BG98102A - Устройство и метод за извличане на метали - Google Patents

Abstract

Устройството и методът се използват за електролизно извличане на метали и намират приложение в металургията и метолообработването. С тях се повишаватефективността и надеждността при експлоатация. Устройството се състои от съвкупност от множество демонтиращи се електролизни клетки (10, 40), които са функционално свързани в серии. Всяка клетка се състои от тънкостенна тръба (12), направена от метала, който ще се извлича в горен (13) и долен (14) капак. Капаците имат изход (22) и вход (23) за флуид, които тангират с пръстеновидна кухина (24), образувана между тръбата (12) и цилиндричен електрод(21), индуциращ спирален или турбулентен поток на флуида, което стимулира отлагането на метала върхутръбата (12).

Description

Изобретението намира приложение предимно при получаването на мед по електролитен път от воден разтвор,но не се ограничава само с този случай.За да се илюстрира това,е разгледано едно такова приложение. Трябва да стане ясно,че това изобретение може да има и други приложения»например при получаването на сребро или други метали по електролитен път или при производството на газове.

При много методи за извличане на метали от руда остават малки, но значителни части от металите в рудата.Други методи нямат икономически ефект при нискокачествени руди.Ьдин известен метод за извличане на остатъчни метали от преработената руда или за извличане на метали от руди с ниско съдържание на метал е познат като промиване .Промиването включва в себе си пропускане на флуид,в който се разтваря изцяло рудата,от която металът трябва да бъде извлечен, като разтворената субстанция се събира и от нея се отделя металът.

При извличане иа мед като разтворител обикновено се използва

- 2 сярна киселина,която взаимодейства с медта ι ее получава меден сулфат. Медта може да се отдели от медния сулфат чрез взаимодействие е желязо,при което се получават железен сулфат и чиста мед.

За съжаление,така получената мед съдържа значителни примеси.

Този факт,както и киселината,която се използва при обработката ^намаляват икономическия ефект на процеса.Като алтернатива разтворът от меден сулфат може да се пропусне през електролитна клетка,в която се получават и двете-свободната мед и сярната киселина.

Традиционните електролитни клетки не могат да бъдат използвани по икономически съображения в директното извличане на метали от разтвори с ниска концентрация като тези,налични в рудодобива.

Настоящото изобретение избягва горните недостатъци и осигурява устройство за извличане на метали от полезни изкопаеми,което е ефективно и надеждно при употреба.По-нататък ще станат очевидни и други предимства и задачи на това изобретение.

Като се имат предвид гореспоменатите и други предмети на разглеждане настоящото изобретение в общи линии се отнася до електролитна клетка за извличане на метали от полезни изкопаеми,която включва:

удължен корпус с проводима повърхност,разположена около вътрешната му надлъжна периферия;

електрод,разположен в споменатия корпус; входящ отвор за 1луид към споменатия корпус; изходящ отвор за флуид от споменатия корпус,отдалечен от споменатия входящ отвор за флуида и клеми за присъединяване към електрическа мрежа не споменатия електрод и споменатата проводяща повърхност.

За предпочитане удълженият корпус се простира между крайни стени и електродът е разположен вътре в споменатия корпус между споменатите крайни стени.За предпочитане е също така електродът да се използва като електрически анод,а проводящата повърхност да ее изпод зва като катод,при което металът,получен при електролизата от течността, съдържаща ее вътре в корпуса,се отлага по проводящата повърхност. Ако е необходимо,електродът може да бъде използван като катод, при което металът мсже да се натрупва върху него.По желание електродът може да бъде оформен така,че да включва елементи за обработка ш повърхността като издадени части или ребра,предизвикващи турбулентен поток във флуида.

Корпусът включва удължената цилиндрична част,образувана от проводящ материал,по такъв начин,че проводящата повърхност може да бъде едно цяло с него.Катодът и проводящият материал могат да бъдат от същия метал като този,който ще се отлага.Например,при електролитното получаване на мед цилиндричната част може да бъде с формата на тънкостенна медна тръба,вътре в която може да се натрупва дебел слой мед.По такъв начин цилиндричната част може да бъде заменена с нова медна тръба.Това премахва необходимостта да се извършва трудния процес на отделяне ня отложения материал от тръбата.Алтернативно, проводящият материал може да бъде избран така,че да се различава по повърхностните си свойства от метала,който ще се извлича по електролитен начин,до такава степен,че слоят от отложения метал да може лесно да се отдели от него.Съответно,отделеният метал може да бъде под формата на тънкостенна тръба,която от своя страна може да се използва като стартерна” тръба за натрупване на последователни слоеве от същия метал след отделянето му от проводящия материал.Например, при електролитното получаване на мед,от сравнително малък брой клетки може да се получи голям брои медни тръби-стартери за други клетки, като се използват тръби от неръждаема стомана.

