WO2023285168A1 - Vorrichtung und verfahren zur elektrolytischen gewinnung mindestens eines metalls - Google Patents

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WO2023285168A1
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electrolytic cell
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PCT/EP2022/068246
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Juergen Hackenberg
Harald Bauer
Claudio Baldizzone
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Robert Bosch Gmbh
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    • C25C1/20—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of solutions of noble metals
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
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    • C22B11/046—Recovery of noble metals from waste materials from manufactured products, e.g. from printed circuit boards, from photographic films, paper or baths
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    • C25C7/02—Electrodes; Connections thereof

Definitions

  • the present invention relates to a method for the electrowinning of at least one metal.
  • the invention also relates to the use of a cyclone electrolysis cell for the electrowinning of a metal.
  • the present invention relates to a cyclone electrolytic cell that is set up to deposit at least one metal by means of the method.
  • Pyrometallurgical processes or hydrometallurgical processes can be used to recycle precious metals from electronic scrap, for example.
  • the precious metals to be recovered are leached out with a fluid medium.
  • the largest possible contact surface must be provided. This is done by crushing the starting materials into particles.
  • the noble metals are released from the particles by at least one chemical step and are then in solution as solvated ions or as complex ions.
  • US 2012/0318682 A1 describes a cyclone electrolytic cell by means of which noble metals can be electrolytically recovered from such a solution.
  • the cyclonic electrolytic cell has an inner electrode and an outer electrode.
  • the outer electrode is operated as a cathode and the inner electrode is operated as an anode, so metal deposition occurs on the outer electrode.
  • Printed circuit boards are made of polymers and glass fibers and, in addition to the conductor tracks containing precious metals, also have parts and components that are soldered on. Metals such as aluminum or iron which are insoluble in the fluid suitable for dissolving noble metals can be present here.
  • the particles can be separated by filtration through filters that are as fine as possible, up to ultrafiltration and subsequent washing before separation. During filtration, however, the filter media quickly become clogged and rinsing requires very large amounts of liquid. This also applies to the use of cross-flow filters. The particles can be completely separated in centrifuges, but this would result in very compact deposits of solids that are difficult to flush and therefore first have to be crushed again. Both during filtration and during centrifugation, the amounts of rinsing water produced are many times the amount of the process liquids used and must either be disposed of at high cost or regenerated using expensive equipment and energy.
  • the rinsing water Since the liquid is not completely separated during filtration or centrifugation and this therefore ends up in the rinsing water, the rinsing water also contains considerable amounts of valuable dissolved precious metals. In addition, the rinsing water dilutes the precious metal solution so that the concentration of dissolved precious metals is so low that electrochemical deposition is made significantly more difficult.
  • the process for the electrolytic extraction of at least one metal begins with the provision of an aqueous solution of the metal, in which this can be present in particular in the form of solvated ions or complex ions. Furthermore, particles are suspended in the solution whose density is greater than the density of the solution. In addition, however, in the aqueous solution particles with a density less than the density of the solution may also be suspended.
  • the method therefore provides that a metal solution is provided from which insoluble particles, which originate, for example, from the comminution of a printed circuit board, do not have to be separated beforehand by means of filtration or centrifugation.
  • the solution is introduced into a cyclonic electrolytic cell having an inner electrode and an outer electrode.
  • the metal is then electrolytically separated in the cyclone electrolytic cell.
  • the inner electrode is operated as a cathode.
  • the proposed method has the advantage that the metal is deposited on the inner electrode, with no incorporation of particles whose density is greater than the density of the aqueous solution being able to take place in the deposited metal. At best, particles whose density is less than the density of the aqueous solution can be embedded in the deposited metal.
  • such low-density particles will at best be particulate graphite or glass fiber dust with a particle size in the submicron range.
  • the proportion by weight of such embedded particles in the separated metal will be so low that the quality of the separated metal remains high enough to be able to process it further without further purification steps.
  • the solution can preferably be provided by crushing at least one fuel cell electrode and/or at least one printed circuit board and treating it in water with at least one oxidizing agent in order to oxidize metals contained therein and thus convert them into a soluble form.
  • Fuel cell electrode scrap and printed circuit board scrap are important starting materials for recycling processes.
  • the water can also contain an acid or an alkali or a buffer in order to set a pH value that is advantageous for the oxidation.
  • it contains in particular at least one electrolyte and/or at least one complexing agent in order to stabilize the metal ions in solution.
  • the metal is preferably a noble metal selected from the group consisting of gold, silver and platinum group metals.
