FI81615B - Elektrovinningcell. - Google Patents

Description

1 81615 Sähköerotuskenno

Keksintö liittyy sähköerotuskennoon, jolla erotetaan metalleja pulverimuodossa liuoksista ja samanaikaisesti 5 tapahtuu liuoksen hapettuminen.

Metallien hydrometallurginen erottaminen konsentraa-tista tai muista metalliraaka-aineista tapahtuu usein kaksivaiheisesti, jossa ensimmäinen vaihe on hapettava liotus ja toinen vaihe metallin elektrolyyttinen erotus 10 liuoksesta. Lähtömateriaali sekoitetaan tällöin liotus-nesteeseen ja materiaalin metallisisältö liuotetaan lio-tusnesteeseen. Lähtömateriaali voi olla sulfidista metalli-konsentraattia, metallijauhetta, metallituhkaa tai metalli-lejeerinkiä. Tavallinen liotusneste on kloridiliuos, mutta 15 myös sulfaattiliuokset ja muut ovat tässä yhteydessä tunnettuja. Liotusnesteen tulee myös sisältää ominaisuuksiltaan sellainen metalli-ioni, että se voi esiintyä nesteessä vähintään kahdessa valenssitilassa, esimerkiksi Fe /Fe , Cu+/Cu2+. Liotuksessa metalli-ioni toimii hapettajana ja 20 sen vuoksi lähtönesteessä tulee mainitun ionin olla hapettuneessa tilassa, eli sen valenssi on suurempi kuin metalli-ionin pienin valenssi. Hapettavassa liotuksessa metalli-ioni pelkistyy alempaan valenssiin. Liotusvaiheessa viedään selvästi erottuva liuos sähköerotuskennoon. Kennossa erot-25 tuu liotettu metalli pulverimuodossa samanaikaisesti kun liotusvaiheessa pelkistynyt metalli-ioni hapettuu korkeampaan valenssiinsa. Liotusneste kierrätetään uudelleen lio-tusvaiheeseen.

Eräs sähköerotukseen liittyvistä ongelmista on, että 30 anodin virtatiheyttä täytyy rajoittaa happikaasun kehittymisen vuoksi ja kloridiympäristössä kloorikaasun vuoksi. Sulfaattiympäristössä syntyy ongelmia huonosta kierrosta kennossa aiheutuvasta jännitteen noususta, mikä ei ainoastaan aiheuta suuremmasta virrankulutuksesta johtuvia lisä-35 kustannuksia vaan myös aikaansaa merkittävästi lyhyemmän anodin eliniän. Toinen tähän asti käytössä olleiden kennojen 2 81615 ongelma on yksinkertaisen ja ennen kaikkea käyttövarman katodituotteiden ulossyötön aikaansaaminen.

Tämän vuoksi on toivottavaa voida työskennellä kennolla, joka mahdollistaa suuremman anodin virtatiheyden, 5 jota voitaisiin ainoastaan käyttää metalli-ionin hapetukseen ja välttää kloorikaasun tai happikaasun kehittyminen, ja jossa on yksinkertainen, käyttövarma syntyneen metallituotteen ulossyöttö.

Esillä olevan keksinnön tarkoitus on sähköerotus-10 kenno, jossa edellä mainitut toivomukset on suurissa määrin toteutettu. Keksinnön tunnusomaiset piirteet käyvät ilmi oheisista patenttivaatimuksista.

Keksinnön mukainen kenno muodostuu erillisistä anodi- ja katoditiloista, joita erottaa välikalvo. Katodi-15 tila ympäröi anoditilaa. Käytettäessä viedään liotusneste ensin katoditilaan, missä metallipulveri putoaa katodeille ja sen jälkeen neste saatetaan virtaamaan anoditilaan, missä se hapettuu ja poistuu kennosta mieluiten anodi-tilan ylivuodon kautta.

20 Elektrodien säteittäinen järjestely on tunnettu samanaikaisesti liotukseen ja sähköerotukseen tarkoitettujen kennojen yhteydessä, kuten esimerkiksi käy ilmi W0 84/02356:sta. Kuitenkaan niitä etuja, joita voidaan saavuttaa käyttämällä säteittäisiä elektrodeja sähköerotus-25 kennossa materiaalin erottamiseksi liotusliuoksesta, ei ole aikaisemmin osoitettu tai edes mainittu. Verrattuna perinteisiin suorakulmaisiin kennoihin vuorottelevine katodi-ja anodielementteineen, saadaan oleellisesti yksinkertaistunut ja halventunut rakenne. Anodin pinnalla vaadittava 30 kierto saadaan tässä aikaan keskelle sijoitetulla sekoittajalla. Suorakulmaisissa rakenteissa vaaditaan ulkopuolinen kierrätyspumppu putkineen ja jakolaatikoineen. Paitsi että rakenne on kalliimpi ja monimutkaisempi, on siinä suurempi virtausvastus, mikä aiheuttaa suurempaa tehontarvetta 35 vaadittavassa kierrossa.

