WO2019057431A1 - Co2-free electrochemical production of metals, and alloys consisting thereof - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a method for the manufacture ⁇ lung of a metal M and / or a mixture and / or alloy thereof in an electrolytic cell comprising at least one anode and at least one cathode, wherein a compound of the metal M, and optionally at least one further compound ei ⁇ nes alloying ingredient is converted into an aqueous solution and the metal M and / or a mixture and / or alloy coins ⁇ tion of which is electrochemically deposited on the at least one cathode.
- x is usually chosen in stoichiometric formulas such that x is itself and (x * n) / 2 is an integer.
- x can be arbitrary.
- oxides with mixed oxidation states generally formula, for example, M 3 O 4 or M 4 O 3
- metals metallurgy as Fe, Ni, Co or Le ⁇ g réellesmetalle as W, Mn, V, Cr be industrially produced in blast furnace processes with fossil fuels such as coal. In this smelting significant amounts of CO 2 are emitted into the atmosphere.
- the iron or metal production by blast furnace processes is responsible for an average emission of 1.8 - 2 t CO 2 per ton of crude steel (Brazil: 1.25 t C0 2 / t steel, US: 2.9 t C0 2 / t steel; Korea and Mexico: 1.6 t C0 2 / t steel, China and India: 3.1 to 3.8 t C0 2 / t steel). This adds up to 6.7% of global CO 2 emissions.
- Global crude steel production in 2015 was 1,623 million tons per year. With a current crude steel price of 583 C / t (Jan. 2017), this means a market volume of 954 billion C.
- the most important method is the smelting of metallic oxides in the blast furnace with carbon from coke or carbon monoxide, e.g. for Fe or steel.
- alkali metals such as lithium, sodium, potassium or alkaline earth metals such as beryllium, calcium, magnesium, strontium or barium.
- alkali metals such as lithium, sodium, potassium or alkaline earth metals such as beryllium, calcium, magnesium, strontium or barium.
- aluminum The best known and most significant metal is aluminum.
- Newer methods also use sodium.
- these metals can also be prepared electrochemically for the production of metal, but this process is more complex and therefore not included according to the invention.
- Metals such as aluminum or else lithium can also be deposited from non-aqueous conductive solutions of their salts, for example halides.
- Examples include aluminum from ionic liquids or lithium
- the inventors have developed an efficient electrolysis process in which anode current is used directly or indirectly to dissolve a compound of a metal M selected from Ti, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Mn, Re, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Cd, Ga, In, Tl, Ge, Sn, Pb, As, Sb, Bi, Se or Te and / or a mixture and / or an alloy thereof, is then used to cathodically deposited in the electrolytic cell can be.
- a metal M selected from Ti, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Mn, Re, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Cd, Ga, In, Tl, Ge, Sn, Pb, As, Sb, Bi, Se or Te and / or a mixture and / or an alloy thereof
- the present invention relates to a process for the preparation of a metal M which is selected from Ti, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Mn, Re, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Cd, Ga, In, T1, Ge, Sn, Pb, As, Sb, Bi, Se or Te and / or a mixture and / or alloy thereof, in an electrolytic cell comprising at least one anode and at least one cathode, wherein a compound of the metal M and optionally at least one further compound of an alloying constituent in an aqueous solution is transferred and the metal M and / or a mixture and / or alloy thereof is electrochemically deposited on the at least one cathode, said at least one anode comprising the compound of the metal M, preferably in the We ⁇ sentlichen from the at least is a compound of the metal M, and at least one compound of the metal M electrochemically an anode is at least transferred to an aqueous solution and / or wherein at least one Ver
- FIG. 1 shows schematically the steps of a first embodiment of the method according to the invention.
- FIG. 2 shows in more detail the processes at a cathode K and an anode A of the first embodiment of the method according to the invention.
- FIG. 3 shows schematically the steps of a second embodiment of the method according to the invention.
- FIGS. 4 and 5 show in more detail the processes at a cathode K and an anode A and at a release of a compound of the metal M in two different modes of operation of the second embodiment of the method according to the invention.
- the present invention relates to a method for producing a metal M (which also includes semimetals as metals) selected from Ti, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Mn, Re, Fe, Co , Ni, Cu, Zn, Cd, Ga, In, Tl, Ge, Sn, Pb, As, Sb, Bi, Se and Te and / or a mixture and / or alloy thereof in an electrolytic cell comprising at least one anode and at least one Cathode, wherein a compound of the metal M and optionally at least one further compound of an alloying component is converted into an aqueous solution and the metal M and / or a mixture and / or alloy thereof is electrochemically deposited on the at least one cathode, wherein the at least one anode comprises the compound of the metal M, preferably essentially consisting of the at least one compound of the metal M, and min ⁇ least one compound of metal M is electrochemically converted at the at least one anode in an aqueous solution and /
- the metal here is selected from Ti, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Mn, Re, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Cd, Ga, In, Tl, Ge, Sn, Pb, As, Sb, Bi, Se and / or Te and / or a mixture and / or alloy thereof, wherein here no precious metals, ie Au, Ag, Hg, Pd, Pt, Rh, Ir, Ru and Os are included, wherein here in ⁇ particular the metals of the metallurgy, Fe, Ni, Co, Legie ⁇ approximately metals such as W, Mn, V, Cr, bearing metals such as Sb, Bi or corrosion protection coatings are such as Zn of economic importance ⁇ processing and correspondingly cost-efficiently by the inventive procedural ⁇ ren and can be easily made.
- the lower limit forms the side reaction of water ⁇ material forming the respective pH.
- E H2 E H ° 2 + - ln ⁇ - 2 2 z ⁇ F a H2
- the metal M is therefore selected from Ti, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Mn, Fe, Co, Ni, Zn, Cd, Ga, In, Sn, Pb, Se and / or Te and / or a mixture and / or alloy thereof.
- the metal is selected from metals which are not prone to passivation in the process according to the invention, in particular Mn, Fe, Co, Ni, Cd, Ga, In, Sn, Se and / or Te and / or a mixture and / or or alloy thereof.
- the metal M is selected from Mn, Fe, Co and / or Ni and / or a mixture and / or alloy thereof.
- the metal M is iron and / or an alloy thereof.
- the alloys of the said metals are not particularly limited and may, for example, by additions of metals or metal cations, carbon, such as graphite, etc., are ⁇ ge gained using, for example with additives of metal cations in the present method directly ⁇ mixtures of metals can be recovered at the cathode. It is also not excluded that mixtures of compounds of the metals M, wherein more than one metal M is present, for example, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 or more metals M, in erfindungsge ⁇ MAESSEN Procedures used to make multiple metal cations to convert into an aqueous solution, which can then be sequenti ⁇ ell or simultaneously, for example, sequentially deposited on one or ver ⁇ different sequentially introduced cathodes.
- Table 1 Exemplary electrode potentials compared to the standard hydrogen electrode under normal conditions (Excerpt from Wikipedia:
- the electrochemically deposited metals in the process according to the invention for example in electric (regenerative) heated arc furnace, alloyed or further processed with the addition of carbon, etc.
- the inventive method takes place in an electrolysis ⁇ cell, which is not particularly limited, and which at least one anode and at least one cathode comprises.
- the material of the electrolytic cell itself as well as the material of the cathode and anode can be adapted to the metal M and / or the compound of the metal M and / or one or more existing electrolytes.
- the anode, cathode and the electrolyte will now be described more exactly he ⁇ . It should be noted that the fiction, ⁇ proper procedure takes place in aqueous solution, so it is not a fused-salt electrolysis.
- the compound of the metal M is not particularly limited insofar as it contains the metal M in a form which can be converted into an aqueous solution, that is, can release a metal cation. It may be present, for example, in the form of a salt or a covalent compound, for example in salt form.
- the compound of the metal M may be present as ore of one or more metals, but also as roasted metal scrap or metal scrap itself, etc. Also mixed compounds of several metals M are possible. In this case, it is not excluded that a counterion of a metal cation is redeposited in the transfer into an aqueous solution in this, wherein the counterion but preferably also goes into solution. If necessary, this counterion can also continue to react.
- the compound of the metal M for example, ores, foreign metals may be contained, which can be deposited either before or during the electrodeposition. Before deposition, according to certain embodiments, the compounds of the metal M can be converted into a solution, for example salt solutions, and the solutions
- alkaline earth metals can be separated as sparingly soluble sulfates already in the workup, so that, for example, a use of sulfates and / or sulfuric acid in the electrolysis, for example in the electrolyte, for example in the anolyte and / or catholyte, may be advantageous if Erd ⁇ alkali metals in the compound of the metal M are present.
- the electrolyte can thus also be adapted in the process according to the invention, for example with regard to counterions (anions) in the preparation of the metal M.
- the compound of the metal M is hardly or not soluble in water, eg has a solubility in water at 25 ° C and normal pressure of less than 10 g / L, preferably less than 1 g / L, further be - preferably less than 0.1 g / L.
- the anode may comprise or consist of the compound of the metal M.
- the compound of the metal M includes an oxide and / or sulfide, or comprises an oxide and / or sulfide of the metal M.
- This may be a ⁇ polysubstituted by reaction in an aqueous solution are transferred, for example by reaction at the Anode or with min ⁇ least one anodically prepared compound.
- these are easily accessible and can be easily processed into an anode.
- the metals M are most of the usual ⁇ as before due to their normal potential in nature as oxides or sulphides.
- these example ⁇ example, in the second embodiment for example by means of anodically prepared acids, such as acids whose anion can not be oxidized electrochemically at the anode, be solved.
- An example of this is the use of sulfuric acid with the particularly preferred element iron as metal M.
- An oxide of iron can be present in the oxidation state +2 or +3. eg oxidation state +3: Fe 2 0 3 + H 2 S0 4 - * Fe 2 (S0 4 ) 3 + H 2 0
- the acid produced is not particularly limited, and it is also sufficient if proton or hydroxonium ions are prepared at an anode, which are used for producing an acid, for example, in a water electrolysis.
- H 2 0 - 2e " -> H 0 2 + 2 H +
- an acid can also be "generated” directly at the anode and react with the compound of the metal M or led out of the electrolysis cell to carry out a solution of the compound of the metal M at a location outside the electrolytic cell and then Metal ⁇ cations lead to the electrolysis cell
- This also includes a concentration of an acid by, for example, this is concentrated higher by a water electrolysis.
- acids in addition to sulfuric acid and HF, KHF 2 , CF 3 -S0 2 -OH, etc. into consideration.
- sulfuric acid it is thus also possible to use other acids for breaking down the compound of the metal M.
- fluoride ions usually form stable nega tive ⁇ charged complex ions with multivalent ions, for example, iron, aluminum, cobalt or titanium and are DA very suitable for the digestion oxidic ores forth.
- multivalent ions for example, iron, aluminum, cobalt or titanium
- sulfuric acid you are usually not oxidized at the anode in a process according to the invention, but concentrated.
- halogen-hydrogen acids may also be considered. Unlike the previously mentioned their anions can be oxidized to the corresponding halo, which in turn are used as anodically generated connections to shed Kings ⁇ nen.
- the compound of the metal M thus comprises or consists of a sulfide.
- sulfuric acid which "set forth ⁇ " anodically, that is, for example, concentrated further, can be for example, iron in the oxidation state +2.:
- An H 2 S gas burner would be in this case also much easier to construct and operate as for example a "roast burner" with solid "fuels”.
- the anode consist be or the anode even in Wesentli ⁇ chen or total of the compound of the metal M, so that the anode is as it were dissolved in the electrolysis by an anodic reaction and the metal cations M in the electrolyte, for example the anolyte - or in general but in the only one electrolyte, for example, if no membrane and no diaphragm are present transition.
- a dissolution of at least one compound of the metal M for example M x Y y , as shown in FIG.
- step 2 is carried out at an anode so that a metal cation M Y + is in aqueous solution ,
- This metal cation wanders in step 2 to Katho ⁇ de, and there is deposited in step 3 as metal M at the cathode.
- Darge ⁇ represents by arrows for an abstract electrolysis cell in Figure 2, wherein the compound M x Y y is converted into an aqueous solution at the anode A, the metal cation M Y + to Ka ⁇ Thode K migrates and there as the metal M is deposited in the deposition 10 in the form of a cathode.
- the deposition takes place here during the electrolysis by reduction of the metal ⁇ cation by means of a power source, not shown.
- Y x + represents a suitable represents the counterion of the cation M Y + in the compound of the metal M, which is not restricted, and x and y each denote the valency of the counterion and the metal cation, where x and y are positive, preferably integer, numbers.
- At least one compound of metal M may be also achieved by an anode prepared in the electrolysis cell compound, said Herge ⁇ presented at the anode compound is not particularly limited insofar as it can dissolve at least one compound of the metal M.
- the location of the solution of the at least one compound of the metal M is not limited in this case, and a solution may take place inside the electrolytic cell by, for example, introducing the at least one compound of the metal M into the electrolytic cell, for example, an anode compartment, or by reacting the compound produced at the anode is brought outside the electrolytic cell for at least ei ⁇ NEN compound of the metal M is pumped, for example, through a pipe there, etc., and dissolved therein so that the compound of the metal M then in an aqueous Lö ⁇ solution is transferred, which in turn is then introduced into the electrolysis ⁇ cell, for example, to a catholyte.
- step 1 of FIG. 1 is replaced by steps la, lb and lc, in which case steps 2 and 3 correspond to those of FIG. Step 1 of Figure 1 is divided in accordance with sub-steps, which then, however, again providing the metal cation in the result, which is then redu in Step 3 ⁇ for using movements in step 2.
- step la of FIG. 3 the production of a compound Z takes place, which can optionally be converted into a compound Z *.
- step 1b The compound Z or the compound Z * is then used in step 1b for dissolving the compound of the metal M, for example M x Y y , so that once again a metal cation M Y + goes into aqueous solution, which ches then in step lc to migrate to the cathode tediousge ⁇ represents is, either in the electrolytic cell is ceremoniesge ⁇ represents or is introduced into the electrolytic cell, then the required solution of the compound of the metal M outside the electrolytic cell.
- these processes are through
- the compound Z for example chlorine
- the compound M x Y y is used directly for dissolving the compound M x Y y , so that these are in an aqueous solution is transferred, during which * is converted into a compound Z, a compound Z, for example an acid or also a H + ion produced in Fi ⁇ gur 5, such as sulfuric acid, the x for releasing the Verbin ⁇ dung M Y y is used.
- the ions of the metal M to be deposited may under certain circumstances be strong so-called cation acids, for example for Fe 3+ in, for example, Fe 2 (S0 4 ) 3, owing to their high Lewis acidity.
- the metal cation M Y + again travels to the cathode K analogously to FIG. 2, where it is deposited as a precipitate 10.
- the "compounds" Z and Z * are not particularly limited, although here they are exemplified as chlorine and
- a direct anodic Include oxidation of the metal in certain cases, a direct anodic Include oxidation of the metal.
- the oxidation state of the metal in the anode need not match that of the metal ion dissolved.
- the smelting of siderite ore (FeCOs) can be cited. eg.
- the cathode is not particularly limited insofar as the metal M can be deposited thereon. It can be provided in any form, for example as a solid electrode and / or electrode sheet, porous electrode, etc. and in any form auftre ⁇ th, for example, as a strip, pen, cylinder, etc. Gas ⁇ diffusion electrodes are not necessary here erfindungsge ⁇ Gurss but also not excluded.
- the cathode - as well as the anode and also the entire electrolysis cell or the electrolyzer can also be constructed in plate design or concentric. For example, with rotating cathodes with scrapers for the metal, a concentric design may be advantageous.
- the cathode can be either inside or outside.
- the at least ei ⁇ ne cathode, the metal M is, for example, coated with the metal M, or consists essentially of the metal M.
- the overvoltage of the deposition can be reduced to 0 as soon as the Electrode consists of the metal to be deposited itself.
- the cathode can be made of the metal M, for example, if this has a good conductivity.
- the metal M is removed from the at least one cathode continuously or discontinuously after the electrochemical deposition.
- the at least one cathode is preferably changed or stripped Me ⁇ tall M of the at least one cathode.
- the anode is not particularly limited, and indeed any anode material can be used here in the second execution ⁇ form which is usable for preparing a compound for releasing the connection of the metal M.
- the at least ei ⁇ ne anode at least one compound of the metal M or be ⁇ is the at least one anode essentially of at least one compound of the metal M, as shown in the first embodiment. 100% by weight of the Verbin ⁇ dung of the metal M, for example, one or more ores of the metal M, or mixtures thereof: -
- the anode comprises a share of 20.
- Suitable additives are, for example, graphite and / or binder, the binder not being limited.
- metal scrap can also be added or used directly, and consequently, for the processing of scrap, it can, for example, also be quite complete
- the anode comprises a
- the at least one anode can For example, consist of a combination of iron, such as iron ore.
- At least one membrane and / or at least one diaphragm may be provided in the electrolysis cell, so that, for example, an existing one
- Catholyte can be divided on the cathode side, or it can also be provided no membrane and no diaphragm, so that only one electrolyte is present.
- a cation-conducting membrane may be vorgese ⁇ hen, which is not particularly limited.
- the charge compensation process of the invention during electrolysis can take place mainly through cations which migrate from the anode side to the cathode side, ie for example via the metal cations, such as for those shown in Figu ⁇ ren 1 to 5 embodiments.
- sulfuric acid protons for charge transport for example, contribute ⁇ .
- chloride-containing compounds such as HCl or NaCl can be used in the electrolyte, which then allows a chlorine production, which provides further synergies. The coupling of chlorine production with metal production will be considered separately below.
- proton-conducting membranes can be used, game, when the compound of the metal M is not dissolved in the electrolytic cell at ⁇ but outside by an anodic connection made, and for example, the Lö ⁇ solution, which then contains metal cations, then in the cathode denraum to Deposition of the metal M is introduced. This is indicated for example in Figures 3 to 5, so the Ver ⁇ bond of the metal M is not present in the electrolysis cell. 2. It is also possible to use an anion-conducting membrane, which is also not particularly limited.
- Anion candidatesde membranes can then, for example, in addition to hydroxide ions also other ions such as hydrogen carbonate, fluoride or sulfate hydrogen sulfate lead, in which case the compound of the metal M outside of the electrolytic cell ge ⁇ triggers and the solution is introduced including metal cations in the Ka ⁇ method space, such as this is indicated, for example, in FIGS. 3 to 5, so that the connection of the metal M is not present in the electrolysis cell.
- the catholyte is preferably fluoride- or sulphate-containing, an enrichment of HF or sulfuric acid in the anolyte may also take place in this way.
- a diaphragm may be provided in the electrolysis cell, which is also not particularly limited.
