DE4438692C2 - Verfahren zur elektrochemischen Gewinnung der Metalle Kupfer, Zink, Blei, Nickel oder Kobalt - Google Patents
Verfahren zur elektrochemischen Gewinnung der Metalle Kupfer, Zink, Blei, Nickel oder KobaltInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum elektrochemischen Abscheiden eines
der Metalle Kupfer, Zink, Blei, Nickel oder Kobalt aus einer das Metall ionogen
enthaltenden wäßrigen Elektrolyt-Lösung, die durch eine Elektrolysezelle mit
senkrecht angeordneten, elektrisch in Serie geschalteten, bipolaren Elektroden
geleitet wird, wobei jede der bipolaren Elektroden eine Kathodenseite und eine
Anodenseite aufweist und das Metall an der Kathodenseite abgeschieden wird
und wobei die Elektrolysezelle eine mit dem Pluspol einer Gleichstromquelle
verbundene End-Anode und eine mit dem Minuspol der Gleichstromquelle
verbundene End-Kathode aufweist.
Ein solches Verfahren der elektrochemischen Metallgewinnung ist aus dem US-
Patent 5 248 398 bekannt. Die hierbei verwendeten bipolaren Elektroden
bestehen aus einfachen Platten, die auch aus zwei Schichten gebildet sein
können. Die Stromdichten liegen in der bekannten Elektrolysezelle im Bereich
von 1 bis 27 A/m2.
Aus der US 4 033 839 ist ein Verfahren zur elektrochemischen Gewinnung von
Metallen bekannt, bei dem in einem Elektrolyttank zwischen Kathoden- und
Anodenseite eine Serie von bipolaren Elektroden angeordnet ist und zwischen
den bipolaren Elektroden eine Gasentwicklung für die Zirkulation des Elektrolyts
hervorgerufen wird, wobei die Stromdichte mehr als 20 Ampere pro Quadratfuß
(= mehr als 215,28 A/m2) und die Strömungsgeschwindigkeit des Gases aber
nur 1,5 bis 2 Kubikfuß pro Stunde und pro Quadratfuß (= 0,013 bis 0,017 cm/s)
betragen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Abscheideleistung der Elektrolyse
zu steigern und dadurch die Betriebskosten des Verfahrens zu verringern.
Erfindungsgemäß geschieht dies beim eingangs genannten Verfahren dadurch,
daß zwischen der Kathodenseite und der Anodenseite
mindestens einer bipolaren Elektrode eine elektrisch leitende Verbindung durch
mindestens einen Metallsteg besteht und der Innenraum (Elektroden-
Innenraum) zwischen der Kathodenseite und der Anodenseite und der
Zwischenraum zwischen benachbarten
Elektroden von der Elektrolyt-Lösung weitgehend
unbehindert durchströmt wird, daß man im Zwischenraum
Stromdichten im Bereich von 800 bis 8000 A/m2 einstellt
und an der Anodenseite der bipolaren Elektrode oder
Elektroden im Zwischenraum eine Gasentwicklung
hervorruft, wobei die aufwärts gerichtete, aus der
Elektrolysezelle abgeleitete Gasströmung eine
Flüssigkeitsströmung entlang der Anodenseite erzeugt,
deren vertikale Komponente im Mittelbereich der
Anodenseite eine Strömungsgeschwindigkeit von 5 bis
100 cm/sec aufweist, und daß man Elektrolyt-Lösung vom
Bereich des oberen Randes der Anodenseite in einen
Rückströmraum leitet, in welchem die Lösung abwärts
strömt, wobei die Lösung vom Rückströmraum in den unteren
Bereich des Zwischenraums zurückgeführt wird.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren erzeugt man eine
vertikale Elektrolyt-Zirkulation, wobei der Antrieb für
die Flüssigkeitsbewegung vom Auftrieb der gebildeten
Gasblasen stammt und ohne eine externe Pumpe erreicht
wird. Dadurch verhindert man, daß an der Anodenseite
durch die dort entstehenden Gasblasen eine am
Elektrolyten zu sehr verarmte Grenzschicht entsteht.