  • Platinum metals Platinum Group Metals; PGN are understood to mean the light platinum metals ruthenium, rhodium and palladium and the heavy platinum metals iridium and platinum. The recovery of these precious metals from fuel cell electrodes and printed circuit boards is of particular economic importance.
  • a first flow of the solution is preferably conducted in such a way that the particles are at least temporarily attached to the outer electrode.
  • the first flow is particularly preferably guided in such a way that the particles remain attached to the outer electrode for the entire duration of the electrolytic deposition. This guiding of the first flow prevents the particles from getting close to the inner electrode and being embedded there in the deposited metal.
  • Suitable methods for generating the first flow are, in particular, a centrifugal field or a deflection in a flow channel.
  • the first flow can preferably be guided by stirring the solution or by circulating the solution by means of a pump or by blowing at least one gas into the solution. In this way, sufficiently large forces can be generated to reliably attach the particles to the outer electrode. Furthermore, it is preferred that a second flow of the solution is superimposed on the first flow. This second flow is guided in such a way that the deposited particles are at least temporarily prevented from settling. Sedimenting particles could slow down the deposition process by diffusing out of the sedimentation zone before the electrochemical deposition is complete.
  • a swirl generator can be provided to generate the second flow.
  • the discharge device can be designed as a discharge on the underside of the cyclone electrolytic cell, which has a valve that can be opened to discharge the sedimented particles.
  • the discharge device is designed as a liquid siphon.
  • Such a drain device, also referred to as a compressed air water lifter, is also known under the name mammoth pump.
  • the sedimented particles are removed discontinuously from the cyclone electrolytic cell by means of the discharge device during the separation. In this way it is achieved that part of the aqueous solution, which still has a high metal concentration but has collected in pores or caverns between the sedimented particles and is therefore not accessible to electrolysis, is made accessible again.
  • the inner electrode is rotated about its longitudinal axis at a rate greater than a flow rate that the solution at the inner electrode would have if the inner electrode were not rotated. This reduces the diffusion boundary layer at the inner electrode, which is advantageous for the electrolytic metal deposition.
  • the invention relates to a cyclone electrolytic cell which is set up to separate at least one metal by means of the method.
  • FIG. 1 shows a longitudinal sectional illustration of a cyclone electrolytic cell according to an exemplary embodiment of the invention during the electrolytic deposition of a metal.
  • FIG. 2 shows a cross-sectional illustration of a cyclone electrolytic cell according to an exemplary embodiment of the invention during the electrolytic deposition of a metal.
  • FIG. 3 shows a flow chart of a method according to an exemplary embodiment of the invention.
  • FIG. 4 shows a longitudinal section of a cyclone electrolytic cell according to an exemplary embodiment of the invention, in which particles are sedimented.
  • an aqueous solution 10 containing particles 20 is introduced into a cyclone electrolysis cell 30 .
  • the cyclone electrolytic cell 30 is shown in Figures 1 and 2.
  • the method begins after its start 60 with the provision 61 of the solution 10.
  • a printed circuit board is crushed and placed in an aqueous solution of potassium iodide, which is adjusted to a pH value of with an acetic acid/acetate buffer 5.0 buffered, treated with ozone as an oxidant.
  • AU2I diiodoaurate(I) complex anions
  • the density of the aqueous solution is in the range from 1.05 to 1.20 g/cm 3 .
  • particles are suspended in the solution, the density of which is 1.4 g/cm 3 on average when it is flexible circuit board and 2.0 g/cm 3 on average when it is it is a hard circuit board. More than 10% of the particles have a size of less than 10 ⁇ m.
  • the solution 10 is introduced 62 through an inlet 31, which is designed as a horizontal tube, into a cyclone body 32.
  • the cyclone body 32 has a circular-cylindrical area in which a circular-cylindrical inner electrode 40 is arranged.
  • An outer electrode 50 which is also designed in the shape of a circular cylinder, is arranged on the inner wall of this area.
  • the inner electrode 40 surrounds an outlet 33 which is designed as a vertical tube.
  • the cyclone body 32 is designed in the shape of a truncated cone. Has a drain device 34 in the form of a valve on its underside.
  • the solution 10 is guided 63 through the cyclone body 32 by means of a first flow 11, which is generated by a centrifugal field and guided by circulation by means of a pump, not shown. Since the particles 20 have a greater density than the solution 10, they are guided by the first flow 11 to the outer wall of the cyclone body 32 and thus to the outer electrode 50.