- a gas separation into catholyte and anolyte Dia ⁇ Phragmén of polymer (Polysulfone) or inorganic materials (zirconia or Zirkoniumphoshat) or with orgasmic ⁇ African polymeric materials filled polymers for example in a water electrolysis, where anodic oxygen is produced, or in an anodic production of chlorine.
- the electrical ionic conductivity include both cationic and anionic conductivity and are therefore also suitable for the migration of metal cations, so that they can be used when using an anode comprising the compound of the metal M, as shown in FIGS. 1 and 2.
- the embodiment schematically shown in Figures 3 to 5 is possible.
- the anode and / or cathode may rest against the diaphragm or the membrane or not, so that an electrolyte gap may or may not be present.
- the design of the electrolyzer can be adapted to the particular metal or Güns ⁇ tigsten operation.
- an acid for example sulfuric acid
- types of electrolytes with or without electrolyte gaps on the anode side are conceivable.
- electrolyte gap on the cathode side is advantageous.
- the electrodes such as a cathode could be persuaded away ⁇ ran from a Memb or a diaphragm according to the deposition rate of the metal M.
- the anode however, an electrolyte gap can be anode-side form, this was not present at the start.
- an electrolyte in the electrolytic cell is not particularly limited insofar as it is aqueous at least on the anode side. It can be provided an electrolyte for the entire electrolysis cell, for example ⁇ in a mode without membrane and without diaphragm. If a diaphragm and / or a membrane is present, the electrolyte can be divided at least into the anolyte on the anode side and the catholyte on the cathode side, with the anolyte and catholyte then being the same or different.
- the catholyte is then not particularly limited.
- the ions of the metal M can form the strong themselves due to their high Lewis acidity so-called ⁇ cation acids under certain circumstances, such as for example Fe 3+ in Fe 2 (S0 4) 3: Fe 3+ + 6H 2 0 ⁇ "H + " + [Fe (OH) (H 2 O) 5 ] 2+
- pH-adjusting additives it may be necessary to add pH-adjusting additives to the catholyte to avoid the undesirable formation of hydrogen at the cathode. Care should be taken here that such an additive can not be converted cathodically and preferably neither cathodically nor anodically, and in particular at the same time does not impair the solubility of the metal M to be deposited, for example by precipitation of metal cations.
- pH-regulating additives are preferably weakly basic salts having a pH of more than 7 to less than 10 when dissolved in water, which in particular simultaneously increase the electrical conductivity of the electrolyte.
- borates or fluorides may be mentioned, in particular of alkali metals or of the metal M itself, but this depends on the solubility of the entspre ⁇ sponding weakly basic salt of the metal M in a watery solution can.
- the first two would be unsuitable due to the formation of sparingly soluble salts, so that preferably fluorides can be added here.
- the use of borates is again easily possible.
- Analogous considerations for the other metals M are familiar to the expert, so that the
- a catholyte at the cathode of at least one weakly basic salts, and in particular ⁇ sondere fluorides, carbonates and / or borates, preferably Fluo ⁇ ride and / or borates are added.
- one or more conductive salts can be added to the catholyte to improve the conductivity, for example a solution of a - second - compound of the metal M, for example a salt.
- This may, for example, correspond to a salt which, upon release of the - first - compound of the measurement
- Talls M corresponds, for example, a sulfate at a Lö ⁇ sen with sulfuric acid, or a chloride when dissolved with chlorine or HCl, or a fluoride when dissolved with HF or KHF.
- compounds may be added to the catholyte, which are needed for the production of an alloy, for example chromium salts, if chromium steel is to be produced, etc.
- a catholyte at the at least one cathode consists of an aqueous solution of a - second - compound of the metal M and optionally at least ei ⁇ ner further compound of an alloying component and optionally one or more weakly basic salts.
- the - second - compound of the metal M in the aqueous solution is preferred in this ⁇ Lö from the - first - metal compound, which is converted into an aqueous solution, ver ⁇ eliminated.
- water is removed from a catholyte at the at least one cathode. This can then be maintained the conductivity when the metal cations are deposited.
- the method by which the water is withdrawn is not particularly limited, and includes, for example, evaporation, drying with a suitable desiccant, etc.
- an anolyte is then not particularly limited. This can be adapted to the anode reaction and / or the compound of the metal M, which can additionally be optionally egg ⁇ ne adjustment to the effect here, too, whether the compound of the metal M included in the anode is present in the anode compartment or outside ,
- a kla ⁇ acid preferably sulfuric acid, or a halide-containing (in particular chloride, bromide or iodide-containing), forthcoming added to chloride-containing compound used. With these, a dissolution of the connection of the metal M can be supported or a means for releasing the connection of the metal M can be provided.
- a halogen preferably chlorine, sulfur and / or an acid, for example sulfur ⁇ acid is produced by oxidation of water, anodic.
- the production of an acid here comprises the anodic production of protons and the subsequent production of an acid.
- the process according to the invention preferably in aqueous media, can be carried out at temperatures below 120 ° C., preferably below 100 ° C., for example below 80 ° C.
- This temperature is significantly reduced, in particular compared to the blast furnace temperature, so that here is a saving of energy, in particular ⁇ special of waste heat, clearly.
- the invention it is also possible to perform several invention shown SSE process in successive electrolytic cells, for example when more than one metal M, for example, a mixed ore or electrical, to be separated off from a compound of the metal M, which has more metals M, wherein the resolution can then take place, for example, at an anode and / or with an anodically produced compound, but the deposition of the metals M can then take place at different cathodes, for example by selecting the corresponding cell voltages accordingly.
- a solution of the metal M which then contains more metal cations for an Abschei ⁇ extension of a first metal M, may then be placed in a more suitable electrolytic cell, or it may be exchanged in the cathode of an electrolytic cell, etc.
- the electrolysis process can then proceed, for example, as follows:
- the cathode chamber is continuously deposited, the solution of the salt of the metal M, which is anodically or au ⁇ ßerrenz the anode compartment of the mixture with sulfuric acid it ⁇ testifies added and deposited by electrolysis on the cathode.
- the deposited at the cathode metal eg iron, cobalt, nickel and / or manganese
- the cathodes preferably consist of or are coated with the metal to be deposited, thereby limiting the overvoltage of the deposition to the diffusion overvoltage.
- Sulfuric acid is used as anolyte in this exemplary embodiment, as described above, since it concentrates rather than dilutes during electrolysis.
- the concurrent evolution of hydrogen should be minimized.
- This can be ensured by suitable choice of the cathode, as also described above.
- the addition of metal salt solution as in a chlor-alkali electrolysis via the anode compartment SUC ⁇ gene could, as the metal cations be generated outside of the anode chamber, but also the metal cations by dissolving an anode comprising the compound of the metal M, here ⁇ can be made.
- polyvalent cations be ⁇ but because is difficult by a cation-conducting membrane or even block them, so this is not preferred.
- the use of a diaphragm can also remedy the situation.
- the operation shown here includes the Regenera ⁇ tion and even concentration of the anolyte during the electrolysis process.
- oxygen- ⁇ -producing anode reactions such as a
- Chlorine production which is shown below in a second exemplary embodiment. This is preferred, but other halogens such as bromine or iodine can also be produced.
- the chlorides of the metal M can be very well electrolyzed due to their good solubility and thus high conductivity of the electrolyte.
- the halogen can in
- the metal chlorides are electrolyzed and recovered the pure metals, wherein the electrolyte can be continuously fed metal chloride.
- the resulting chlorine can the release process, for example the roasting may be performed again to ⁇ .
- Another exemplary, third embodiment without membrane represents an arrangement where the iron ore is in the immediate vicinity of the anode and anodic acid is generated.
- the protons produced in aqueous media thereby solve the ore (for example, an oxide) and provide for a continu ous ⁇ replenishment of metal ions which can be decorated at the cathode reduced.
- the acid formation is stoichiometric, so as much metal goes exactly in solution, as deposited at the Katho ⁇ de.
- the system can be operated continuously.
- iron ore comprising iron oxide and iron sulfide is dissolved in various oxidation states either as an anode material or in an anode space by means of protons or oxonium ions produced in a water electrolysis, or generally with acid.
- iron carbonate ⁇ th can be:
- Iron ores here have a conductivity that comes close to that of graphite, which makes the process even more attractive here.
- the anode can in this case for example, from 20 - 100 weight% consist egg ⁇ senerzen, wherein for example, graphite may be added ⁇ beat..
- the iron ions anodically produced can then be deposited on an iron cathode as the iron and this perio ⁇ disch removed or stripped.
- the illustrated cathode reaction can also be coupled with various anode reactions, for example for the production of acid. be pelt so that also various ores can be processed easily.
- anodes are used, which in an amount of 20 -100 wt. % of these ores, or mixtures thereof, e.g. Iron oxide.
- graphite comes into consideration.
- metal scrap can also be used directly, and consequently, scrap can be made entirely of scrap metal, in which case no oxygen is released at the anode, but the scrap is oxidized.
- the resistance in Qm 2 / m which is specific to the minerals, should also be considered in order to be able to produce suitable anodes with sufficient conductivity, for example.
- ge ⁇ shows that iron oxides are good oxygen generating catalysts (OER). However, these are stable only at high pH values. This instability at neutral and acidic pH and accompanying resolution, while reducing the overvoltage is present a special advantage. This is an energy-efficient resolution of the ore over ⁇ all possible.
- a sulfidi ⁇ ULTRASONIC ore, such as iron sulfide, given anode is used as anode, wel ⁇ ches can be solved by an anodically produced acid. The actual anode reaction can then be the Wasseroxi- dation.
- the sulfide ores are directly electrically coupled, the sulfide can be oxidized to sulfur directly at the anode. The resulting sulfur then floats on top of the aqueous anolyte solution and can be skimmed off from the electrolyte.
- the sulfur can be used for example for the kauherstel ⁇ development, production of sulfuric acid, etc.. In the event of an oversupply, however, it can easily be dumped without causing environmental damage.
- Such an electrolysis ⁇ cell requires very low voltages, since the anode ⁇ voltage is only +0.14 V (S 2 ⁇ (s) + 2H + + 2e- ⁇ H 2 S (g)).
- the present invention represents a disruptive approach, which converts the previous metal-producing industry to the fundamentally new reducing agent "electrons from renewable energies.” Blast furnaces can thus become superfluous and be converted to electrolyzers with aqueous electrolytes.
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Abstract
The present invention relates to a method for producing a metal M and/or a mixture and/or an alloy thereof in a reduction cell comprising at least one anode and at least one cathode, wherein a compound of the metal M and optionally at least one other compound of an alloy component is dissolved in an aqueous solution and the metal M and/or a mixture and/or an alloy thereof is electrochemically deposited on the at least one cathode.
Description
Beschreibung description
C02~freie elektrochemische Herstellung von Metallen und Le- gierungen davon C0 2 ~ free electrochemical production of metals and alloys thereof
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstel¬ lung eines Metalls M und/oder einer Mischung und/oder Legierung davon in einer Elektrolysezelle umfassend mindestens ei- ne Anode und mindestens eine Kathode, wobei eine Verbindung des Metalls M und ggf. mindestens eine weitere Verbindung ei¬ nes Legierungsbestandteils in eine wässrige Lösung überführt wird und das Metall M und/oder eine Mischung und/oder Legie¬ rung davon elektrochemisch an der mindestens einen Kathode abgeschieden wird. The present invention relates to a method for the manufacture ¬ lung of a metal M and / or a mixture and / or alloy thereof in an electrolytic cell comprising at least one anode and at least one cathode, wherein a compound of the metal M, and optionally at least one further compound ei ¬ nes alloying ingredient is converted into an aqueous solution and the metal M and / or a mixture and / or alloy coins ¬ tion of which is electrochemically deposited on the at least one cathode.
Stand der Technik State of the art
Seit Jahrtausenden werden viele Metalle, darunter Eisen, Ni- ekel, Cobalt, Kupfer und viele Metalle, die für Legierungs¬ stähle verwendet werden, durch Verhüttung hergestellt. Dazu werden üblicherweise Sulfide durch Röstverfahren in Oxide überführt, die anschließend mit Kohle oder Kohlenmonoxid zum Metall reduziert werden. Der Kohlenstoff kann hierzu auch die notwendige Energie liefern. Die hierbei notwendigen hohen Temperaturen sorgen für einen zusätzlichen Energiebedarf. For thousands of many metals, including iron, Ni disgust, cobalt, copper, and many metals, which are used for alloy steels ¬ be prepared by smelting. For this purpose, usually sulfides are converted by roasting in oxides, which are then reduced with carbon or carbon monoxide to the metal. The carbon can also provide the necessary energy. The necessary high temperatures provide an additional energy requirement.
Eine beispielhafte allgemeine Reaktionsgleichung ist hierbei wie folgt: An exemplary general reaction equation is as follows:
Μη+χΟ(Χ*η)/2 + (x*n)/4 C -> x M + (x*n) /4 C02 , wobei n = 1, 2, 3, 4, 5, 6 die Oxidationsstufe des Metalls darstellt, x wird in Stöchiometrieformeln dabei normalerweise so gewählt, dass x selbst und (x*n)/2 ganzzahlig ist. Für die Gültigkeit der Gleichung kann x aber beliebig sein. Hierbei sind Oxide mit gemischten Oxidationsstufen (allgemeine Formel z.B. M3O4 oder M4O3) nicht ausgeschlossen, da sich diese formal als Mischun-
gen zweier Oxide formulieren lassen, beispielsweise Fe304 = Fe203 + FeO, oder ähnliche Verbindungen. Μ η + χΟ ( Χ * η) / 2 + (x * n) / 4 C -> x M + (x * n) / 4 C0 2 , where n = 1, 2, 3, 4, 5, 6 the In this case, x is usually chosen in stoichiometric formulas such that x is itself and (x * n) / 2 is an integer. For the validity of the equation, x can be arbitrary. In this case, oxides with mixed oxidation states (general formula, for example, M 3 O 4 or M 4 O 3 ) are not excluded, since these are formally used as mixtures. formulate two oxides, for example, Fe 3 0 4 = Fe 2 0 3 + FeO, or similar compounds.
Insbesondere Metalle der Metallurgie wie Fe, Ni, Co oder Le¬ gierungsmetalle wie W, Mn, V, Cr werden großtechnisch in Hochofenprozessen mit fossilen Rohstoffen wie Kohle hergestellt . Bei dieser Verhüttung werden erhebliche Mengen an CO2 in die Atmosphäre emittiert. Die Eisen bzw. Metallerzeugung mittels Hochofenverfahren ist für eine Emission von durchschnittlich 1,8 - 2 t CO2 pro Tonne Rohstahl verantwortlich (Brasilien: 1,25 t C02 /t Stahl; US: 2,9 t C02 /t Stahl; Korea und Mexi- ko: 1,6 t C02/t Stahl; China und Indien: 3,1 bis 3,8 t C02/t Stahl) . Dies summiert sich auf 6,7% der weltweiten CO2- Emission. Die weltweite Rohstahlerzeugung betrug in 2015 1623 Millionen Tonnen pro Jahr. Bei einem aktuellen Rohstahlpreis von 583 C/t (Jan. 2017) bedeutet dies ein Marktvolumen 954 Mrd. C. In particular, metals metallurgy as Fe, Ni, Co or Le ¬ gierungsmetalle as W, Mn, V, Cr be industrially produced in blast furnace processes with fossil fuels such as coal. In this smelting significant amounts of CO 2 are emitted into the atmosphere. The iron or metal production by blast furnace processes is responsible for an average emission of 1.8 - 2 t CO 2 per ton of crude steel (Brazil: 1.25 t C0 2 / t steel, US: 2.9 t C0 2 / t steel; Korea and Mexico: 1.6 t C0 2 / t steel, China and India: 3.1 to 3.8 t C0 2 / t steel). This adds up to 6.7% of global CO 2 emissions. Global crude steel production in 2015 was 1,623 million tons per year. With a current crude steel price of 583 C / t (Jan. 2017), this means a market volume of 954 billion C.
In Deutschland betrug die Rohstahlproduktion 46,3 Mt, was 2,6% entspricht. 42,7 Millionen Tonnen Rohstahl wurden in Deutschland im Jahr 2015 produziert - entsprechend hoch sind die CO2 -Emissionen dieser Branche. 2014 wurden 51,4 Millio¬ nen Tonnen emittiert, was einem Anteil von 6,4 Prozent an den Gesamtemission entspricht. In Germany, crude steel production was 46.3 Mt, which corresponds to 2.6%. 42.7 million tonnes of crude steel were produced in Germany in 2015 - correspondingly high are the CO 2 emissions of this industry. 2014 were 51.4 emits Millio ¬ nen tons, representing a share of 6.4 per cent of total emissions.
Wichtigstes Verfahren ist die Verhüttung metallischer Oxide im Hochofen mit Kohlenstoff aus Koks oder Kohlenmonoxid, z.B. für Fe bzw. Stahl. The most important method is the smelting of metallic oxides in the blast furnace with carbon from coke or carbon monoxide, e.g. for Fe or steel.
Gewisse Metalle werden jedoch aufgrund ihres Normalpotentials elektrochemisch hergestellt. Beispiele sind hierbei die Alka- limetalle wie Lithium, Natrium, Kalium oder Erdalkalimetalle wie Beryllium, Calcium, Magnesium, Strontium oder Barium. Das bekannteste und bedeutsamste Metall ist Aluminium.
Diese Metalle werden wiederum teilweise zur Erzeugung anderer Metalle eingesetzt, beispielsweise bei der Herstellung von Titan nach dem Kroll-Prozess : However, certain metals are produced electrochemically because of their normal potential. Examples are the alkali metals such as lithium, sodium, potassium or alkaline earth metals such as beryllium, calcium, magnesium, strontium or barium. The best known and most significant metal is aluminum. These metals, in turn, are used in part for the production of other metals, for example in the production of titanium according to the Kroll process:
TiCl4 + 2 Mg -> Ti + 2 MgCl2 TiCl 4 + 2 Mg -> Ti + 2 MgCl 2
Neuere Verfahren verwenden auch Natrium. Prinzipiell können diese Metalle für die Metallherstellung auch elektrochemisch hergestellt werden, jedoch ist dieses Verfahren aufwändiger und somit erfindungsgemäß nicht umfasst. Newer methods also use sodium. In principle, these metals can also be prepared electrochemically for the production of metal, but this process is more complex and therefore not included according to the invention.
