EP0084521A2 - Electrolytic cell for metal recovery and its operation - Google Patents
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- EP0084521A2 EP0084521A2 EP83810013A EP83810013A EP0084521A2 EP 0084521 A2 EP0084521 A2 EP 0084521A2 EP 83810013 A EP83810013 A EP 83810013A EP 83810013 A EP83810013 A EP 83810013A EP 0084521 A2 EP0084521 A2 EP 0084521A2
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Classifications
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25C7/00—Constructional parts, or assemblies thereof, of cells; Servicing or operating of cells
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- C25C7/08—Separating of deposited metals from the cathode
Definitions
- the invention relates to an electrolytic metal recovery cell of the type described in the preamble of claim 1 and its operation.
- a method of using a rotating cylindrical cathode electrolytic cell in such a manner that the metal is deposited on the rotating cylindrical cathode in powder form is described in GB-PS 1 505 736.
- the cell comprises a cylindrical cathode which is rotatably supported in a housing which has an inlet and an outlet for the solution from which metal is to be recovered, and an anode and a device for removing metal deposited on the cathode in powder form.
- the cell described in this GB-PS has been used in practice in particular for the recovery of silver from used photographic processing solutions. If the cell is used in the manner described in GB-PS, silver accumulates as a powdery precipitate on the rotating cathode and is removed by a scraper which is in engagement with the cathode during its rotation.
- the method, the powdered metal precipitate of the rotating cathode by means of a scraper to remove is not particularly effective, and at the T to the use of the scraper brings some disadvantages, in particular an excessive load on the bearing of the scraper at higher deposition. of metal on the rotating cathode.
- the commissioning of the cutting knife during predetermined periods should normally suffice to control the current, provided that the periods are selected depending on the parameters of the cell.
- the cell is continuously monitored by checking the cathode potential and generating an imposed signal when the controlled potential deviates from a desired value.
- the overdriving signal is then used to start the cutting knife and in the cell S oll chorus for their operation to restore, regardless of the normal, by a timer controlled B e-powered.
- an electrolytic metal recovery cell which comprises a cylindrical, cup-shaped housing part 1, which is liquid-tightly closed by a cover 2, so that both parts represent an outer housing of the cell, which is preferably made of plastic, e.g. Polyvinyl chloride is made.
- the bottom of the housing part 1 is provided with a passage opening 3, into which an inlet connection 4 is inserted, while the cover 2 also has a passage opening 5 with an outlet connection 6 inserted into it.
- a substantially annular cylindrical Graphitanod e 7 is mounted coaxially on the inner wall surface of the housing part 1 with this and has an axial gap 8, so that the anode in the cross section of the shape close to that of a horseshoe.
- a cylindrical cathode 9 is rotatably mounted in the cell housing and comprises a hollow cylinder 10 made of stainless steel, which is closed at its end with plastic caps 11 which fit snugly into the cylinder but have outwardly projecting flanges 12, the diameter of which is slightly larger than that of the cylinder.
- the cathode is mounted on a drive shaft 14 which is carried in bearings 15 mounted on the cover 2 and which is driven by drive means (not shown) located outside the cell via a pulley 16.
- the drive shaft 14 is sealed against the interior of the cell housing part 1 by surface seals 17.
- the anode 7 and the cathode 10 are connected to a fixed voltage source via electrical lines indicated at 18 and 19 in FIG. 1, as will be described below in connection with FIG. 3.
- a rotatable cutting knife carrier shaft 20 extends axially parallel with the drive shaft 14 and the cathode 9 through the cover 2 and lies essentially centrally in the anode gap 8.
- the shaft 20 carries a cylindrical cutting knife holder 21, on which a cutting knife 22 is attached.
- the shaft 20 and the holder 21 are preferably made of stainless steel and the cutting knife of stellite steel.