  • a second flow is superimposed on the first flow 11 by means of a swirl generator (not shown), which prevents the particles 20 from settling in the frustoconical region of the cyclone body 32 and keeps them on the outer electro 50 .
  • the inner electrode 40 is rotated at a speed that is greater than the flow rate of the solution 10 due to the first flow 11 on the surface of the inner Electrode 40 would be if inner electrode 40 were stationary.
  • the gold is now electrolytically deposited 65 .
  • the inner electrode 40 is operated as a cathode and the outer electrode 50 as an anode. The gold is thus deposited on the inner electrode 40 .
  • the pump is stopped so that the first flow 11 and thus also the second flow superimposed on it come to a standstill.
  • the particles 20 now settle on the bottom of the cyclone body 32. This is shown in FIG.
  • the drain device 34 By opening the drain device 34, the settled particles 20 can now be drained 68 from the cyclone electrolytic cell 30 together with a small part of the solution 10 still remaining in the cyclone body 32.
  • the drain device 34 After the drain device 34 has been closed again, the cyclone electrolytic cell 30 can be used again ready.
  • the solution 10 is provided by crushing a PEM carbon fuel site electrode in place of the circuit board. Particles 20 with an average density of 2.0 g/cm 3 also get into the solution. However, these only have a particle size in the range from 200 nm to 400 nm. Individual graphite fibers have a diameter in the range from 7 pm to 10 pm.
  • the fuel cell electrode contains platinum as the precious metal to be recovered, which can also be oxidized using ozone and dissolved as a chloro complex using sodium chloride as the electrolyte.
  • This solution 20 can be processed using the method and cyclonic electrolytic cell 30 of the present invention in the same manner as described above for the solution 20 obtained from a shredded printed circuit board. In this exemplary embodiment, platinum is deposited on the inner electrode 40 instead of gold.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur elektrolytischen Gewinnung mindestens eines Metalls. Dieses umfasst ein Bereitstellen (61) einer wässrigen Lösung (10) des Metalls, in der Partikel (20) suspendiert sind, deren Dichte größer als größer als eine Dichte der Lösung (10) ist, ein Einleiten (62) der Lösung (10) in eine Zyklon-Elektrolysezelle (30) mit einer inneren Elektrode (40) und einer äußeren Elektrode (50), und ein elektrolytisches Abscheiden (65) des Metalls in der Zyklon-Elektrolysezelle (30), wobei die innere Elektrode (40) als Kathode betrieben wird. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Zyklon-Elektrolysezelle (30) die eingerichtet ist, um mindestens ein Metall mittels des Verfahrens abzuscheiden.

Description

Beschreibung
Titel
Vorrichtung und Verfahren zur elektrolytischen Gewinnung mindestens eines
Metalls
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur elektrolytischen Gewinnung mindestens eines Metalls. Außerdem betrifft die Erfindung die Verwendung einer Zyklon- Elektrolysezelle zur elektrolytischen Gewinnung eines Metalls. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung eine Zyklon- Elektrolysezelle, die eingerichtet ist, um mindestens ein Metall mittels des Verfahrens abzuscheiden.
Stand der Technik
Zum Recycling von Edelmetallen aus beispielsweise Elektroschrott können pyrometallurgische Prozesse oder hydrometallurgische Prozesse verwendet werden. In hydrometallurgischen Prozessen erfolgt ein Auslaugen der zurückzugewinnenden Edelmetalle mit einem fluiden Medium. Zum Aufschließen der Edelmetalle muss hierbei eine möglichst große Kontaktoberfläche bereitgestellt werden. Dies geschieht durch Zerkleinern der Ausgangsmaterialien zu Partikeln. Durch mindestens einen chemischen Schritt werden die Edelmetalle aus den Partikeln gelöst und befinden sich dann als solvatisierte Ionen oder als Komplexionen in Lösung.
Die US 2012/0318682 Al beschreibt eine Zyklon- Elektrolysezelle, mittels derer Edelmetalle elektrolytisch aus einer solchen Lösung zurückgewonnen werden können. Die Zyklon- Elektrolysezelle weist eine innere Elektrode und eine äußere Elektrode auf. Die äußere Elektrode wird als Katode betrieben und die innere Elektrode wird als Anode betrieben, sodass eine Metallabscheidung an der äußeren Elektrode erfolgt. Leiterplatten bestehen aus Polymeren und Glasfasern und besitzen neben der edelmetallhaltigen Auflage der Leiterbahnen auch angelötete Bauteile und Komponenten. Hier können Metalle wie beispielsweise Aluminium oder Eisen vorhanden sein, die in dem zur Lösung von Edelmetallen geeigneten Fluid unlöslich sind. Bevor ein solches Fluid, welches neben den Edelmetallioden auch Glasfaser/Polymer- Partikel und unlösliche Metalle enthält, in eine Zyklon- Elektrolysezelle eingeleitet werden kann, müssen die Partikel zunächst abgetrennt werden, da sie sonst bei der elektrochemischen Abscheidung in das herzustellende Recycling-Zwischenprodukt gelangen können.