Изходният и входният отвор за флуида могат да бъдат разположени във всякаква посока спрямо корпуса,например успоредно на надлъжния размер на корпуса.^а предпочитане е входящият отвор за флуида да бъде разположен в близост до първия край на корпуса,перпендикуляр но на надлъжната ос на корпуса и/или тангенциално към пръстеновидната кухина,образувана между корпуса и електрода,посредством което се индуцира спираловидният поток на разтвора през пръстеновидната кухина. Счита се,че такъв спираловиден поток подпомага отлагането на добивания по електролитен начин метал.Съответно,изходният отвор за флуида е разположен по подобен начин спрямо входящия отвор за флуида и е отдалечен от него по такъв начин,че спираловидният поток на разтвора допълнително се усилва.

входящият отвор за флуида може да се свърже с изходящия отвор за флуида на втора електролитна клетка за извличане на метали, при което флуидът може де преминава последователно през двете клетки, което позволява про&сивно извличане на метали от флуида.Една

Ши' екстракционна батерия може да бъде образувана от множество клетки, свързани серийно по такъв начин,че извличането на метала да се извършва от даден обем флуид за продължителен период от време,посредством което може да бъде извлечена значителна част от общата първоначална концентрация на желания метал.

Когато в процеса на извличане се получават газообразни вто-: рични продукти,вътре между клетките могат да се поместят устройства за отделяне на газа,така че газът,генериран в по-горестоящата по течението клетка,може да бъде отстранен от разтвора чрез технически устройства.работещи на принципа на разликата в плътностите или други аналогични,преди разтворът да е навлязъл в по-долустоящата по течението клетка.Горните краища на клетките могат да се снабдят е вентилационни отвори,през които може да ее отдели генерираният гав от клетката,преди разтворът да премине към по-долустоящата по течението клетка.афектът на отделяне на газа може да се усили като над изходния отвор за течността се предвиди камера за отделяне на газа.

За да се постигне желаното ниво на ефективност .отделителната камера би трябвало да бъде с приблизително същия диаметър като външния диаметър на пръстеновидната кухина и да има минимална височина, равна на половината от този диаметър.

Очевадно е,че електролитната клетка може да ее приспособи за получаване на метали по електролитен път в специфични форми чрез подходящо съчетаване условията на работа на клетката,включващи скоростта на флуида и плътността на тока на катода,в желаните граници по такъв начин,че поне известна част от извлечения по електролитен път метал се отнася през клетката заедно с потока на течността вместо да бъде отложена върху катода и то така,че тази част може да бъде събрана в определено,удобно място за събиране,отдалечено от цилиндричната част на корпуса.Клетката може да бъде снабдена със специфични метални приспособления за събиране и то така,че поне известна част от метала,получен по електролитен път,да може да бъде извлечена от клетката под формата на частици при минимално прекъсване процеса на електролиза.

Специфичните приспособления за събиране могат да бъдат разположени вътре между свързаните в серия клетки и могат да бъдат куплирани със средствата за отделяне на газа.Специфичните приспособления за събиране могат да включват средства за отделяне,използващи гравитационни ефекти или ефекти на центрофугирането за отделяне и събирателна камера или бункер.Последният може да бъде избирателно подключван към външен колектор чрез външни вентилни съоръжения.

Събирателната камера от своя страна може да бъде избирателно отключвана от електролитната клетка чрез допълнителни вентилни съоръжения по такъв начин,че може да се извлича включения материал като му се дава възможност да изпада през отворените допълнителна вентилни съоръжения в избирателната камера при затворени външни вентилни съоръжения,след което се затварят допълнителните вентилни съоръжения и се отварят външните вентилни съоръжения.