Des Weiteren sind Verfahren in der Diskussion, bei dem Wasserstoff aus erneuerbaren Energien zur Reduktion der Oxide in Hochofen ähnlichen Systemen verwendet wird (s. z.B. Furthermore, methods are under discussion using hydrogen from renewable sources to reduce oxides in blast furnace like systems (see e.g.
http : //www . erneuerbareenergien . de/das-erste-oeko- stahlwerk/150/437/ 97758/) http: // www. renewable energy . the first steelworks / 150/437/97758 /)
Eine Beispielsreaktion ist hierbei wie folgt: An example reaction is as follows:
Fe203 + 6 H2 -* 2 Fe + 3 H20 Fe 2 0 3 + 6 H 2 - * 2 Fe + 3 H 2 0
Die Reduktion findet dann aber immer noch in einer hochofenähnlichen Anlage bei hohen Temperaturen und damit unter hohem Energieaufwand statt. However, the reduction then still takes place in a furnace-like plant at high temperatures and thus with high energy expenditure.
Metalle wie Aluminium oder auch Lithium lassen sich auch aus nicht-wässrigen leitfähigen Lösungen ihrer Salze, beispielsweise von Halogeniden, abscheiden. Beispiele hierfür sind Aluminium aus ionischen Flüssigkeiten oder Lithium aus Metals such as aluminum or else lithium can also be deposited from non-aqueous conductive solutions of their salts, for example halides. Examples include aluminum from ionic liquids or lithium
Pyridin oder Estern. Pyridine or esters.
Für weitere Metalle fehlen jedoch effiziente Verfahren zu de¬ ren Herstellung, welche eine Emission von C02 vermindern kön- nen.
Es ist somit eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, bei dem erneuerbare Energie aus z.B. Wind oder Solar direkt für eine elektrochemische Erzeugung von Metallen der Metallurgie und/oder Legierungsmetallen verwendet werden kann, sodass die Freisetzung von CO2 vermindert werden kann. Beispielsweise soll bevorzugt hierbei die Rohstahlerzeugung im Wesentlichen C02~frei werden. Im Zuge des Ausbaus der erneuerbaren Energie ist insbesondere eine möglichst direkte Herstellung mit „Elektronen" (Elektrizität) erwünscht. For other metals, however efficient method to de ¬ ren production which kön- reduce the emission of C0 2 NEN missing. It is therefore an object of the invention to provide a method in which renewable energy from, for example, wind or solar can be used directly for electrochemical production of metals of metallurgy and / or alloying metals, so that the release of CO 2 can be reduced. For example, the crude steel production should preferably be essentially C0 2 ~ free. In the course of the expansion of renewable energy in particular a direct production with "electrons" (electricity) is desired.
Zusammenfassung der Erfindung Summary of the invention
Die Erfinder haben ein effizientes Elektrolyseverfahren entwickelt, bei dem Anodenstrom direkt oder indirekt zur Lösung einer Verbindung eines Metalls M, das ausgewählt ist aus Ti, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Mn, Re, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Cd, Ga, In, Tl, Ge, Sn, Pb, As, Sb, Bi, Se oder Te und/oder einer Mischung und/oder einer Legierung davon, verwendet wird, damit dieses dann in der Elektrolysezelle kathodisch abgeschieden werden kann. The inventors have developed an efficient electrolysis process in which anode current is used directly or indirectly to dissolve a compound of a metal M selected from Ti, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Mn, Re, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Cd, Ga, In, Tl, Ge, Sn, Pb, As, Sb, Bi, Se or Te and / or a mixture and / or an alloy thereof, is then used to cathodically deposited in the electrolytic cell can be.
Insbesondere kann ein wirtschaftlich attraktives Verfahren im Vergleich zur bisherigen Hochofenherstellung bereitgestellt werden. Auch kann auf fossile Quellen verzichtet werden und „Elektronen" als Reduktionsmittel aus erneuerbarer Energie wie Wind und Solar verwendet werden. Insbesondere lassen sich auf diese Weise mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auch Legierungen abscheiden. Insbesondere kann gemäß bestimmten Ausführungsformen auf eine aufwendige Vorbehandlung der Erze des Metalls M wie bei¬ spielsweise das Rösten verzichtet werden. In particular, an economically attractive process compared to the previous blast furnace production can be provided. It is also possible to dispense with fossil sources and to use "electrons" as reducing agents from renewable energy such as wind and solar, In particular alloys can be deposited in this way with the method according to the invention In particular, according to certain embodiments, elaborate pretreatment of the ores of the metal M as in ¬ example, the roasting are omitted.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstel- lung eines Metalls M, das ausgewählt ist aus Ti, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Mn, Re, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Cd, Ga, In, Tl, Ge, Sn, Pb, As, Sb, Bi, Se oder Te und/oder einer Mischung
und/oder Legierung davon, in einer Elektrolysezelle umfassend mindestens eine Anode und mindestens eine Kathode, wobei eine Verbindung des Metalls M und ggf. mindestens eine weitere Verbindung eines Legierungsbestandteils in eine wässrige Lö- sung überführt wird und das Metall M und/oder eine Mischung und/oder Legierung davon elektrochemisch an der mindestens einen Kathode abgeschieden wird, wobei die mindestens eine Anode die Verbindung des Metalls M umfasst, bevorzugt im We¬ sentlichen aus der mindestens einen Verbindung des Metalls M besteht, und die mindestens eine Verbindung des Metalls M elektrochemisch an der mindestens einen Anode in eine wässrige Lösung überführt wird, und/oder wobei mindestens eine Ver¬ bindung des Metalls M mittels einer an der mindestens einen Anode hergestellten Verbindung in eine wässrige Lösung über- führt wird und in die Elektrolysezelle eingebracht wird. The present invention relates to a process for the preparation of a metal M which is selected from Ti, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Mn, Re, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Cd, Ga, In, T1, Ge, Sn, Pb, As, Sb, Bi, Se or Te and / or a mixture and / or alloy thereof, in an electrolytic cell comprising at least one anode and at least one cathode, wherein a compound of the metal M and optionally at least one further compound of an alloying constituent in an aqueous solution is transferred and the metal M and / or a mixture and / or alloy thereof is electrochemically deposited on the at least one cathode, said at least one anode comprising the compound of the metal M, preferably in the We ¬ sentlichen from the at least is a compound of the metal M, and at least one compound of the metal M electrochemically an anode is at least transferred to an aqueous solution and / or wherein at least one Ver ¬ bond of the metal M is transferred by means of a produced at the at least one anode connection in an aqueous solution and is introduced into the electrolysis cell.
Weitere Aspekte der vorliegenden Erfindung sind den abhängigen Ansprüchen und der detaillierten Beschreibung zu entnehmen . Further aspects of the present invention can be found in the dependent claims and the detailed description.
Beschreibung der Figuren Description of the figures
Die beiliegenden Zeichnungen sollen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung veranschaulichen und ein weiteres Ver- ständnis dieser vermitteln. Im Zusammenhang mit der Beschreibung dienen sie der Erklärung von Konzepten und Prinzipien der Erfindung. Andere Ausführungsformen und viele der genannten Vorteile ergeben sich im Hinblick auf die Zeichnungen. Die Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maß- stabsgetreu zueinander dargestellt. Gleiche, funktionsgleiche und gleich wirkende Elemente, Merkmale und Komponenten sind in den Figuren der Zeichnungen, sofern nichts anderes ausgeführt ist, jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen. Figur 1 zeigt schematisch die Schritte einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
In Figur 2 sind detaillierter die Vorgänge an einer Kathode K und einer Anode A der ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Figur 3 zeigt schematisch die Schritte einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. The accompanying drawings are intended to illustrate embodiments of the present invention and to provide further understanding thereof. In the context of the description, they serve to explain concepts and principles of the invention. Other embodiments and many of the stated advantages will become apparent with reference to the drawings. The elements of the drawings are not necessarily shown to scale to each other. Identical, functionally identical and identically acting elements, features and components are in the figures of the drawings, unless otherwise stated, each provided with the same reference numerals. FIG. 1 shows schematically the steps of a first embodiment of the method according to the invention. FIG. 2 shows in more detail the processes at a cathode K and an anode A of the first embodiment of the method according to the invention. FIG. 3 shows schematically the steps of a second embodiment of the method according to the invention.
In Figuren 4 und 5 sind detaillierter die Vorgänge an einer Kathode K und einer Anode A sowie beim Lösen einer Verbindung des Metalls M in zwei verschiedenen Betriebsweisen der zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt . FIGS. 4 and 5 show in more detail the processes at a cathode K and an anode A and at a release of a compound of the metal M in two different modes of operation of the second embodiment of the method according to the invention.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung Detailed description of the invention
Definitionen definitions
So nicht anderweitig definiert haben hierin verwendete tech¬ nische und wissenschaftliche Ausdrücke dieselbe Bedeutung, wie sie von einem Fachmann auf dem Fachgebiet der Erfindung gemeinhin verstanden wird. Used herein ¬ tech niche and scientific terms have as otherwise defined the same meaning as commonly understood by a person skilled in the art of the invention commonly.
In der Anmeldung beziehen sich Mengenangaben auf Gew . % , so weit es nicht anderweitig angegeben oder aus dem Zusammenhang ersichtlich ist. In the application, quantities are by weight. %, unless otherwise stated or obvious from the context.
Der Normaldruck ist 101325 Pa = 1,01325 bar. The normal pressure is 101325 Pa = 1.01325 bar.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstel- lung eines Metalls M (wobei auch Halbmetalle als Metalle um- fasst sind) , das ausgewählt ist aus Ti, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Mn, Re, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Cd, Ga, In, Tl, Ge, Sn, Pb, As, Sb, Bi, Se und Te und/oder einer Mischung und/oder Legierung davon in einer Elektrolysezelle umfassend mindestens eine Anode und mindestens eine Kathode, wobei eine Verbindung des Metalls M und ggf. mindestens eine weitere Verbindung eines Legierungsbestandteils in eine wässrige Lösung überführt wird
und das Metall M und/oder eine Mischung und/oder Legierung davon elektrochemisch an der mindestens einen Kathode abgeschieden wird, wobei die mindestens eine Anode die Verbindung des Metalls M umfasst, bevorzugt im Wesentlichen aus der min- destens einen Verbindung des Metalls M besteht, und die min¬ destens eine Verbindung des Metalls M elektrochemisch an der mindestens einen Anode in eine wässrige Lösung überführt wird, und/oder wobei mindestens eine Verbindung des Metalls M mittels einer an der mindestens einen Anode hergestellten Verbindung in eine wässrige Lösung überführt wird und in die Elektrolysezelle eingebracht wird. The present invention relates to a method for producing a metal M (which also includes semimetals as metals) selected from Ti, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Mn, Re, Fe, Co , Ni, Cu, Zn, Cd, Ga, In, Tl, Ge, Sn, Pb, As, Sb, Bi, Se and Te and / or a mixture and / or alloy thereof in an electrolytic cell comprising at least one anode and at least one Cathode, wherein a compound of the metal M and optionally at least one further compound of an alloying component is converted into an aqueous solution and the metal M and / or a mixture and / or alloy thereof is electrochemically deposited on the at least one cathode, wherein the at least one anode comprises the compound of the metal M, preferably essentially consisting of the at least one compound of the metal M, and min ¬ least one compound of metal M is electrochemically converted at the at least one anode in an aqueous solution and / or wherein at least one compound of metal M is transferred by means of a produced at the at least one anode connection in an aqueous solution and in the electrolysis cell is introduced.
Das Metall ist hierbei ausgewählt aus Ti, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Mn, Re, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Cd, Ga, In, Tl, Ge, Sn, Pb, As, Sb, Bi, Se und/oder Te und/oder einer Mischung und/oder Legierung davon, wobei hier keine Edelmetalle, also Au, Ag, Hg, Pd, Pt, Rh, Ir, Ru und Os, umfasst sind, wobei hier ins¬ besondere die Metalle der Metallurgie, Fe, Ni, Co, Legie¬ rungsmetalle wie W, Mn, V, Cr, Lagermetalle wie Sb, Bi oder Korrosionsschutzüberzüge wie Zn von wirtschaftlicher Bedeu¬ tung sind und entsprechend durch das erfindungsgemäße Verfah¬ ren kosteneffizient und einfach hergestellt werden können. The metal here is selected from Ti, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Mn, Re, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Cd, Ga, In, Tl, Ge, Sn, Pb, As, Sb, Bi, Se and / or Te and / or a mixture and / or alloy thereof, wherein here no precious metals, ie Au, Ag, Hg, Pd, Pt, Rh, Ir, Ru and Os are included, wherein here in ¬ particular the metals of the metallurgy, Fe, Ni, Co, Legie ¬ approximately metals such as W, Mn, V, Cr, bearing metals such as Sb, Bi or corrosion protection coatings are such as Zn of economic importance ¬ processing and correspondingly cost-efficiently by the inventive procedural ¬ ren and can be easily made.
Die Metalle, die sich aus wässriger Lösung kathodisch ab- scheiden lassen - insbesondere die oben angegebenen - ergeben sich durch die pH-Abhängigkeit der Nernstxschen Gleichung. Die untere Grenze bildet dabei die Nebenreaktion der Wasser¬ stoffbildung beim jeweiligen pH-Wert. The metals which can be prepared from aqueous solution cathodically separate off - in particular, the above - result from the pH-dependence of the Nernst's equation x. The lower limit forms the side reaction of water ¬ material forming the respective pH.
„ R-T aH+ "RT a H +
EH2=EH°2+—-ln^- 2 2 z■ F aH2 E H2 = E H ° 2 + - ln ^ - 2 2 z ■ F a H2
ΕΗϊ Elektrodenpotential Ε Ηϊ electrode potential
E Standardelektrodenpotential (Definitionsgemäß = 0 V bei pH = 1)
R Universelle oder molare Gaskonstante, R = 8,31447 E standard electrode potential (according to definition = 0 V at pH = 1) R Universal or molar gas constant, R = 8.31447
J-mol^-IC1 = 8, 31447 C-V-mol^-IC1 J-mol ^ -IC 1 = 8, 31447 CV-mol ^ -IC 1
T absolute Temperatur (= Temperatur in Kelvin) z Anzahl der übertragenen Elektronen (auch Äquivalentzahl ; hier = 1) T absolute temperature (= temperature in Kelvin) z number of transferred electrons (also equivalent number, here = 1)
F Faraday-Konstante, F = 96485, 34 C-mol-1 = 96485, 34 F Faraday constant, F = 96485, 34 C-mol -1 = 96485, 34
J-V^-mol-1 oc Aktivität des betreffenden Redox-Partners JV ^ -mol -1 oc activity of the respective redox partner
Definitionsgemäß ist °^H2 = 1· Für die Aktivität der Protonen wird die zu betrachtende Konzentration eingesetzt. Nach Ein¬ setzen der Konstanten ergibt sich. By definition, ° ^ H 2 = 1 · The concentration to be considered is used for the activity of the protons. After a ¬ set of constants arises.
EH2 = -59 mV ■ pH E H2 = -59 mV ■ pH
Damit ergibt sich das für die Metallabscheidung kleinste the- oretische Potential von -826 mV, das ggf. durch Überspannun¬ gen weiter erniedrigt wird. Diese sind jedoch stark vom abzu¬ scheidenden Metall abhängig. This results in the smallest for the metal deposition pass on theoretical potential of -826 mV, which is possibly lowered by overvoltages ¬ gen on. However, these are highly dependent on the ERS ¬ distinctive metal.
^Metall = ^Metall + ^ Metal = ^ metal +
z ' F Red Die Aktivität °cRed des abgeschiedenen reduzierten Metalls ist definitionsgemäß wieder 1. Diese bedeutet, dass konzentrier- tere Metalllösungen vorteilhaft sind, da sie das Halbzellpo¬ tential EMetau erhöhen, was im Umkehrschluss eine Abscheidung bei auch bevorzugt niedrigerem pH erlaubt. z 'F Red The activity ° c Red of the deposited reduced metal by definition, is again 1. This means that concen- tere metal solutions are advantageous because they increase the Halbzellpo ¬ tential E Meta u, which conversely a deposition also preferred lower pH allowed.
Beispiel: Epe =—0,04V . Bei einer Konzentration von 1 mol/1 von Fe3+ Ionen, sollte sich Eisen nicht bei pH = 0 (0,5 mola¬ re H2S04~Lösung, angenommene Überspannung Wasserstoffbildung 0V) abscheiden lassen. 0 V werden allerdings erst bei einer 7.6 molaren Lösung an Fe3+ (e40 mV'3/59 mV) erreicht. Allerdings
reicht schon eine Pufferung der Katholytlösung über pH = 1 oder eine Überspannung von 40 mV zur Bildung von Wasserstoff an Eisen aus. Dies zeigt, wie leicht sich die Example: Ep e = -0.04V. At a concentration of 1 mol / l of Fe 3+ ions, iron should not be able to be deposited at pH = 0 (0.5 molar H 2 SO 4 solution, assumed overvoltage hydrogen formation 0V). However, 0 V is only reached with a 7.6 molar solution of Fe 3+ (e 40 mV'3 / 59 mV ). Indeed Already a buffering of the catholyte solution over pH = 1 or an overvoltage of 40 mV to form hydrogen from iron. This shows how easy that is
Abscheidebedingungen einstellen lassen. Analoges gilt für die anderen Metalle. Set deposition conditions. The same applies to the other metals.
Gemäß bestimmten Ausführungsformen bildet die Untergrenze für die Herstellung des Metalls M die Wasserreduktion im stark basischen: 2 H20 + 2e" = H2 + 20H" -0, 8277 V. Da die Metall- abscheidung kathodisch erfolgt, ergibt sich wiederum keineAccording to certain embodiments, the lower limit for the preparation of the metal M forms the water reduction in the strongly basic: 2 H 2 O + 2e " = H 2 + 20H " -0.8277 V. Since the metal deposition takes place cathodically, again no results
Obergrenze. Ein Metall M, dessen Potential oberhalb dem Halb- zellenpotential von 0V liegt, lässt sich pH-unabhängig ab¬ scheiden . Gemäß bestimmten Ausführungsformen ist das Metall M daher ausgewählt aus Ti, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Mn, Fe, Co, Ni, Zn, Cd, Ga, In, Sn, Pb, Se und/oder Te und/oder einer Mischung und/oder Legierung davon. Gemäß bestimmten Ausführungsformen ist das Metall zudem ausgewählt aus Metallen, welche nicht zu einer Passivierung beim erfindungsgemäßen Verfahren neigen, insbesondere Mn, Fe, Co, Ni, Cd, Ga, In, Sn, Se und/oder Te und/oder einer Mischung und/oder Legierung davon. Gemäß bestimmten Ausführungsformen ist das Metall M ausgewählt aus Mn, Fe, Co und/oder Ni und/oder einer Mischung und/oder Le- gierung davon. Gemäß bestimmten Ausführungsformen ist das Metall M Eisen und/oder eine Legierung davon. Upper limit. A metal M, whose potential is above the half-cell potential of 0V, divorces from ¬ pH-independent. According to certain embodiments, the metal M is therefore selected from Ti, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Mn, Fe, Co, Ni, Zn, Cd, Ga, In, Sn, Pb, Se and / or Te and / or a mixture and / or alloy thereof. In addition, according to certain embodiments, the metal is selected from metals which are not prone to passivation in the process according to the invention, in particular Mn, Fe, Co, Ni, Cd, Ga, In, Sn, Se and / or Te and / or a mixture and / or or alloy thereof. According to certain embodiments, the metal M is selected from Mn, Fe, Co and / or Ni and / or a mixture and / or alloy thereof. According to certain embodiments, the metal M is iron and / or an alloy thereof.