Die Abtrennung der Partikel kann mittels Filtration durch möglichst feine Filter bis hin zur Ultrafiltration und nachgelagertem Waschen vor der Abscheidung erfolgen. Bei der Filtration setzten sich die Filtermittel allerdings schnell zu und ein Nachspülen erfordert sehr große Flüssigkeitsmengen. Dies gilt auch beim Einsatz von Querstromfiltern. In Zentrifugen ließen sich die Partikel vollständig abtrennen, dabei würden jedoch sehr kompakte Feststoffbeläge entstehen, die nur schwer gespült werden können und daher zunächst wieder zerkleinert werden müssten. Sowohl bei der Filtration als auch beim Zentrifugieren betragen die anfallenden Spülwassermengen ein Vielfaches der Menge der eingesetzten Prozessflüssigkeiten und müssen entweder teuer entsorgt werden oder apparativ und energetisch aufwendig regeneriert werden. Da weder bei der Filtration noch beim Zentrifugieren eine vollständige Abtrennung der Flüssigkeit erfolgt und diese somit in das Spülwasser gelangt, sind im Spülwasser außerdem erhebliche Mengen an wertvollen gelösten Edelmetallen enthalten. Zudem verdünnt das Spülwasser die Edelmetalllösung, sodass die Konzentration an gelösten Edelmetallen so gering wird, dass eine elektrochemische Abscheidung deutlich erschwert wird.
Offenbarung der Erfindung
Das Verfahren zur elektrolytischen Gewinnung mindestens eines Metalls, beginnt mit dem Bereitstellen einer wässrigen Lösung des Metalls, in der dieses insbesondere in Form von solvatisierten Ionen oder Komplexionen vorliegen kann. Weiterhin sind in der Lösung Partikel suspendiert, deren Dichte größer als die Dichte der Lösung ist. Zusätzlich können in der wässrigen Lösung allerdings auch Partikel mit einer Dichte von weniger als der Dichte der Lösung suspendiert sein. Das Verfahren sieht also vor, dass eine Metalllösung bereitgestellt wird, aus welcher unlösliche Partikel, die beispielsweise aus der Zerkleinerung einer Leiterplatte stammen, nicht zuvor mittels Filtration oder Zentrifugieren abgetrennt werden müssen.
Die Lösung wird in eine Zyklon- Elektrolysezelle mit einer inneren Elektrode und einer äußeren Elektrode eingeleitet. Anschließend erfolgt ein elektrolytisches Abscheiden des Metalls in der Zyklon- Elektrolysezelle. Anders als in üblicherweise für die für die Metallabscheidung verwendet Zyklon- Elektrolysezellen, wird hierbei jedoch die innere Elektrode als Katode betrieben.
Im Flüssigkeitsstrom in einer Zyklon- Elektrolysezelle werden Partikel, deren Dichte größer als die Dichte der wässrigen Lösung ist, von der Flüssigkeitsströmung nach außen und somit zur äußeren Elektrode hingeleitet. Wird die äußere Elektrode als Katode betrieben, führt dies dazu, dass bei der elektrolytischen Metallabscheidung die Partikel in das abgeschiedene Metall eingebaut werden und es somit verunreinigen. Das vorgeschlagene Verfahren hat demgegenüber den Vorteil, dass die Metallabscheidung an der inneren Elektrode erfolgt, wobei keine Einlagerung von Partikeln in das abgeschiedene Metall erfolgen kann, deren Dichte größer ist als die Dichte der wässrigen Lösung. Allenfalls können Partikel in das abgeschiedene Metall eingelagert werden, deren Dichte kleiner ist als die Dichte der wässrigen Lösung. Wurde die wässrige Lösung durch Behandlung einer zerkleinerten Leiterplatte oder Brennstoffzellenelektrode erhalten, so wird es sich bei solchen Partikeln mit geringer Dichte jedoch allenfalls um partikulären Grafit oder Glasfaserstaub mit einer Partikelgröße in Submikrometerbereich handeln. Der Gewichtsanteil solcher eingelagerten Partikel am abgeschiedenen Metall wird so gering sein, dass die Qualität des abgeschiedenen Metalls ausreichend hoch bleibt, um es ohne weitere Aufreinigungsschritte weiterverarbeiten zu können.
