DE19940698C2

DE19940698C2 - Electrolysis plant for metal extraction

Info

Publication number: DE19940698C2
Application number: DE19940698A
Authority: DE
Inventors: Nikola Anastasijevic; Walter Kuehn; Helmut Schatton; Wolfgang Koehler
Original assignee: MG Technologies AG
Current assignee: MG Technologies AG
Priority date: 1999-08-27
Filing date: 1999-08-27
Publication date: 2002-08-01
Anticipated expiration: 2019-08-28
Also published as: WO2001016400A1; DE19940698A1; PE20010224A1; AU4404000A

Abstract

Zur Elektrolyseanlage gehört ein Elektrolytbehälter zur Aufnahme eines Elektrolytbades mit zwei am Rand des Behälters angeordneten Stromschienen mit Anschlüssen an eine Gleichstromquelle. Es gibt mehrere, als Kathoden oder Anoden dienende Elektroden aus Metall, wobei jede Elektrode eine horizontale Tragstange und eine in das Elektrolytbad eintauchende Elektrodenfläche aufweist. Die Elektroden liegen beim Elektrolysebetrieb mit ihrer Tragstange im Bereich eines Berührungskontakts zur Stromübertragung auf einer der Stromschienen auf. Der Berührungskontakt zwischen der Tragstange und der zugehörigen Stromschiene erfolgt bei mindestens einigen der Elektroden entlang mindestens einer geraden, horizontalen Kontaktlinie, deren Länge 10 bis 500 mm beträgt, wobei eine der beiden sich berührenden Metallflächen einen Winkel x, gemessen gegen die Horizontale, von 30 bis 80 DEG bildet. Die Breite des Berührungskontakts, senkrecht zur Kontaktlinie gemessen, beträgt 0,2 bis 4 mm.The electrolysis system includes an electrolyte tank for receiving an electrolyte bath with two busbars arranged at the edge of the tank with connections to a direct current source. There are several metal electrodes serving as cathodes or anodes, each electrode having a horizontal support rod and an electrode surface immersed in the electrolyte bath. During electrolysis operation, the electrodes with their support rods rest on one of the contact rails for current transmission on one of the busbars. With at least some of the electrodes, the contact between the support bar and the associated busbar takes place along at least one straight, horizontal contact line, the length of which is 10 to 500 mm, one of the two contacting metal surfaces making an angle x, measured against the horizontal, of 30 to 80 DEG forms. The width of the contact, measured perpendicular to the contact line, is 0.2 to 4 mm.

Description

Die Erfindung betrifft eine Elektrolyseanlage für die Metallgewinnung, mit einem Elektrolytbehälter zur Aufnahme eines Elektrolytbades, mit zwei am Rand des Behälters angeordneten Stromschienen aus Metall mit Anschlüssen an eine Gleichstromquelle, mit mehreren, als Kathoden oder Anoden dienenden Elektroden aus Metall, wobei jede Elektrode eine horizontale Tragstange und eine in das Elektrolytbad eintauchende Elektrodenfläche aufweist und wobei die Elektroden beim Elektrolysebetrieb mit ihrer Tragstange im Bereich eines Berührungskontakts zur Stromübertragung auf einer der Stromschienen aufliegen.The invention relates to an electrolysis plant for metal extraction, with a Electrolyte container for holding an electrolyte bath, with two on the edge of the Container arranged busbars made of metal with connections to a Direct current source, with several electrodes serving as cathodes or anodes Made of metal, with each electrode having a horizontal support bar and one in the Electrolyte bath immersed electrode surface and wherein the electrodes during electrolysis operation with its support rod in the area of a contact lie on one of the busbars for power transmission.

Elektrolysenanlagen dieser Art sind aus dem US-Patent 4 035 280 und aus EP-A-0 121 509 bekannt. Hierbei weisen die Tragstangen V-förmige Kerben auf, deren gerade Außenkanten im Bereich eines Berührungskontakts auf kegelstumpfförmigen Flächen der Stromschiene aufliegen. Dadurch weist jeder Berührungskontakt vier Berührungspunkte auf, an denen der Stromübergang erfolgt.Electrolysis plants of this type are known from US Pat. No. 4,035,280 and from EP-A-0 121 509 known. Here, the support rods have V-shaped notches, the straight outer edges in the area of a contact on a truncated cone Lay on the surfaces of the conductor rail. As a result, each touch contact has four Points of contact at which the current transfer takes place.

