DE3546039C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von Metallen, insbesondere von Kupfer, gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Ein derartiges Verfahren ist aus der US-PS 35 39 458 bekannt. Bei diesem Verfahren wird ein Anodenkorb verwendet, der als Trommel ausgebildet ist. Die Trommel wird mit den Metallstücken bestückt, die beispielsweise durch mechanische Zerkleinerung von Metalldraht erzeugt werden. Die mit den Metallstücken bestückte Trommel wird in Rotation versetzt. Nach der elektrolytischen Zersetzung der Metallstücke und der Gewinnung kristallinen Metalls, insbesondere kristallinen Kupfers, muß die Trommel zum Stillstand gebracht werden. Anschließend kann die Trommel entleert und erneut mit Metallstücken bestückt werden. Aus diesem Grunde kann dieses bekannte Verfahren nicht kontinuierlich, sondern nur diskontinuierlich betrieben werden. Die bei einem diskontinuierlich betriebenen Verfahren unvermeidlichen Totzeiten bilden jedoch einen Mangel.

Die DE-OS 21 08 074 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Elektro-Raffination von teilchenförmigen metallischen Materialien. Bei dieser Vorrichtung ist ein einziger Anodenkorb vorgesehen, in dessen Innenraum ein Gitter angeordnet ist. Das Gitter ist wellenförmig ausgebildet, wobei an den Orten der größten Auslenkung des gewellten Gitters Rohre vorgesehen sind, durch die ein Elektrolyt in den Anodenkorb eingeleitet werden kann. Dort wird der Elektrolyt direkt durch die im Anodenkorb befindlichen Metallstücke durchgeleitet. Bei dieser Raffination werden die im Anodenkorb vorhandenen Metallteilchen in ihre Einzelteile zerlegt, wobei z. B. Kupfer an der Kathode festhaftend abgeschieden wird, während die übrigen in den Metallstücken vorhandenen Metallegierungsbestandteile durch den Anodenkorb nach unten wandern und als Anodensumpf aus der Vorrichtung entnommen werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art und eine dafür geeignete Vorrichtung zu schaffen, so daß es möglich ist, aus Metallstücken kontinuierlich Kristalle zu gewinnen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Mit diesem Verfahren ist es möglich, kontinuierlich Metallkristalle zu erzeugen, so daß Totzeiten vermieden werden. Sobald im Raum zwischen den beiden Körben des Anodenkorbes nurmehr eine relativ kleine Menge Metallstücke vorhanden ist, können Metallstücke nachgefüllt werden, ohne daß das Verfahren unterbrochen werden muß. Desgleichen ist es mit diesem Verfahren möglich, die erzeugten Metallkristalle aus der Sammeleinrichtung zu entnehmen, ohne das Verfahren zu unterbrechen. Außerdem ergibt sich eine gute Durchströmung der Zwischenräume zwischen den im Anodenkorb angeordneten Metallstücken und eine einfache Regelbarkeit der Strömungsgeschwindigkeit des Elektrolyten durch die beiden Körbe des Anodenkorbes und insbesondere durch die Zwischenräume zwischen den Metallstücken hindurch. Durch die Regelbarkeit der Strömungsgeschwindigkeit des Elektrolyten durch die Zwischenräume zwischen den Metallstücken hindurch, sowie durch die Einstellung der Elektrolytenkonzentration und der Stromdichte ist es möglich, die Pulvergewinnung bezüglich Menge pro Zeiteinheit und bezüglich Kristallform zu steuern. Infolge der Durchströmung der Regeneriervorrichtung bleiben die Eigenschaften des Elektrolyten auch während einer langen Betriebsdauer der Elektrolysezelle konstant, so daß Metallkristalle mit gleichmäßigen Parametern gewonnen werden können.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens, die eine Anode, eine Kathode und einen Elektrolyten aufweist, wobei das aufzulösende Metall in der Elektrolysezelle als Anode geschaltet ist, hat es sich als zweckmäßig erwiesen, daß die Anode einen mit Löchern und mit einem Stromanschluß versehenen Anodenkorb aufweist, wobei die Löcher des Anodenkorbes kleiner sind als die Abmessungen der Metallstücke, daß der Anodenkorb zwei ineinander angeordnete Körbe aufweist, wobei der Raum zwischen den beiden Körben für die Metallstücke und der innere Korb zum Einleiten des Elektrolyten in die Elektrolysezelle vorgesehen ist, daß die Elektrolysezelle eine Einrichtung zur Durchleitung des Elektrolyten durch den Anodenkorb und durch den Zwischenraum zwischen den Metallstücken aufweist, und daß die Elektrolysezelle unter dem/jedem Anodenkorb eine Sammeleinrichtung für die Metallkristalle aufweist. Durch die beiden ineinander angeordneten Körbe, deren Zwischenraum für die aufzulösenden Metallstücke vorgesehen ist, ergibt sich nicht nur eine große Berührungsfläche zwischen den aufzulösenden Metallstücken und dem Elektrolyten, sondern auch der weitere Vorteil, daß der Elektrolyt in optimaler Weise die Zwischenräume zwischen den Metallstücken durchströmen kann, so daß sich eine vergleichsweise hohe Auflösungsgeschwindigkeit der Metallstücke und damit eine verbesserte Kristallbildungsgeschwindigkeit ergibt. Die Sammeleinrichtung kann als Boden der Elektrolysezelle ausgebildet sein, der nach unten konisch verjüngt ausgebildet sein kann.