Gleichzeitig sorgt man so auch im oberen Bereich der
Elektroden und damit im oberen Bereich der Kathodenseiten
für einen relativ hohen Metallionengehalt. Beim
erfindungsgemäßen Verfahren werden die Gasblasen durch
die Elektrolyt-Zirkulation rasch abgeführt und frischer
Elektrolyt strömt schnellstmöglich nach. Dadurch wird der
Betrieb der Elektrolysezelle mit hohen Stromdichten
möglich, weil auch eine vermehrte Gasbildung beherrschbar
wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren, bei welchem Metalle
elektrolytisch aus einer Lösung gewonnen werden, eignet
sich vor allem für Elektrolyten aus der Laugung
oxidischer Erze sowie für die Aufarbeitung von
Beizbädern. Einzelheiten dieser Art der Metallgewinnung
sind in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry,
5. Auflage, Band A 9, Seiten 197 bis 217, beschrieben.
Um in der Elektrolysezelle im Bereich der Anodenseiten
der Elektroden eine intensive vertikale
Elektrolytströmung zu erreichen, muß man dem Elektrolyten
einen Rückströmraum anbieten, in welchem der Elektrolyt
ohne große Behinderung abwärts strömen kann. Dieser
Rückströmraum soll zumindest so weit frei von Gasblasen
sein, daß die abwärts gerichtete Flüssigkeitsbewegung
nicht nennenswert behindert wird.
Für die Anordnung des Rückströmraums gibt es mehrere
Möglichkeiten. Die eine Möglichkeit besteht darin, in
einer doppelten Seitenwand der Elektrolysezelle eine
elektrodenfreie Seitenkammer auszubilden, in die der
Elektrolyt oben eintreten und unten wieder austreten
kann. Hierbei empfiehlt es sich, in den beiden
gegenüberliegenden Seitenwänden der Elektrolysezelle
jeweils eine Seitenkammer dieser Art vorzusehen. Eine
zweite Möglichkeit besteht darin, im Innenraum der
Elektroden einen Rückströmraum auszubilden.
Beim Verfahren der Erfindung ist es vorteilhaft, die
Elektrolysezelle mit angewärmtem Elektrolyten zu
beschicken, so daß die Temperaturen in der Zelle im
Bereich von 30 bis 80°C und vorzugsweise bei mindestens
35°C liegen. Bei der Wahl der Höhe und Breite der
bipolaren Elektroden ist die horizontal gemessene Breite
der Kathoden- und Anodenseite in weiten Bereichen frei
wählbar. Für die Höhe (vertikal gemessen) empfehlen sich
0,5 bis 3 m und vorzugsweise mindestens 1 m, damit sich
die vertikale Flüssigkeitsbewegung entlang der
Anodenseite voll entwickeln kann. Zusätzlich ist es
zweckmäßig, daß insbesondere die Anodenseite der
bipolaren Elektroden in der Zelle im Elektrolyten voll
eingetaucht angeordnet ist, damit der Elektrolyt an der
Anodenseite ungehindert aufwärts strömen kann.
Üblicherweise scheidet man Kupfer aus einer
Kupfersulfatlösung ab, wobei der Cu-Gehalt im frischen
Elektrolyten üblicherweise 20 bis 100 g/l beträgt. Der
Säuregehalt (H2SO4) im Elektrolyten liegt im Bereich von
etwa 100 bis 200 g/l. Für Zink, Nickel und die anderen
Metalle gilt ähnliches. Blei wird bevorzugt aus einer
H2SiF6-Lösung abgeschieden. Die Spannung zwischen
benachbarten bipolaren Elektroden liegt im Bereich von
1,5 bis 5 Volt und üblicherweise bei mindestens 2 Volt.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren arbeitet man im
Zwischenraum zwischen benachbarten Elektroden mit
Stomdichten im Bereich von 800 bis 8000 A/m2 und
vorzugsweise mindestens 1500 A/m2. In der Praxis können
diese Stromdichten bevorzugt auch im Bereich von 2000 bis
8000 A/m2 liegen. Die Gasentwicklung an der Anodenseite
der Elektroden führt zu vertikalen Komponenten der
Strömungsgeschwindigkeit des Elektrolyten im
Mittelbereich der Anodenseite von 5 bis 100 cm/sec und
üblicherweise von mindestens 20 cm/sec. Daraus ist
ersichtlich, welch intensive vertikale
Elektrolyt-Zirkulation im Bereich jeder bipolaren
Elektrode beim Verfahren der Erfindung erzeugt wird.