- the cutting knife has a triangular cross section and extends helically along the cutting knife holder. For further below for illustrative reasons, these screw line of the cutting blade holder does not extend completely around the circumference, but rather only a part of this circumference, preferably according to an angle of about 120 to 18 0 0th
- the shaft 20 is rotated by means of an electric cutting knife drive motor 23 under the control of a timer 24 and is provided with a cam 25 which actuates a microswitch 26 arranged in a line 27 leading from the anode line 18 to the shaft 20, at the beginning of the rotation the shaft 20 of the cams 25 switches the microswitch 26 to the shaft 20 and thus to the cutting knife 20 by applying an anode current pulse.
- the probe 28 of a saturated calomel electrode is passed through an opening in the side wall of the housing part 1 and an opening aligned with this opening in the anode 7 and is sealed therein by means of a seal 29.
- the end of the probe is set at a certain distance from the cathode cylinder 10.
- the cell voltage or the electrode potential is controlled in a known manner by a potentiostat using a calomel electrode as the reference electrode.
- Fig. 3 shows the circuit diagram of an electrical arrangement for the purpose of such control of the cell.
- the electrolytic recovery cell E is shown in dashed outline in the middle of the figure and comprises the anode 7, the cathode 9 and the cutting knife 22.
- the anode and the cathode are connected to a stabilized current source SPS via electrical lines.
- a millivolt meter MV indicates a signal indicating the potential difference between the potential of the calomel electrode determined by the probe 28 and the potential generated at the cathode 9 /
- the potential difference is also passed to a separating stage BA and through a feedback loop FBL to the stabilized current source SPS transfer.
- the separation stage BA, the feedback loop FBL and the stabilized current source SPS together represent a potentiostat P, which serves to stabilize the potential of the cathode 9 with respect to the calomel electrode.
- the cutting knife 22 is shown in FIG. 3 as being able to be put into operation by the cutting knife drive motor 23 under control both by the timer 24 and by the limit signal amplifier LSA.
- the limit signal amplifier LSA is connected to the output of the isolating stage BA and is arranged in such a way that when the probe potential drops below the limit set on the limit signal amplifier LSA, this amplifier starts the cutting blade drive motor 23 without taking into account the status of the timer 24.
- the above-described electrolytic metal recovery cell is said to electrolytically recover metal from a solution containing the metal, and is particularly suitable for the recovery of silver metal from used photographic processing solutions.
- the solution is introduced into the cell through the inlet nozzle 4 and leaves it again through the outlet nozzle 6, whereby it can be circulated through the cell several times in succession until the recovery is complete.
- the cell uses a rotating cylindrical cathode 9 for the recovery, the operation of which has been described in the literature. Briefly, in the operation of such a cell, the cathode is rotated and metal is deposited as a powder on it, the electrolysis conditions being chosen so that the metal is deposited as a powder removable from the cathode.
- the deposition of silver on the rotating cylindrical cathode has the advantages that the cell is built once It can be said that it has a high recovery capacity in relation to its size, and secondly that the powder can be easily removed from the rotating cylinder and then separated by filtering.
- the cell is filled with a silver salt solution and the electrolysis conditions are first selected so thatwhen the rotation of the cathode these "hartplattiert" with a thin layer of silver.
- the cell is then ready for start-up and the solution to be treated is passed through the cell, the cathode is rotated, and the electrolysis conditions are selected so that the silver in powder form is deposited on the rotating cathode.
- the cutting knife drive motor 23 is turned on to rotate the shaft 20 and remove deposited silver powder from the cathode by the cutting knife 22, whereupon the powder from the cell through the Flush outlet port 6 and collected in a suitable filter.
- Fig. 2 shows the cutting knife 22 and the shaft 21 stationary, it can be seen that the cutting knife 22 extends helically around that part of the cutting knife holder 21 which is located away from the cathode.
- the radial distance from the center of the cutting knife shaft 20 to the closest point to the edge of the flange 12 of the end cap 11 is equal to the radial distance from the center of the drive shaft 20 to the outermost part of the cutting knife 22.
- the flanges 12 now protrude a certain distance beyond the cylinder 10 of the cathode 9, which allows the formation of the "hard-plated" metal layer mentioned above and a very thin layer of powder deposited on it. Since the end caps 11 are made of plastic, it is easy to see that they do not have to be dimensioned exactly, since the first rotation of the cutting knife 22 shaves off the edges of the flanges 12 to the required diameter.