Aus dem US-Patent 2443112 sind Stromschienen bekannt, die zahnstangenförmig mit Kerben zur Aufnahme von Tragstangen ausgebildet sind.From the US patent 2443112 busbars are known, the rack-shaped are formed with notches for receiving support rods.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen auch für hohe Ströme geeigneten Berührungskontakt zwischen Stromschiene und Tragstange zu schaffen. Gleichzeitig sollen die dafür nötigen Anlagenteile einfach herstellbar und verschleißarm sein. Erfindungsgemäß gelingt dies bei der eingangs genannten Elektrolyseanlage dadurch, dass der Berührungskontakt zwischen der Tragstange und der zugehörigen Stromschiene bei mindestens einigen der Elektroden entlang mindestens einer geraden, horizontalen Kontaktlinie erfolgt, deren Länge 10 bis 500 mm beträgt, dass eine der beiden sich berührenden Metallflächen einen Winkel x, gemessen gegen die Horizontale, von 30 bis 80° bildet, dass die Breite des Berührungskontakts, senkrecht zur Kontaktlinie gemessen, 0,2 bis 4 mm beträgt, und dass die Kontaktlinie parallel zur Längsachse der Stromschiene verläuft.The invention has for its object a suitable for high currents To create contact between the busbar and support rod. At the same time, the necessary plant parts should be easy to manufacture and be low wear. According to the invention, this is achieved with the above-mentioned Electrolysis system in that the contact between the support rod and the associated busbar along at least some of the electrodes at least one straight, horizontal contact line is made, the length of which is 10 to 500 mm is that one of the two contacting metal surfaces has an angle x, measured against the horizontal, from 30 to 80 ° that forms the width of the Contact, measured perpendicular to the contact line, is 0.2 to 4 mm, and that the contact line runs parallel to the longitudinal axis of the busbar.

Der erfindungsgemäße Berührungskontakt ist so ausgebildet, dass entlang der horizontalen Kontaktlinie nicht nur eine vertikale sondern auch eine horizontale Kraftkomponente wirkt. Dadurch wird der Übergangswiderstand für den Stromfluß minimiert, auch dann, wenn sich im Kontaktbereich störende Beläge bilden können. Insbesondere dann, wenn die Elektrolyseanlage mit hohen Strömen betrieben wird, wird die Länge einer Kontaktlinie mindestens 20 mm betragen. Die erfindungs gemäße Ausbildung der Kontaktfläche kann für die Kathoden und/oder die Anoden erfolgen, dabei empfiehlt es sich, nicht nur einige, sondern alle Berührungskontakte demgemäß auszubilden.The touch contact according to the invention is designed such that along the horizontal contact line not only a vertical but also a horizontal one Power component works. This makes the contact resistance for the current flow minimized, even if disturbing deposits can form in the contact area. Especially when the electrolysis system is operated with high currents, the length of a contact line will be at least 20 mm. The fiction appropriate design of the contact surface can for the cathodes and / or the anodes done, it is recommended not only some, but all touch contacts to train accordingly.

Eine Ausgestaltungsmöglichkeit der Berührungskontakte besteht darin, dass mindestens eine Stromschiene rinnenförmig mit mindestens einer schrägen Wand ausgebildet ist und dass die Kontaktlinien der zugeordneten Elektroden entlang der schrägen Wand verlaufen. Eine rinnenförmige Stromschiene ist einfach herstellbar, gleichzeitig kann die Rinne zum Führen von Kühlflüssigkeit und/oder Reinigungsflüssigkeit verwendet werden. Es kann sich empfehlen, mindestens eine Stromschiene rinnenförmig mit zwei schrägen Wänden auszubilden, so dass sich eine Tragstange auf der Stromschiene entlang zweier Kontaktlinien abstützt.One way of designing the touch contacts is that at least one busbar trough-shaped with at least one sloping wall is formed and that the contact lines of the associated electrodes along the sloping wall. A trough-shaped track is easy to manufacture, at the same time the channel can be used to guide coolant and / or Cleaning liquid can be used. It can be recommended to have at least one Conduct track in a trough shape with two sloping walls, so that supports a support rod on the conductor rail along two contact lines.

Eine einfache Variante besteht darin, dass mindestens eine Stromschiene als horizontale Stange mit einer Stützkante ausgebildet ist, dass der Behälter auf dem der Stromschiene gegenüberliegenden Rand mindestens eine stromlose Gegenstütze aufweist und dass mindestens eine der Tragstangen einen stromleitenden Kopf mit schräger Kontaktfläche aufweist, der beim Elektrolysebetrieb die Stützkante berührt. Auch hierbei bildet die schräge Fläche gegen die Horizontale einen Winkel x von 30 bis 80°.A simple variant consists in the fact that at least one busbar is used as horizontal rod is formed with a support edge that the container on the at least one currentless edge opposite the busbar Has counter support and that at least one of the support rods one has a current-conducting head with an oblique contact surface, which at Electrolysis operation touches the support edge. Here too, the sloping surface forms an angle x of 30 to 80 ° to the horizontal.