Die Lösung kann vorzugsweise dadurch bereitgestellt werden, dass mindestens eine Brennstoffzellenelektrode und/oder mindestens eine Leiterplatte zerkleinert wird und in Wasser mit mindestens einem Oxidationsmittel behandelt wird, um darin enthaltene Metalle zu oxidieren und so in eine lösliche Form zu überführen. Brennstoffzellenelektrodenschrott und Leiterplattenschrott sind wichtige Ausgangsmaterialien für Recycling- Prozesse.
Das Wasser kann insbesondere weiterhin eine Säure oder eine Lauge oder einen Puffer enthalten, um einen für die Oxidation vorteilhaften pH-Wert einzustellen. Weiterhin enthält es insbesondere mindestens einen Elektrolyten und/oder mindestens einen Komplexbildner, um die Metallionen in Lösung zu stabilisieren.
Bei dem Metall handelt es sich vorzugsweise um ein Edelmetall, das ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Gold, Silber und Platinmetallen. Unter Platinmetallen (Platinum Group Metals; PGN) werden dabei die leichten Platinmetalle Ruthenium, Rhodium und Palladium und die schweren Platinmetalle Iridium und Platin verstanden. Die Rückgewinnung dieser Edelmetalle aus Brennstoffzellenelektroden und Leiterplatten ist wirtschaftlich besonders wichtig.
In der Zyklon- Elektrolysezelle wird eine erste Strömung der Lösung bevorzugt so geführt, dass eine zumindest temporäre Anlagerung der Partikel an der äußeren Elektrode erfolgt. Besonders bevorzugt wird die erste Strömung so geführt, dass die Partikel für die gesamte Dauer des elektrolytischen Abscheidens an der äußeren Elektrode angelagert bleiben. Dieses Führen der ersten Strömung verhindert, dass die Partikel in die Nähe der inneren Elektrode gelangen und dort in abgeschiedenes Metall eingelagert werden könnten.
Geeignete Methoden, um die erste Strömung zu erzeugen sind insbesondere ein Zentrifugalfeld oder eine Umlenkung in einem Strömungskanal.
Das Führen der ersten Strömung kann vorzugsweise durch Rühren der Lösung oder durch eine Umwälzung der Lösung mittels einer Pumpe oder durch ein Einblasen mindestens eines Gases in die Lösung erfolgen. Auf diese Weise können ausreichend große Kräfte erzeugt werden, um die Partikel zuverlässig an der äußeren Elektrode anzulagern. Weiterhin ist es bevorzugt, dass der ersten Strömung eine zweite Strömung der Lösung überlagert wird. Diese zweite Strömung wird so geführt, dass die angelagerten Partikel zumindest vorübergehend an einer Sedimentation gehindert werden. Sedimentierende Partikel könnten durch Diffusion, aus der Sedimentationszone heraus den Abscheideprozess verlangsamen, bevor die elektrochemische Abscheidung beendet ist. Zum Erzeugen der zweiten Strömung kann insbesondere ein Drallerzeuger vorgesehen sein.
Während eine Sedimentation der Partikel vermieden werden sollte, während das elektrolydische Abscheiden noch nicht beendet ist, ist nach Beendigung des elektrolytischen Abscheidens eine Sedimentation der Partikel bevorzugt. Dies ermöglicht es, die sedimentierten Partikel anschließend mittels einer Ablassvorrichtung aus der Zyklon- Elektrolysezelle zu entfernen, sodass diese für einen weiteren Verfahrensdurchlauf bereitgemacht wird. Die Ablassvorrichtung kann in eine Ausführungsform des Verfahrens als Ablauf an der Unterseite der Zyklon- Elektrolysezelle ausgeführt sein, welcher ein Ventil aufweist, das zum Ablassen der sedimentierten Partikel geöffnet werden kann. In einer anderen Ausführungsform des Verfahrens ist die Ablassvorrichtung als Flüssigkeitsheber ausgeführt. Eine solche, auch als Druckluftwasserheber bezeichnete Ablassvorrichtung ist auch unter der Bezeichnung Mammutpumpe bekannt.