- the cathode rotates at a constant speed from 200 to 2000 rpm. can be, with practical operation about 1000 U / min. to be favoured.
- a suitable speed for the shaft 20 and the cutting knife is 1/4 to 3 rpm.
- the timer 24 and the cutting knife drive motor 23 are set such that they allow the shaft 20 to carry out an entire revolution or an integral number of revolutions, so that the cutting knife and shaft assume the same rest position as shown in FIG. 2 with each revolution.
- the cutting knife when it rotates and removes metal from the cathode, it only makes point contact with the metal. This reduces the stress on the knife and ensures that metal can be removed from the cathode by the knife even if the electrolysis conditions are not satisfactory were selected or are subject to fluctuations and the silver was not deposited on the cathode in powder form but as a coherent coating.
- Another feature that helps to influence the cutting force is formed by the pitch angle of the helical cutting knife around the cutting knife holder 21, a larger pitch angle reducing the stress on the knife.
- the helical knife should not extend completely around the circumference of the blade holder around, .but it has been found that a meter length over a circumferential angle of 120 to 180 0 represents a useful compromise between the two mutually conflicting requirements.
- the cam 25 actuates a microswitch 26 each time the knife drive shaft is rotated anew, which sends an anode pulse through the holder and knife, as a result of which silver deposited from the solution again dissolves. As shown in Fig. 1, the anode pulse is delivered directly from the anode.
- the operating potential of the rotating cylindrical cathode is the most important factor in ensuring that the silver is electrolytically precipitated as a powder.
- the elec keep trical potential on the rotating cylindrical cathode at a constant value or within certain limits with respect to the reference electrode. This is brought about by the potentiostat P, which continuously stabilizes the potential of the cathode with respect to the reference electrode.
- the potential near the cathode must be measured by the probe of the reference electrode.
- the probe 28 of the reference electrode RE is therefore at one end as close as possible to the surface of the cathode, i.e. located on the edge (s) of the flanges 12 defined cylinder surface and as far as possible from the influence of the anode.
- the current used increases as the metal layer on the cathode thickens or when the metal ion concentration in the solution suddenly increases.
- the increase in the current intensity causes an increased load on the current source, and the electrolytic deposition can then only be continued with an increased current source.
- the potentiostat places limits on such an increase in the power supply.
- an increase in the output power of the potentiostat also increases the costs for the components used and the complexity of the system. It is therefore desirable to keep the output power as low as possible.
- the current used in electrodeposition can be controlled by removing the deposited metal.
- the control of the current is achieved by operating the cutting knife 22, and this can take place when a maximum, previously selected current value is reached.
- the period in which this value is reached is subjected, inter alia, of the metal ion concentration dependent en fluctuations, and since this will affect the thickness and to some extent also the type of deposition, their removal according to the invention by the start-up of the cutting blade during predetermined periods of time that are selected to ensure that the preselected maximum current is never reached.
- the cell of the invention is capable of treating spent photographic fixer solutions with relatively high silver concentrations using moderate power. If there is no cutting knife operating in the manner described above, a much larger power supply combined with significantly higher equipment costs is required to process the same solutions.
- the method potential is immediately raised to its desired value when the cutting knife is actuated.