Um den ohmschen Widerstand des Elektrolyten niedrig zu
halten, empfiehlt es sich, die bipolaren Elektroden mit
relativ geringer Breite des Zwischenraums anzuordnen. Die
Zwischenraum-Breite, die den Abstand benachbarter
bipolarer Elektroden angibt, liegt im Bereich von 10 bis
60 mm und vorzugsweise im Bereich von 20 bis 40 mm. Auch
hat es sich gezeigt, daß bei verringerter Breite des
Zwischenraums eine höhere, aufwärts gerichtete
Gasgeschwindigkeit und damit eine beschleunigte
Konvektion des Elektrolyten auftritt. Mit verbesserter
Elektrolyt-Konvektion kann man die
Metallionen-Konzentration im frischen Elektrolyten
niedrig halten, was vorteilhaft ist, weil dadurch die
Viskosität des Elektrolyten niedrig gehalten werden kann.
An den bipolaren Elektroden scheidet sich das gewünschte
Metall an der Kathodenseite ab, die üblicherweise durch
ein Metallblech (z. B. aus Titan) gebildet wird. Die
Anodenseite kann ebenfalls durch ein Metallblech gebildet
werden, doch werden hier möglichst große Oberflächen
angestrebt, was man am besten durch ein perforiertes
Blech, ein Gitter, ein Metallnetz oder Streckmetall
erreicht. Als Material für die Anodenseite bietet sich
ebenfalls Titan an, das zur Aktivierung in bekannter
Weise zusätzlich z. B. mit Platin oder Iridium beschichtet
ist. Der pH-Wert des Elektrolyten liegt üblicherweise im
Bereich von 0 bis 2.
Ausgestaltungsmöglichkeiten des Verfahrens werden mit
Hilfe der Zeichnung erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 in schematischer Darstellung eine vertikal
geschnittene Elektrolysezelle,
Fig. 2 einen Horizontalschnitt durch eine erste
Ausführungsform der Elektrolysezelle (Schnittlinie
II-II in Fig. 1),
Fig. 3 einen vertikalen Schnitt nach der Linie III-III in
Fig. 2,
Fig. 4 eine bipolare Elektrode mit einem Rückströmraum,
vertikal geschnitten nach der Linie IV-IV in
Fig. 5,
Fig. 5 einen Horizontalschnitt entlang der Linie V-V in
Fig. 4,
Fig. 6 eine weitere Variante einer bipolaren Elektrode
mit Bodenstütze, vertikal geschnitten nach der
Linie VI-VI in Fig. 7 und
Fig. 7 die Ansicht der Kathodenseite der Fig. 6, gesehen
in Richtung des Pfeils P in Fig. 6.
Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung den oben
offenen Behälter (1) der Elektrolysezelle mit dem Boden
(1a). Der Elektrolyt fließt durch die Leitung (2) zu,
wobei ein Wärmeaustauscher (3) vorgesehen ist, der den
Elektrolyten auf der gewünschten Temperatur hält. Die
Elektrolysezelle (1) ist bis zum gestrichelt angedeuteten
Flüssigkeitsspiegel (4) mit Elektrolyt gefüllt,
gebrauchter Elektrolyt fließt durch die Leitung (5) ab.
In der Zelle (1) sind drei bipolare Elektroden (12)
angeordnet, dazu eine End-Kathode (7) und eine End-Anode
(8), die mit dem Minus- bzw. Pluspol einer nicht
dargestellten Gleichstromquelle verbunden sind. Die
bipolaren Elektroden haben keinen Stromanschluß, sie
erhalten ihren Strom durch die elektrische Leitfähigkeit
des Elektrolyten und sind durch ihre Lage zwischen der
End-Anode (8) und der End-Kathode (7) elektrisch in Serie
geschaltet.
Wie aus den Fig. 1 bis 3 hervorgeht, weist jede bipolare
Elektrode (12) eine flächige Kathodenseite (K) und im
Abstand davon eine ebenfalls flächige Anodenseite (A)
auf. Die Kathodenseite und die Anodenseite sind durch
mehrere Metallstege (15) elektrisch leitend verbunden,
diese elektrisch leitende Verbindung kann auch durch
etwas anders geformte Leiter, z. B. durch zungenförmige
Streifen gebildet werden. Der Bereich zwischen der
Anodenseite (A) und der Kathodenseite (K) einer bipolaren
Elektrode wird im folgenden auch als Elektroden-Innenraum
(40) bezeichnet, der Raum zwischen benachbarten
Elektroden wird Zwischenraum (41) genannt. Der Abstand
zwischen Anodenseite (A) und Kathodenseite (K) einer
bipolaren Elektrode liegt üblicherweise im Bereich von 10
bis 60 mm. Der Abstand (X) zwischen benachbarten
Elektroden, d. h. die Breite des Zwischenraums (41) (vgl.
auch Fig. 2 und 3) beträgt zumeist 10 bis 60 mm und
vorzugsweise 20 bis 40 mm.
