NO142355B - Anordning ved en elektrolysecelle for fremstilling av metall for aa hindre dannelse av elektrolyttaake - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse vedrører en anordning ved en elektrolysecelle for fremstilling av metall, særlig sink, fra en vandig oppløsning av et metallsalt, for å hindre dannelse av elektrolyttåke, hvor cellen omfatter en tank som inneholder elektro-

lytten og uoppløselige anode- og katodeplater.

Elektroutvinningsmetoden for metall dekker flere forskjel-

lige metoder hvor elektrolysen utføres ved at det benyttes en vandig oppløsning av et metallsalt som elektrolytt og en uopp-løselig elektrode som anode for avsetning av et meget rent me-

tall på en katode. Denne metode anvendes nå i vid utstrekning i forskjellige tilfeller, f.eks. for raffinering av metall, for elektrolytisk utvinning av metall fra malmer eller for metall-pletteriny. Som eksempel kan nevnes at ytterst rent metall,så-

som sink, kadmium, kobber, kobolt, mangan, krom eller mangandi-oksyd, fremstilles ved hjelp av en sådan metode.

Ved en prosess av den nevnte, type bevirker elektrolysen at

det dannes små bobler ved elektrodene og dermed en elektrolytt-

tåke når boblene forlater elektrolyttens overflate. Denne tåke spres utover cellerommet og forurenser tydelig arbeidsomgivel-

sene.

For å forhindre dannelse av en tåke har man hittil tilsatt elektrolytten slike tilsetningsmidler som soyabønneprotein, lim, kresol eller natriumsilikat for å forandre elektrolyttens natur eller man har også forseglet en elektrolysecelle og ledet den dannede gass sammen med tåke fra cellen til den ytre atmosfære ved hjelp av passende kanaler. I den førstnevnte fremgangsmåte tilsettes elektrolytten en tilsetning som ikke er skadelig for elektrolysen, men tilsetningen har en viss innflytelse på elektrolysen, hvilket er umulig å unngå, og behandlingen av elektrolytten kompliseres. Videre forhindres ikke dannelsen av tå-

ke i tilstrekkelig grad. I det sistnevnte tilfelle forhindres forurensning av arbeidsomgivelsene med tåken fullstendig, men der har man den ulempe at operasjonen kompliseres ved at elektrodene må løftes og utfelt metall må tas av.

Hensikten med denne oppfinnelse er å tilveiebringe en en-

kel anordning for å hindre dannelse av tåke i en elektrolyse-

celle for fremstilling av metall, uten ulemper for prosessen og uten ekstraarbeide for betjeningen.

Anordningen ifølge oppfinnelsen utmerker seg i det yesent-

lige ved at det er anordnet en inert vevet tekstilduk med maskeåpning fra 0,04 - 5 mm i en avstand mindre enn 15 mm fra anodeplaten eller -platene og som rekker fra elektrolysetankens bunn og over elektrolyttnivået. Mellomrommet mellom anodeplaten og den inerte, vevede tekstilduk kan fortrinnsvis ligge mellom 1 og 2 mm.