в следващото примерно изпълнение приспособленията за събиране могат де включват събирателна камера,подвижна между местата на събиране по-долу от клетката или отделителна камера и място на разтоварване, отдалечено от клетката или от отделителната камера.

Предвидени са множество събирателни камери,които са разположени около ротационен магазин,които се върти по такъв начин,че събирателните камери могат да се придвижват между мястото на събиране и мястото на разтоварване.

В друг аспект настоящото изобретение се отнася до метод за електролитно извличане на метали,който включва:

осигуряване на устройство за извличане на метали по електролитен път,съдържащо цилиндричен корпус с проводяща повърхност,разположена около вътрешната му периферна повърхност,удължен електрод, поместен вътре в споменатия корпус,входящ отвор на корпуса за флуиди, изходящ отвор на корпуса за блуиди,отдалечен от споменатия входящ отвор, и двойка клеми за присъединяване на електродите към еле* ктрическата мрежа;

свързване ие източник на електрически ток между споменатата проводяща повърхност и споменатия електрод;

пропускане на флуида,съдържащ разтворена сол на метала,през споменатия корпус между споменатия входящ отвор я споменатия изходящ отвор за флуида.

По-нататък методът може да включва към процеса на електролитно извличане и пропее на промиване на флуида,съдържащ фини частици руда,включително и метал,който трябва да бъде извлечен по електролитен път,по такъв начин,че процесът на разтваряне на металните частици може да протече едновременно с електролизата вместо на два отделни етапа - промиване и електролиза,както обикновено се изисква.

Например,при електролитното получаване на мед от медната руда, фино разтроаената руда може да премине през разреден разтвор на сярна киселина,преминаваща през клетка или множество клетки.Медта ее разтваря в киселината и след това се извлича по електролитен път от разтвора,отлага се по стените на тръбата,като през това време сярната киселина се регенерира.Неразтвореният остатък от рудата може да се отдели от течността чрез утаяване,филтрация или центрофугиране.

Настоящото изобретение може да стане по-лесно разбираемо и по-лесно приложимо с помощта иа приложените чертежи,които илюстрират едно предпочитано примерно изпълнение на изобретението,Чертежите са както следва:

.иг.л представлява надлъжен разрез през електролитната клетка съгласно изобретението;

иг.2 представлява напречен разрез през електролитната клетка,показана на фиг.1;

Фиг.З представлява надлъжен разрез през електролитната клетка съгласно друго примерно изпълнение на изобретението и йиг.4 е разрез през отделителното устройство съгласно изобретението.

Електролитната клетка 10,показана на фиг.1 и 2,включва корпус ύ, кой то съдържа метална тръба 12, към чиято външна периферия са прикрепени горен краен капак .:з и долен краен капак 14 е помощта на херметични пръстени 15.Цилиндричният корпус 11 се поддържа сглобен чрез свързващи болтове 16,която са пристегнати към фланпи 17,монтирани към крайните кепяпи Ϊ3 и 14.херметичните уплътнения 20 се оформят в средата на креините капаци 13 и 14,а цилиндричният електрод 21 минава през тях.Ако е необходимо,може да се предвиди само едно херметично уплътнение и електродът 21 в другия си край може да завършва около изпъкнала част или вътре в тръбовидна ниша,издадена от крайния капак.Тръбовидният електрод 21 е прикрепен херметически към издадената част или нишата чрез подходящи средства за херметизиране или е прикрепен по друг начин с оглед свеждане загубите на флуид през електрода 21 до минимум.Изходящият отвор за течността д2 се намира при горния краен капак 13,а входящият отвор 23 за течността се намира при долния краен капак 14.Осите на отворите 22 и 23 са перпендикулярни на оста не корпуса пи тангират към пръстеновидната кухина д4,образувана между корпуса ни електрода 21.Възходящият поток не флуида,идващ от входящия отвор 23в долния краен капак 14, ще се стреми да измества газа.натрупал се по електрод 21,нагоре по посока иа газовия вентил 32,който се намира в горния краен капак 12.По такъв начин газовият поток действа като въздушна помпа, която усилва потока от течност и снижава изискването за външно изпомпване.Разбира се,по желание входящият отвор 23 би могъл да се разположи в горния капак 13,а изходящият отвор 22 - в долния капак

14,38 да се индупира поток иа течността,насочен надолу.