Mit Hilfe der Fig. 2 und 3 wird erläutert, wie die Zelle
(1) gemäß einer ersten Variante mit zwei seitlichen
Rückströmräumen (16) und (17) für die
Elektrolyt-Zirkulation ausgebildet ist. In Fig. 2, die
einen Horizontalschnitt durch die Zelle zeigt, sind die
bipolaren Elektroden (12) zwischen den beiden vertikalen
Seitenwänden (18) und (19) angeordnet und dort lösbar
befestigt. Zu jeder dieser Seitenwände existiert eine
parallele Außenwand (18a) bzw. (19a), durch welche
zusammen mit dem Boden (1a) der Zelle seitliche Kammern
gebildet werden, welche als Rückströmräume (16) und (17)
dienen.
Im vertikalen Schnitt entlang der Linie III-III, der in
Fig. 3 dargestellt ist, blickt man gegen die Innenseite
der Seitenwand (19), die mit oberen Öffnungen (20) und
unteren Öffnungen (21) versehen ist. Durch die heftige
Gasentwicklung an der Anodenseite (A) wird die
Flüssigkeit unmittelbar vor der Anodenseite durch den
Mammutpumpeneffekt der Gasblasen nach oben gezogen, wie
das durch die Pfeile (22) dargestellt ist. Gleichzeitig
wird Elektrolyt-Flüssigkeit aus dem Rückströmraum (17)
(Fig. 2) durch die Öffnungen (21) in den Zwischenraum
(41) gezogen, wie das durch die Pfeile (23) angedeutet
ist. Vom oberen Bereich der Anodenseite (A), vgl. Fig. 3,
gelangt der Elektrolyt durch die Öffnungen (20)
schließlich in die Rückströmkammer (17) (Pfeile 24) und
strömt dort abwärts, wodurch sich der vertikale
Elektrolyt-Kreislauf schließt. Gebildetes Gas, z. B.
Sauerstoff, wird durch die Leitung (14) abgezogen. Durch
diese Elektrolyt-Zirkulation wird die nachteilige
Belegung der Anodenseite mit Gasblasen erheblich
reduziert, was Spannungsverluste in diesem Bereich
verringert und die Leistungsfähigkeit der ganzen Zelle
verbessert. Die Elektrolyt-Zirkulation wird ohne eine
externe Pumpe erreicht.
Fig. 3 zeigt zu jeder bipolaren Elektrode (12) in der
Seitenwand (19) jeweils nur eine obere Öffnung (20) und
eine untere Öffnung (21), doch kann man abweichend davon
im Bereich einer Elektrode auch mehrere obere und untere
Öffnungen vorsehen. Die Erläuterungen für die Seitenwand
(19) gelten sinngemäß auch für die vertikale Seitenwand
(18) (Fig. 2), die ebenfalls mit Öffnungen versehen ist.
Man sorgt dafür, daß die vertikale Komponente der
Flüssigkeitsströmung im mittleren Bereich der Anodenseite
(A), die in Fig. 3 durch die Pfeile (22) angedeutet wird,
eine Strömungsgeschwindigkeit von 5 bis 100 cm/sec und
vorzugsweise mindestens 20 cm/sec aufweist.
Mit Hilfe der Fig. 4 und 5 wird erläutert, wie man auf
die doppelten Außenwände der Elektrolysezelle, die in
Fig. 2 durch die Bezugsziffern (18a) und (19a) bezeichnet
sind, verzichten kann, und innerhalb jeder bipolaren
Elektrode einen Rückströmraum ausbildet. Die
Kathodenseite (K) ist hier wieder durch Metallstege (15)
elektrisch leitend mit der Anodenseite (A) verbunden.
