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BESCHREIBUNG
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Die Erfindung bezieht sich auf die Gewinnung und Raf£ination von
Metallen durch Elektrolyse aus deren Schmelzen und betrifft insbesondere Elektrolyseure
zum Gewinnen und Raffinie ren von Nichteisenmetallen oder deren Legierungen.
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Die Erfindung kann in Nichteisenmetall-Hüttenwerken zur Gewinnung
von solchen Metallen wie Wismut, Indium, Antimon, Blei u.a. aus ihren Schmelzen
verwendet werden.
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Die Elektrolyseure bekannter Bauarten enthalten in der Regel eine
Elektrolysierwanne, eine Katoden- und eine Anodenkammer sowie diesen entsprechende
Flüssig- bzw. Hartmetallelektroden (siehe beispielsweise UdSSR-Urheberscheine Nr.
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389164, 22545/ und 420699).
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Die Gewinnung und Raffination von Metallen aus deren Salzschmelzen
bietet die Möglichkeit, Flüssigmetallelektroden ein-<> zusetzen, so daß es
möglich wird,|Metallegierungen in Komponenten<erfolgreicher>zu trennen und
das Zielprodukt an dar Anode zu erhalten. In den Blektrolyseuren bisher bekannter
Bauarten mit Flüssigmetallelektroden ist eine ungleichmäßige Stromdichteverteilung
an den Elektrodenoberflächen zu verzeichnen, wodurch örtlich begrenzte Uberhitzungen
der in der aktiven Elektrolysenzone befindlichen Schmelze und der Elektrolyseurbauteile
wie Wände der erwärmten Kammern, Stromzuführungen, Elektrolysiergefaß usw. hervorgerufen
werden.
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Dies hat seinerseits einen vorzeitigen Ausfall der Elektrolysieranlagen
zur Folge. Ferner komat es zur Störung verfahrenstechnischer Parameter (Stromdichte,
Temperatur), wodurch die Kennwerte des Raffinationsprozesses beeinträchtigt, d.h.
die
Produktausbeute Je Elektroenergieeinheit, die Reinheit der Zielprodukte
u.dgl. herabgesetzt werden.
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Es ist ein Elektrolyseur zum Ausbringen und Raffinieren von Metallen
oder deren Legierungen bekannt (UdSSR-Urheberschein Nr. 276437), der eine Elektrolysierwanne
aus Dielektrikum enthält, in welcher eine Katoden- und eine Anodenkammer mit Flüssigrnetallelektroden
- untergebracht sind. Die Anodenkammer befindet sich in der Nähe des Wannenbodens
und ist mit gekühlten Stromzuführungen versehen. Das schmelzflüssige Katodenmetall
befindet sich in einem Behälter, der als ein mit Filtertuch bespanntes Gerüst aus
Dielektrikum gestaltet ist.
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Die Katodenbehälter sind auf Konsolen über der Anodenkammer aufgehängt.
Im Wannendeckel sind Metallstäbe beispielsweise aus Wolfram angeordnet, die als
Katodenstromzuführ ungen dienen.
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Der Elektrolysenprozeß läuft ununterbrochen mit periodischer Eingabe
des Ausgangsstoffes. Die Katodenbehälter werden mit Ausgangscharge Katodenmetall
beschickt. Je nach der Ansammlung von Reinmetall werden die Katodenbehälter der
Reihe nach aus der Elektrolysierwanne zum Abgeben dieses Metalls herausgeholt.
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Durch die Anordnung der Elektroden wird bei vorstehend besohriebener
baulicher Gestaltung des Elektrolyseurs keine gleichmäßige Stromdichteverteilung
an den Elektroden gesichert, was die BeeinträchtigunO der Kennwerte des Raffinationsprozes
ses zur Folge hat, wie es vorstehend bereits erwähnt wurde.
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Ferner wird dadurch, daß die Kammer für das Anodenmetall unter den
Katodenbehältern angeordnet ist, die Möglichkeit eines direkten und bequemen Zugangs
zu dieser zwecks ihrer Nachbeschickung
mit der zu verarbeitenden
Legierung ausgeschaltet. Zur Entnahme des Anodenproduktes ist es erforderlich, den
ElektrolysenprozeX einzustellen und die Behälter mit dem Katodenmetall herauszuholen.