3 81615 Sähköerotuskennoa kuvataan nyt tarkemmin kuvioihin ja esimerkkiin viitaten.

Kuvio 1 esittää sähköerotuskennoa yleisesti kuvattuna pystyleikkauksena ja kuviossa 2 on sama kenno ylhäältä 5 päin. Kuvio 3 esittää järjestelyä, jossa on liotustankki yhdessä saman kennon kanssa.

Kenno 1 muodostuu astiasta 2, jossa on kartiomainen pohja 3. Kennossa 1 on säteittäisesti asetetut elektrodit, osittain anodeja 4, osittain katodeja 3. Elektrodien välis-10 sä on välikalvo ja välikalvon kannatin 6. Välikalvon 6 jakamasta katoditilasta 7 on suora yhteys astian 2 pohjaan 3 kun anoditila 8 on yhteydessä keskellä olevan tilan 9 kanssa, jonne kierrotussekoittaja 10 on sijoitettu. Anodi-tilassa 8 ja keskitilassa 9 olevaa elektrolyyttiä kutsutaan 15 anolyytiksi ja katoditilassa 7 olevaa elektrolyyttiä kato-lyytiksi. Anolyytti saatetaan sekoittajan 10 avulla kiertämään keskitilan 9 kautta anoditilaan 8, kuten nuoli 11 osoittaa, ja sen jälkeen pitkin anodeja 4 takaisin keski-tilaan 9, kuten nuoli 12 osoittaa.

20 Katolyytti tuodaan liotuksesta katoditilaan 7, missä liotettu metalli pelkistyy ja saostuu katodeille 5, josta saostunut metalli sitten putoaa hienojakoisena pulverina 13 ja kerääntyy kartiomaiselle pohjalle 3, mistä se saadaan talteen pohjatyhjennyksellä, kuten 14 osoittaa, tai tyhjen-25 netään muulla tavoin, esimerkiksi imemällä. Raakamateriaali 16 sekoitetaan tankissa hapetetun liotusnesteen 15 kanssa. Selvä liuos 17 otetaan ulos suodattimen 19 kautta ja pumpu-taan pumpulla 18 sähköerotuskennoon 1. Sähköerotuskenno 1 voidaan, kuten kuviossa 3 on esitetty, kytkeä yhteen ylei-30 sesti kuvatun liotustankin 14 kanssa, missä tuleva raaka-aine 16 sekoitetaan hapetetun liotusnesteen 15 kanssa, jolloin metalli liukenee raaka-aineesta. Pelkistetyssä tilassa olevaa metallia sisältävä liotusliuos 17 imetään pumpun 18 ja suodatinlehden 19 kautta liotustankin 14 ylä-35 osasta sähköerotuskennoon 1. Metallipulveri 13 saostuu katodeille 5, jonka jälkeen anolyytti virtaa välikalvon 6 4 81615 kautta anoditilaan 8 ja muodostaa anolyytin. Anolyytin sisältämät pelkistyneet metalli-ionit hapettuvat anodeilla 4 enemmän tai vähemmän täydellisesti, ja joita vuorollaan käytetään hyväksi liotuksessa liotusastiassa 14.

5 Anodipintojen yli tapahtuva virtaus tulee tällä yksinkertaisella sekoituksella niin tehokkaaksi, että myös suurella virrantiheydellä tapahtuu pelkästään metalli-ionin hapettuminen kun taas kloorikaasu- tai happikaasukehitystä ei tapahdu. Metallipulverin kulku kennon 1 läpi ja ulos 10 kennosta tapahtuu niin yksinkertaisesti, että vaara ulos-syötön keskeytymisestä on hyvin pieni.

Keksinnön mukaista kennoa voidaan käyttää hyväksi sähköerotustekniikan monissa erilaisissa tunnetuissa sovellutuksissa. Esimerkkinä kuvataan seuraavaksi kaksi peri-15 aatteessa erilaista prosessia, joissa keksinnön mukaista kennoa voidaan edullisesti käyttää hyväksi.

A. Sulfidisen rikasteen liotus, missä sulfidi saatetaan alkuaineiseksi rikiksi, joka jää liotusjäämään, ja rikasteen metallisisältö menee liuokseen.

20 B. Pulverimaisen metallisen tuotteen liotus, esi merkiksi lejeerinki, missä metallisisältö hapettuu ja menee liuokseen enemmän tai vähemmän täydellisesti.

Tässä tapauksessa joko kaikki liuoksessa olevat metallit menevät liuokseen tai sitten menee tietty toivottu 25 metalli liuokseen muiden jäädessä liotusjäämään.

Tapauksena A voidaan mainita kuparin, lyijyn tai hopean erotus. Jos kuparia on kuparikiisussa, liukenee myös rautaa. Rauta voidaan sopivasti poistaa FeOOHjna ilma-puhalluksella liotusvaiheessa. Tällöin myös ne kupari-ionit 30 jotka pelkistyivät raudanliotuksessa, palaavat hapettuneeseen tilaan. Näin voidaan sanoa saavutettavan järjestelmän elektronitasapaino.