Dazwischen befindet sich eine vertikale Trennwand (30)
aus elektrisch nicht leitendem Material, z. B. Plexiglas,
Polypropylen, Polyester oder Polyvinylchlorid. Der
Abstand (a) zwischen der Anodenseite (A) und der
Trennwand (30) beträgt üblicherweise das 0,01- bis
0,4-fache des Abstandes (b) zwischen der Anodenseite (A)
und der Kathodenseite (K), vgl. Fig. 5.
Die Trennwand (30) sorgt dafür, daß der durch die
Gasblasen, die an der Anodenseite (A) entstehen, aufwärts
strömende Elektrolyt über die obere Kante (30a) der
Trennwand (30) auf dem durch den Pfeil (31) angedeuteten
Weg in den Rückströmraum (32) gelangen kann. Da Gasblasen
auf beiden Seiten der Anodenseite entstehen, tritt
Flüssigkeit auch aus dem Bereich zwischen der Anodenseite
(A) und der Trennwand (30) in den Rückströmraum (32) ein,
wie das durch den gebogenen Pfeil (31a) angedeutet ist.
Im Rückströmraum (32) bewegt sich die Flüssigkeit abwärts
(Pfeil 33) und strömt dann wieder von unten aufwärts
entlang der Anodenseite (A).
Es ist nicht unbedingt nötig, daß die Trennwand (30)
völlig flüssigkeitsdicht ausgebildet ist, vielmehr
erreicht man die erwünschten Strömungsverhältnisse auch
dann, wenn die Trennwand (30) einige Lücken oder
Unterbrechungen aufweist, wie das aus Fig. 5 ersichtlich
ist. Man kann ferner auf die Trennwand (30) ganz
verzichten und arbeitet dann mit bipolaren Elektroden,
wie sie in Fig. 1 bis 3 dargestellt sind. Als
Rückströmraum dient hierbei der ganze
Elektroden-Innenraum (40) jeder Elektrode. Bei einer
solchen bipolaren Elektrode ist die Anode z. B. als Blech
ausgeführt.
In den Fig. 2 bis 5 ist zeichnerisch dargestellt, daß die
Anodenseite (A) aus Blech mit Durchbrechungen und
vorzugsweise perforiertem Blech oder Streckmetall
besteht. Abweichend davon kann man auf Öffnungen im Blech
der Anodenseite auch verzichten, wobei man die
aktivierende Beschichtung der Anodenseite nur auf der
Außenseite anbringt, d. h. auf jener Seite, die nicht im
direkten Kontakt mit den Stegen (15) steht. Dadurch
entsteht nur an dieser Außenseite eine heftige
Gasentwicklung.
Fig. 6 und 7 zeigen eine Stützleiste (35) aus elektrisch
nicht leitendem Material, auf der sich die bipolare
Elektrode mit ihrer Kathodenseite (K) abstützt. Die
Stützleiste (35) geht vom Boden (1a) der Zelle aus und
weist eine Öffnung (37) oder mehrere solcher Öffnungen
für das Durchströmen des Elektrolyten auf. Die
Stützleiste, die unter jeder Elektrode angeordnet sein
kann, verhindert, daß durch metallhaltigen Schlamm, der
sich auf dem Boden (1a) der Zelle sammeln kann, ein
Kurzschluß zwischen den Elektroden entsteht. Gleichzeitig
dient die Leiste (35) zur stabilen Befestigung der
Elektrode in der Zelle. Die Höhe der Stützleiste beträgt
üblicherweise 3 bis 10 cm.
In einer Versuchsanlage wird mit Elektrolysezellen gemäß
Fig. 1 gearbeitet, die neben der End-Kathode und der
End-Anode eine oder mehrere bipolare Elektroden gemäß
Fig. 4 und 5 enthalten. In den Beispielen 1, 4 und 5
arbeitet man ohne Trennwand (30) und in den Beispielen 2
und 3 wird eine Trennwand (30) aus Plexiglas benutzt mit
den Außenmaßen 100 × 50 cm, deren Abstand zur Anodenseite
1 mm beträgt. Als Rückströmraum bei der vertikalen
Elektrolyt-Zirkulation dient in allen Fällen der
Elektroden-Innenraum. Die bipolaren Elektroden haben eine
Kathodenseite (K) aus Titanblech mit einer Höhe von
100 cm und einer Breite von 50 cm. Die Anodenseite (A)
besteht aus Titan-Streckmetall, das außen mit Ta2O5 und
IrO2 handelsüblich beschichtet ist, die Höhe beträgt
ebenfalls 100 cm und die Breite 50 cm. Bei jeder
bipolaren Elektrode beträgt der Abstand zwischen der
Anodenseite und der Kathodenseite 20 mm und der Abstand
(X) zur benachbarten Elektrode ebenfalls 20 mm. Bei der
Abscheidung von Kupfer wird als Elektrolyt eine wäßrige
CuSO4-Lösung verwendet, welche die Betriebstemperatur
hat. Die vertikale Komponente der
Strömungsgeschwindigkeit des Elektrolyten im
Mittelbereich der Anodenseite liegt in allen Beispielen
bei etwa 30 bis 35 cm/sec.