Durch diese Begleitumstände wird der Betrieb des Elektrolyseurs erschwert und die
Leistung des Elektrolysenprozesses herabgesetzt. Ferner kann wegen einer derartigen
Anordnung der Anodenkammer kein Rührwerk untergebracht werden, das zur beseitigung
der bei Auflösung der Anodenlegierung entstehenden Konzentratiunspolarisation notwendig
ist.
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Der erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eilen Elektrolyseur zur
Gewinnung und Raffination von schweren Nichteisenmetallen und deren Legierungen
aus Schmelzen mit einer derartigen Anordnung der Flüssigmetallelektroden zu entwickeln,
die es ermöglicht, die Kennwerte des Raffinationsprozesses zu verbessern, die Betriebszuverlässigkeit
des Elektrolyseurs durch Ausschalten von örtlich begrenzten Überhitzungen seiner
Bestandteile infolge einer gleichmäßigeren Stromdichteverteilung auf dem Umfang
der Elektrolysierwanne zu erhöhen, den Zutritt an die Anodenkammer zwecks Anordnung
von Hilfsvorrichtungen in dieser zu erleichtern und somit die Betriebsbedinoungen
zu verbessern und die Leistungsfähigkeit des Elektrolyseurs zu erhöhen.
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Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in einem Elektrolyseur
zur Gewinnung und Raffination von Nichteisenmetallen und deren Legierungen, welcher
eine mit einem Deckel versehene Elektrolysierwaune darstellt, in welcher eine Katoden-
sowie eine Anodenkammer mit Flüssigmetallelektroden untergebracht sind, von denen
jede durch eine Autfangschale und an
deren ganzem Unfang anschließende
Wände gebildet ist, die Anodenkammer erfindungsgemäß auf einem Isolierelement oberhalb
der Katodenkammer angeordnet ist, wobei die Au£-fangschale'der Anodenkammer aus
porösem Dielektrikum gefertigt ist und zwischen den Wänden der Anodenkammer und
dem IsoXierelement ein die Katoden- und die Anodenkammer verbindender Kanal vorhanden
ist.
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Durch die erwähnte Anordnung der beiden Kammern mit Flüsqigmetallelektroden
und dadurch, daß die Auffangschale der Anodenkamner aus porösem Dielektrikum gefertigt
ist, wird eine gleichmäßige Stromdichteverteilung über die gesamte Elekwerden trolysenzone
gewährleistet, infolgedessen/die örtlich begrenzten Uberhitzangen der Bauteile des
Elektrolyseurs und der Schmelze ausgeschaltet und folglich die Kennwerte des Raffinationsprozesses
verbessert, die Betriebszuverlässigkeit des Elektrolyseurs erhöht und darüber hinaus
der Zutritt zur Anodenkammer zwecks Anordnung von Hilfvorrichtungen in dieser erleichtert,
die zur Verbesserung der Betriebsbedingungen und Erhöhung der Leistungsfähigkeit
des Elektrolyseurs beitragen.
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Zur Entnahme des Katodenmetalls ist die Katodenkammer mit einer AblaISvorrichtung
ausgestattet.
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Bei Gewinnung und Raffination des Zielmetalls an der Anode (Wismut,
Antimon) ist im Elektrolyseur ein zur Verbesserung der Kennwerte des Raffinationsprozesses
an seinem Deckel angebrachtes Rührwerk zum Rühren des Metalls bzw. der Letierung
in der Anodenkammer vorgesehen.
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Die Katoden- wie auch die Anodenkammer sind in ihrem Oberteil mit
Stützflanschen zur Montage der Anodenkammer ausgeführt,
wodurch
der Zutritt zu ihr zur Nachbeschickung mit der Anodenlegierung erleichtert und bei
Bedarf deren schleuniges Auswechseln ermöglicht wird.
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Nachstehend wird das Wesen der Erfindung an konkreten Ausführungsbeispielen
unter Bezugnahme auf Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 in schematischer
Darstellung einen Elektrolyseur zur Gewinnung und Raffination von Nichteisenmetallen
und deren Legierungen in Gesamtansicht und im Längsschnitt; Fig. 2 in schematischer
Darstellung eine Ausführrngsvariante eines zur Elektrolyseurs Gewinnung und Raffination
von Nichteisenmetallen und deren Legierungen, bei der die Katodenkammer mit einer
Ablaßvorrichtung zum ununterbrochenen Ablassen des Katodenmetalls versehen ist;
variante Fig. 3 in schematischer Darstellung eine Ausführungs#des Elektrolyseurs
zur Gewinnung und Raffination von Nichteisenmetallen und deren Legierungen, bei
der am Deckel der Elektrolysierwanne ein Rührwerk zum Rühren des Anodenmetalls bzw.
der Legierung in der Anodenkammer angebracht ist.