Die Legierungen der genannten Metalle sind nicht besonders beschränkt und können beispielsweise durch Zusätze von Metal- len bzw. Metallkationen, Kohlenstoff, z.B. Graphit, etc., ge¬ wonnen werden, wobei beispielsweise bei Zusätzen von Metall¬ kationen im erfindungsgemäßen Verfahren direkt Mischungen von Metallen an der Kathode gewonnen werden können. Es ist auch nicht ausgeschlossen, dass Mischungen von Verbindungen der Metalle M, wobei mehr als ein Metall M vorhanden ist, z.B. 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 oder mehr Metalle M, im erfindungsge¬ mäßen Verfahren verwendet werden, um mehrere Metallkationen
in eine wässrige Lösung zu überführen, welche dann sequenti¬ ell oder gleichzeitig, z.B. sequentiell, an einer oder ver¬ schiedenen nacheinander eingebrachten Kathoden abgeschieden werden können. The alloys of the said metals are not particularly limited and may, for example, by additions of metals or metal cations, carbon, such as graphite, etc., are ¬ ge gained using, for example with additives of metal cations in the present method directly ¬ mixtures of metals can be recovered at the cathode. It is also not excluded that mixtures of compounds of the metals M, wherein more than one metal M is present, for example, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 or more metals M, in erfindungsge ¬ MAESSEN Procedures used to make multiple metal cations to convert into an aqueous solution, which can then be sequenti ¬ ell or simultaneously, for example, sequentially deposited on one or ver ¬ different sequentially introduced cathodes.
Bevorzugt sind Verfahren, wo sich die genannten Metalle aus wässrigen Elektrolyten abscheiden lassen. Grundsätzlich können viele Metalle, wie aus der Galvanik bekannt, aus wässri- ger Lösung abgeschieden werden. Allerdings kann erfindungsge- maß auf Zusätze wie Glanzbildner verzichtet werden, da dasPreference is given to processes where the said metals can be deposited from aqueous electrolytes. In principle, many metals, as known from electroplating, can be deposited from aqueous solution. However, according to the invention additives such as brighteners can be dispensed with, since the
Verfahren nur auf die Gewinnung des Metalls M selbst abzielt. Eine Auswahl kann beispielsweise anhand des Elektrodenpoten¬ tials getroffen werden, von denen beispielhaft einige in der nachfolgenden Tabelle 1 angegeben sind. Process only aimed at the extraction of the metal M itself. A selection can for instance be made on the basis of Elektrodenpoten ¬ tials, some example are given in Table 1 below.
Tabelle 1: Beispielhafte Elektrodenpotentiale gegenüber der Standard-Wasserstoffelektrode unter Normalbedingungen (Auszug aus Wikipedia: Table 1: Exemplary electrode potentials compared to the standard hydrogen electrode under normal conditions (Excerpt from Wikipedia:
https : //en . wikipedia .org/wiki/Standard_electrode_potential_ (d ata page) ) https: // en. wikipedia.org / wiki / Standard_electrode_potential_ (d ata page))
Oxidans Reduktans E° (V) Oxidant Reductant E ° (V)
Ta205 (s) + 10H+ + 10e~ 2Ta(s) + 5H20 -0,75Ta 2 0 5 (s) + 10H + + 10e ~ 2Ta (s) + 5H 2 0 -0.75
Cr3+ + 3e~ ^ Cr (s) -0,74Cr 3+ + 3e - > Cr (s) -0.74
Zn2+ + 2e~ Zn (Hg) -0, 7628Zn 2+ + 2e - Zn (Hg) -0, 7628
Zn2+ + 2e~ Zn (s) -0, 7618Zn 2+ + 2e - Zn (s) -0, 7618
Ag2S (s) + 2e~ 2Ag(s) + S2"(aq) -0, 69Ag 2 S (s) + 2e ~ 2Ag (s) + S 2 " (aq) -0, 69
Au[Au(CN)2 + e~ Au ( s ) + 2 CN" -0, 60Au [Au (CN) 2 + e ~ Au (s) + 2 CN " -0, 60
Ta3+ + 3e~ Ta (s) -0, 6Ta 3+ + 3e ~ Ta (s) -0, 6
PbO(s) + H20 + 2e~ Pb(s) + 20H~ -0,58PbO (s) + H 2 O + 2e ~ Pb (s) + 20H ~ -0.58
Ga3+ + 3e~ ^ Ga (s) -0, 53Ga 3+ + 3e ~ ^ Ga (s) -0, 53
U4+ + e ^ U3+ -0, 52U 4+ + e ^ U 3+ -0, 52
Fe2+ + 2e~ ^ Fe (s) -0,44Fe 2+ + 2e ~ ^ Fe (s) -0.44
Cr3+ + e~ ^ Cr2+ -0, 42Cr 3 + + e ~ ^ Cr 2 + -0, 42
Cd2+ + 2e~ ^ Cd (s) -0,40Cd 2+ + 2e ~ ^ Cd (s) -0.40
Cu20(s) + H20 + 2e ^ 2Cu(s) + 20ΒΓ -0, 360Cu 2 0 (s) + H 2 0 + 2e ^ 2Cu (s) + 20ΒΓ-0, 360
PbS04(s) + 2e~ Pb(s) + S04 2~ -0, 3588PbS0 4 (s) + 2e ~ Pb (s) + S0 4 2 ~ -0, 3588
In3+ + 3e~ ^ In (s) -0, 34
In 3+ + 3e ~ ^ In (s) -0, 34
Au[AuBr2]~ + e~ ^ Au (s) + 2Br~ +0, 96Au [AuBr 2 ] ~ + e ~ ^ Au (s) + 2Br ~ +0, 96
Au [AuCl2]~ + e~ ^ Au (s) + 2C1~ +1,15Au [AuCl 2 ] ~ + e ~ ^ Au (s) + 2C1 ~ +1.15
Pt2+ + 2e~ Pt (s) +1,188Pt 2+ + 2e ~ Pt (s) +1.188
Au3+ + 3e~ Au (s) +1, 52Au 3+ + 3e ~ Au (s) +1, 52
Au+ + e~ Au (s) +1,83 Au + + e ~ Au (s) +1.83
Gemäß bestimmten Ausführungsformen können die im erfindungsgemäßen Verfahren elektrochemisch abgeschiedenen Metalle, beispielsweise in elektrisch (regenerativ) beheizten Lichtbo- genöfen, legiert oder unter Zusatz von Kohlenstoff weiterverarbeitet werden, etc. According to certain embodiments, the electrochemically deposited metals in the process according to the invention, for example in electric (regenerative) heated arc furnace, alloyed or further processed with the addition of carbon, etc.
Das erfindungsgemäße Verfahren findet in einer Elektrolyse¬ zelle statt, welche nicht besonders beschränkt ist, und wel- che mindestens eine Anode und mindestens eine Kathode um- fasst. Das Material der Elektrolysezelle selbst wie auch das Material von Kathode und Anode können hierbei an das Metall M und/oder die Verbindung des Metalls M und/oder einen oder mehrere vorhandene Elektrolyten angepasst werden. Die Anode, die Kathode und der Elektrolyt werden nachfolgend noch genau¬ er beschrieben. Hierbei ist zu beachten, dass das erfindungs¬ gemäße Verfahren in wässriger Lösung stattfindet, es sich also nicht um eine Schmelzflusselektrolyse handelt. Daneben ist auch die Verbindung des Metalls M nicht besonders beschränkt, insofern sie das Metall M in einer Form enthält, die in eine wässrige Lösung überführt werden kann, also ein Metallkation freisetzen kann. Sie kann beispielsweise in Form eines Salzes oder einer kovalenten Verbindung vorliegen, bei- spielsweise in Salzform. Beispielsweise kann die Verbindung des Metalls M als Erz eines oder mehrerer Metalle, aber auch als gerösteter Metallschrott bzw. Metallschrott selbst, etc. vorliegen. Auch Mischverbindungen von mehreren Metallen M sind möglich. Hierbei ist nicht ausgeschlossen, dass ein Gegenion eines Metallkations beim Überführen in eine wässrige Lösung in dieser wieder abgeschieden wird, wobei das Gegenion
jedoch bevorzugt ebenfalls in Lösung geht. Dieses Gegenion kann ggf. auch weiterreagieren. Ein Beispiel hierfür wäre beispielsweise ein Chloridion. In der Verbindung des Metalls M, beispielsweise Erzen, können Fremdmetalle enthalten sein, die sich entweder vor oder während der elektrolytischen Abscheidung abscheiden lassen können. Vor der Abscheidung können hierzu gemäß bestimmten Ausführungsformen die Verbindungen des Metalls M in eine Lösung überführt werden, z.B. Salzlösungen, und die Lösungen The inventive method takes place in an electrolysis ¬ cell, which is not particularly limited, and which at least one anode and at least one cathode comprises. The material of the electrolytic cell itself as well as the material of the cathode and anode can be adapted to the metal M and / or the compound of the metal M and / or one or more existing electrolytes. The anode, cathode and the electrolyte will now be described more exactly he ¬. It should be noted that the fiction, ¬ proper procedure takes place in aqueous solution, so it is not a fused-salt electrolysis. Besides, the compound of the metal M is not particularly limited insofar as it contains the metal M in a form which can be converted into an aqueous solution, that is, can release a metal cation. It may be present, for example, in the form of a salt or a covalent compound, for example in salt form. For example, the compound of the metal M may be present as ore of one or more metals, but also as roasted metal scrap or metal scrap itself, etc. Also mixed compounds of several metals M are possible. In this case, it is not excluded that a counterion of a metal cation is redeposited in the transfer into an aqueous solution in this, wherein the counterion but preferably also goes into solution. If necessary, this counterion can also continue to react. An example of this would be, for example, a chloride ion. In the compound of the metal M, for example, ores, foreign metals may be contained, which can be deposited either before or during the electrodeposition. Before deposition, according to certain embodiments, the compounds of the metal M can be converted into a solution, for example salt solutions, and the solutions
umkristallisiert werden. Beispielsweise sind bei der Ionen der Alkalimetalle und Erdalkalimetalle und/oder Lanthanoiden gewöhnlich nicht störend, da ihr Normalpotential unterhalb dem des Metalls M liegt und sie somit während der Elektrolyse nicht abgeschieden werden bzw. sogar die Leitfähigkeit des Elektrolyten und damit die Energieeffizienz der Elektrolyse aufgrund der Reduktion ohmscher Verluste erhöhen können. Auch kann dies für spezifische Metalle M noch erweitert werden, sodass bei spezifischen Metallen M weitere Metalle nicht stö- ren. Z.B. ist neben Alkali- und Erdalkalimetallen wie Magnesium auch Aluminium bei der Eisenherstellung nicht störend, da dessen Normalpotential unterhalb dem von Eisen liegt. Ins¬ besondere Erdalkalimetalle können als schwerlösliche Sulfate schon bei der Aufarbeitung abgetrennt werden, sodass bei- spielsweise eine Verwendung von Sulfaten und/oder Schwefelsäure in der Elektrolyse, beispielsweise im Elektrolyt, z.B. im Anolyt und/oder Katholyt, vorteilhaft sein kann, wenn Erd¬ alkalimetalle in der Verbindung des Metalls M vorhanden sind. Je nach Verbindung des Metalls M und ggf. enthaltenen weite- ren Bestandteilen kann somit auch der Elektrolyt im erfindungsgemäßen Verfahren angepasst werden, z.B. hinsichtlich von Gegenionen (Anionen) bei der Herstellung des Metalls M. be recrystallized. For example, in the ions of the alkali metals and alkaline earth metals and / or lanthanides usually not disturbing because their normal potential is below that of the metal M and thus they are not deposited during the electrolysis or even the conductivity of the electrolyte and thus the energy efficiency of the electrolysis due to Reduction of ohmic losses can increase. This can also be extended for specific metals M, so that in the case of specific metals M further metals do not interfere. For example, in addition to alkali metals and alkaline earth metals such as magnesium, aluminum is not troublesome in iron production since its normal potential is below that of iron. Ins ¬ particular alkaline earth metals can be separated as sparingly soluble sulfates already in the workup, so that, for example, a use of sulfates and / or sulfuric acid in the electrolysis, for example in the electrolyte, for example in the anolyte and / or catholyte, may be advantageous if Erd ¬ alkali metals in the compound of the metal M are present. Depending on the compound of the metal M and, if appropriate, other constituents contained, the electrolyte can thus also be adapted in the process according to the invention, for example with regard to counterions (anions) in the preparation of the metal M.
Gemäß bestimmten Ausführungsformen ist die Verbindung des Me- talls M kaum oder nicht in Wasser löslich, weist z.B. eine Löslichkeit in Wasser bei 25°C und Normaldruck von weniger als 10 g/L auf, bevorzugt von weniger als 1 g/L, weiter be-
vorzugt von weniger als 0,1 g/L. Hierdurch kann die Anode die Verbindung des Metalls M umfassen oder aus dieser bestehen. According to certain embodiments, the compound of the metal M is hardly or not soluble in water, eg has a solubility in water at 25 ° C and normal pressure of less than 10 g / L, preferably less than 1 g / L, further be - preferably less than 0.1 g / L. As a result, the anode may comprise or consist of the compound of the metal M.
Gemäß bestimmten Ausführungsformen umfasst die Verbindung des Metalls M ein Oxid und/oder ein Sulfid oder besteht aus einem Oxid und/oder einem Sulfid des Metalls M. Diese können ein¬ fach durch Reaktion in eine wässrige Lösung überführt werden, beispielsweise durch eine Reaktion an der Anode oder mit min¬ destens einer anodisch hergestellten Verbindung. Zudem sind diese einfach zugänglich und können leicht zu einer Anode verarbeitet werden. Die Metalle M liegen Großteils üblicher¬ weise aufgrund ihres Normalpotentials in der Natur als Oxide oder Sulfide vor. Vor der Elektrolyse können diese beispiels¬ weise in der zweiten Ausführungsform, z.B. mittels anodisch hergestellten Säuren, z.B. Säuren, deren Anion sich nicht elektrochemisch an der Anode oxidieren lässt, gelöst werden. Ein Beispiel hierfür ist die Verwendung von Schwefelsäure mit dem besonders bevorzugten Element Eisen als Metall M. Ein Oxid von Eisen kann dabei in der Oxidationsstufe +2 oder +3 vorliegen. z.B. Oxidationsstufe +3: Fe203 + H2S04 -* Fe2(S04)3 + H20 According to certain embodiments, the compound of the metal M includes an oxide and / or sulfide, or comprises an oxide and / or sulfide of the metal M. This may be a ¬ polysubstituted by reaction in an aqueous solution are transferred, for example by reaction at the Anode or with min ¬ least one anodically prepared compound. In addition, these are easily accessible and can be easily processed into an anode. The metals M are most of the usual ¬ as before due to their normal potential in nature as oxides or sulphides. Before electrolysis, these example ¬ example, in the second embodiment, for example by means of anodically prepared acids, such as acids whose anion can not be oxidized electrochemically at the anode, be solved. An example of this is the use of sulfuric acid with the particularly preferred element iron as metal M. An oxide of iron can be present in the oxidation state +2 or +3. eg oxidation state +3: Fe 2 0 3 + H 2 S0 4 - * Fe 2 (S0 4 ) 3 + H 2 0
In diesen Ausführungsformen ist die hergestellte Säure jedoch nicht besonders beschränkt, und es ist auch ausreichend, wenn an einer Anode Protonen bzw. Hydroxoniumionen hergestellt werden, welche zur Herstellung einer Säure verwendet werden, z.B. bei einer Wasserelektrolyse. H20 - 2e" -> H 02 + 2 H+ However, in these embodiments, the acid produced is not particularly limited, and it is also sufficient if proton or hydroxonium ions are prepared at an anode, which are used for producing an acid, for example, in a water electrolysis. H 2 0 - 2e " -> H 0 2 + 2 H +
Mit geeigneten Gegenionen kann eine Säure aber auch direkt an der Anode „erzeugt" werden und mit der Verbindung des Metalls M reagieren oder aus der Elektrolysezelle herausgeführt wer- den, um eine Lösung der Verbindung des Metalls M an einem Ort außerhalb der Elektrolysezelle durchzuführen und dann Metall¬ kationen zur Elektrolysezelle zu führen. Die Erzeugung
schließt hierbei auch eine Aufkonzentrierung einer Säure ein, indem beispielsweise diese durch eine Wasserelektrolyse höher konzentriert wird. Beispielsweise kommen als Säuren neben Schwefelsäure auch HF, KHF2, CF3-S02-OH etc. in Betracht. Ne- ben Schwefelsäure können also auch andere Säuren zu einem Aufschluss der Verbindung des Metalls M verwendet werden. Insbesondere Fluorid-Ionen bilden üblicherweise stabile nega¬ tiv geladene Komplexionen mit mehrwertigen Ionen von beispielsweise Eisen, Aluminium, Kobalt oder Titan und sind da- her sehr gut zum Aufschluss oxydischer Erze geeignet. Wie auch Schwefelsäure werden auch Sie an der Anode üblicherweise in einem erfindungsgemäßen Verfahren nicht oxidiert, sondern aufkonzentriert . Ferner kann auch die Verwendung von Halogen- Wasserstoff-Säuren in Betracht gezogen werden. Im Gegensatz zu den davor genannten können ihre Anionen zu den entsprechenden Halogen oxidiert werden, die ihrerseits als anodisch generierte Verbindungen zum Aufschluss verwendet werden kön¬ nen . Im Falle der Lösung sulfidischen Erze mit Schwefelsäure kann beispielsweise Schwefelsäure durch Verbrennen von erzeugtem H2S aus der Lösung des sulfidischen Erzes an Luft unter Energiegewinn (Kraftwerkstauglich) wieder regeneriert werden. Gemäß bestimmten Ausführungsformen umfasst die Verbindung des Metalls M somit ein Sulfid oder besteht daraus. Gemäß be¬ stimmten Ausführungsformen wird bei der Lösung der Verbindung des Metalls M Schwefelsäure verwendet, welche anodisch „her¬ gestellt", also beispielsweise weiter aufkonzentriert , werden kann . z.B. für Eisen mit der Oxidationsstufe +2: However, with suitable counterions an acid can also be "generated" directly at the anode and react with the compound of the metal M or led out of the electrolysis cell to carry out a solution of the compound of the metal M at a location outside the electrolytic cell and then Metal ¬ cations lead to the electrolysis cell This also includes a concentration of an acid by, for example, this is concentrated higher by a water electrolysis. For example, as acids in addition to sulfuric acid and HF, KHF 2 , CF 3 -S0 2 -OH, etc. into consideration. In addition to sulfuric acid, it is thus also possible to use other acids for breaking down the compound of the metal M. In particular, fluoride ions usually form stable nega tive ¬ charged complex ions with multivalent ions, for example, iron, aluminum, cobalt or titanium and are DA very suitable for the digestion oxidic ores forth. As well as sulfuric acid, you are usually not oxidized at the anode in a process according to the invention, but concentrated. Furthermore, the use of halogen-hydrogen acids may also be considered. Unlike the previously mentioned their anions can be oxidized to the corresponding halo, which in turn are used as anodically generated connections to shed Kings ¬ nen. In the case of the solution sulfidic ores with sulfuric acid, for example, sulfuric acid can be regenerated by burning of produced H 2 S from the solution of sulfide ore in air with energy gain (power station suitable) again. According to certain embodiments, the compound of the metal M thus comprises or consists of a sulfide. According be ¬ voted embodiments is used in the solution of the compound of the metal M sulfuric acid which "set forth ¬" anodically, that is, for example, concentrated further, can be for example, iron in the oxidation state +2.:
FeS + H2S04 FeS04 + H2S FeS + H 2 S0 4 FeS0 4 + H 2 S
H2S + 1, 5 02 -> S02 + H20 - 561, 97 kJ Damit kann sogar die Energie des Schwefels in der Oxidations- stufe -2 aus den Erzen genutzt werden, ohne dass Sie bei ei¬ nem Abrösten des Erzes verloren geht. Ein H2S-Gasbrenner wäre
hierbei zudem deutlich leichter konstruierbar und betreibbar als z.B. ein „Röstbrenner" mit festen „Brennstoffen". H 2 S + 1, 5 0 2 -> S0 2 + H 2 0 - 561, 97 kJ This means that even the energy of the sulfur in the oxidation state -2 be used from the ores without you at ei ¬ nem roasting of the ore is lost. An H 2 S gas burner would be in this case also much easier to construct and operate as for example a "roast burner" with solid "fuels".