Den vevede tekstilduk kan være laget av hvilket som helst materiale som er inert, dvs. ikke reagerer med en elektrolytt. Da vanlige elektrolytter inklusive disse som benyttes for elek-troutvinning av sink,er sure på grunn av svovelsyre, kan hydro-fobe polymere, såsom polyetylen, polypropylen, polyvinylklorid og polyvinylidenklorid benyttes.. Maskestørrelsen i tekstilduken varierer i avhengighet av gassens art, gassmengden som dannes og om det avsettes metaller på elektrodene, f.eks. mangan som finnes i en malm i tilfelle av elektrolyse av sink, som avsettes på en anode. Maskestørrelsen er vanlig fra 4 til 325 mesh (mellom 0,04 og 5 mm). Hvis maskestørrelsen er for grov, vil volumet av de integrerte bobler ikke øke tilstrekkelig og boblene vil passere gjennom maskene til katodesiden, slik at elektrolyttens overflate blir uklar og dannelsen av tåke ikke vil være forhindret i tilstrekkelig grad. På den annen side hvis maskestørrelsen er for fin, vil cellespenningen øke i en lengre tidsperiode og resultatet blir at strømvirkningsgraden blir mindre og maskene vil blokkeres av oksyder av forskjellige metaller som avsettes under elektrolyse. Således er maskestør-relsen begrenset nedover til omtrent 325 mesh. Området mellom omtrent 48 og 200 mesh (0,3 til 0,074 mm) er å foretrekke. Når det dreier seg om avleiring av mangan, kalsium eller magnesium på anoden, foretrekkes en vevet tekstilduk med forholdsvis grov maskestørrelse innenfor elektrolytten og en annen vevet tekstilduk med forholdsvis fin maskestørrelse i tillegg til eller plassert over den førstnevnte duk i nærheten av elektrolyttens overflate. Dette gjør det mulig å oppnå hensikten med oppfinnelsen med stor effektivitet uten at strømutbyttet nedsettes fordi dukene ikke lar boblene slippe ut. Overraskende nok har oppfinnerne oppdaget at i tilfelle av elektrolytisk utvinning av sink bevirker ikke en vevet tekstilduk på 200 mesh eller mer noen vesentlig reduksjon av strømutbyttet. Selv om en vevet tekstilduk har en maskestørrelse som tillater at endel av gassboblene kan passere maskene, kan duken benyttes hvis mengden av boblene som passerer gjennom maskene ikke er større enn at de. ikke gjør elektrolyttens overflate uklar.

Mellom anode og katode er det anbragt en vevet tekstilduk

i nærheten av anoden, men det er ønskelig med et lite mellomrom. Mellomrommets maksimale størrelse er ca. 15 mm, men fortrinns-" vis er mellomrommet fra 1 til 2 mm. Et slikt mellomrom tillater integrering av bobler med større volum som kan stige mer ensartet opp til overflaten.

Når den vevede tekstilduk forløper slik at dukens øvre en-de befinner seg over elektrolyttens overflate, er det å anta at oppfangningseffekten like overfor tåke fra elektrolytten blir større. En slik forlengelse av duken over elektrolyttnivået hindrer de integrerte bobler i å diffundere i overflaten av elektrolytten. Boblene støter mot duken og brister lett og gass-diffusjon skjer i luft uten dannelse av tåke. Selv om diffusjo-nen ledsages av en liten mengde elektrolytt, slår denne mot den forlengede tekstilduk og oppsamles ved adsorpsjon.

Når en vevet tekstilduk skal anbringes i samsvar med oppfinnelsen mellom en anode og en katode, kan duken festes paral-lelt med anoden ved hjelp av hensiktsmessige festeinnretninger anbragt i eller på elektrolysecellen slik at et passende mellomrom er dannet mellom anoden og duken, men anoden er fordelaktig plassert i en pose av tekstilduk. Mer ønskelig er å benytte en sylindrisk vevet tekstilduk, hvis motsatte ender eller sider er åpne og hvor dukens øvre parti er fastgjort. Duken kan festes til en anode ved hjelp av hvilke som helst innretninger, f.eks. ved tilstramming av dukens øvre parti med tråd e.l. eller ved at duken festes i fordypninger i en anode.

En del av anoden som er over elektrolyttnivået er avtettet med en film slik at gasser som diffunderes i luft, oppfanges hovedsakelig fra mellomrommet mellom tekstilduken og anoden. Disse gasser fjernes gjennom et gassutløp. Denne forsegling er utført over i det vesentlige hele arealet av anodeplateanord-ningen over elektrolyttnivået, men en del av nevnte areal inklusive en elektrisk kontaktdel av anodebjelken er ikke forseglet.

Som en film for forsegling benyttes filmer fremstilt av et materiale som er gassugjennomtrengelig og inert overfor elektrolytten, f.eks. polyetylen, polypropylen, polyv-inyliden eller polyvinylklorid. For å tette eller forsegle en;/anodeplateanord-ning over elektrolyttens nivå kan det benyttes en film som er utformet med en spesiell formgivning, men enJanodeplates øvre del kan også simpelthen dekkes med en film som deretter festes med et klebemiddel. Filmen strekker seg lan^gs yttersiden av en vevet tekstilduk, slik at filmens nedre e'nde befinner seg i elektrolytten. Gasser fra bobler med forøket volum som stiger °RP gjennom mellomrommet mellom duken og anoden og som ikke ledsages av tåken fra elektrolytten, kan oppfanges i det forsegle-de kammer dannet av filmen og elektrolyttens overflate samt yt-tersidene av tekstilduken. Gasser som dannes ved katoden, kan ved hjelp av filmen forhindres i å komme inn i anodeområdet. De oppfangede gasser fjernes gjennom et utløp som følge av gasse-nes trykk eller ved pumping og overføring f.eks. til en kjent renseprosess.