Ausgestaltungsmöglichkeiten der Elektrolyseanlage werden mit Hilfe der Zeichnung erläutert. Es zeigt:Design options for the electrolysis system are shown with the help of the drawing explained. It shows:

Fig. 1 eine Elektrolyseanlage in perspektivischer, schematischer Darstellung, Fig. 1 is an electrolysis system in a perspective, schematic representation,

Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II durch die Anlage der Fig. 1, Fig. 2 shows a section along the line II-II through the system of FIG. 1,

Fig. 3 das Zusammenwirken einer Tragstange mit einer Stromschiene in gegenüber Fig. 2 vergrößerter Darstellung, Figure 3 shows the cooperation of a supporting bar with a current rail in respect to FIG. 2, an enlarged representation.,

Fig. 4 eine modifizierte Version der Fig. 3, Fig. 4 is a modified version of Fig. 3,

Fig. 5 eine weitere Variante mit rinnenartiger Stromschiene in zu Fig. 2 analoger Darstellung und, Fig. 5 shows a further variant with a groove-like bus bar in to FIG. 2 analog representation and,

Fig. 6 eine Variante mit einer Stromschiene mit rechteckigem Querschnitt in zu Fig. 2 analoger Darstellung. Fig. 6 shows a variant with a busbar with a rectangular cross section in a representation analogous to Fig. 2.

Der Elektrolysebehälter (1) der Fig. 1 weist einen Zulauf (2) für den Elektrolyten und einen Ablauf (3) auf. Im Elektrolysebetrieb hängen im Behälter (1) im nicht dargestellten Elektrolytbad hintereinander abwechselnd zahlreiche Kathoden und Anoden, wobei in Fig. 1 der besseren Übersichtlichkeit wegen nur eine Kathode (4) und eine Anode (5) dargestellt sind. Die Stromzuführung erfolgt über Stromschienen (6) und (7), wobei die Elektroden mit ihren Tragstangen (8) auf der zugehörigen Schiene aufliegen und der Stromübergang im Berührungsbereich erfolgt. Zur Kathode (4) gehört eine stromlose Stützschiene (16) und zur Anode (5) gehört die stromlose Stützschiene (17). Die Schienen sind mit den Rändern des Behälters (1) befestigt, wie das in Fig. 1 und 2 dargestellt ist.The electrolysis container ( 1 ) in FIG. 1 has an inlet ( 2 ) for the electrolyte and an outlet ( 3 ). In electrolysis operation, numerous cathodes and anodes alternately hang in succession in the tank ( 1 ) in the electrolyte bath (not shown), only one cathode ( 4 ) and one anode ( 5 ) being shown in FIG. 1 for the sake of clarity. The power is supplied via busbars ( 6 ) and ( 7 ), the electrodes with their support rods ( 8 ) resting on the associated rail and the current transfer in the contact area. An electroless support rail ( 16 ) belongs to the cathode ( 4 ) and the electroless support rail ( 17 ) belongs to the anode ( 5 ). The rails are attached to the edges of the container ( 1 ), as shown in Figs. 1 and 2.

Jede Tragstange (8) stützt sich einerseits auf der dazugehörigen Stromschiene (6) und der gegenüberliegenden, zugehörigen Stützschiene (16) ab, vergleiche auch Fig. 2. Mit jeder Tragstange (8) ist eine Elektrodenfläche (9) leitend verbunden, auf welche sich im Falle der Kathode das zu gewinnende Metall, z. B. Kupfer, Zink, Nickel oder Kobalt abscheidet.Each support rod ( 8 ) is supported on the one hand on the associated busbar ( 6 ) and on the opposite, associated support rail ( 16 ), see also FIG. 2. With each support rod ( 8 ) an electrode surface ( 9 ) is conductively connected, on which in the case of the cathode, the metal to be extracted, e.g. B. deposits copper, zinc, nickel or cobalt.