В областта между входящия отвор 22 и долния край на тръбата 12,вътрешният диаметър на капака 14 е такъв,че да съвпада плътно е вътрешния диаметър на тръбата 12,с което се осигурява относително гладка цилиндрична повърхност и се усилва спираловидният поток на влизащата течност.Същият метод на пасваме на диаметрите е приложен и към капак 13 при горния край на тръбата 12 за допълнително подобряване на гладкото спираловидно протичане на потока вътре в пръстеновидната кухина 24.

всеки от крайните капаци 13 и 14 се състои от комплект от РУС пластични тръбни компоненти,включително и нипел 25,тръбен елемент 26,тръбен капак 27,приспособление за компресия 30 и допълнителен тръбен елемент от тръба с по-малък диаметър 31,като тези компоненти са заварени или слепени заедно.Разбира се,ако е необходимо, крайните капани могат да бъдат монолитни,получени чрез формрваяе на пластмаса.При необходимост газовият вентил 32 може да бъде снабден с поилавъков клапан или нещо подобно на него,който се отваря, когато се събере газ в горния краен капак 13, и се затваря след като газът вече е изпуснат навън.

По желание при извличане на мед чрез електролиза от течност, съдържаща сярна киселина и меден сулфат,може да се използва медна тръба като метална тръба 12 и тръбовидният електрод 21 може да се изработи от титан с повърхност,покрита с пласт от окиси на благородни метали/извеетни като аноди с устойчиви размери/ или други материали, не разтворими в киселина и несьздаващи защитни окисни покрития при експлоатационните уеловия,като сплавите на оловото/антимона.

Металната тръба 12 може да се изработи от материал,който не взаимодейства с киселина,например неръждаема стомана,откъдето отложеният материал може лесно да се отстрани.

нри употреба към клетката 10 се свързва източник наРС/поотояннотоково/ захранване,като плюсът на източника се подава на тръбовидния електрод 21,която изпълнява ролята на анод,а минусът на източника се подава на метална тръба 12,която става катод.

За целта се използват за предпочитане накрайници под формата на щипци,което подпомага лесния монтаж и демонтаж,както и отстраняването и подменянето на корпуса 12.Ь резултат на тока,протичащ между електрода 21 и тръбата 12,се отлага мед върху тръбата и кислородът, освободен от разтвора при обработката,се изпуска в атмосферата през газовия вентил 62.Когато върху вътрешността на тръбата 12 се отложи меден сло. с необходимата дебелина,tos може де бъде отделен и предложен за яроцажба като рафинирана мед или да се използва за електропроводи и електрически шини,след което тръбата ое се заменя с нова такава.

11о желание може да се изгради система от клетки 10 и разтворът може да се изпомпва през множеството от клетки,свързани в серия така че съдържанието на медта в разтвора прогресивно да намалява.

логат да се осъществят всякакви конфигурации на серийно я паралелно протичане между клетките от системата с цел да се оптимизират условията на протичане на потока.По подобен начин и електрозахранването към клетките може да се осъществи по какъвто и да е начин - сериино,паралелно или сериино/паралелно,за да се съгласуват токът и напрежението на клетките към наличното захранване.

Електролитната клетка 40,показана на фиг.3,е подобна в конструктивно отношение на показаната на фиг.1 и 2 клетка,но в горния краен капак 41 е оставен вертикален отвор,по-голям от половината от вътрешния диаметър на тръбата 42.Местоположението на отвора е между хО върха на изходния отвор за течността 4с и газовия вентил 44,при което газът,пренасящ се с флуида и изкачващ се през тръбата 42,може да се отлели от течността преди тя да излезе от клетката 40,3 долния краен капак също е оформен вертикален отвор,по-голям от половината на вътрешния диаметър на тръбата 43,ко. то се намира мевду дъното на входящия отвор за течността 4G и основата 4’⁷ на долния краен капак

45.Анодът 50 завършва над входящия отвор за течността 46,но неговата цилиндрична lopAia продължава в посока надолу извън входящия отвор 46 с помощта на непроводзд анодна стоика 5ί,прикрепена към основата 17 по такъв начин,че да не се нарушава значително начинът на движение на входящия поток.бези качества осигуряват умерено нарастване ма металните частипи,падащи към дъното на клетката 40,което нито пречи на потока течност през входящия отвор 46,нито създава късо съединение меад анода 50 и тръбата да се намали максимално ерозията ь края на тръбата .2 в условията иа турбулентен поток близо до входа,се осъществява периферна връзка между долния краен капак 45· и долния мра*, на тръбата 12 с размер поне половината от вътрешния диаметър на тръбата 42,като тази връзка е разположена над върха на входящия отвор U .Периферната връзка между горния краен капак 1.1 и горния край иа тръбата 42 е осъществена по подобен начин като допринася за плавността на спираловидния изходящ поток и максимално намалява ерозията на горния край на тръбата 12.