Die beiden Körbe sind vorzugsweise konzentrisch angeordnet und die Kathode kann den äußeren der beiden Körbe konzentrisch umgeben.

Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung weist mindestens der äußere Korb einen länglichen Querschnitt auf.

Als zweckmäßig hat es sich erwiesen, bei einer Vorrichtung der zuletzt genannten Art in der Elektrolysezelle mehrere Anodenkörbe in Abstand nebeneinander anzuordnen und zwischen benachbarten Anodenkörben je eine Kathode vorzusehen. Dabei sind die aus je einem inneren und einem äußeren Korb bestehenden Anodenkörbe miteinander elektrisch zusammengeschaltet. Desgleichen sind die zwischen benachbarten Anodenkörben vorgesehenen Kathoden miteinander elektrisch leitend verbunden. Auf diese Weise ergibt sich eine Mehrfach-Elektrolysezelle, wobei die Metallstücke in die einzelnen Anodenkörbe beispielsweise mit einem flexiblen Schlauch eingefüllt werden können, der über die einzelnen Anodenkörbe bewegt werden kann.

Der bzw. jeder Anodenkorb kann aus Kunststoff bestehen und der Stromanschluß des bzw. jedes Anodenkorbes kann als Manschette ausgebildet sein. Anodenkörbe aus Kunststoff weisen den Vorteil auf, daß sie preisgünstig und gegen den Elektrolyten der Elektrolysezelle chemisch beständig sind.

Die Elektrolysezelle kann einen Überlauf für den Elektrolyten aufweisen und der Stromanschluß des bzw. jedes Anodenkorbes kann über dem Überlauf vorgesehen sein. Eine derartige Anordnung des Stromanschlusses des bzw. jedes Anodenkorbes über dem Überlauf hat den Vorteil, daß der Stromanschluß aus einem Metall bestehen kann, das gegen den Elektrolyten chemisch nicht bestätigt ist, weil ein derartig angeordneter Stromanschluß mit dem Elektrolyten zu keiner Zeit in Berührung kommt.

Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in der Zeichnung schematisch dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine Vorrichtung zur Gewinnung von Metallpulver aus durch Zerkleinerung erzeugten Metallstücken, mit einem Anodenkorb, der zwei ineinander angeordnete konzentrische Körbe aufweist, und mit einer den Anodenkorb konzentrisch umgebenden Kathode,

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Schnittlinie II-II gemäß Fig. 1,

Fig. 3 einen Schnitt entlang der Schnittlinie III-III aus Fig. 1,

Fig. 4 eine andere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit mehreren nebeneinander angeordneten Anodenkörben und

Fig. 5 einen Schnitt durch eine Vorrichtung gemäß Fig. 4 entlang der Schnittlinie V-V.