I samsvar med oppfinnelsen kan et metall utvinnes ved elektrolyse under unngåelse av dannelsen av tåke uten nedsettelse av strømutbytte og på en meget enkel måte. Samtidig ér dét mulig å utvinne biproduktet fra gassene og å benytte det. Således kan man ved hjelp av oppfinnelsen utnytte elektrisk energi for elektrolyse med bedre virkningsgrad og økonomien for prosessen blir utmerket.

Oppfinnelsen skal forklares nærmere nedenfor ved hjelp av et eksempel og under henvisning til tegningene, hvor: Fig. 1 og 2 viser to snitt, et forfra og et fra siden, gjennom en anordning ifølge oppfinnelsen, fig. 3 er et perspektiv-riss av anodeplaten ifølge fig. 1 dekket med en film, og fig.

4 og 5 viser to snitt av anordningen ifølge fig. 3.

En vanlig anodeplate består av en anode 1 og en anodebjelke

2 som bærer anoden 1 som er opphengt i en elektrolysecelle. Bjelken har en elektrisk kontaktdel 3 ved sin ene ende. Anodeplaten ifølge oppfinnelsen omfatter en anode 1, hvis motsatte sider over et område som strekker seg fra et sted 5 noe over elektrolyttens 4 nivå til anodens bunn, er dekket med en inert vevet tekstilduk 6 med maskeåpning mellom 0,04 mm og 5 mm for-løpende slik at et mellomrom 7 er dannet mellom duken og anodens overflate og mellomrommet er mellom 1 og 2 mm. Videre er anoden og anodebjelken bortsett fra den elektriske kontaktdel samt tekstilduken dekket med en inert, gassugjennomtrengelig

film 8 som strekker seg ned under elektrolyttens 4 nivå for dannelse av et forseglet eller tett kammer 9 som hindrer inntreng-ning av luft i de dannede gasser. På toppen er filmdekket forsynt med et gassutløp 10 for fjernelse av gasser som samler seg i kammeret 9.

Denne oppfinnelse er forklart i forbindelse med anoden for utvinning av sink. Det samme skal henvises til ved oppsamling av hydrogengass som dannes ved katoden.

Eksempel 1

Fire anodeplater av bly som inneholder 1% sølv og tre katodeplater av aluminium er opphengt vekselvis i en elektrolysecelle med avstand 37,5 mm. Anodeplatene er dekket med en nettpose av polyetylen med maskestørrelse 200 mesh og slik at mellomrommet mellom anoden og nettposen er 3 ± 2 mm. Posens munning er fes-tet til anoden over elektrolyttens nivå. Etter at 24 timer er gått siden igangsetningen av elektrolyseprosessen, fant man liten forandring i cellespenningen. Denne holdt seg i området fra 3,48 til 3,50 Volt. Sink ble avsatt på katodeplatene. Strømutbyttet ble regnet til 92,0%.

Forøvrig var forholdene som følger:

(Disse dimensjoner er basert på et nedsenket område.)

Bobler av en oksygengass dannet på anodeflaten under elektrolysen steg opp gjennom mellomrommet mellom polyetylennettet og anoden og øket gradvis i størrelse. Disse bobler gjorde ikke overflaten av elektrolytten uklar og brast. Gassen fra boblene diffunderte i luft gjennom polyetylenposens øvre ender over elektrolyttnivået. Det ble så tatt en prøve av den omgivende atmosfære ved hjelp av en sugepumpe på et sted 10 cm over elektrolyttens overflate for adsorbering av tåke på et filterpapir. Dette filterpapir ble senket ned i 24 timer i destillert vann. Vannet ble underkastet kvantitativ analyse ved hjelp av atomab-sorpsjonsspektroskop og resultatet var at tåkemengden var

37 mg/Nm^.