H2S + O2 ~* H20 + SO2 ^ H2SO3 und Weiterreaktion („forced oxi- dation") zu Schwefelsäure S02 + H20 + 02 H2S04. H 2 S + O 2 ~ * H 2 O + SO 2 ^ H 2 SO 3 and further reaction (forced oxidation) to sulfuric acid S0 2 + H 2 0 + 0 2 H 2 S0 4 .
Im erfindungsgemäßen Verfahren sind zwei verschiedene Ausführungsformen möglich, mit denen die mindestens eine Verbindung des Metalls M in eine wässrige Lösung überführt werden kann, bei denen also die mindestens eine Verbindung des Metalls M derart reagiert werden kann, dass ein Kation des Metalls M in eine wässrige Lösung übergeht. Diese sind schematisch in Fi¬ guren 1 bis 5 dargestellt. Zum einen kann die mindestens eine Verbindung des Metalls M in der Anode umfasst sein oder die Anode sogar im Wesentli¬ chen oder gesamt aus der Verbindung des Metalls M bestehen, sodass die Anode gewissermaßen bei der Elektrolyse gelöst wird durch eine anodische Reaktion und Metallkationen M in den Elektrolyten, beispielsweise den Anolyten - oder aber auch generell in den nur einen Elektrolyten, beispielsweise wenn keine Membran und kein Diaphragma vorhanden sind, übergehen. Dies ist in Figur 1 dargestellt, wobei demnach in Schritt 1 eine Auflösung mindestens einer Verbindung des Me- talls M, beispielhaft MxYy, wie in Figur 2 auch dargestellt, an einer Anode erfolgt, sodass ein Metallkation MY+ in wässrige Lösung geht, dieses Metallkation in Schritt 2 zur Katho¬ de wandert, und dort in Schritt 3 als Metall M an der Kathode abgeschieden wird. Schematisch sind diese Vorgänge durch Pfeile für eine abstrakte Elektrolysezelle in Figur 2 darge¬ stellt, wobei an der Anode A die Verbindung MxYy in eine wässrige Lösung überführt wird, das Metallkation MY+ zur Ka¬ thode K wandert und dort als Metall M in der Abscheidung 10 abgeschieden wird in Form einer Kathode. Die Abscheidung er- folgt hierbei bei der Elektrolyse durch Reduktion des Metall¬ kations mittels einer nicht dargestellten Stromquelle. In der beispielhaften Verbindung MxYy stellt hierbei Yx+ ein geeigne-
tes Gegenion des Kations MY+ in der Verbindung des Metalls M dar, welches nicht beschränkt ist, und x und y jeweils die Wertigkeit des Gegenions und des Metallkations, wobei x und y hier positive, bevorzugt ganze, Zahlen darstellen. In the method according to the invention, two different embodiments are possible, with which the at least one compound of the metal M can be converted into an aqueous solution, in which therefore the at least one compound of the metal M can be reacted such that a cation of the metal M in an aqueous Solution passes. These are schematically shown in Fi gures ¬ 1 to 5. On the one hand comprising at least one compound of the metal M in the anode consist be or the anode even in Wesentli ¬ chen or total of the compound of the metal M, so that the anode is as it were dissolved in the electrolysis by an anodic reaction and the metal cations M in the electrolyte, for example the anolyte - or in general but in the only one electrolyte, for example, if no membrane and no diaphragm are present transition. This is illustrated in FIG. 1, whereby in step 1 a dissolution of at least one compound of the metal M, for example M x Y y , as shown in FIG. 2, is carried out at an anode so that a metal cation M Y + is in aqueous solution , This metal cation wanders in step 2 to Katho ¬ de, and there is deposited in step 3 as metal M at the cathode. Schematically, these operations are Darge ¬ represents by arrows for an abstract electrolysis cell in Figure 2, wherein the compound M x Y y is converted into an aqueous solution at the anode A, the metal cation M Y + to Ka ¬ Thode K migrates and there as the metal M is deposited in the deposition 10 in the form of a cathode. The deposition takes place here during the electrolysis by reduction of the metal ¬ cation by means of a power source, not shown. In the exemplary compound M x Y y , Y x + represents a suitable represents the counterion of the cation M Y + in the compound of the metal M, which is not restricted, and x and y each denote the valency of the counterion and the metal cation, where x and y are positive, preferably integer, numbers.
Zum anderen kann die mindestens eine Verbindung des Metalls M auch durch eine anodisch in der Elektrolysezelle hergestellte Verbindung gelöst werden, wobei diese an der Anode herge¬ stellte Verbindung nicht besonders beschränkt ist, insofern sie die mindestens eine Verbindung des Metalls M lösen kann. Auch ist der Ort der Lösung der mindestens einen Verbindung des Metalls M in diesem Fall nicht beschränkt, und es kann eine Lösung innerhalb der Elektrolysezelle stattfinden, indem beispielsweise die mindestens eine Verbindung des Metalls M in die Elektrolysezelle eingebracht wird, beispielsweise in einen Anodenraum, oder indem die an der Anode hergestellte Verbindung außerhalb der Elektrolysezelle zur mindestens ei¬ nen Verbindung des Metalls M gebracht wird, beispielsweise durch ein Rohr dorthin gepumpt wird, etc., und dort gelöst, sodass die Verbindung des Metalls M dann in eine wässrige Lö¬ sung überführt wird, welche dann wiederum in die Elektrolyse¬ zelle eingebracht wird, beispielsweise zu einem Katholyten. On the other hand at least one compound of metal M may be also achieved by an anode prepared in the electrolysis cell compound, said Herge ¬ presented at the anode compound is not particularly limited insofar as it can dissolve at least one compound of the metal M. Also, the location of the solution of the at least one compound of the metal M is not limited in this case, and a solution may take place inside the electrolytic cell by, for example, introducing the at least one compound of the metal M into the electrolytic cell, for example, an anode compartment, or by reacting the compound produced at the anode is brought outside the electrolytic cell for at least ei ¬ NEN compound of the metal M is pumped, for example, through a pipe there, etc., and dissolved therein so that the compound of the metal M then in an aqueous Lö ¬ solution is transferred, which in turn is then introduced into the electrolysis ¬ cell, for example, to a catholyte.
Dies ist schematisch in Figuren 3 bis 5 dargestellt. In Figur 3 ist hierbei schematisch die Reaktionsfolge dargestellt, analog zu Figur 1. Hierbei wird Schritt 1 der Figur 1 durch die Schritte la, lb und lc ersetzt, wobei dann die Schritte 2 und 3 denen der Figur 1 entsprechen. Schritt 1 der Figur 1 wird entsprechend in Teilschritte unterteilt, wobei diese im Ergebnis dann jedoch wieder das Metallkation bereitstellen, welches dann nach Wanderung in Schritt 2 in Schritt 3 redu¬ ziert wird. In Schritt la der Figur 3 erfolgt hierbei die Herstellung einer Verbindung Z, welche optional in eine Verbindung Z* überführt werden kann. Die Verbindung Z oder die Verbindung Z* wird dann in Schritt lb zum Lösen der Verbindung des Metalls M, beispielsweise MxYy, verwendet, sodass wiederum ein Metallkation MY+ in wässrige Lösung geht, wel-
ches dann in Schritt lc zur Wanderung zur Kathode bereitge¬ stellt wird, also entweder in der Elektrolysezelle bereitge¬ stellt wird oder in die Elektrolysezelle eingebracht wird, so die Lösung der Verbindung des Metalls M außerhalb der Elekt- rolysezelle erfolgt. Schematisch sind diese Vorgänge durchThis is shown schematically in FIGS. 3 to 5. In FIG. 3, the reaction sequence is shown schematically, analogously to FIG. 1. Here, step 1 of FIG. 1 is replaced by steps la, lb and lc, in which case steps 2 and 3 correspond to those of FIG. Step 1 of Figure 1 is divided in accordance with sub-steps, which then, however, again providing the metal cation in the result, which is then redu in Step 3 ¬ for using movements in step 2. In step la of FIG. 3, the production of a compound Z takes place, which can optionally be converted into a compound Z *. The compound Z or the compound Z * is then used in step 1b for dissolving the compound of the metal M, for example M x Y y , so that once again a metal cation M Y + goes into aqueous solution, which ches then in step lc to migrate to the cathode bereitge ¬ represents is, either in the electrolytic cell is bereitge ¬ represents or is introduced into the electrolytic cell, then the required solution of the compound of the metal M outside the electrolytic cell. Schematically, these processes are through
Pfeile für eine abstrakte Elektrolysezelle in Figuren 4 und 5 dargestellt, wobei Figur 4 die Variante darstellt, bei der die an der Anode hergestellte Verbindung Z, z.B. Chlor, direkt zum Lösen der Verbindung MxYy verwendet wird, sodass diese in eine wässrige Lösung überführt wird, während in Fi¬ gur 5 eine Verbindung Z, zum Beispiel eine Säure bzw. auch ein H+-Ion, hergestellt wird, welche in eine Verbindung Z* überführt wird, z.B. Schwefelsäure, die zum Lösen der Verbin¬ dung MxYy verwendet wird. Zu beachten ist, dass die Ionen des abzuscheidenden Metalls M unter Umständen selbst aufgrund ihrer hohen Lewis-Acidität starke sogenannte Kationen-Säuren sein können, z.B. für Fe3+ in z.B. Fe2(S04)3: 4 illustrates the variant in which the compound Z, for example chlorine, produced at the anode is used directly for dissolving the compound M x Y y , so that these are in an aqueous solution is transferred, during which * is converted into a compound Z, a compound Z, for example an acid or also a H + ion produced in Fi ¬ gur 5, such as sulfuric acid, the x for releasing the Verbin ¬ dung M Y y is used. It should be noted that the ions of the metal M to be deposited may under certain circumstances be strong so-called cation acids, for example for Fe 3+ in, for example, Fe 2 (S0 4 ) 3, owing to their high Lewis acidity.
Fe3+ + 6H20 „H+" + [Fe (OH) (H20)5]2+ Fe 3+ + 6H 2 0 "H + " + [Fe (OH) (H 2 O) 5 ] 2+
In beiden obigen Fällen wandert dann wieder analog Figur 2 das Metallkation MY+ zur Kathode K und wird dort als Abschei- dung 10 abgeschieden. In dieser zweiten Ausführungsform sind hierbei die „Verbindungen" Z und Z* nicht besonders be- schränkt, obgleich hier diese beispielhaft als Chlor undIn both of the above cases, the metal cation M Y + again travels to the cathode K analogously to FIG. 2, where it is deposited as a precipitate 10. In this second embodiment, in this case, the "compounds" Z and Z * are not particularly limited, although here they are exemplified as chlorine and
Schwefelsäure angegeben sind. In dieser zweiten Ausführungs¬ form umfasst der Schritt, dass mindestens eine Verbindung des Metalls M mittels einer an der mindestens einen Anode herge¬ stellten Verbindung in eine wässrige Lösung überführt wird und in die Elektrolysezelle eingebracht wird also auch, dass die an der mindestens einen Anode hergestellte Verbindung auch ein Ion sein kann, und/oder dass auch die an der Anode hergestellte Verbindung zu einer weiteren Verbindung umgesetzt wird. Sulfuric acid are indicated. In this second execution ¬ form, the step that at least one compound of the metal M is transferred to the at least one anode Herge ¬ prepared compound into an aqueous solution by means of a and is introduced into the electrolysis cell thus also that the at least one anode can also be an ion, and / or that also the compound prepared at the anode is converted to a further compound.
Das Lösen einer Verbindung des Metalls M, beispielsweise von Erzen, kann in bestimmten Fällen auch eine direkte anodische
Oxidation des Metalls umfassen. So muss die oxidationsstufe des Metalls in der Anode nicht der des in Lösung gebrachten Metall-Ions entsprechen. Als Beispiel kann die Verhüttung von Siderit-Erz (FeCOs) angeführt werden. z.B. The dissolution of a compound of the metal M, for example, ores, in certain cases, a direct anodic Include oxidation of the metal. Thus, the oxidation state of the metal in the anode need not match that of the metal ion dissolved. As an example, the smelting of siderite ore (FeCOs) can be cited. eg
2FeC03 + 3H2S04 -> Fe2(S04)3 + 2C02 + 2e" + 2H+ Des Weiteren kann die Verbindung des Metalls M, beispielswei¬ se ein Erz, auch gediegene Bestandteile enthalten und/oder die Anode Metallschrott enthalten. 2FeC0 3 + 3H 2 S0 4 -> Fe 2 (S0 4) 3 + 2C0 2 + 2e "+ 2H + Further, containing the compound of the metal M beispielswei ¬ se an ore also tasteful components and / or the anode metal scrap contain.
Fe -» Fe3 + + 3e~ Fe - »Fe 3 + + 3e ~
Im erfindungsgemäßen Verfahren ist die Kathode nicht besonders beschränkt, insofern an dieser das Metall M abgeschieden werden kann. Sie kann dabei in jeglicher Form vorgesehen sein, beispielsweise als Vollelektrode und/oder Elektroden- blech, poröse Elektrode, etc. und in jeglicher Form auftre¬ ten, beispielsweise als Streifen, Stift, Zylinder, etc. Gas¬ diffusionselektroden sind hier nicht notwendig, erfindungsge¬ mäß aber auch nicht ausgeschlossen. Die Kathode - wie auch die Anode und auch die gesamte Elektrolysezelle bzw. der Elektrolyseur, kann auch in Plattenbauweise oder auch konzentrisch aufgebaut sein. Beispielsweise kann bei rotierenden Kathoden mit Abstreifer für das Metall eine konzentrische Bauweise vorteilhaft sein. Dabei kann die Kathode entweder innen oder außen sein. In the method of the present invention, the cathode is not particularly limited insofar as the metal M can be deposited thereon. It can be provided in any form, for example as a solid electrode and / or electrode sheet, porous electrode, etc. and in any form auftre ¬ th, for example, as a strip, pen, cylinder, etc. Gas ¬ diffusion electrodes are not necessary here erfindungsge ¬ Mäss but also not excluded. The cathode - as well as the anode and also the entire electrolysis cell or the electrolyzer, can also be constructed in plate design or concentric. For example, with rotating cathodes with scrapers for the metal, a concentric design may be advantageous. The cathode can be either inside or outside.
Gemäß bestimmten Ausführungsformen umfasst die mindestens ei¬ ne Kathode das Metall M, ist beispielsweise mit dem Metall M beschichtet, oder besteht im Wesentlichen aus dem Metall M. Grundsätzlich sei hierzu angemerkt, dass für die elektroche- mische Abscheidung des Metalls M dann keine Katalysatoren entwickelt werden müssen, da insbesondere die Überspannung der Abscheidung auf 0 reduziert werden kann, sobald die
Elektrode aus dem abzuscheidenden Metall selbst besteht. Auch kann die Kathode aus dem Metall M bestehen, beispielsweise wenn dieses eine gute Leitfähigkeit aufweist. Gemäß bestimmten Ausführungsformen wird das Metall M nach der elektrochemischen Abscheidung kontinuierlich oder diskontinuierlich von der mindestens einen Kathode abgenommen. Bevorzugt wird die mindestens eine Kathode gewechselt oder das Me¬ tall M von der mindestens einen Kathode abgestreift. According to certain embodiments, the at least ei ¬ ne cathode, the metal M is, for example, coated with the metal M, or consists essentially of the metal M. In principle, it should be noted in this regard that then developed no catalysts for the electro-chemical deposition of the metal M In particular, the overvoltage of the deposition can be reduced to 0 as soon as the Electrode consists of the metal to be deposited itself. Also, the cathode can be made of the metal M, for example, if this has a good conductivity. According to certain embodiments, the metal M is removed from the at least one cathode continuously or discontinuously after the electrochemical deposition. The at least one cathode is preferably changed or stripped Me ¬ tall M of the at least one cathode.