Kuparin erotuksessa sopii, että kupari on hapettuva ja pelkistyvä metalli-ioni. Sähköerotuskennossa tulee 35 tällöin saostaa noin puolet katoditilan kuparisisällöstä, jotta kuparia olisi riittävästi anoditilassa tapahtuvaa hapettumista varten.

5 81615

Lyijyn erotuksessa sopii rauta hapettuvaksi ja pelkistyväksi metalli-ioniksi. Tällöin voidaan koko katodi-tilan lyijysisältö saostaa, sitä ei tarvita anodireaktiossa. Lyijyn saostuksessa voi liotus tapahtua niin heikoissa 5 hapettavissa olosuhteissa, että voidaan suorittaa lyijyn valikoiva liotus lyijy/sinkki/kuparirikasteesta.

Esimerkki 17,5 kg kuparilyijyrikastetta, joka sisälsi mm.

23,7 % Cu, 24,6 % Fe, 6,7 % Zn ja 6,6 % pb kerättiin klo-10 ridiliuoksella 48 1 suspensioksi kuviossa 3 esitetyn kaltaiseen liotusastiaan. Liotusastia kytkettiin yhteen suoda-tinlehden ja pumpun välityksellä kuvioissa 1 ja 2 esitetyn kaltaiseen sähköerotuskennoon, johon kaiken kaikkiaan sopii 50 1 liuosta. Anodin virtatiheys oli 250 Δ/m ja 15 virta 50 A. Liuos sisälsi 250 g/1 NaCl, pH oli noin 1,5 ja lämpötila n. 90°C kokeen aikana. Kennon kokonaisjännite oli 2,0 V, josta n. 0,2 V katodista, 0,8 V anodista ja 1,0 V muodostui elektrolyytissä ja välikalvossa tapahtuvasta jännitteen putoamisesta. Saadut tulokset on esitetty 20 seuraavissa taulukoissa.

Taulukko 1

Liuotusanalyysien yhteenveto

Aika,h Cu, mg/l Zn, g/1 Fe, g/I Pb, g/1 250 7 2,8 7,7 16,7 katolyytti 1.5 7 2,8 7,6 16,0 katolyytti 3 7 2,7 7,3 15,2 katolyytti 4.5 6 2,9 7,4 14,5 katolyytti 6 35 3,1 7,6 14,3 katolyytti 30 6 22 3,0 7,8* 13,5 anolyytti 6 81615

Taulukko 2

Liotusjäämäanalyysien yhteenveto

Aika,h Cu, % Zn, % Fe, 96 Pb, % 5 0 23,7 6,7 24,6 6,6 0** 24,2 7,1 25,1 5,1 1.5 24,9 7,2 25,7 2,9 3 25,1 7,3 25,9 1,4 4.5 25,5 7,3 26,1 0,7 10 6*** 25,7 7,3 26,3 0,2

Taulukko 3

Lyijytuoteanalyysin yhteenveto

Pb. °ό Cu. °ό Zn, % Fe. ?ά Ap, % Cl % 15 - - -- 99,6 0,07 0,03 0,05 0,10 0,15 * Kierto liotusastian ja sähköerotuskennon välillä pidettiin sellaisella tasolla, että n. 1/3 raudasta esiin-20 tyi kolmiarvoisena anolyytissä ja n. 2/3 kaksiarvoisena.

** Lyijyraineraali esiintyy sellaisessa muodossa, että se liukenee sekoitettaessa klooripitoisen liuoksen kanssa.

*** Jatkuva redoxjännitteen mittaus osoitti, että liotus oli päättynyt jo 5-5,5 h kuluttua.

Il

Claims (3)

7 81 615

1. Sähköerotuskenno (1) metallien talteenotta-miseksi jauhemaisena liuoksista ja liuoksen samanaikai-5 seksi hapettamiseksi, joka kenno käsittää useita säteit-täisesti sovitettuja elektrodeja vuorotellen anodeja (4) ja katodeja (5), diafragman (6) erillisten anoditilojen (8) ja katoditilojen (7) rajoittamiseksi sekä sekoittajan (10), joka on sovitettu anoditilaan, tunnettu 10 siitä, että katoditila (7) muodostaa ulomman tilan, joka ympäröi katoditilaa (8), joka sijaitsee sähköerotuskennon sisäosassa, ja että sekoittaja (10) huolehtii siitä, että anodipintojen yli tapahtuva elektrolyytin virtaus on voimakas .

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kenno, tun nettu siitä, että katoditilan (8) pohja (3) on muodoltaan kartio.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen kenno, tunnettu siitä, että pohja (3) on varustettu välineillä 20 saostetun metallijauheen poistamiseksi imemällä tai valuttamalla mekaanisesti. β 81615