Die Versuchsbedingungen und Ergebnisse sind in Tabelle 1,
Spalte A, zusammengestellt; es bedeutet:
Z = Anzahl der bipolaren Elektroden
Cu = Kupfergehalt im Elektrolyten zu Beginn des Versuchs
H2SO4 = freie Schwefelsäure im Elektrolyten
KL = Gehalt an Knochenleim im Elektrolyten
S = Stromdichte
U = Spannung zwischen benachbarten Elektroden
T = Elektrolyt-Temperatur
M = abgeschiedene Kupfermenge
A = Stromausbeute
E = Energieverbrauch pro t abgeschiedenem Metall.
Z = Anzahl der bipolaren Elektroden
Cu = Kupfergehalt im Elektrolyten zu Beginn des Versuchs
H2SO4 = freie Schwefelsäure im Elektrolyten
KL = Gehalt an Knochenleim im Elektrolyten
S = Stromdichte
U = Spannung zwischen benachbarten Elektroden
T = Elektrolyt-Temperatur
M = abgeschiedene Kupfermenge
A = Stromausbeute
E = Energieverbrauch pro t abgeschiedenem Metall.
Das abgeschiedene Kupfer ist kompakt, glatt und auf der
Kathodenseite gleichmäßig verteilt.
Die Versuchsbedingungen und Ergebnisse finden sich in
Tabelle 1, Spalte B. Das abgeschiedene Kupfer ist auch in
diesem Fall glatt, kompakt und auf der Kathodenseite
gleichmäßig verteilt.
Die Bedingungen und Ergebnisse finden sich in Tabelle 1,
Spalte C. Auf jeder der vier Kathodenseiten werden 2 kg
Kupfer glatt und gleichmäßig verteilt abgeschieden.
Bei diesem Versuch der Kupfergewinnung wird mit besonders
hoher Stromdichte gearbeitet, vgl. Spalte D in Tabelle 1.
Hier wird mit einem Zinksulfat-Elektrolyten gearbeitet,
der pro Liter 55 g Zn enthält. Auf dem Titanblech der
Kathodenseite der bipolaren Elektrode war ein 2 mm dickes
Aluminiumblech befestigt, auf welchem das Zink als glatte
Schicht abgeschieden wurde.
Die in allen Fällen gemessenen Zugfestigkeiten der
abgeschiedenen Metallschichten ergaben Werte, wie sie
auch bei bekannten Elektrolysen üblich sind.
Claims (9)
1. Verfahren zum elektrochemischen Abscheiden eines der
Metalle Kupfer, Zink, Blei, Nickel oder Kobalt aus
einer das Metall ionogen enthaltenden wäßrigen
Elektrolyt-Lösung, die durch eine Elektrolysezelle mit
senkrecht angeordneten, elektrisch in Serie
geschalteten, bipolaren Elektroden geleitet wird,
wobei jede der bipolaren Elektroden eine Kathodenseite
und eine Anodenseite aufweist und das Metall an der
Kathodenseite abgeschieden wird und wobei die
Elektrolysezelle eine mit dem Pluspol einer
Gleichstromquelle verbundene End-Anode und eine mit
dem Minuspol der Gleichstromquelle verbundene
End-Kathode aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß
zwischen der Kathodenseite und der Anodenseite
mindestens einer bipolaren Elektrode eine elektrisch
leitende Verbindung durch mindestens einen Metallsteg
besteht und der Innenraum (Elektroden-Innenraum)
zwischen der Kathodenseite und der Anodenseite und der
Zwischenraum zwischen benachbarten Elektroden von der
Elektrolyt-Lösung weitgehend unbehindert durchströmt
wird, daß man im Zwischenraum Stromdichten im Bereich
von 800 bis 8000 A/m2 einstellt und an der Anodenseite
der bipolaren Elektrode oder Elektroden im
Zwischenraum eine Gasentwicklung hervorruft, wobei die
aufwärts gerichtete, aus der Elektrolysezelle
abgeleitete Gasströmung eine Flüssigkeitsströmung
entlang der Anodenseite erzeugt, deren vertikale
Komponente im Mittelbereich der Anodenseite eine
Strömungsgeschwindigkeit von 5 bis 100 cm/sec
aufweist, und daß man Elektrolyt-Lösung vom Bereich
des oberen Randes der Anodenseite in einen
Rückströmraum leitet, in welchem die Lösung abwärts
strömt, wobei die Lösung vom Rückströmraum in den
unteren Bereich des Zwischenraums zurückgeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der Rückströmraum in mindestens einer doppelten
Seitenwand der Elektrolysezelle ausgebildet ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der Rückströmraum im Elektroden-Innenraum mindestens