Wenn allerdings bereits während des Abscheidens eine Sedimentation erfolgt, dann ist es bevorzugt, dass die sedimentierten Partikel noch während des Abscheidens diskontinuierlich mittels der Ablassvorrichtung aus der Zyklon- Elektrolysezelle entfernt werden. Auf diese Weise wird erreicht, dass ein Teil der wässrigen Lösung, der noch eine hohe Metallkonzentration aufweist, sich jedoch in Poren oder Kavernen zwischen den sedimentierten Partikeln gesammelt hat und damit der Elektrolyse nicht zugänglich ist, wieder zugänglich gemacht wird.
Es ist weiterhin bevorzugt, dass die innere Elektrode mit einer Geschwindigkeit um ihre Längsachse gedreht wird, die größer ist als eine Strömungsgeschwindigkeit, welche die Lösung an der inneren Elektrode hätte, wenn die innere Elektrode nicht gedreht würde. Dadurch wird die Diffusionsgrenzschicht an der inneren Elektrode verringert, was vorteilhaft für die elektrolytische Metallabscheidung ist. In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine Zyklon Elektrolysezelle, die eingerichtet ist, um mindestens ein Metall mittels des Verfahrens abzuscheiden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Figur 1 zeigt eine Längsschnittdarstellung einer Zyklon- Elektrolysezelle gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, während des elektrolytischen Abscheidens eines Metalls.
Figur 2 zeigt eine Querschnittsdarstellung einer Zyklon- Elektrolysezelle gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, während des elektrolytischen Abscheidens eines Metalls.
Figur 3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Figur 4 eine Längsschnittdarstellung einer Zyklon Elektrolysezelle gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung in der Partikel sedimentiert werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung
In einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine wässrige Lösung 10, die Partikel 20 enthält, in eine Zyklon Elektrolysezelle 30 eingeleitet. Die Zyklon Elektrolysezelle 30 ist in den Figuren 1 und 2 dargestellt.
Wie in Figur 3 dargestellt ist, beginnt das Verfahren nach seinem Start 60 mit dem Bereitstellen 61 der Lösung 10. Hierzu wird beispielsweise eine Leiterplatte zerkleinert und in einer wässrigen Lösung von Kaliumiodid, die mit einem Essigsäure/Acetat-Puffer auf einen pH-Wert von 5,0 gepuffert ist, mit Ozon als Oxidationsmittel behandelt. Dadurch wird eine wässrige Lösung von Diiodoaurat(l)-Komplexanionen (AU2I ) erhalten. Abhängig von der Konzentration der gelösten Substanzen liegt die Dichte der wässrigen Lösung im Bereich von 1,05 bis 1,20 g/cm3. Bei Verwendung einer groben Schneidmühle zur Zerkleinerung der Leiterplatte sind in der Lösung Partikel suspendiert, deren Dichte durchschnittlich 1,4 g/cm3 beträgt, wenn es sich um eine flexible Leiterplatte handelt und deren Dichte durchschnittlich 2,0 g/cm3 beträgt, wenn es sich um eine harte Leiterplatte handelt. Mehr als 10 % der Partikel weisen dabei eine Größe von weniger als 10 pm auf.
Nach dem Bereitstellen 61 der wässrigen Lösung 10 erfolgt ein Einleiten 62 der Lösung 10 durch einen Einlass 31, der als horizontales Rohr ausgeführt ist, in einen Zyklonkörper 32. Der Zyklonkörper 32 weist einen kreiszylinderförmigen Bereich auf, in dem eine kreiszylinderförmige, um ihre Längsachse drehbare innere Elektrode 40 angeordnet ist. Eine äußere Elektrode 50, die ebenfalls kreiszylinderförmig ausgeführt ist, ist an der Innenwand dieses Bereichs angeordnet. Die innere Elektrode 40 umgibt einen Auslass 33, der als vertikales Rohr ausgeführt ist. Unterhalb der Elektroden 40, 50 ist der Zyklonkörper 32 kegelstumpfförmig ausgeführt. Erweist an seiner Unterseite eine Ablassvorrichtung 34 in Form eines Ventils auf.
Nach dem Einleiten 62 erfolgt ein Führen 63 der Lösung 10 durch den Zyklonkörper 32 mittels einer ersten Strömung 11, die durch ein Zentrifugalfeld erzeugt und durch Umwälzung mittels einer nicht darstellten Pumpe geführt wird. Da die Partikel 20 eine größere Dichte als die Lösung 10 aufweisen, werden sie von der ersten Strömung 11 an die Außenwand des Zyklonkörpers 32 und damit an die äußere Elektrode 50 geführt. Mittels eines nicht dargestellten Drallerzeugers wird der ersten Strömung 11 eine zweite Strömung überlagert, durch welche ein Sedimentieren der Partikel 20 im kegelstumpfförmigen Bereich des Zyklonkörpers 32 verhindert wird und diese an der äußeren Elektro 50 gehalten werden.