Wie am deutlichsten aus Fig. 3 hervorgeht, weist die Tragstange (8) an einem Ende einen quaderförmigen Metallklotz (8b) auf, mit dem sie elektrisch leitend verbunden ist. Der Klotz (8b), der hier auch "Kopf" genannt wird, kann z. B. aus Kupfer oder einer Kupferlegierung gefertigt sein, damit er den Strom gut leitet. Der Klotz (8b) sitzt in der Stromschiene (6), die eine längsverlaufende Rinne (11) mit schrägen Wänden (11a) und (11b) sowie einen Boden (11c) aufweist. Gegen die Horizontale bilden die Wände (11a) und (11b) einen Winkel (x) von 30 bis 80°. Der Klotz (8b) berührt mit seinen unteren, horizontalen Kanten (12a) und (12b) jeweils eine der schrägen Wände (11a) und (11b) entlang einer horizontalen, geraden Linie (Kontaktlinie), deren Länge durch die Maße des Klotzes bestimmt ist. Die Kontaktlinienlänge liegt im Bereich von 10 bis 500 mm und vorzugsweise beträgt sie mindestens 20 mm. Die Breite des Berührungskontakts entlang der Kontaktlinie, senkrecht zur Kontaktlinie gemessen, ist relativ klein und liegt im Bereich von 0,2 bis 4 mm. Durch das Gewicht der Elektrode kommt diese Kontaktbreite zustande, weil die Kanten (12a) und (12b) nicht ideal scharfkantig sind und sich ein wenig in die Wände (11a) und (11b) der Stromschiene (6) eindrücken. Die Stromschiene besteht üblicherweise aus Kupfer oder einer Kupferlegierung, damit sie bei ausreichender Festigkeit den Strom genügend gut leitet. Zum Erhöhen der Festigkeit der Schiene kann dem Kupfer z. B. Zirkon zugegeben sein.As can be seen most clearly from FIG. 3, the support rod ( 8 ) has at one end a cuboid metal block ( 8 b) to which it is connected in an electrically conductive manner. The block ( 8 b), which is also called "head" here, can, for. B. be made of copper or a copper alloy so that it conducts electricity well. The block ( 8 b) sits in the busbar ( 6 ), which has a longitudinal groove ( 11 ) with sloping walls ( 11 a) and ( 11 b) and a bottom ( 11 c). The walls ( 11 a) and ( 11 b) form an angle (x) of 30 to 80 ° against the horizontal. The block ( 8 b) touches with its lower, horizontal edges ( 12 a) and ( 12 b) each one of the sloping walls ( 11 a) and ( 11 b) along a horizontal, straight line (contact line), the length of which by Dimensions of the block is determined. The contact line length is in the range of 10 to 500 mm and is preferably at least 20 mm. The width of the contact along the contact line, measured perpendicular to the contact line, is relatively small and is in the range from 0.2 to 4 mm. This contact width is due to the weight of the electrode, because the edges ( 12 a) and ( 12 b) are not ideally sharp-edged and press a little into the walls ( 11 a) and ( 11 b) of the busbar ( 6 ). The busbar is usually made of copper or a copper alloy so that it has sufficient strength to conduct the current well. To increase the strength of the rail, the copper z. B. zirconium added.

Die Rinne (11) kann auch zur Aufnahme einer Kühl- oder Reinigungsflüssigkeit dienen. Zu diesem Zweck kann es nützlich sein, den Boden (11c) der Rinne mit eingetieften Rillen (14) zu versehen, wie das in Fig. 3 dargestellt ist. Diese Rillen (14) sorgen für eine möglichst gleichmäßige Verteilung der Flüssigkeit über dem Boden (11c), doch sind sie nicht unbedingt erforderlich, um eine Flüssigkeit durch die Rinne (11) zu führen. The channel ( 11 ) can also be used to hold a cooling or cleaning liquid. For this purpose it may be useful to provide the bottom ( 11 c) of the channel with recessed grooves ( 14 ), as shown in FIG. 3. These grooves ( 14 ) ensure that the liquid is distributed as evenly as possible over the bottom ( 11 c), but they are not absolutely necessary to guide a liquid through the groove ( 11 ).

Bei der Variante der Fig. 4 ist der Kontaktkopf (8b) nicht mit eckigen Kanten, sondern mit zylinderartig abgerundeten Flächen (12c) und (12d) ausgebildet, welche die Wände (11a) und (11b) der Schiene (6) entlang horizontaler Kontaktlinien berühren. Die berührende Fläche entlang der Linien wird dadurch gegenüber den eckigen Kanten (12a) und (12b) der Fig. 3 etwas verbreitert.In the variant of FIG. 4, the contact head ( 8 b) is not designed with angular edges, but with cylindrical surfaces ( 12 c) and ( 12 d) which cover the walls ( 11 a) and ( 11 b) of the rail ( 6 ) Touch along horizontal contact lines. The contact surface along the lines is thereby somewhat widened compared to the angular edges ( 12 a) and ( 12 b) of FIG. 3.