Die Fig. 1 bis 3 zeigen eine Ausführungsform einer erfindungs­ gemäßen Vorrichtung zur Gewinnung von Metallpulver, insbesondere von Kupfer, in Form von Kristallen, mittels einer Elektrolysezelle 10. Die Elektrolysezelle 10 weist eine Anode 12, eine Kathode 14 und einen Elektrolyten 16 auf. Das aufzulösende Metall in Form von durch mechanische Zerkleinerung von Metalldraht erzeugten Metallstücken ist in dieser Figur durch die Bezugsziffer 18 be­ zeichnet. Die Anode 12 weist einen mit Löchern 20 und mit einem Stromanschluß 22 versehenen Anodenkorb auf, der aus zwei ineinander angeordneten Körben 24 und 26 besteht. Der Raum zwischen den beiden Körben 24 und 26, die aus einem gegen den Elektrolyten 16 chemisch beständigen Kunststoff bestehen, ist für die Metallstücke 18 vor­ gesehen. Die beiden Körbe 24 und 26 sind konzentrisch angeordnet, wie insbesondere aus Fig. 2 deutlich ersichtlich ist. Die Kathode 14 umgibt den äußeren Korb 24 des Anodenkorbes konzentrisch. Durch diese Ausbildung ergibt sich ein quasi homogenes elektrisches Feld zwischen der Anode 12 und der Kathode 14. Die Elektrolysezelle 10 weist ein rohrförmiges Gehäuse 28 auf, an dessen Innenseite die Kathode 14 in Form einer Manschette angeordnet ist. Das Gehäuse 28 ist mit einem Überlauf 30 für den Elektrolyten 16 und an seiner Unterseite mit einem trichterförmigen Boden 32 ausgebildet. Der Überlauf 30 ist mit einer Rohrleitung 34 verbunden, was durch den Pfeil A am abgebrochenen Ende des Überlaufes 30 und durch den ent­ sprechenden Pfeil A am abgegrochenen Verbindungsstutzen 36 ange­ deutet ist, der in die Rohrleitung 34 einmündet.

Die beiden Körbe 24 und 26 weisen einen Boden 38 auf, der mittels rippenförmiger Elemente 40 im Inneren des Gehäuses 28 der Elektrolysezelle 10 zentriert ist. Diese rippenförmigen Elemente 40 sind auch aus Fig. 3 deutlich ersichtlich. Aus dieser Figur ist auch der Auslaß 42 am trichterförmigen Boden 32 der Elektro­ lysezelle 10 zu erkennen. Mit dem Auslaß 42 ist eine Schleuse 44 verbunden, die zwei Absperrventile 46 und 48 sowie ein Absperrventil 50 mit einer Auslaßöffnung 52 für die Metallkristalle aufweist. Mit der Bezugsziffer 54 ist eine an die Rohrleitung 34 ange­ schlossene Regeneriervorrichtung und mit der Bezugsziffer 56 eine Umwälzeinrichtung für den Elektrolyten bezeichnet, die in der Rohrleitung 58 zwischen der Regeneriervorrichtung 54 und der Elektrolysezelle 10 angeordnet ist.

Der als Manschette ausgebildete Anodenanschluß 22 ist über dem Überlauf 30 der Elektrolysezelle 10 angeordnet, so daß er mit dem Elektrolyten 16 zu keiner Zeit in Berührung kommt. Die Manschette 22 ist mit dem Pluspol einer Stromquelle verbunden und die hülsenförmige Kathode 14 ist mit dem Minuspol der in dieser Figur nicht dargestellten Stromquelle verbunden. In den aus zwei konzentrischen Körben 24 und 26 bestehenden Anodenkorb ragt ein Trichter 60 hinein, in den die auf elektrolytischem Wege in dentritische Kristalle umzuwandelnden Metallstücke 18 eingefüllt werden, bis der Zwischenraum zwischen den beiden Körben 24 und 26 mit Metallstücken gefüllt ist. Durch das Eigen­ gewicht der Metallstücke 18 ergibt sich zwischen ihnen ein elektrisch leitender Kontakt, so daß die mit der Manschette 22 in Kontakt befindlichen Metallstücke 18 auf dem Plus-Potential der Stromquelle liegen.