Отделителното устройство 60,показано на диг.4,се използва за възстановяване частиците от метала,образувани в клетката ιό,които не са се отложили върху катода, и поради тази причина включва вертикална тръбовидна отделителна камера (j .затворена при горния ои крах и разделена на две части чрез вертикална пластина 62 за регулиране на потока течност.Пластината 62 разделя входящата тръба 63 от изходящата тръба 04.Газовите клапи 65,които могат да съдържат и псплавъпи.ако е необходимо,се намират в горната част на отделителната камера 61.j долния си крах отделителната камера €1 е скосена ко- II нусовадно и е ограничена до горната клапа 66,към долната повърхност на която е прикрепена тръбовидната събирателна камера 67.Последната е затворена в долния си край с долна клапа 70.

При експлоатация течността,носеща мехурчета газ и метални частици,може да навлиза в устройството за отделяне 60 от изходящия отвор 22 на клетката 10 през входящата тръба 63.Обемът на отделителната камера е многократно по-голям от обема на клетката 10,поради което течността ще има относително дълго време на задържане вътре в отделителната камера 61.Пластината 62 за регулиране на потока предотвратява директното преминаване на потока от течност от вход 63 до изход 64.Газът се издига от течността 71 и напуска през газовите клапи 65,докато металните частици попадат през разтвора 71 и отворената горна клапа 66 в събирателната камера 67 и остават по затворената долна клапа 70.

Когато се изисква да се събират акумулираните метални частици,горната клапа 66 се затваря,което позволява на затворения под налягане цикъл на потока да продължи в по-нататъшната обработка, докато долната клапа 70 е отворена,за да даде възможност на металните частици да изпаднат.при желание могат да се разположат и сензорни електроди на разстояние и по протежение на страничната стена на събирателната камера 67,както и дистанционни сензорни средства,като измервател на съпротивлението,които могат да се използват за измерване нивото иа металните частици и отчитат кога то е достигнало желаната стойност,достатъчна за събирането на металните частици.

Изложеното до тук представлява илюстрирано примерно изпълнение иа изобретението.За специалистите в тази област на техниката е ясно,че всички такива и други модификации и варианти на изобретението попадат в широкия обем и същността на избретението,както е определено в приложените претенции.

Claims (16)

1.Електролитна клетка за извличане на метали,предназначена за извличане на метал от течащ разтвор,съдържащ минерал,характеризираща се с това,че включва:

-неподвижен цилиндричен корпус,който има проводяща вътрешна повърхност,върху която металът.който ще се получава, се отлага по електролитен път под формата на обвивка;

-затварящи устройства,подвижно монтирани към всеки край на споменатия неподвижен корпус;

-електрод,излизащ извън поне от едно от споменатите затварящи устройства,като образува пръстеновидна кухина между споменатия корпус и споменатия електрод;

-входящ отвор за флуида към споменатата пръстеновидна кухина в едно от споменатите затварящи устройства,оформен по такъв начин,че при експлоатация флуидът се въвежда в споменатата електролитна клетка изместено от надлъжната ос на споменатия неподвижен цилиндричен корпус;

-изходящ отвор за флуида към споменатата електролитна клетка,разположен в другото от споменатите затварящи устройства и

-клеми за свързване на споменатия електрод и споменатата проводяща повърхност към електрическата мрежа,

2.Електролитна клетка съгласно претенция 1,характеризираща се с това,че споменатата проводяща повърхност се използва като катод,а споменатият електрод се използва като анод.

3.Електролитна клетка съгласно претенция х или претен-

- Е ция 2,характеризираща се с това,че споменатата проводяща повърхност е от същия метал като този«който ще се отлага.