Wenn jede Elektrode und ihre zugehörige Tragstange (8) den Strom von einer Sromschiene nur entlang einer einzigen Kontaktlinie übernimmt, bieten sich Ausgestaltungsmöglichkeiten an, wie sie in Fig. 5 und Fig. 6 dargestellt sind. Gemäß Fig. 5 berührt der Kontaktkopf (8b) der Tragstange (8) nur die schräge Wand (11a) entlang einer horizontalen Kontaktlinie. Auch hier ist die Stromschiene (6) und auch die Stromschiene (7) als Rinne geformt, durch die man Flüssigkeit zum Reinigen und/oder Kühlen führen kann. Durch den Anschlag (8a) wird die Tragstange auf der Stützschiene (16) ausreichend abgestützt und gehalten, so daß die Elektrode im Behälter (1) fixiert ist.When each electrode and its associated support rod (8) takes over the current of a Sromschiene only along a single line of contact, to design possibilities offer, as illustrated in Fig. 5 and Fig. 6. According to Fig. 5 the contact head contacts (8 b) of the support rod (8) only the inclined wall (11 a) along a horizontal contact line. Here, too, the busbar ( 6 ) and also the busbar ( 7 ) are shaped as a channel through which liquid can be passed for cleaning and / or cooling. The support rod is sufficiently supported and held by the stop ( 8 a) on the support rail ( 16 ) so that the electrode is fixed in the container ( 1 ).

Gemäß Fig. 6 weist die Tragstange (8) einen Kontaktkopf (18) mit einer nach unten gerichteten schrägen Stützfläche (18a) auf. Diese Stützfläche berührt eine obere Längskante der als Stange ausgebildeten Stromschiene (7), wobei sich ebenfalls wieder eine horizontale Kontaktlinie ergibt. Auf der gegenüberliegenden Seite stützt sich die Tragstange ebenfalls mit einer schrägen Fläche (18b) gegen die Stützschiene (17). Im Übrigen ist die Elektrolyseanordnung die gleiche wie bereits zusammen mit Fig. 1 erläutert. Es ist ersichtlich, daß die Kante der Stromschiene, welche den Kontaktkopf berührt, auch mehr oder weniger abgerundet sein kann.Referring to FIG. 6, the supporting rod (8) on a contact head (18) with an inclined downwardly directed supporting surface (18 a). This support surface touches an upper longitudinal edge of the busbar ( 7 ) in the form of a rod, again resulting in a horizontal contact line. On the opposite side, the support rod is also supported with an inclined surface ( 18 b) against the support rail ( 17 ). Otherwise, the electrolysis arrangement is the same as already explained together with FIG. 1. It can be seen that the edge of the busbar which touches the contact head can also be more or less rounded.

Claims

1.electrolysis plant for metal production, with an electrolyte container for receiving an electrolyte bath, with two metal busbars arranged at the edge of the container with connections to a direct current source, with several metal electrodes serving as cathodes or anodes, each electrode having a horizontal support rod ( 8 ) and has an electrode surface ( 9 ) immersed in the electrolytic bath, and the electrodes rest during electrolysis operation with their support rod in the area of a contact for electricity transmission on one of the busbars ( 6 , 7 ), characterized in that the contact between the support rod and the Associated busbar at least some of the electrodes along at least one straight, horizontal contact line, the length of which is 10 to 500 mm, that one of the two contacting metal surfaces forms an angle x, measured relative to the horizontal, of 30 to 80 °, that the Br side of the contact, measured perpendicular to the contact line, is 0.2 to 4 mm and that the contact line runs parallel to the longitudinal axis of the busbar.

2. Electrolysis plant according to claim 1, characterized in that at least one busbar ( 6 , 7 ) is channel-shaped with at least one inclined wall ( 11 a, 11 b) and that the contact lines of the associated electrodes run along the inclined wall.

3. Electrolysis plant according to claim 2, characterized in that at least one busbar ( 6 , 7 ) is channel-shaped with two sloping walls ( 11 a, 11 b) and that a support rod ( 8 ) is supported on the busbar with two contact lines.

4. Electrolysis plant according to claim 1, characterized in that at least one busbar ( 7 ) is designed as a horizontal rod with a support edge, that the container has at least one de-energized counter support ( 17 ) on the edge opposite the busbar and that at least one of the support rods ( 8 ) has a current-conducting head ( 18 ) with an oblique contact surface ( 18 a) which touches the support edge during electrolysis operation.