Der Elektrolyt 16 wird in den Innenraum 62 des inneren Korbes 26 eingeleitet. Er strömt vom Innenraum 62 durch die Zwischenräume zwischen den Metallstücken und durch den äußeren Korb 24 hin­ durch. Infolge des zwischen der Anode 12 und der Kathode 14 vorhandenen elektrischen Feldes im Elektrolyten 16 werden die im Zwischenraum zwischen den beiden Körben 24 und 26 befindlichen Metallteile 18 aufgelöst und als Metallkristalle im Bereich der Kathode 14 abgeschieden. Die Metallkristalle fallen am trichterförmigen Boden 32 der Elektrolysezelle 10 ab und können in der Schleuse 44 gesammelt werden. Wenn in der Schleuse 44 eine ausreichende Kristallmenge vorhanden ist, werden die Ab­ sperrventile 46 und 48 geschlossen und das Ventil 50 geöffnet, so daß die Metallkristalle durch die Öffnung 52 entleert werden können. Anschließend wird das Ventil 50 geschlossen und werden die Ventile 46 und 48 wieder geöffnet, so daß der Kreislauf des Elektrolyten 16 von der Elektrolysezelle 10 durch den Aus­ laß 42 und die Schleuse 44 zur Rohrleitung 34, bzw. vom Überlauf 30 durch die Rohrleitung 36 zur Rohrleitung 34 und von dort zur Regeneriervorrichtung 54 und von der Regeneriereinrichtung 54 durch die Rohrleitung 58 mittels der Umwälzeinrichtung 56 zur Elektrolysezelle 10 zurück geschlossen ist.

Eine andere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Kristallgewinnung ist in den Fig. 4 und 5 schematisch dargestellt. Bei dieser Ausführungsform sind mehrere Anodenkörbe, die jeweils aus zwei ineinander angeordneten Körben 24′ und 26′ bestehen, dargestellt. Die äußeren Körbe 24′ sind voneinander beabstandet und durch Verbindungsleitungen 64 miteinander elektrisch leitend verbunden. Die äußeren Körbe 24′ sind zum Zweck der elektrisch leitenden Verbindung mit Manschetten 22′ aus elektrisch leitendem Material versehen. Die Körbe 24′ und 26′ bestehen aus einem Kunststoff, der gegenüber dem in der Elektro­ lysezelle 10′ befindlichen Elektrolyten 16 chemisch beständig ist. Die Manschetten 22′ sind über dem durch den Überlauf 30′ festgelegten Flüssigkeitsspiegel des Elektrolyten angeordnet, so daß sie aus einem beliebigen, d. h. auch aus einem gegen den Elektrolyten chemisch nicht beständigen Material bestehen können. Die Kathoden 14 sind miteinander mit dem Minuspol einer Spannungs­ quelle mittels einer in dieser Figur nicht dargestellten Verbindungs­ leitung kontaktiert, so daß eine Parllelschaltung der Einzelzellen gebildet ist. Selbstverständlich ist es auch möglich, die Einzel­ zellen in Reihe zu schalten.

Wie insbesondere aus Fig. 5 deutlich ersichtlich ist, weist jeder äußere Korb 24′ einen länglichen Querschnitt auf. Desgleichen weist jeder innere Korb 26′ eines Anodenkorbes einen länglichen Quer­ schnitt auf derart, daß der Zwischenraum zwischen dem inneren und dem äußeren Korb 24′ und 26′ entlang seines Umfanges mindestens annähernd gleich groß ist. In den Innenraum 62′ der Anodenkörbe erstrecken sich Zulaufleitungen 66 für den Elektrolyten 16. In der Elektrolysezelle 10′ sind die Anodenkörbe in Abstand neben­ einander angeordnet, wobei zwischen benachbarten Anodenkörben je eine Kathode 14 vorgesehen ist. Die beiden äußeren Anoden­ körbe weisen auch auf ihrer Außenseite in einem Abstand je eine Kathode 14 auf. Die Kathoden 14 sind mittels Verbindungsleitungen 68 miteinander und mit dem Minuspol einer Stromquelle, die in diesen Figuren nicht dargestellt ist, verbunden.

Der Boden der Elektrolysezelle 10′ weist trichterförmige Bereiche 32′ auf, in denen die Metallkristalle abgeschieden werden. Jeder trichterförmige Boden 32′ ist mit mindestens einer Auslaßöffnung 42′ versehen. In Fig. 5 sind drei Auslaßöffnungen pro trichter­ förmigem Boden 32′ dargestelt, die miteinander und mit Schleusen entsprechend der Schleuse 44 aus Fig. 1 verbunden sind. Der Kreis­ lauf des Elektrolyten 16 ist dem in Fig. 1 dargestellten Elektrolyt­ kreislauf ähnlich, so daß er hier nicht noch einmal beschrieben wird.