Daneben ist im erfindungsgemäßen Verfahren die Anode nicht besonders beschränkt, wobei hier in der zweiten Ausführungs¬ form ja auch jegliches Anodenmaterial verwendet werden kann, welches zu Herstellung einer Verbindung zum Lösen der Verbin- dung des Metalls M nutzbar ist. In addition, in the present process, the anode is not particularly limited, and indeed any anode material can be used here in the second execution ¬ form which is usable for preparing a compound for releasing the connection of the metal M.
Gemäß bestimmten Ausführungsformen umfasst die mindestens ei¬ ne Anode mindestens eine Verbindung des Metalls M oder be¬ steht die mindestens eine Anode im Wesentlichen aus mindes- tens einer Verbindung des Metalls M, wie in der ersten Ausführungsform gezeigt. Gemäß bestimmten Ausführungsformen umfasst die Anode einen Anteil von 20 - 100 Gew.% der Verbin¬ dung des Metalls M, beispielsweise ein oder mehrere Erze des Metalls M, bzw. Mischungen davon. Als Zuschläge kommen hier- bei beispielsweise Graphit und/oder Binder in Betracht, wobei der Binder nicht beschränkt ist. Zur Verbesserung der Leitfähigkeit der Anode kann aber auch „Metallschrott" zugesetzt oder direkt verwendet werden. Zur Aufarbeitung von Schrott kann diese konsequenterweise zum Beispiel auch ganz aus According to certain embodiments, the at least ei ¬ ne anode at least one compound of the metal M or be ¬ is the at least one anode essentially of at least one compound of the metal M, as shown in the first embodiment. 100% by weight of the Verbin ¬ dung of the metal M, for example, one or more ores of the metal M, or mixtures thereof: - According to certain embodiments, the anode comprises a share of 20.. Suitable additives are, for example, graphite and / or binder, the binder not being limited. To improve the conductivity of the anode, however, "metal scrap" can also be added or used directly, and consequently, for the processing of scrap, it can, for example, also be quite complete
Schrott bestehen, wobei hierbei dann in einem vorgelagerten Schritt erst die Verbindung des Metalls M hergestellt werden kann, beispielsweise indem kein Sauerstoff an der Anode frei¬ gesetzt wird, sondern der Schrott oxidiert wird. Gemäß bestimmten Ausführungsformen umfasst die Anode eineScrap exist, in which case in an upstream step, only the connection of the metal M can be produced, for example by no oxygen at the anode is released ¬ , but the scrap is oxidized. According to certain embodiments, the anode comprises a
Verbindung von Eisen, insbesondere Eisenerz, oder besteht im Wesentlichen daraus. Die mindestens eine Anode kann bei-
spielsweise aus einer Verbindung von Eisen, beispielsweise Eisenerz, bestehen. Combination of iron, in particular iron ore, or consists essentially thereof. The at least one anode can For example, consist of a combination of iron, such as iron ore.
Im erfindungsgemäßen Verfahren kann in der Elektrolysezelle mindestens eine Membran und/oder mindestens ein Diaphragma vorgesehen sein, so dass beispielsweise ein vorhandener In the method according to the invention, at least one membrane and / or at least one diaphragm may be provided in the electrolysis cell, so that, for example, an existing one
Elektrolyt in einen Anolyten auf Anodenseite und einen Electrolyte in an anolyte on the anode side and a
Katholyten auf Kathodenseite unterteilt sein kann, oder es kann auch keine Membran und kein Diaphragma vorgesehen sein, sodass nur ein Elektrolyt vorhanden ist. Catholyte can be divided on the cathode side, or it can also be provided no membrane and no diaphragm, so that only one electrolyte is present.
Die Natur einer Membran kann dann auch letztendlich auf die genaue Betriebsweise im erfindungsgemäßen Verfahren Einfluss nehmen . The nature of a membrane can then ultimately affect the precise operation in the process of the invention.
1. Beispielsweise kann eine kationleitende Membran vorgese¬ hen sein, welche nicht besonders beschränkt ist. Hier kann dann der Ladungsausgleich im erfindungsgemäßen Verfahren während der Elektrolyse hauptsächlich über Kationen erfolgen, die von der Anodenseite auf die Kathodenseite wandern, also beispielsweise über die Metallkationen, wie für die in Figu¬ ren 1 bis 5 gezeigten Ausführungsformen. Mit Schwefelsäure können beispielsweise auch Protonen zum Ladungstransport bei¬ tragen. Alternativ können auch chloridhaltige Verbindungen wie HCl oder NaCl im Elektrolyten eingesetzt werden, was dann eine Chlorherstellung ermöglicht, die weitere Synergien erbringt. Die Kopplung der Chlorerzeugung mit der Metallherstellung wird nachfolgend gesondert betrachtet. Auch protonenleitende Membranen können verwendet werden, bei¬ spielsweise wenn die Verbindung des Metalls M nicht in der Elektrolysezelle gelöst wird, sondern außerhalb durch eine anodisch hergestellte Verbindung, und beispielsweise die Lö¬ sung, welche dann Metallkationen enthält, dann in den Katho- denraum zur Abscheidung des Metalls M eingebracht wird. Dies ist beispielsweise in Figuren 3 bis 5 angedeutet, so die Ver¬ bindung des Metalls M nicht in der Elektrolysezelle vorliegt.
2. Auch ist es möglich, eine anionenleitende Membran zu verwenden, welche ebenfalls nicht besonders beschränkt ist. Anionleitende Membranen können dann beispielsweise neben Hydroxidionen auch andere Ionen wie Hydrogencarbonat , Fluorid oder Sulfat-Hydrogensulfat leiten, wobei auch hier dann die Verbindung des Metalls M außerhalb der Elektrolysezelle ge¬ löst wird und die Lösung umfassend Metallkationen in den Ka¬ thodenraum eingebracht wird, wie dies beispielsweise in Figu- ren 3 bis 5 angedeutet ist, so die Verbindung des Metalls M nicht in der Elektrolysezelle vorliegt. Ist in einem solchen Fall beispielsweise der Katholyt bevorzugterweise fluorid- oder sulfathaltig, kann auch auf diesem Weg eine Anreicherung von HF oder Schwefelsäure im Anolyten stattfinden. 1. For example, a cation-conducting membrane may be vorgese ¬ hen, which is not particularly limited. Here, the charge compensation process of the invention during electrolysis can take place mainly through cations which migrate from the anode side to the cathode side, ie for example via the metal cations, such as for those shown in Figu ¬ ren 1 to 5 embodiments. With sulfuric acid protons for charge transport, for example, contribute ¬. Alternatively, chloride-containing compounds such as HCl or NaCl can be used in the electrolyte, which then allows a chlorine production, which provides further synergies. The coupling of chlorine production with metal production will be considered separately below. Also proton-conducting membranes can be used, game, when the compound of the metal M is not dissolved in the electrolytic cell at ¬ but outside by an anodic connection made, and for example, the Lö ¬ solution, which then contains metal cations, then in the cathode denraum to Deposition of the metal M is introduced. This is indicated for example in Figures 3 to 5, so the Ver ¬ bond of the metal M is not present in the electrolysis cell. 2. It is also possible to use an anion-conducting membrane, which is also not particularly limited. Anionleitende membranes can then, for example, in addition to hydroxide ions also other ions such as hydrogen carbonate, fluoride or sulfate hydrogen sulfate lead, in which case the compound of the metal M outside of the electrolytic cell ge ¬ triggers and the solution is introduced including metal cations in the Ka ¬ method space, such as this is indicated, for example, in FIGS. 3 to 5, so that the connection of the metal M is not present in the electrolysis cell. If in such a case, for example, the catholyte is preferably fluoride- or sulphate-containing, an enrichment of HF or sulfuric acid in the anolyte may also take place in this way.
3. Auch kann im erfindungsgemäßen Verfahren in der Elektrolysezelle ein Diaphragma vorgesehen sein, welches ebenfalls nicht besonders beschränkt ist. Beispielsweise können Dia¬ phragmen aus polymeren (Polysulfone) oder anorganischen Mate- rialien (Zirkoniumoxid oder Zirkoniumphoshat ) bzw. mit orga¬ nischen polymeren Materialien gefüllten Polymeren zu einer Gastrennung in Katholyt und Anolyt dienen, beispielsweise bei einer Wasserelektrolyse, wo anodisch Sauerstoff hergestellt wird, oder bei einer anodischen Herstellung von Chlor. Bezüg- lieh der elektrischen Ionenleitfähigkeit beinhalten sie sowohl Kationen- als auch Anionenleitfähigkeit und sind somit auch für die Wanderung von Metallkationen geeignet, sodass diese bei Einsatz einer Anode umfassend die Verbindung des Metalls M, wie in Figuren 1 und 2 gezeigt, Anwendung finden können. Natürlich ist aber auch die in Figuren 3 bis 5 schematisch gezeigte Ausführungsform möglich. 3. Also, in the process of the present invention, a diaphragm may be provided in the electrolysis cell, which is also not particularly limited. For example, serve to a gas separation into catholyte and anolyte Dia ¬ Phragmén of polymer (Polysulfone) or inorganic materials (zirconia or Zirkoniumphoshat) or with orgasmic ¬ African polymeric materials filled polymers, for example in a water electrolysis, where anodic oxygen is produced, or in an anodic production of chlorine. With regard to the electrical ionic conductivity, they include both cationic and anionic conductivity and are therefore also suitable for the migration of metal cations, so that they can be used when using an anode comprising the compound of the metal M, as shown in FIGS. 1 and 2. Of course, however, the embodiment schematically shown in Figures 3 to 5 is possible.
4. Daneben ist auch eine Betriebsweise ohne Membran und oh¬ ne Diaphragma möglich, wobei ggf. jedoch Abstriche in der Reinheit einzelner Medien aufgrund deren Vermischung möglich sind. Betrachtet man das Gesamtsystem, kann diese Betriebs¬ weise unter Umständen jedoch einen kostengünstigen Elektroly-
seur darstellen. Auch hier ist eine Betriebsweise mit einer Anode umfassend die Verbindung des Metalls M möglich, wie in Figuren 1 und 2 gezeigt. Ebenfalls ist hierbei auch die in Figuren 3 bis 5 schematisch gezeigte Ausführungsform möglich. 4. In addition, a mode of operation without a membrane and oh ¬ ne diaphragm is possible, although possibly compromises in the purity of individual media due to their mixing are possible. Looking at the overall system, these operations may, however, ¬, under certain circumstances a cost electrolytically pose. Again, an operation with an anode comprising the connection of the metal M is possible, as shown in Figures 1 and 2. Likewise, the embodiment shown schematically in FIGS. 3 to 5 is also possible here.
So eine Membran oder ein Diaphragma vorhanden ist, können im erfindungsgemäßen Verfahren die Anode und/oder Kathode am Diaphragma oder der Membran anliegen oder nicht, kann also ein Elektrolytspalt vorhanden sein oder nicht. Die Ausgestaltung des Elektrolyseurs kann dem jeweiligen Metall oder der güns¬ tigsten Betriebsweise angepasst werden. Beispielsweise sind für den Fall mit einer Säure, z.B. Schwefelsäure, als Anolyt Elektrolyseurtypen mit oder ohne Elektrolytspalte auf der Anodenseite denkbar. Zur Abtrennung des Metalls ist jedoch ein, z.B. minimaler, Elektrolytspalt auf der Kathodenseite vorteilhaft. Alternativ dazu könnten auch die Elektroden bewegt werden, beispielsweise eine Kathode weg von einer Memb¬ ran oder einem Diaphragma entsprechend der Abscheidungsrate des Metalls M. Bei einer Lösung der Anode kann sich jedoch auch ein Elektrolytspalt anodenseits ausbilden, so dieser zu Beginn nicht vorhanden war. If a membrane or a diaphragm is present, in the method according to the invention the anode and / or cathode may rest against the diaphragm or the membrane or not, so that an electrolyte gap may or may not be present. The design of the electrolyzer can be adapted to the particular metal or Güns ¬ tigsten operation. For example, in the case with an acid, for example sulfuric acid, as anolyte, types of electrolytes with or without electrolyte gaps on the anode side are conceivable. For separation of the metal, however, one, for example minimal, electrolyte gap on the cathode side is advantageous. Alternatively, the electrodes such as a cathode could be persuaded away ¬ ran from a Memb or a diaphragm according to the deposition rate of the metal M. In one approach, the anode, however, an electrolyte gap can be anode-side form, this was not present at the start.
Im erfindungsgemäßen Verfahren ist ein Elektrolyt in der Elektrolysezelle nicht besonders beschränkt, insofern er zu- mindest auf Anodenseite wässrig ist. Es kann ein Elektrolyt für die gesamte Elektrolysezelle vorgesehen sein, beispiels¬ weise bei einem Betrieb ohne Membran und ohne Diaphragma. So ein Diaphragma und/oder eine Membran vorhanden ist, kann der Elektrolyt zumindest in den Anolyt auf Anodenseite und den Katholyt auf Kathodenseite aufgeteilt werden, wobei Anolyt und Katholyt dann gleich oder verschieden sein können. In the method of the present invention, an electrolyte in the electrolytic cell is not particularly limited insofar as it is aqueous at least on the anode side. It can be provided an electrolyte for the entire electrolysis cell, for example ¬ in a mode without membrane and without diaphragm. If a diaphragm and / or a membrane is present, the electrolyte can be divided at least into the anolyte on the anode side and the catholyte on the cathode side, with the anolyte and catholyte then being the same or different.
Der Katholyt ist hierbei dann nicht besonders beschränkt. Die Ionen des abzuscheidenden Metalls M können aber unter Umstän- den selbst aufgrund ihrer hohen Lewis-Acidität starke soge¬ nannte Kationen-Säuren bilden, z.B. für Fe3+ in z.B. Fe2(S04)3:
Fe3+ + 6H20 ^ „H+" + [Fe (OH) (H20)5]2+ The catholyte is then not particularly limited. However, the ions of the metal M can form the strong themselves due to their high Lewis acidity so-called ¬ cation acids under certain circumstances, such as for example Fe 3+ in Fe 2 (S0 4) 3: Fe 3+ + 6H 2 0 ^ "H + " + [Fe (OH) (H 2 O) 5 ] 2+
Daher kann es je nach Metall unter Umständen erforderlich werden, dem Katholyten pH-regulierende Zusätze beizumischen, um die unerwünschte Bildung von Wasserstoff an der Kathode zu vermeiden. Hierbei sollte darauf geachtet werden, dass ein solcher Zusatz insbesondere nicht kathodisch und bevorzugt weder kathodisch noch anodisch umgesetzt werden kann, und insbesondere gleichzeitig die Löslichkeit des abzuscheidenden Metalls M, z.B. durch Fällung von Metallkationen, nicht beeinträchtigt. Bevorzugt handelt es sich bei solchen pH- regulierenden Zusätzen um schwach basische Salze mit einem pH von mehr als 7 bis weniger als 10 bei Lösung in Wasser, die insbesondere gleichzeitig die elektrische Leitfähigkeit des Elektrolyten erhöhen. Als bekannte Beispiele für solche Zu¬ sätze können Carbonate, Borate oder Fluoride genannt werden, insbesondere von Alkalimetallen oder auch des Metalls M selbst, wobei dies jedoch von der Löslichkeit des entspre¬ chenden schwach basischen Salzes des Metalls M in einer wäss- rigen Lösung abhängen kann. Im Falle von Eisen beispielsweise wären die ersten beiden aufgrund der Bildung schwerlöslicher Salze ungeeignet, sodass hier bevorzugt Fluoride zugegeben werden können. Im Falle von Zink ist die Verwendung von Boraten wiederum problemlos möglich. Analoge Überlegungen für die anderen Metalle M sind dem Fachmann geläufig, sodass derTherefore, depending on the metal, it may be necessary to add pH-adjusting additives to the catholyte to avoid the undesirable formation of hydrogen at the cathode. Care should be taken here that such an additive can not be converted cathodically and preferably neither cathodically nor anodically, and in particular at the same time does not impair the solubility of the metal M to be deposited, for example by precipitation of metal cations. Such pH-regulating additives are preferably weakly basic salts having a pH of more than 7 to less than 10 when dissolved in water, which in particular simultaneously increase the electrical conductivity of the electrolyte. As known examples of such At ¬ sets carbonates, borates or fluorides may be mentioned, in particular of alkali metals or of the metal M itself, but this depends on the solubility of the entspre ¬ sponding weakly basic salt of the metal M in a watery solution can. In the case of iron, for example, the first two would be unsuitable due to the formation of sparingly soluble salts, so that preferably fluorides can be added here. In the case of zinc, the use of borates is again easily possible. Analogous considerations for the other metals M are familiar to the expert, so that the
Fachmann einen geeigneten Zusatz zur pH-Regulierung geeignet bestimmen kann. Professional can determine a suitable additive suitable for pH regulation.
Gemäß bestimmten Ausführungsformen werden einem Katholyten an der mindestens einen Kathode schwach basische Salze, insbe¬ sondere Fluoride, Carbonate und/oder Borate, bevorzugt Fluo¬ ride und/oder Borate, zugegeben. Auch oder alternativ können dem Katholyten zur Verbesserung der Leitfähigkeit ein oder mehrere Leitsalze zugegeben werden, beispielsweise eine Lö- sung einer - zweiten - Verbindung des Metalls M, beispielsweise eines Salzes. Dieses kann beispielsweise einem Salz entsprechen, das beim Lösen der - ersten - Verbindung des Me-
talls M entspricht, beispielsweise einem Sulfat bei einem Lö¬ sen mit Schwefelsäure, oder einem Chlorid bei Lösen mit Chlor oder HCl, oder einem Fluorid bei Lösen mit HF oder KHF2. Auch oder alternativ können dem Katholyten Verbindungen zugegeben werden, die zur Herstellung einer Legierung benötigt werden, beispielsweise Chromsalze, wenn Chromstahl hergestellt werden soll, etc. According to certain embodiments, a catholyte at the cathode of at least one weakly basic salts, and in particular ¬ sondere fluorides, carbonates and / or borates, preferably Fluo ¬ ride and / or borates are added. Also or alternatively, one or more conductive salts can be added to the catholyte to improve the conductivity, for example a solution of a - second - compound of the metal M, for example a salt. This may, for example, correspond to a salt which, upon release of the - first - compound of the measurement Talls M corresponds, for example, a sulfate at a Lö ¬ sen with sulfuric acid, or a chloride when dissolved with chlorine or HCl, or a fluoride when dissolved with HF or KHF. 2 Also or alternatively, compounds may be added to the catholyte, which are needed for the production of an alloy, for example chromium salts, if chromium steel is to be produced, etc.