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Der Elektrolyseur zur Gewinnung und Raffination von vorzugsweise
schweren Nichteisenmetallen bzw. deren Legierungen stellt eine mit Feuerfeststein
ausgekleidete Elektrolysierwanne 1 (Fig.l) mit einem Deckel 2 dar. In der Wanne
1 befindet sich eine aus einer Auffangschale 5 und an deren gesamtem Unfang anliegenden
Wänden 6 bestehende Katodenkammer 3 für Katodenmetall 4. Oberhalb der Katodenkammer
3 ist eine abnehmbare Anodenkammer 8 für Anodenmetall bzw. -legierung 9 angeordnet,
wobei die Anodenkammer 8 von der Katodenkammer 3 durch ein Isolierelement 10 isoliert
ist. Die Anodenkammer 8 ist
ebenfalls durch eine Auffangschale 11
und an deren gesamtem Umfang anliegende Wände 12 gebildEt. Die Auffangsohale 11
der Anodenkammer 8 ist aus porösem Dielektrikum, beispielsweise aus porösem Korund
bzw. poröser Schamotte oder aus Keramikgewebe gefertigt. Zwischen der Seitenwand
12 der Anodenkammer und dem Isolierelement 10 ist ein Kanal 20 Standes eines zur
Überwachung de ELektrolygen 14 vorgesehen, der die Katoden- 3 und die Anodenkammer
8 verbindet. Zum Aufschmelzen des Elektrolyten 14 ist der Elektrolyseur mit einem
Heizelemeint 15 ausgestattet.
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Die Katodenkammer 3 und die Wände 12 der Anodenkammer 8 sind aus
stromleitendem Material ausgeführt und mit Strozzuführungen 16bzw.17 versehen. Dadurch
wird das Anlegen der Speisespannung an die Kammern vereinfacht sowie die von Möglichkeit
geboten, die Stromzuführungen der Elektrolysenzone fernzuhalten.
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Der Elektrolyseur der erfindungsgemäßen Bauart gestattet es, infolge
der vorstehend erwähziten gegenseitigen Anordnung der Katoden- und der Anodenkammer
mit Slüssigmetallelelctroaen solche Parameter des Raffinationsprozesses, wie Reinheit
des Zielproduktes und dessen Ausbeute Je Elektroenergieverbrauchseinheit, zu verbessern,
die Betriebszuverlässigkeit des Elektrolyseurs infolge einer gleichmäßigeren Stromdichteverteilung
über den Umfang der Elektrolysierwanne zu erhöhen und somit die örtlich begrenzten
Überhitzungen der bohmelze und der Bestandteile des Elektrolyseurs auszuschalten.
Ferner wird der Zutritt zur Anodenkammer erleichtert, was es ermöglicht, bei Anodenraffination
von Metallen zur Verbesserung der Kennwerte des Elektrolysesprozesses ein Rührwerk
18 zum Rühren der
Anodenlegierung einzusetzen (Fig. 2). Das Rührwerk
18 wird am Deckel 2 der Elektrolysierwnnne 1 angebracht.
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Ein Elektrolyseur einer derartigen Bauart wird zur Gewinnungeines
Zielproduktes an der Anode, beispielsweise beiderzerlegung von wismuthaltigem Blei,
verwendet.
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Für den Fall, wenn das Zielprodukt an der Katode ausgeschieden wird
(Indium, Blei u.dgl.), ist im Aufbau des Elektrolyseurs zur kontinuierlichen Entfernung
des Katodenmetalis aus der Katodenkanmer eine hblaßvorrichtung 19 (Fig.3) vorgesehen,
deren Wirkungsweise auf dem Prinzip der kommunizierenden Röhren beruht. Ete derarbige
bauliche Ausführung wurde zur Gewinnung von Indium aus dessen Legierungen mit Zinn
und Blei verwendet.
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Zweckmäßigerweise werden die Katoden- und die Anodenkammer 3bzw.