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Abstract
Eine elektrolytische Metallrückgewinnungszelle besitzt ein Gehäuse (1,2) mit Einlaß (4) und Auslaß für eine Lösung, aus der Metall rückgewonnen werden soll, sowie eine im Gehäuse drehbar gelagerte zylindrische Kathode (9). Das Gehäuse enthält eine Anode (7) und ein Schneidmesser (22), welches so befestigt ist, daß es in der Lage ist, beim Betrieb der Zelle auf der gesamten Seitenfläche der Kathode abgeschiedenes Metall zu entfernen. Um den Betrieb der Zelle zu steuern sind elektrische Mittel zum Antrieb des Schneidmessers in vorbestimmten Zeitabschnitten ohne Berücksichtigung der Elektrolysebedingungen und zum Betätigen des Schneidmessers (22), wenn das überwachte Kathodenpotential um einen vorbestimmten Betrag von einem Sollwert abweicht, vorgesehen. Hierdurch wird die Verwendung von früher vorgeschlagegen Abkratzern vermieden, und die Zelle läßt sich leicht sowohl unter stationären Elektrolysebedingungen als auch bei starken Schwankungen in der Metallionenkonzentration der Lösung betreiben. Die Zelle und deren Betrieb sind bei Verwendung zur Rückgewinnung von Silber aus verbrauchten photographischen Fixierlösungen beschrieben, doch können sie auch zur Wiedergewinnung anderer Metalle angewendet werden.An electrolytic metal recovery cell has a housing (1, 2) with inlet (4) and outlet for a solution from which metal is to be recovered, as well as a cylindrical cathode (9) rotatably mounted in the housing. The housing contains an anode (7) and a cutting knife (22) which is fixed so that it is able to remove deposited metal on the entire side surface of the cathode during operation of the cell. In order to control the operation of the cell, electrical means are provided for driving the cutting knife in predetermined time periods without taking into account the electrolysis conditions and for actuating the cutting knife (22) if the monitored cathode potential deviates from a desired value by a predetermined amount. This avoids the use of previously suggested scrapers, and the cell can be operated easily both under stationary electrolysis conditions and with large fluctuations in the metal ion concentration of the solution. The cell and its operation are described when used to recover silver from spent photographic fixer solutions, but they can also be used to recover other metals.
Description
Die Erfindung betrifft eine elektrolytische Metallrückgewinnungszelle von der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 beschriebenen Art und deren Betrieb.The invention relates to an electrolytic metal recovery cell of the type described in the preamble of
Ein Artikel von D. R. Gabe im Journal of Applied Electrochemistry 4, (1914) Seiten 91-108 beschreibt eine drehbare zylindrische Elektrode, die als elektrolytische Zelle für die Rückgewinnung von Metallen verwendbar ist. Andere Elektrolysierzellen mit rotierender Kathode sind in den US-PSen 1 535 577 und 3 560 366 sowie in der FR-PS 2 449 734 beschrieben.An article by D. R. Gabe in the Journal of Applied Electrochemistry 4, (1914) pages 91-108 describes a rotatable cylindrical electrode which can be used as an electrolytic cell for the recovery of metals. Other rotating cathode electrolysis cells are described in U.S. Patents 1,535,577 and 3,560,366 and in French Patent 2,449,734.
Ein Verfahren zur Verwendung einer elektrolytischen Zelle mit rotierender zylindrischer Kathode in solcher Weise, daß das Metall auf der sich drehenden zylindrischen Kathode in Pulverform niedergeschlagen wird, wird in der GB-PS 1 505 736 beschrieben. Die Zelle umfaßt eine zylindrische Kathode, die in einem Gehäuse drehbar gelagert ist, welches einen Einlaß und einen Auslaß für die Lösung, aus welcher Metall wiederzugewinnen ist, sowie eine Anode und eine Einrichtung zum Entfernen von auf der Kathode in Pulverform abgesetztem Metall aufweist.A method of using a rotating cylindrical cathode electrolytic cell in such a manner that the metal is deposited on the rotating cylindrical cathode in powder form is described in GB-
Die in dieser GB-PS beschriebene Zelle wurde in der Praxis insbesondere für die Wiedergewinnung von Silber aus verbrauchten photographischen Behandlungslösungen verwendet. Wird die Zelle in der in der GB-PS beschriebenen Weise benutzt, so sammelt sich Silber als pulverförmiger Niederschlag auf der rotierenden Kathode an und wird durch einen Abkratzer entfernt, der mit der Kathode während deren Drehung in Eingriff steht. Jedoch ist die Methode, den pulverförmigen Metallniederschlag von der sich drehenden Kathode mittels eines Abkratzers zu entfernen, nicht besonders wirkungsvoll, und in der Tat bringt die Verwendung des Abkratzers einige Nachteile mit sich, insbesondere eine übermäßige Beanspruchung der Lagerung des Abkratzers bei stärkerer Ablagerung.von Metall auf der rotierenden Kathode.The cell described in this GB-PS has been used in practice in particular for the recovery of silver from used photographic processing solutions. If the cell is used in the manner described in GB-PS, silver accumulates as a powdery precipitate on the rotating cathode and is removed by a scraper which is in engagement with the cathode during its rotation. However, the method, the powdered metal precipitate of the rotating cathode by means of a scraper to remove, is not particularly effective, and at the T to the use of the scraper brings some disadvantages, in particular an excessive load on the bearing of the scraper at higher deposition. of metal on the rotating cathode.