Gemäß bestimmten Ausführungsformen besteht ein Katholyt an der mindestens einen Kathode aus einer wässrigen Lösung einer - zweiten - Verbindung des Metalls M und ggf. mindestens ei¬ ner weiteren Verbindung eines Legierungsbestandteils und ggf. einem oder mehreren schwach basischen Salzen. Die - zweite - Verbindung des Metalls M in der wässrigen Lö¬ sung ist hierbei bevorzugt von der - ersten - Verbindung des Metalls, welche in eine wässrige Lösung überführt wird, ver¬ schieden . Gemäß bestimmten Ausführungsformen wird einem Katholyten an der mindestens einen Kathode Wasser entzogen. Hiermit kann dann die Leitfähigkeit aufrechterhalten werden, wenn die Metallkationen abgeschieden werden. Die Methode, mit der das Wasser entzogen wird, ist hierbei nicht besonders beschränkt, und umfasst beispielsweise ein Abdampfen, ein Trocknen mit einem geeigneten Trocknungsmittel, etc. According to certain embodiments, a catholyte at the at least one cathode consists of an aqueous solution of a - second - compound of the metal M and optionally at least ei ¬ ner further compound of an alloying component and optionally one or more weakly basic salts. The - second - compound of the metal M in the aqueous solution is preferred in this ¬ Lö from the - first - metal compound, which is converted into an aqueous solution, ver ¬ eliminated. In certain embodiments, water is removed from a catholyte at the at least one cathode. This can then be maintained the conductivity when the metal cations are deposited. The method by which the water is withdrawn is not particularly limited, and includes, for example, evaporation, drying with a suitable desiccant, etc.
Ebenfalls ist ein Anolyt dann nicht besonders beschränkt. Dieser kann an die Anodenreaktion und/oder die Verbindung des Metalls M angepasst sein, wobei hier auch zusätzlich ggf. ei¬ ne Anpassung dahingehend erfolgen kann, ob die Verbindung des Metalls M in der Anode umfasst ist, im Anodenraum vorhanden ist oder sich außerhalb befindet. Gemäß bestimmten Ausführungsformen wird als Anolyt eine Säu¬ re, bevorzugt Schwefelsäure, oder eine Halogenid-haltige (insbesondere Chlorid-, Bromid- oder Iodid-haltige) , bevor-
zugt Chlorid-haltige, Verbindung verwendet. Mit diesen kann eine Auflösung der Verbindung des Metalls M unterstützt werden bzw. ein Mittel zum Lösen der Verbindung des Metalls M bereitgestellt werden. Also, an anolyte is then not particularly limited. This can be adapted to the anode reaction and / or the compound of the metal M, which can additionally be optionally egg ¬ ne adjustment to the effect here, too, whether the compound of the metal M included in the anode is present in the anode compartment or outside , According to certain embodiments, as an anolyte a säu ¬ acid, preferably sulfuric acid, or a halide-containing (in particular chloride, bromide or iodide-containing), forthcoming added to chloride-containing compound used. With these, a dissolution of the connection of the metal M can be supported or a means for releasing the connection of the metal M can be provided.
Gemäß bestimmten Ausführungsformen wird anodisch ein Halogen, bevorzugt Chlor, Schwefel und/oder eine Säure, z.B. Schwefel¬ säure durch Wasseroxidation, hergestellt. Die Herstellung einer Säure umfasst hierbei die anodische Herstellung von Pro- tonen und die nachfolgende Herstellung einer Säure. According to certain embodiments, a halogen, preferably chlorine, sulfur and / or an acid, for example sulfur ¬ acid is produced by oxidation of water, anodic. The production of an acid here comprises the anodic production of protons and the subsequent production of an acid.
Gemäß bestimmten Ausführungsformen kann das erfindungsgemäße Verfahren, bevorzugt in wässrigen Medien, bei Temperaturen unterhalb von 120°C, bevorzugt unter 100°C, z.B. unterhalb von 80 °C durchgeführt werden. Diese Temperatur ist insbesondere im Vergleich zur Hochofentemperatur deutlich herabgesetzt, sodass hier auch eine Einsparung von Energie, insbe¬ sondere von Abwärme, deutlich wird. Erfindungsgemäß ist es zudem möglich, mehrere erfindungsgemä¬ ße Verfahren in aufeinanderfolgenden Elektrolysezellen durchzuführen, beispielsweise wenn mehr als ein Metall M aus einer Verbindung des Metalls M, die mehrere Metalle M aufweist, beispielsweise ein gemischtes Erz oder Elektroschrott , abge- schieden werden soll, wobei die Auflösung dann beispielsweise an einer Anode und/oder mit einer anodisch hergestellten Verbindung erfolgen kann, die Abscheidung der Metalle M dann aber an verschiedenen Kathoden erfolgen kann, beispielsweise indem die entsprechenden Zellspannungen entsprechend gewählt werden. Eine Lösung des Metalls M, welche nach einer Abschei¬ dung eines ersten Metalls M dann noch weitere Metallkationen enthält, kann dann in eine weitere geeignete Elektrolysezelle gegeben werden, oder es kann die Kathode getauscht werden in einer Elektrolysezelle, etc. According to certain embodiments, the process according to the invention, preferably in aqueous media, can be carried out at temperatures below 120 ° C., preferably below 100 ° C., for example below 80 ° C. This temperature is significantly reduced, in particular compared to the blast furnace temperature, so that here is a saving of energy, in particular ¬ special of waste heat, clearly. According to the invention it is also possible to perform several invention shown SSE process in successive electrolytic cells, for example when more than one metal M, for example, a mixed ore or electrical, to be separated off from a compound of the metal M, which has more metals M, wherein the resolution can then take place, for example, at an anode and / or with an anodically produced compound, but the deposition of the metals M can then take place at different cathodes, for example by selecting the corresponding cell voltages accordingly. A solution of the metal M, which then contains more metal cations for an Abschei ¬ extension of a first metal M, may then be placed in a more suitable electrolytic cell, or it may be exchanged in the cathode of an electrolytic cell, etc.
Wohingegen die einzelnen Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie die Bestandteile der dazu verwendeten Elektro-
lysezelle und Materialien wie Elektrolyten, etc. vorstehend beschrieben wurden, wird nunmehr anhand von beispielhaften Ausführungsformen die Verknüpfung dieser Bestandteile in einem beispielhaften Verfahren aufgezeigt, wobei dies das er- findungsgemäße Verfahren nicht beschränkt. Vielmehr wird hierdurch die mannigfaltige mögliche Verknüpfung der einzel¬ nen Schritte und Bestandteile aufgezeigt, um das erfindungs¬ gemäße Verfahren noch weiter zu verdeutlichen, ohne den Whereas the individual steps of the process according to the invention and the constituents of the electrochemical Lysis cell and materials such as electrolytes, etc. have been described above, the linkage of these components is now shown in an exemplary method, which does not limit the inventive method on the basis of exemplary embodiments. Rather, thus the manifold possible linking of the individual ¬ nen steps and components is shown to illustrate the fiction, ¬ proper procedures even further, without the
Grundgedanken der Erfindung hier einzuschränken. Basic idea of the invention restrict here.
In einer ersten beispielhaften Ausführungsform wird vorgeschlagen, als Anolyt Schwefelsäure zu verwenden. Dies hat den Vorteil, dass hierbei anodisch durch Wasserelektrolyse die Säure konzentriert werden kann. In a first exemplary embodiment, it is proposed to use sulfuric acid as the anolyte. This has the advantage that the acid can be anodically concentrated by electrolysis of water.
H20 - 2e" -> H 02 + 2 H+ H 2 0 - 2e " -> H 0 2 + 2 H +
Das Elektrolyseverfahren kann dann beispielsweise wie folgt ablaufen : The electrolysis process can then proceed, for example, as follows:
Dem Kathodenraum wird kontinuierlich die Lösung des abzuscheidenden Salzes des Metalls M, welches anodisch oder au¬ ßerhalb des Anodenraums durch Lösung mit Schwefelsäure er¬ zeugt wird, zugegeben und durch Elektrolyse an der Kathode abgeschieden. Das an der Kathode abgeschiedene Metall (z.B. Eisen, Cobalt, Nickel und/oder Mangan) kann kontinuierlich oder diskontinuierlich von der Kathode abgenommen werden. Dazu können beispielsweise entweder abwechselnd Kathodenplatten oder eine rotierende Kathode in den Elektrolyten eingebracht werden. Die Kathoden bestehen bevorzugt aus dem abzuscheiden- den Metall oder sind mit diesem beschichtet, um dadurch die Überspannung der Abscheidung auf die Diffusionsüberspannung zu begrenzen. Im thermodynamischen Grenzfall beträgt diese Überspannung für gleiche Metalle 0. Dem Katholyten kann zudem kontinuierlich Wasser entzogen werden, um die Leitfähigkeit aufrecht zu erhalten. Angereicherte Fremdmetalle mit höherem Normalpotential können in analoger
Weise in Folgeelektrolysen gewonnen werden. Somit stellen die nacheinander abfolgenden Elektrolysen auch ein metallurgisches Aufreinigungsverfahren dar. Katholyt und Anolyt können hier durch eine Membran getrennt werden . The cathode chamber is continuously deposited, the solution of the salt of the metal M, which is anodically or au ¬ ßerhalb the anode compartment of the mixture with sulfuric acid it ¬ testifies added and deposited by electrolysis on the cathode. The deposited at the cathode metal (eg iron, cobalt, nickel and / or manganese) can be removed continuously or discontinuously from the cathode. For this example, either alternately cathode plates or a rotating cathode can be introduced into the electrolyte. The cathodes preferably consist of or are coated with the metal to be deposited, thereby limiting the overvoltage of the deposition to the diffusion overvoltage. In the thermodynamic limiting case, this overvoltage for the same metals is 0. The catholyte can also be continuously withdrawn water to maintain the conductivity. Enriched foreign metals with higher normal potential can in analog Be obtained in sequence electrolyses. Thus, the successive electrolyses also represent a metallurgical purification process. Here, catholyte and anolyte can be separated by a membrane.
Als Anolyt wird in dieser beispielhaften Ausführungsform, wie oben beschrieben, Schwefelsäure eingesetzt, da er sich wäh- rend der Elektrolyse eher aufkonzentriert als verdünnt. Sulfuric acid is used as anolyte in this exemplary embodiment, as described above, since it concentrates rather than dilutes during electrolysis.
H20 - 2e" -> H 02 + 2 H+ H 2 0 - 2e " -> H 0 2 + 2 H +
Zum Ladungsausgleich des Stromflusses können z.B. bei Verwen- dung einer Protonen-Austauscher-Membran genauso viele Protonen in den Kathodenraum wandern, wie während der Elektrolyse an der Anode erzeugt werden. Da jedes Proton 2 - 4 Wassermo¬ leküle durch die Membran transportiert, wird die Schwefelsäu¬ re während des Verfahrens aufkonzentriert . Die konzentrierte Säure kann dann wiederum zum nassen Ausschluss der Erze verwendet werden. Bei Verwendung einer AEM können aus einem Katholyten beispielsweise Sulfat-Ionen in den Anolyten wandern und mit anodisch erzeugten Protonen Schwefelsäure bilden, was ebenfalls zu einer Aufkonzentrierung führt. Bei Ver- wendung eines Diaphragmas würde eine Mischung aus beiden Pro¬ zessen vorliegen, wobei die Leitfähigkeit durch die Anwesenheit mehrwertiger Metall-Ionen nicht beeinträchtigt würde. For example, when using a proton exchanger membrane, as many protons can migrate into the cathode space to equalize the charge of the current flow, as are generated during the electrolysis at the anode. Since each proton 2-4 Wassermo ¬ leküle transported through the membrane, the re Schwefelsäu ¬ is concentrated during the process. The concentrated acid can then be used again for wet ore exclusion. When using an AEM, for example, sulfate ions can migrate from a catholyte into the anolyte and form sulfuric acid with anodically generated protons, which also leads to a concentration. In INTENT a diaphragm, a mixture of two Pro ¬ processes would be present, the conductivity was not affected by the presence of polyvalent metal ions.
Beim Betrieb der Elektrolyse sollte zudem gemäß bestimmten Ausführungsformen die konkurrierende Wasserstoffentwicklung auf ein Minimum reduziert werden. Diese senkt einerseits die Energieausbeute, andererseits kann sie zu einer gesteigerten Porosität der Abscheidung und damit zum unerwünschten Ein- schluss vom Elektrolyten im Metall führen. Dies kann durch geeignete Wahl der Kathode sichergestellt werden, wie oben auch beschrieben.
Anzumerken ist, dass die Zugabe der Metallsalzlösung wie bei einer Chloralkalielektrolyse auch über den Anodenraum erfol¬ gen könnte, so die Metallkationen außerhalb des Anodenraums erzeugt werden, aber auch die Metallkationen durch Lösen ei- ner Anode, welche die Verbindung des Metalls M umfasst, her¬ gestellt werden können. Insbesondere mehrwertige Kationen be¬ wegen sich aber nur schwer durch eine Kationen leitende Membran oder können diese sogar blockieren, sodass dies nicht bevorzugt ist. Hier kann beispielsweise auch die Verwendung ei- nes Diaphragmas Abhilfe schaffen. In addition, in operation of the electrolysis, according to certain embodiments, the concurrent evolution of hydrogen should be minimized. On the one hand, this lowers the energy yield, on the other hand it can lead to an increased porosity of the deposit and thus to the undesired inclusion of the electrolyte in the metal. This can be ensured by suitable choice of the cathode, as also described above. It should be noted that the addition of metal salt solution as in a chlor-alkali electrolysis via the anode compartment SUC ¬ gene could, as the metal cations be generated outside of the anode chamber, but also the metal cations by dissolving an anode comprising the compound of the metal M, here ¬ can be made. In particular, polyvalent cations be ¬ but because is difficult by a cation-conducting membrane or even block them, so this is not preferred. Here, for example, the use of a diaphragm can also remedy the situation.
Die hier dargestellte Betriebsweise beinhaltet die Regenera¬ tion und sogar Aufkonzentration des Anolyten während des Elektrolyseprozesses . The operation shown here includes the Regenera ¬ tion and even concentration of the anolyte during the electrolysis process.
Im Sinne der Erfindung sind jedoch auch nicht sauerstoff¬ produzierende Anodenreaktionen, wie beispielsweise eine According to the invention, however, are not oxygen-¬-producing anode reactions, such as a
Chlorherstellung, welche nachfolgend in einer zweiten beispielhaften Ausführungsform dargestellt ist. Diese ist bevor- zugt, allerdings können auch andere Halogene wie Brom oder Jod hergestellt werden. Chlorine production, which is shown below in a second exemplary embodiment. This is preferred, but other halogens such as bromine or iodine can also be produced.
Insbesondere die Chloride des Metalls M lassen sich aufgrund Ihrer guten Löslichkeit und damit hohe Leitfähigkeit des Elektrolyten sehr gut elektrolysieren . Das Halogen kann imIn particular, the chlorides of the metal M can be very well electrolyzed due to their good solubility and thus high conductivity of the electrolyte. The halogen can in
Kreis geführt werden, sofern es einmal beispielsweise aus dem in riesigen Mengen natürlich vorkommenden Natrium- und/oder Kaliumchlorid anodisch erzeugt wurde. Mit diesem Chlor kann die Verbindung des Metalls M, beispielsweise ein oder mehrere Oxide, dann gelöst und in Chlo¬ ride überführt werden, z.B. außerhalb des Anodenraums. Diese Reaktion ist auch bei Vorkommen von Carbonaten als Verbindung des Metalls M geeignet. Dabei wird dann eine Once it has been generated, for example, from the naturally occurring in huge amounts of sodium and / or potassium chloride anodic. With this chlorine, the compound of the metal M, for example, one or more oxides, then dissolved and converted into Chlo ¬ ride, for example, outside of the anode compartment. This reaction is also suitable in the presence of carbonates as a compound of the metal M. This is then a
stoichiometrische Menge an CO2 frei. stoichiometric amount of CO 2 free.
Μη+ χΟ(χ*η)/2 + (x*n)/2 Cl2 -> x Mn+Cl(ri*x) + (x*n)/4 02
Anschließend werden die Metallchloride elektrolysiert und die reinen Metalle gewonnen, wobei dem Elektrolyten kontinuierlich Metallchlorid zugeführt werden kann. Das entstehende Chlor kann dem Löseprozess, z.B. dem Röstprozess, wieder zu¬ geführt werden. Μ η + χ Ο (χ * η) / 2 + (x * n) / 2 Cl 2 -> x M n + Cl (ri * x) + (x * n) / 4 0 2 Subsequently, the metal chlorides are electrolyzed and recovered the pure metals, wherein the electrolyte can be continuously fed metal chloride. The resulting chlorine can the release process, for example the roasting may be performed again to ¬.
Mn+Cl(ri*x) -> n M + (x*n)2 Cl2 In dieser Anordnung ist beispielsweise die Betriebsweise des Elektrolyseurs ohne Membran zu bevorzugen, da keine flüssigen Anolyten gehandhabt werden müssen. M n + Cl (ri * x) -> n M + (x * n) 2 Cl 2 In this arrangement, for example, the operation of the electrolyzer without membrane is preferable, since no liquid anolyte must be handled.
Eine weitere beispielhafte, dritte, Ausgestaltung ohne Memb- ran stellt eine Anordnung dar, wo sich das Eisenerz in unmittelbarer Nähe der Anode befindet und anodisch Säure erzeugt wird. Die in wässrigen Medien entstehenden Protonen lösen dabei das Erz (z.B. ein Oxid) auf und sorgen für einen kontinu¬ ierlichen Nachschub an Metallionen, die an der Kathode redu- ziert werden können. Die Säurebildung ist stöchiometrisch, sodass genau so viel Metall in Lösung geht, wie an der Katho¬ de abgeschieden wird. Das System kann so kontinuierlich betrieben werden. Die obigen Ausführungsformen, Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, sofern sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmalen der Erfindung. Insbesondere wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der vorliegenden Erfindung hinzufügen. Die Erfindung wird im Anschluss mit Bezug auf verschiedeneAnother exemplary, third embodiment without membrane represents an arrangement where the iron ore is in the immediate vicinity of the anode and anodic acid is generated. The protons produced in aqueous media thereby solve the ore (for example, an oxide) and provide for a continu ous ¬ replenishment of metal ions which can be decorated at the cathode reduced. The acid formation is stoichiometric, so as much metal goes exactly in solution, as deposited at the Katho ¬ de. The system can be operated continuously. The above embodiments, refinements and developments can, if appropriate, be combined with one another as desired. Further possible refinements, developments and implementations of the invention also include combinations of features of the invention which have not been explicitly mentioned above or described below with regard to the exemplary embodiments. In particular, the person skilled in the art will also add individual aspects as improvements or additions to the respective basic form of the present invention. The invention will be described below with reference to various
Beispiele davon weiter im Detail erläutert. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Beispiele beschränkt.