Es erfolgt nun ein Drehen 64 der inneren Elektrode 40 um ihre Längsachse und damit um den Auslass 33. Dabei wird die innere Elektrode 40 mit einer Geschwindigkeit gedreht, die größer ist als die Strömungsgeschwindigkeit der Lösung 10 aufgrund der ersten Strömung 11 an der Oberfläche der inneren Elektrode 40 wäre, wenn die innere Elektrode 40 Stillstehen würde. Um metallisches Gold aus dem Diiodoaurat(l) zurückzugewinnen, folgt nun eine elektrolytisches Abscheiden 65 des Goldes. Hierzu wird die innere Elektrode 40 als Kathode und die äußere Elektrode 50 als Anode betrieben. Das Gold scheidet sich also an der inneren Elektrode 40 ab. Da die Konzentration des Goldkomplexes in der Lösung 10 hierbei sinkt, wird diskontinuierlich durch den Einlass 10 immer wieder frische Lösung 10 in die Zyklon- Elektrolysezelle 30 nachgeführt, während verbrauchte Lösung sie durch den Auslass 33 verlässt. Die Partikel 20 bleiben dabei im Zyklonkörper 32 zurück.
Nach dem Beenden 66 des Abscheidens wird die Pumpe gestoppt, sodass die erste Strömung 11 und damit auch die ihr überlagerte zweite Strömung zum Erliegen kommen. Die Partikel 20 sedimentieren nun am Boden des Zyklonkörpers 32. Dies ist in Figur 4 dargestellt. Durch Öffnen der Ablassvorrichtung 34 können nun die sedimentierten Partikel 20 zusammen mit einem kleinen Teil der noch im Zyklonkörper 32 verbliebenen Lösung 10 aus der Zyklon Elektrolysezelle 30 abgelassen werden 68. Nachdem die Ablassvorrichtung 34 wieder geschlossen wurde, ist die Zyklon Elektrolysezelle 30 für einen weiteren Einsatz bereit.
In einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung erfolgt das Bereitstellen der Lösung 10 indem anstelle der Leiterplatte eine PEM-Brennstoffstelleelektrode aus Kohlenstoff zerkleinert wird. Dabei gelangen ebenfalls Partikel 20 mit einer Dichte von durchschnittlich 2,0 g/cm3 in die Lösung. Diese haben allerdings nur eine Partikelgröße im Bereich von 200 nm bis 400 nm. Einzelne Grafitfasern haben einen Durchmesser im Bereich von 7 pm bis 10 pm. Die Brennstoffzellenelektrode enthält als zurückzugewinnendes Edelmetall Platin, das ebenfalls unter Verwendung von Ozon oxidiert und unter Verwendung von Natriumchlorid als Elektrolyt als Chlorokomplex in Lösung gebracht werden kann. Diese Lösung 20 kann in derselben Weise mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Zyklon- Elektrolysezelle 30 verarbeitet werden, wie dies voranstehend für die Lösung 20 beschrieben wurde, die aus einer zerkleinerten Leiterplatte gewonnen wurde. In diesem Ausführungsbeispiel wird an der inneren Elektrode 40 anstelle des Goldes Platin abgeschieden.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur elektrolytischen Gewinnung mindestens eines Metalls, aufweisend die folgenden Schritte:
Bereitstellen (61) einer wässrigen Lösung (10) des Metalls, in der Partikel (20) suspendiert sind, deren Dichte größer als eine Dichte der Lösung (10) ist,
Einleiten (62) der Lösung (10) in eine Zyklon- Elektrolysezelle (30) mit einer inneren Elektrode (40) und einer äußeren Elektrode (50), und elektrolytisches Abscheiden (65) des Metalls in der Zyklon- Elektrolysezelle (30), wobei die innere Elektrode (40) als Kathode betrieben wird, um das Metall zu gewinnen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die wässrige Lösung (10) des Metalls bereitgestellt wird, indem mindestens eine Brennstoffzellenelektrode und/oder mindestens eine Leiterplatte zerkleinert und in Wasser mit mindestens einem Oxidationsmittel behandelt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Strömung (11) der Lösung (10) in der Zyklon- Elektrolysezelle (30) so geführt wird (63), dass eine zumindest temporäre Anlagerung der Partikel (20) an der äußeren Elektrode (50) erfolgt.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Strömung (11) durch ein Zentrifugalfeld oder durch eine Umlenkung in einem Strömungskanal erzeugt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Führen (63) der ersten Strömung (11) durch Rühren der Lösung (10) oder durch eine Umwälzung der Lösung (10) mittels einer Pumpe oder durch ein Einblasen mindestens eines Gases in die Lösung (10) erfolgt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die angelagerten Partikel (20) durch eine zweite Strömung der Lösung (10), die der ersten Strömung (11) überlagert wird, zumindest vorübergehend an einer Sedimentation gehindert werden.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass nach einem Beenden (66) des Abscheidens eine Sedimentation (67) der Partikel (20) durchgeführt wird und die sedimentierten Partikel (20) mittels einer Ablassvorrichtung (34) aus der Zyklon- Elektrolysezelle (30) entfernt werden (68).