4. електролитна клетка съгласно всяка от предишните претенции, характеризираща се с това,че споменатата проводяща повърхност се избира така,че да се отличава по качествата на повърхността си от метала,който ще се отлага.

5. Електролитна клетка съгласно всяка от предишните претенции, характеризираща се с това,че може да бъде разглобена, което позволява споменатият корпус да се отстрани от нея.

6. Електролитна клетка съгласно всяка от предишните претенции, характеризираща се с това, че}; поменато то затварящо устройство представлява краен капак,който се зацепва над съответния край иа споменатия корпус чрез плъзгане и който е електрически изолиран от споменатата проводяща повърхност.

7. Електролитна клетка съгласно всяка от предишните претенция, характеризираща ое с това,че споменатият електрод е изцяло затворен вътре в споменатата проводяща повърхност и копланарно със споменатия електрод са оформени непроводящи удължителя,които излизат извън споменатия входящ отвор за флуида и споменатия изхедящ отвор за флуида.

8. Електролитна клетка съгласно всяка от предишните претенции, характеризираща се е това,че споменатият електрод е разположен между споменатите затварящи устройства и се поддържа от тях.

9. Електролитна клетка съгласно всяка от предишните претенции, характеризираща се с това,че споменатите входящ отвор за флуида и изходящ отвор за флуида са разположени тангенциално към споменатата пръстеновидна кухина,посредством което се предава кинетичен момент на течащия разтвор,когато минава през споменатата клетка.

10.Устройство за извличане на метали от полезни изкопаеми, характеризира що се с това,че включва множество електролитни клетки съгласно всяка от предишните претенции,като споменатите електролитни клетки са свързани в серии.

1[.Устройство за извличане на метали от полезни изкопаеми съгласно претенция .0,характеризиращо се с това,че включва устройство за отделяне на газа,разположено между съседни електролитни клетки.

12. Устройство за извличане на метали от полезни изкопаеми съгласно всяка от предишните претенции,характеризиращо се с това,че споменатата обвивка е ронлива обвивка,която може да се отнесе от споменатия течащ разтвор,посредством което отложеният по електролитен път метал се изнася от всяка от споменатите клетки под формата на метални частици чрез споменатия течащ разтвор.

13. Устройство за извличане на метали от полезни изкопаеми съгласно претенция 12,характеризиращо се с това,че включва приспособления за събиране на металните частици,разположени между съседните клетки.

14. *етод за извличане на метали от полезни изкопаеми по електролитен път,характеризиращ се с това,че включва:

-осигуряване на устройство за извличане на метали от полезни изкопаеми по електролитен път,включващо неподвижен цилиндричен корпус«който има проводяща вътрешна повърхност, чрез която металът може да се отлага по електролитен път, електрод,разположен в споменатия корпус,образуващ пръстеновидна кухина между споменатия корпус и споменатия електрод,вхо дящ отвор за флуид към споменатата клетка,разположен тангенциално към споменатата пръстеновидна кухина и отдалечен от споменатия корпус,изходящ отвор за флуида към споменатата клетка,тангиращ към споменатата пръстеновидна кухина и отдалечен от споменатия кожух, и клеми за свързване на споменатия електрод и на споменатата проводяща повърхност към електрическата мрежа;

-преминаване на флуид,съдържащ разтворена сол на метала,през споменатия корпус между споменатия входящ отвор за флуада и споменатия изходящ отвор за флуида и

-свързване на източник на електрически ток между споменатата проводяща повърхност и споменатия елктрод,посредством което м телът,който трябва да ее получи по електролитен път,може да се отлага върху проводящата повърхност или в споменатата пръстеновидна кухина,

15. .Метод съгласно претенция 14,характеризиращ се с това,че металът,който трябва да се получи по електролитен път,се наслоява като образува обвивка върху проводящата повърхност.

16. Метод съгласно претенция 14 или претенция 15, характеризиращ се с това,че включва възстановяване на метала от устройството за извличане на метали от полезни изкопаеми по електролитен път чрез отстраняване на проводящата повърхност с отложения върху нея метал и заместването на проводящата повърхност с друга проводяща повърхност от същия материал като метала,който трябва да се отложи.

17.Метод съгласно претенция 16,характеризиращ се с това,че включва отстраняване на метала от устройството за извличане чрез поток от споменатия флуид през устройството.