einer bipolaren Elektrode ausgebildet ist.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
sich der Rückströmraum zwischen der Kathodenseite der
Elektrode und einer im Elektroden-Innenraum
angeordneten Trennwand befindet.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die Anodenseite durch ein mit
zahlreichen Öffnungen versehenes Metallblech gebildet
wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden,
dadurch gekennzeichnet, daß die Kathodenseite
mindestens einer bipolaren Elektrode auf einer
elektrisch nicht leitenden, flüssigkeitsdurchlässigen,
vom Boden der Elektrolysezelle ausgehenden Stütze
angeordnet ist.
7. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden,
dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrolyt-Lösung in
der Elektrolysezelle Temperaturen im Bereich von 30
bis 80°C aufweist.
8. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden,
dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe der Anodenseite
der bipolaren Elektroden 0,5 bis 3 m beträgt.
9. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden,
dadurch gekennzeichnet, daß die bipolaren Elektroden
in der Elektrolysezelle vollständig eingetaucht in der
Elektrolyt-Lösung angeordnet sind.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE4438692A DE4438692C2 (de) | 1994-10-29 | 1994-10-29 | Verfahren zur elektrochemischen Gewinnung der Metalle Kupfer, Zink, Blei, Nickel oder Kobalt |
| AU34405/95A AU691968B2 (en) | 1994-10-29 | 1995-10-23 | Process for the electrochemical recovery of the metals copper, zinc, lead, nickel or cobalt |
| US08/549,014 US5720867A (en) | 1994-10-29 | 1995-10-27 | Process for the electrochemical recovery of the metals copper, zinc, lead, nickel or cobalt |
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|---|---|---|---|
| DE4438692A DE4438692C2 (de) | 1994-10-29 | 1994-10-29 | Verfahren zur elektrochemischen Gewinnung der Metalle Kupfer, Zink, Blei, Nickel oder Kobalt |
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| DE4438692A1 DE4438692A1 (de) | 1996-05-02 |
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Family
ID=6532007
Family Applications (1)
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| DE4438692A Expired - Fee Related DE4438692C2 (de) | 1994-10-29 | 1994-10-29 | Verfahren zur elektrochemischen Gewinnung der Metalle Kupfer, Zink, Blei, Nickel oder Kobalt |
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Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4033839A (en) * | 1975-02-26 | 1977-07-05 | Kennecott Copper Corporation | Method for series electrowinning and electrorefining of metals |
| US5248398A (en) * | 1990-11-16 | 1993-09-28 | Macdermid, Incorporated | Process for direct electrolytic regeneration of chloride-based ammoniacal copper etchant bath |
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1994
- 1994-10-29 DE DE4438692A patent/DE4438692C2/de not_active Expired - Fee Related
-
1995
- 1995-10-23 AU AU34405/95A patent/AU691968B2/en not_active Expired
- 1995-10-27 US US08/549,014 patent/US5720867A/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4033839A (en) * | 1975-02-26 | 1977-07-05 | Kennecott Copper Corporation | Method for series electrowinning and electrorefining of metals |
| US5248398A (en) * | 1990-11-16 | 1993-09-28 | Macdermid, Incorporated | Process for direct electrolytic regeneration of chloride-based ammoniacal copper etchant bath |
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|---|---|
| AU691968B2 (en) | 1998-05-28 |
| US5720867A (en) | 1998-02-24 |
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| DE4438692A1 (de) | 1996-05-02 |
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| 8128 | New person/name/address of the agent |
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