Ein erheblicher Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, daß die Oberfläche der Anode 12, d. h. die Berührungsfläche zwischen den Metallteilen 18 und dem Elektrolyten quasi unverändert bleibt, weil ständig Metallteile 18 in den Anodenkorb nachgefüllt werden können. Auf diese Weise bleibt auch die Stromdichte in der Elektrolysezelle konstant.

Claims (7)

1. Verfahren zur Gewinnung von Metallen, insbesondere von Kupfer, in Form von Kristallen mittels einer Elektrolysezelle, bei dem aus einer das Metall enthaltenden Anode das Metall mittels des Elektrolyten aufgelöst wird und unter Wirkung eines elektrischen Feldes in der Elektrolysezelle zur Kathode wandert, in deren Bereich die Metall-Kristalle abgeschieden werden, bei dem das Metall in Form von durch Zerkleinerung erzeugten Metallpartikeln in einen mit Löchern und einem Stromanschluß versehenen Anodenkorb derart eingebracht wird, daß die Metallstücke miteinander und mit dem Stromanschluß leitend kontaktiert werden und der Elektrolyt während der Kristallgewinnung durch den Anodenkorb und durch die Zwischenräume zwischen den Metallstücken hindurchbewegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß

• a) die Metallstücke in einen aus zwei ineinander angeordneten Körben bestehenden Anodenkorb in den Raum zwischen den beiden Körben eingebracht werden,
• b) der Elektrolyt kontinuierlich in den Innenraum des inneren Korbes eingeleitet wird und nach Durchströmung des äußeren Korbes aus der Elektrolysezelle abgezogen wird,
• c) der Elektrolyt nach Durchströmen einer Regeneriervorrichtung mit Hilfe einer Umwälzeinrichtung wieder in den Innenraum des inneren Korbes eingeleitet wird, und
• d) die Metallkristalle in einer unter dem Anodenkorb vorgesehenen Sammeleinrichtung gesammelt werden.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einer Elektrolysezelle, die eine Anode, eine Kathode und einen Elektrolyten aufweist, wobei das aufzulösende Metall in der Elektrolysezelle als Anode geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet,
daß die Anode (12) einen mit Löchern (20) und mit einem Stromanschluß (22) versehenen Anodenkorb aufweist, wobei die Löcher (20) des Anodenkorbes kleiner sind als die Abmessungen der Metallstücke,
daß der Anodenkorb zwei ineinander angeordnete Körbe (24, 26, 24′, 26′) aufweist, wobei der Raum zwischen den beiden Körben für die Metallstücke (18) und der innere Korb (26, 26′) zum Einleiten des Elektrolyten (16) in die Elektrolysezelle (10; 10′) vorgesehen ist,
daß die Elektrolysezelle (10, 19′) eine Einrichtung (56) zur Durchleitung des Elektrolyten (16) durch den Anodenkorb und durch den Zwischenraum zwischen den Metallstücken (18) aufweist und
daß die Elektrolysezelle (10, 10′) unter dem/jedem Anodenkorb eine Sammeleinrichtung (32, 44, 32′) für die Metallkristalle aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, daduch gekennzeichnet, daß die beiden Körbe (24, 26) konzentrisch angeordnet sind, und daß die Kathode (14) den äußeren der beiden Körbe (24) konzentrisch umgibt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens der äußere Korb (24′) einen läng­ lichen Querschnitt aufweist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Elektrolysezelle (10′) mehrere Anodenkörbe in Abstand nebeneinander angeordnet sind und daß zwischen benachbarte Anodenkörben je eine Kathode (14) vorgesehen ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der/jeder Anodenkorb aus Kunststoff besteht und daß der Stromanschluß (22; 22′) des/jedes Anodenkorbes als Manschette ausgebildet ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrolysezelle (10; 10′) einen Überlauf (30; 30′) für den Elektrolyten (16) aufweist, und daß der Stromanschluß (22; 22′) des/ jedes Anodenkorbes über dem Überlauf (30; 30′) vorgesehen ist.