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass während des Abscheidens eine Sedimentation der Partikel (20) durchgeführt wird und die sedimentierten Partikel (20) mittels einer Ablassvorrichtung (34) aus der Zyklon- Elektrolysezelle (30) entfernt werden.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Elektrode (40) mit einer Geschwindigkeit gedreht wird (64), die größer ist, als eine Strömungsgeschwindigkeit der Lösung (10) an der inneren Elektrode (40) wäre, wenn die innere Elektrode (40) nicht gedreht würde.
10. Verwendung einer Zyklon- Elektrolysezelle (30) zur elektrolytischen Gewinnung eines Metalls, insbesondere aus einer wässrigen Lösung (10) des Metalls, in der Partikel (20) suspendiert sind, deren Dichte größer als eine Dichte der Lösung (10) ist.
11. Zyklon- Elektrolysezelle (30), dadurch gekennzeichnet, dass sie eingerichtet ist, um mindestens ein Metall mittels eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 abzuscheiden.
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2807266A1 (de) * 1978-02-21 1979-08-23 Joachim Ing Grad Wurzer Elektrochemisches verfahren zur gewinnung von edelmetallen aus erzsubstanzen mittels chlorierung
DE102006056017A1 (de) * 2006-11-23 2008-05-29 VKTA Verein für Kernverfahrenstechnik und Analytik Rossendorf e.V. Verfahren zur Rückgewinnung von Edelmetallen
WO2012135826A1 (en) * 2011-04-01 2012-10-04 Flsmidth A/S System and process for the continuous recovery of metals
KR20120119008A (ko) * 2011-04-20 2012-10-30 한국지질자원연구원 사이클론 전해조를 이용한 금의 회수방법
US20120318682A1 (en) 2011-06-16 2012-12-20 Korea Institute Of Geoscience And Mineral Resources (Kigam) Electrowinning apparatus and method for recovering useful metals from aqueous solutions
US20160060778A1 (en) * 2013-12-23 2016-03-03 Korea Institute Of Geoscience And Mineral Resources Metal recovery reactor and metal recovery system

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6086733A (en) 1998-10-27 2000-07-11 Eastman Kodak Company Electrochemical cell for metal recovery
DE102019217944A1 (de) 2019-11-21 2021-05-27 Robert Bosch Gmbh Zyklon-Elektrolysezelle und Verfahren zur Reduktion von Chromat(VI)-Ionen

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2807266A1 (de) * 1978-02-21 1979-08-23 Joachim Ing Grad Wurzer Elektrochemisches verfahren zur gewinnung von edelmetallen aus erzsubstanzen mittels chlorierung
DE102006056017A1 (de) * 2006-11-23 2008-05-29 VKTA Verein für Kernverfahrenstechnik und Analytik Rossendorf e.V. Verfahren zur Rückgewinnung von Edelmetallen
WO2012135826A1 (en) * 2011-04-01 2012-10-04 Flsmidth A/S System and process for the continuous recovery of metals
KR20120119008A (ko) * 2011-04-20 2012-10-30 한국지질자원연구원 사이클론 전해조를 이용한 금의 회수방법
US20120318682A1 (en) 2011-06-16 2012-12-20 Korea Institute Of Geoscience And Mineral Resources (Kigam) Electrowinning apparatus and method for recovering useful metals from aqueous solutions
US20160060778A1 (en) * 2013-12-23 2016-03-03 Korea Institute Of Geoscience And Mineral Resources Metal recovery reactor and metal recovery system

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