Eksempel 2

Prosessen ifølge eksempel 1 ble gjentatt, men nettposen av polyetylen hadde maskestørrelse på 24 mesh istedenfor 200 mesh..

Cellespenningen var omtrent konstant i området 3,4.8 3,50 Volt mens elektrolyse pågikk. Strømutbyttet var 92%. Sink ble avsatt på katodeplatene.

Gassboblene ble større etter som de steg opp i mellomrommet mellom anoden og nettposen. Den største del av boblene steg opp i mellomrommet, men endel av boblene passerte-nettposen i elektrolytten og kom til siden av katoden og steg opp langsetter nettet. Boblene som kom opp langs utsiden og innsiden av nettet, brast uten å gjøre overflaten av elektrolytten uklar. Den omgivende atmosfære på et sted 10 _cm over elektrolyttens overflate- • 'ble så undersøkt etter at en prøve var tatt ved hjelp av en su-

, • . gepumpe. Tåkemengden' •.bleybestemt '■ som .i eksempel 1 ..q§\yår.... '•:;;

Eksempel 3

Prosessen ifølge eksempel 1 ble gjentatt. Maskeåpningen i polyetylenposen var imidlertid 48 mesh. Cellespenningen holdt seg i området 3,48 - 3,50 Volt. Strømutbyttet var 92%.. Det meste av den dannede gass steg opp i. mellomrommet.. Det ble ikke fastslått noen dannelse av tåke.

Sammenligningseksempel

Prosessen ifølge eksempel 1 ble gjentatt, men anoden var ikke dekket med et nett. Cellespenningen var omtrent konstant i området 3,48 - 3,50 Volt. Sink ble avsatt med et strømutbytte på 92%.

Små oksygengassbobler ble dannet ved anodens overflate og

steg opp langsetter anoden som de var og diffunderte raskt.

Disse bobler gjorde overflaten mellom anoden og katoden uklar. Det ble tatt en prøve med en sugepumpe fra den omgivende atmosfære på et sted omtrent 10 cm over elektrolyttens overflate og som ble undersøkt ved adsorbsjon på et filterpapir. Papiret ble nedsenket i destillert vann i 24 'timer. Tåkemengden ble målt til 390 mg/Nm ved hjelp av den samme metode som ovenfor.

Eksempel 4

En anode 1 av bly med 1 % sølvgehalt ble dekket med en vevet duk av polyetylen med maskestørrelse 6-200 mesh og slik at mellomrommet 7 mellom anoden og duken var 2 mm. Anordningen over elektrolyttnivået ble skilt fra atmosfæren med en film av polyvinylklorid 8 med tykkelse 0,2 mm. Det således dannede kammer 9 ble ved toppen forsynt med et gassutløp 10. Fire anodeplater og tre katodeplater ble vekselvis opphengt i elektrolysecellen hvori1 det ble utvunnet sink under følgende elektrolyse-forhold:

(Disse dimensjoner er basert på et nedsenket område.)

Det ble avs°att sink på katodeplatene og strømutbyttet var 92%. Oksygengass med renhet 96% ble fjernet gjennom gassutlø-pet 10. Forurensningene i .gassen var 2,4 volum% hydrogen og 1,6 volum% nitrogen..Cellespenningen var omtrent konstant ved 3,4 0 Volt.

Claims (3)

1. Anordning ved en elektrolysecelle for fremstilling av metall, særlig sink, fra en vandig oppløsning av et metallsalt, for å hindre dannelse av elektrolyttåke, hvor cellen omfatter en tank som inneholder elektrolytten og uoppløselige anode- og katodeplater, karakterisert ved at det er anordnet en inert vevet tekstilduk (6) med maskeåpning fra 0,04 - 5 mm i en avstand mindre enn 15 mm fra anodeplaten eller -platene og som rekker fra elektrolysetankens bunn og over elektrolyttnivået (5) .

2. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at mellomrommet mellom anodeplaten og den inerte, vevede tekstilduk er 1 til 2 mm.

3. Anordning ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at tekstilduken er av polyetylen, polypropylen, polyvinylklorid eller polyvinylidenklorid.