Beispiele Examples of this are explained in more detail. However, the invention is not limited to these examples. Examples
Beispiel 1 : Example 1 :
In einem ersten Beispiel wird Eisenerz umfassend Eisenoxid und Eisensulfid in verschiedenen Oxidationsstufen entweder als Anodenmaterial oder in einem Anodenraum mittels bei einer Wasserelektrolyse hergestellten Protonen bzw. Oxoniumionen bzw. allgemein mit Säure gelöst. In a first example, iron ore comprising iron oxide and iron sulfide is dissolved in various oxidation states either as an anode material or in an anode space by means of protons or oxonium ions produced in a water electrolysis, or generally with acid.
Anodenreaktion: H20 -* H 02 + 2 H+ + 2 e" Anode reaction: H 2 O - * H 0 2 + 2 H + + 2 e "
Auflösung der Erze: Dissolution of ores:
Fe203 + 6 H+ -> 2 Fe3+ + 3 H20 Fe 2 0 3 + 6 H + -> 2 Fe 3+ + 3 H 2 0
Fe304 + 8 H+ -> Fe3+ + Fe2+ + 4 H20 Fe 3 0 4 + 8 H + -> Fe 3+ + Fe 2+ + 4 H 2 0
FeS + 2 H+ -> 2 Fe2+ + H2S FeS + 2H + -> 2 Fe 2+ + H 2 S
Hierbei kann im Erz auch beispielsweise Eisencarbonat enthal¬ ten sein: Here in the ore also contained, for example, iron carbonate ¬ th can be:
FeC03 + 2 H+ -> Fe2+ + H20 + C02 FeC0 3 + 2 H + -> Fe 2+ + H 2 0 + C0 2
Eisenerze besitzen hierbei eine Leitfähigkeit, die der von Graphit nahekommt, was das Verfahren hier noch attraktiver macht. Iron ores here have a conductivity that comes close to that of graphite, which makes the process even more attractive here.
Die Anode kann hierbei beispielsweise aus 20 - 100 Gew.% Ei¬ senerzen bestehen, wobei beispielsweise auch Graphit zuge¬ schlagen werden kann. The anode can in this case for example, from 20 - 100 weight% consist egg ¬ senerzen, wherein for example, graphite may be added ¬ beat..
Die anodisch hergestellten Eisenionen können dann an einer Eisenkathode als Eisen abgeschieden werden und dieses perio¬ disch entnommen oder abgestreift werden. Die dargestellte Kathodenreaktion kann aber auch mit diversen Anodenreaktionen, beispielsweise zur Säureherstellung, gekop-
pelt werden, sodass auch verschiedenartige Erze problemlos aufgearbeitet werden können. The iron ions anodically produced can then be deposited on an iron cathode as the iron and this perio ¬ disch removed or stripped. However, the illustrated cathode reaction can also be coupled with various anode reactions, for example for the production of acid. be pelt so that also various ores can be processed easily.
Beispielhafte grundlegende Daten für verschiedene Elektroly- sen von Eisenerzen sind in der folgenden Tabelle 2 angegeben.
Exemplary basic data for various electrons of iron ores are given in Table 2 below.
Tabelle 2: Thermodynamische Daten zur Lösung von Eisenerzen als Anodenmaterial Table 2: Thermodynamic data for the solution of iron ores as anode material
Z: Zahl der übertragenen Elektronen
Z: number of transmitted electrons
Beispiel 2 Example 2
In einem zweiten Beispiel des vorliegenden Verfahrens werden Anoden verwendet, die zu einem Anteil von 20 -100 Gew . % aus diesen Erzen, bzw. Mischungen davon bestehen, z.B. Eisenoxid. Als Zuschlag kommt beispielsweise Graphit in Betracht. Zur Verbesserung der Leitfähigkeit der Anode kann aber auch „Metallschrott" direkt verwendet werden. Zur Aufarbeitung von Schrott, kann diese konsequenterweise auch ganz aus Schrott bestehen. In diesem Fall wird kein Sauerstoff an der Anode freigesetzt, sondern der Schrott oxidiert. In a second example of the present process anodes are used, which in an amount of 20 -100 wt. % of these ores, or mixtures thereof, e.g. Iron oxide. As a supplement, for example graphite comes into consideration. To improve the conductivity of the anode, however, "metal scrap" can also be used directly, and consequently, scrap can be made entirely of scrap metal, in which case no oxygen is released at the anode, but the scrap is oxidized.
Es ergeben sich beispielsweise für zweiwertiges Eisen die folgenden Reaktionen, welche aber auch analog sich beispielsweise für zweiwertiges Co, Ni oder Mn ergeben können, etc. The following reactions, for example, result for divalent iron, which, however, can also result analogously, for example, for divalent Co, Ni or Mn, etc.
Anodenreaktion: Fe -* Fe2+ + 2e~ Anode reaction: Fe - * Fe 2+ + 2e ~
Kathodenreaktion: Fe2+ + 2e~ -* Fe Cathode reaction: Fe 2+ + 2e ~ - * Fe
Insbesondere sollte bei den Verfahren ggf. auch der den Mine- ralien spezifische Widerstand in Qm2/m in Betracht gezogen werden, um geeignete Anoden mit ausreichender Leitfähigkeit herstellen zu können, z .B. : In particular, in the methods, if appropriate, the resistance in Qm 2 / m, which is specific to the minerals, should also be considered in order to be able to produce suitable anodes with sufficient conductivity, for example. :
Graphit -5 Graphite -5
10' Gm 10 ' Gm
Magnetit Fe30 -2 Magnetite Fe 3 0 -2
4 10' Gm 4 10 ' Gm
Pyrit FeS2 10' -5 - 10"2 Qm Pyrite FeS 2 10 ' -5 - 10 "2 Sq
Hämatit Fe3Ü4 10' -2 - 10 Gm Hematite Fe 3 Ü 4 10 ' -2 - 10 Gm
Eisen Fe 10' -7 Qm Iron Fe 10 ' -7 Qm
In Science, 26 Sep 2014; Vol. 345, 6204, S. 1593-1596; DOI : 10.1126/science.1258307; In Science, 26 Sep 2014; Vol. 345, 6204, pp. 1593-1596; DOI: 10.1126 / science.1258307;
http://science.sciencemag.org/content/345/6204/1593) wird ge¬ zeigt, dass Eisenoxide gute Sauerstofferzeugungskatalysatoren (OER) sind. Allerdings sind diese nur bei hohen pH-Werten stabil. Diese Instabilität bei neutralem und saurem pH und damit einhergehender Auflösung und gleichzeitiger Senkung der Überspannung stellt vorliegend einen besonderen Vorteil dar. Dadurch wird eine energieeffiziente Auflösung des Erzes über¬ haupt erst möglich. Ähnliches gilt auch für die Metalle Co,
Ni und Mn, für die sich die Vorteile in gleicher Weise erge¬ ben . http://science.sciencemag.org/content/345/6204/1593) is ge ¬ shows that iron oxides are good oxygen generating catalysts (OER). However, these are stable only at high pH values. This instability at neutral and acidic pH and accompanying resolution, while reducing the overvoltage is present a special advantage. This is an energy-efficient resolution of the ore over ¬ all possible. The same applies to the metals Co, Ni and Mn, for the benefits erge ¬ ben in the same manner.
Beispiel 3: Example 3:
In einem dritten Beispiel wird als Anode eine ein sulfidi¬ sches Erz, z.B. Eisensulfid, enthaltene Anode verwendet, wel¬ ches durch eine anodisch hergestellte Säure gelöst werden kann. Die eigentliche Anodenreaktion kann dann die Wasseroxi- dation sein. In a third example, a sulfidi ¬ ULTRASONIC ore, such as iron sulfide, given anode is used as anode, wel ¬ ches can be solved by an anodically produced acid. The actual anode reaction can then be the Wasseroxi- dation.
Alternativ kann, wenn die sulfidischen Erze direkt elektrisch angekoppelt sind, das Sulfid direkt an der Anode zu Schwefel oxidiert werden. Der entstehende Schwefel schwimmt dann oben auf der wässrigen Anolytlösung auf und kann vom Elektrolyten abgeschöpft werden. Der Schwefel kann beispielsweise für die Gummiherstel¬ lung, Schwefelsäureherstellung etc. verwendet werden. Bei einem Überangebot kann er aber ohne Umweltschäden zu verursa- chen problemlos deponiert werden. Eine derartige Elektrolyse¬ zelle benötigt besonders niedrige Spannungen, da die Anoden¬ spannung nur +0.14 V beträgt (S2~ (s) + 2H+ + 2e- ^ H2S (g) ) . Alternatively, if the sulfide ores are directly electrically coupled, the sulfide can be oxidized to sulfur directly at the anode. The resulting sulfur then floats on top of the aqueous anolyte solution and can be skimmed off from the electrolyte. The sulfur can be used for example for the Gummiherstel ¬ development, production of sulfuric acid, etc.. In the event of an oversupply, however, it can easily be dumped without causing environmental damage. Such an electrolysis ¬ cell requires very low voltages, since the anode ¬ voltage is only +0.14 V (S 2 ~ (s) + 2H + + 2e- ^ H 2 S (g)).
Anodenreaktionen : Anode reactions:
FeS -> Fe2+ + S + 2e" bzw. FeS2 -* Fe2+ + 2S + 2e~ FeS -> Fe 2+ + S + 2e " or FeS 2 - * Fe 2+ + 2S + 2e ~
Die kathodische Abscheidung des Metalls erfolgt wie oben bei¬ spielsweise in Beispielen 1 oder 2 angegeben. The cathodic deposition of the metal takes place as indicated above with ¬ game as in Example 1 or the second
Vorliegend werden umfassende elektrochemische Verfahren vom Erz bis zum Metall beschrieben. Die Anodenreaktion wird hierbei gleichzeitig dazu benutzt, um Reagenzien (Schwefelsäure oder Chlor) herzustellen, die für die Erzaufarbeitung benö- tigt werden. Damit wird die theoretisch maximal möglicheIn the present case, comprehensive electrochemical processes from ore to metal are described. The anode reaction is used simultaneously to produce reagents (sulfuric acid or chlorine) needed for ore processing. This will theoretically maximize possible
Faradayeffizienz von 200% genutzt, weil Oxidation und Reduktion beide zur Metallherstellung genutzt werden. Die Gesamt-
Systeme sind somit insbesondere in vorteilhaften Ausgestal¬ tungen selbsttragend. Faraday efficiency of 200% is used because both oxidation and reduction are used for metal production. The total Systems are thus self-supporting in particular advantageous Ausgestal ¬ obligations.
Die vorliegende Erfindung stellt einen disruptiven Ansatz dar, der die bisherige metallerzeugende Industrie auf das grundsätzlich neue Reduktionsmittel „Elektronen aus erneuerbaren Energien" umstellt. Hochöfen können damit überflüssig werden und auf Elektrolyseure mit wässrigen Elektrolyten umgestellt werden.
The present invention represents a disruptive approach, which converts the previous metal-producing industry to the fundamentally new reducing agent "electrons from renewable energies." Blast furnaces can thus become superfluous and be converted to electrolyzers with aqueous electrolytes.
Claims
1. Verfahren zur Herstellung eines Metalls M, das ausgewählt ist aus Ti, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Mn, Re, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Cd, Ga, In, Tl, Ge, Sn, Pb, As, Sb, Bi, Se oder Te und/oder einer Mischung und/oder Legierung davon in einer Elektrolysezelle umfassend mindestens eine Anode und mindes¬ tens eine Kathode, wobei eine Verbindung des Metalls M und ggf. mindestens eine weitere Verbindung eines Legierungsbe- Standteils in eine wässrige Lösung überführt wird und das Me¬ tall M und/oder eine Mischung und/oder Legierung davon elektrochemisch an der mindestens einen Kathode abgeschieden wird, wobei die mindestens eine Anode die Verbindung des Metalls M umfasst, bevorzugt im Wesentlichen aus der mindestens einen Verbindung des Metalls M besteht, und die mindestens eine Verbindung des Metalls M elektrochemisch an der mindestens einen Anode in eine wässrige Lösung überführt wird, und/oder wobei mindestens eine Verbindung des Metalls M mittels einer an der mindestens einen Anode hergestellten Verbindung in ei- ne wässrige Lösung überführt wird und in die Elektrolysezelle eingebracht wird. A process for producing a metal M selected from Ti, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Mn, Re, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Cd, Ga, In, Tl, Ge , Sn, Pb, As, Sb, Bi, Se, or Te, and / or a mixture and / or alloy thereof in an electrolytic cell comprising at least one anode and Minim ¬ least a cathode, wherein a compound of the metal M, and optionally at least one further Compound of an alloying BeStteils is transferred into an aqueous solution and the Me ¬ tall M and / or a mixture and / or alloy thereof is electrochemically deposited on the at least one cathode, wherein the at least one anode comprises the compound of the metal M, preferably in Substantially consists of the at least one compound of the metal M, and the at least one compound of the metal M is electrochemically transferred to the at least one anode in an aqueous solution, and / or wherein at least one compound of the metal M by means of a at the at least one anode h compound is transferred into an aqueous solution and is introduced into the electrolytic cell.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die mindestens eine Ka¬ thode das Metall M umfasst oder im Wesentlichen aus dem Me- tall M besteht. 2. The method of claim 1, wherein the at least one Ka ¬ method comprises the metal M or consists essentially of the metal M tall.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei einem Katholyten an der mindestens einen Kathode schwach basische Salze, ins¬ besondere Fluoride, Carbonate und/oder Borate, zugegeben wer- den. 3. The method of claim 1 or 2, wherein a catholyte at the at least one cathode weakly basic salts, in ¬ particular fluorides, carbonates and / or borates are added.
4. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei ein Katholyt an der mindestens einen Kathode aus einerdcr wässri- gen Lösung einer Verbindung des Metalls M und ggf. mindestens einer weiteren Verbindung eines Legierungsbestandteils und ggf. einem oder mehreren schwach basischen Salzen besteht.
4. The method according to any one of the preceding claims, wherein a catholyte at the at least one cathode from a dcr aqueous solution of a compound of the metal M and optionally at least one further compound of an alloying component and optionally one or more weakly basic salts.
5. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei das Metall M nach der elektrochemischen Abscheidung kontinuierlich oder diskontinuierlich von der mindestens einen Kathode abgenommen wird, bevorzugt wobei die mindestens eine Kathode gewechselt wird oder das Metall M von der mindestens einen Kathode abgestreift wird. 5. The method according to any one of the preceding claims, wherein the metal M is removed after the electrochemical deposition continuously or discontinuously from the at least one cathode, preferably wherein the at least one cathode is changed or the metal M is stripped from the at least one cathode.
6. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei einem Katholyten an der mindestens einen Kathode Wasser entzogen wird. 6. The method according to any one of the preceding claims, wherein a catholyte is removed at the at least one cathode water.
7. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei als Anolyt eine Säure, bevorzugt Schwefelsäure, oder eine Haloge- nid-haltige, bevorzugt Chlorid-haltige, Verbindung verwendet wird. 7. The method according to any one of the preceding claims, wherein as the anolyte an acid, preferably sulfuric acid, or a halide-containing, preferably chloride-containing, compound is used.
8. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei anodisch ein Halogen, bevorzugt Chlor, Schwefel und/oder eine Säure hergestellt wird. 8. The method according to any one of the preceding claims, wherein anodically a halogen, preferably chlorine, sulfur and / or an acid is prepared.
9. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei die Verbindung des Metalls M ein Oxid und/oder ein Sulfid umfasst oder aus einem Oxid und/oder einem Sulfid des Metalls M be¬ steht .
9. The method according to any one of the preceding claims, wherein the compound of the metal M comprises an oxide and / or a sulfide or of an oxide and / or a sulfide of the metal M be ¬ .
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Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE413148C (en) * | 1923-11-27 | 1925-05-02 | Siemens & Halske Akt Ges | Anode for electrolytic iron production |
US1582423A (en) * | 1924-04-02 | 1926-04-27 | Zh Rikagaku Kenkyujo | Process of electrodepositing iron from iron-containing minerals |
US1848002A (en) * | 1927-03-08 | 1932-03-01 | Richardson Co | Anode for iron plating |
GB820172A (en) * | 1956-05-22 | 1959-09-16 | Nat Res Dev | An electrolytic process for the purification of metals and apparatus therefor |
US3580825A (en) * | 1968-10-28 | 1971-05-25 | Esb Inc | Electrolytic process for purifying iron dissolved from scrap steel |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
AT279554B (en) * | 1968-01-22 | 1970-03-10 | Ruthner Ind Planungs Ag | Process and device for the production of metal salt solutions of electrochemically noble metals |
GB2025461A (en) * | 1978-07-12 | 1980-01-23 | Bnf Metals Tech Centre | Recovery of copper from sulphide ores |
CO4440448A1 (en) * | 1993-11-22 | 1997-05-07 | Soc Desarrollo Minero Ltda Sodemi Ltda | PROCESS FOR THE ELECTROCHEMICAL DISSOLUTION OF SULPHOROUS AND / OR CONCENTRATED MINERALS THROUGH IONIC EXCHANGE MEMBERS AND POWER DIFFERENTIALS. |
WO2001090445A1 (en) * | 2000-05-22 | 2001-11-29 | Nikko Materials Company, Limited | Method of producing a higher-purity metal |
PL397081A1 (en) * | 2011-11-22 | 2013-05-27 | Nano-Tech Spólka Z Ograniczona Odpowiedzialnoscia | Method for electrorefining of copper |
DE102016104237A1 (en) * | 2016-03-09 | 2017-09-14 | Thorsten Koras | Electrolytic refining of crude gold |
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Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE413148C (en) * | 1923-11-27 | 1925-05-02 | Siemens & Halske Akt Ges | Anode for electrolytic iron production |
US1582423A (en) * | 1924-04-02 | 1926-04-27 | Zh Rikagaku Kenkyujo | Process of electrodepositing iron from iron-containing minerals |
US1848002A (en) * | 1927-03-08 | 1932-03-01 | Richardson Co | Anode for iron plating |
GB820172A (en) * | 1956-05-22 | 1959-09-16 | Nat Res Dev | An electrolytic process for the purification of metals and apparatus therefor |
US3580825A (en) * | 1968-10-28 | 1971-05-25 | Esb Inc | Electrolytic process for purifying iron dissolved from scrap steel |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
SCIENCE, vol. 345, no. 6204, 26 September 2014 (2014-09-26), pages 1593 - 1596, Retrieved from the Internet <URL:http://science.sciencemag.org/content/345/6204/1593> |
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