundära elektrodkomponenten kan vara en skiva om re- aktorn regleras så, att det inte finns något flöde genom elektroden, eller en perforerad skiva kan utnyttjas i stäl- let för nätverket visat i anordningen beskriven ovan.

Uppfinningen är således inte begränsad till de visade utföringsexemplen, utan modifikationer kan göras inom ramen för de följande angivna patentkraven.

Claims (6)

467 852 10 15 20 25 30 18 PATENTKRAV

1. För funktion som omväxlande anod och katod i en elektrolyt anordnad sammansatt elektrod, innefattande en sekundär elektrodkomponent (50) och en i anliggning mot denna anordnad primär elektrodkomponent (52), k ä n n e t e c k n a d av kombinationen av ett poröst elektrolytgenomsläppande skikt av ledande kolfiber som den primära elektrodkomponenten (52) och en metall- konstruktion av en metall, vald ur den grupp som består av titan, tantal, volfram, niob och hafnium samt lege- ringar därav, som den sekundära elektrodkomponenten (50).

2. Elektrod enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att den sekundära elektrodkomponenten (50) har ett _flertal genomgående hål för att medge elektrolytpassage genom de båda elektrodkomponenterna (50, 52).

3. Elektrod enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a d av att hålen är jämnt fördelade över den sekundära elektrodkomponenten (50).

4. Elektrod enligt något av krav 1-3, k ä n n e- t e c k n a d av att åtminstone ca 80 % av porerna i det porösa ledande skiktet ligger i området från ca 1-l00lflm.

5. Elektrod enligt något av krav 1-4, k ä n n e- t e c k n a d av att den sekundära elektrodkomponenten (50) är platt och att en primär elektrodkomponent (52) är anordnad på vardera sidan av den platta sekundära elekt- rodkomponenten (50).

6. Sätt för utvinning av metall från en av metall förorenad vätskelösning genom elektrolys i en elektrolys- cell med en första och en andra elektrod med användning av en för funktion som omväxlande anod och katod i en elektrolyt anordnad sammansatt elektrod som den första elektroden, innefattande en sekundär elektrodkomponent 4/ 10 15 20 25 467 832 19 (50) och en i anliggning mot denna anordnad primär elektrodkomponent (52), k ä n n e t e c k n a d av att den av metall förorenade vätskelösningen som elektrolyt bringas att strömma genom elektrolyscellen med den första elektroden inkopplad som katod och den andra elektroden inkopplad som anod och med elektrolyten i beröring med huvudsakligen hela ytan hos den första elektrodens primära och sekundära elektrodkomponenter, av vilka den primära elektrodkomponenten utgöres av ett poröst elektrolytgenomsläppande skikt av ledande kolfiber och den sekundära elektrodkomponenten utgöres av en metall- konstruktion av en metall, vald ur den grupp som består av titan, tantal, volfram, niob och hafnium samt lege- ringar därav, att genomströmningen av vätskelösningen stoppas, när den första elektroden genom elektrolytisk utfällning av metallen belagts i förutbestämd grad, i beroende av en därmed förenad förhöjd tryckskillnad över elektrolyscellen, att en andra elektrolyt bringas att strömma genom elektrolyscellen i motsatt riktning mot vätskelösningen likaledes i beröring med den första elektrodens primära och sekundära elektrodkomponenter men med den första elektroden inkopplad som anod och den andra elektroden inkopplad som katod, och att genom- strömningen av den andra elektrolyten stoppas, när en förutbestämd beläggning återstår på den första elekt- roden, i beroende av en genom oxidering av metallen i metallkonstruktionen förorsakad reducerad ledningsförmåga hos den sekundära elektrodkomponenten, varefter den angivna cykeln upprepas.