8 mit Stützflanschen 7 und 1.3 ausgeführt, wobei der Flansch der Anodenkammer 8
auf dem Flansch der Katodenkammer 3 lose angeordnet werden kann. Hiermit wird der
Anbau der Anodenkammer 8 an die Katodenkammer 3 erleichtert und nötigenfalls deren
schleuniges Auswechseln sichergestellt.
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Zur Gewinnung und Raffination von schweren Nichteisenmetallen und
deren Begierungen aus bohmelzen unter Verwendung des Elektrolyseurs der erfindungsgemäßen
Bauart wurden technologische Bedingungen des Elektrolysenprozesses und Elektrolyten
ausgearbeitet, welche für das Metall bzw. die jeweilige Legierung einzeln anzuwenden
sind. Die Elektrolyten stellen aufgeschmolzene Salzgemisohe auf der Basis von Alkalimetallhalogeniden
dar, die den elektromotorischen Stoff (Salz der basischen Komponente) und verschiedene
stabilisierende Zusätze enthalten.
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Die Vorbereitung des Elektrolyseurs für den Betrieb und dessen Betrieb
erfolgen folgenderweise. In der Katodenkammer 3 (siehe Fig. 1 bis 3) wird auf deren
Auffangschale 5 mit Hilfe von Heizelementen 16 der eingegebene Elektrolyt 14 aufgesciiniolzen.
Danach stellt man auf den Flansch der Katodenkammer 3 die Anodenkammer 8 auf. In
die Anodenkammer 8 wird das zu verarbeitende metall bzw. die Legierung 9 eingegeben.
Der Elektrolyseur wird mit dem Deckel 2 verschlossen und an dem letzteren wird das
Rührwerk 18 angeordnet. Die Spannung wird an die Elektrolysierwanne mit Hilfe der
Katoden- und Anodenstromzuführungen 16 und 17 gelegt. Nun ist der Elektrolyseur
einsatzbereit. Beim Durchlassen von elektrischem Strom geht an der Anode im Verlaufe
des Elektrolysenprozesses die Ionisierung der elektrisch negativ geladenen Besierungskomponenten
vor sich. Die gebildeten Ionen diffundieren unter der Wirkung des elektrischen Feldes
über die Auffangschale 11 der Anodenkammer, bewegen sich auf die Katode zu und entladen
sich hier bis auf den metallischen Zustand. Das Katodenmetall 4 sammelt sich in
der Äuffangschale der Katodenkammer 3 an und wird je nach Ansammslung im Selbstablauf
über die Ablaßvgrrichtung 19 entfernt. Die Nachbeschickung der Anodenkammer mit
Aus-6angsleJierung geht in der Regel automatisch vor sich.
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Zur Gewinnung des Zielproduktes an der Anode wurde beispielsweise
eine Blei-Wismut-Legierung mit folgender Zusaminensetzung (in Masseprozent) verarbeitet:
Blei 87,6 und Wismut 12,3. An der Anode wurden 130 kg Ausgangslegierung verarbeitet
und an der Anode 15,68 kg Wismut mit einem Gehalt an Grundmetall von 99 % erhalten.
Der Elektroenergieverbrauoh betrug 1,6 kw/h äe 1 kg Blei. In einem anderen Fall
wurde in einem
Elektrolyseur derselben Bauart die Raffination von
Wismut durohgeführt. An der Anode wurden 15 kg Wismut mit folgendem Gehalt an Beimengungen
(in Masseprozent) verarbeitet: Blei 0,75; Kupfer Q,15; Silber 0,1.
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An der Anode wurden 13 kg elektrolytisches Wismut mit einem Gehalt
an Grundmetall von 99,999 % erhalten. Der Elektroenergieverbrauch betrug 0,3 kW/h
je 1 kg Wismut.
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Zur Gewinnung des Zielproduktes an der Katode wurden 34,7kg Indiumlegierung
mit folgendem Gehalt an Beimengungen (in Miiasseprozent) verarbeitet: Blei 1,8;
Zinn 0,12; Nickel 7 Kupfer 3 # 10-3; Kadmium 1#10-3. An der Katode wurden 21 kg
1diurn mit folgendem Gehalt an Beimengungen (in Masseprozent) gewonnen: Blei 0,08;
Zinn 6 10 3; Nickel 2. 10'4; Kupfer 2,8 # 10-4; Kadmium 6 # 10-4. Der Elektroenergieverbrauch
betrug 1,8 kW/h je 1 kg Indium,