Der oben erwähnte Artikel von Gabe zeigt, daß die auf einer rotierenden zylindrischen Kathode erreichbare Stromdichte für eine gegebene Zelle angenähert durch die Funktion
- I die bei der elektrolytischen Abscheidung des Metalls angewandte Ist-Stromstärke in Amperes
- C die Metallionenkonzentration in Mol je cm3,
- V die Umfangsgeschwindigkeit der zylindrischen Elektrode,
- X einen Exponenten, der unter den für das Niederschlagen des Metalls in Pulverform erforderlichen Bedingungen zwischen 0,7 und 1,0, vorzugsweise aber zwischen 0,80 und 0,85 festgestellt wurde, und
- K eine von den Dimensionen der Zelle abhängige Konstante
- I the actual current in amperes used for the electrolytic deposition of the metal
- C, the metal ion concentration in M ol per cm 3,
- V the peripheral speed of the cylindrical electrode,
- X is an exponent which was determined under the conditions required for the precipitation of the metal in powder form between 0.7 and 1.0, but preferably between 0.80 and 0.85, and
- K is a constant dependent on the dimensions of the cell
Aus dieser Funktion ergibt sich, daß der durch die Zelle fließende Strom mit der Metallionenkonzentration schwankt und durch
- (1) Herabsetzen der Zylinderdrehzahl V,
- (2) Verwendung einer kleineren Kathode, wodurch der Wert von K verkleinert wird, oder
- (3) Herabsetzen des Wertes von x erniedrigt werden kann.
- (1) lowering the cylinder speed V,
- (2) using a smaller cathode, thereby reducing the value of K, or
- (3) lowering the value of x can be decreased.
Eine Abänderung der Drehzahl des Zylinders bietet keine praktische Lösung, da es erforderlich wäre, auch die Metallionenkonzentration ständig zu überwachen und den Wert von V entsprechend anzupassen. Die Verwendung einer Kathode mit kleineren Abmessungen würde zu einer merklichen Herabsetzung des Stromes bei niedrigeren Konzentrationen an Metall führen, während es jedoch erwünscht ist, maximalen Strom auch bei niedrigen Konzentrationen aufrecht zu erhalten. Es wurde nun gefunden, daß ein Verkleinern des Exponenten x das wirksamste Mittel ist, um den durch die Zelle fließenden Strom bei hohen Konzentrationen zu kompensieren; dies wird durch Entfernen des abgesetzten pulverförmigen Metalls erreicht, was eine bedeutende Änderung des wirksamen Bereichs der Kathodenoberfläche bewirkt. Dieses Entfernen wird mittels des in der GB-PS 1 505 736 beschriebenen, in der Zelle vorgesehenen Abkratzers durchgeführt, und da der Abkratzer dazu dient, das niedergeschlagene Metallpulver kontinuierlich zu entfernen, werden wesentliche Schwankungen der Stromstärke vermieden.Changing the speed of the cylinder does not offer a practical solution since it would be necessary to constantly monitor the metal ion concentration and to adjust the value of V accordingly. The use of a cathode of smaller dimensions would result in a significant reduction in current at lower concentrations of metal, but it is desirable to maintain maximum current even at low concentrations. It has now been found that decreasing the exponent x is the most effective means of compensating for the current flowing through the cell at high concentrations; this is accomplished by removing the deposited powdered metal which causes a significant change in the effective area of the cathode surface. This removal is carried out by means of the scraper provided in the cell as described in GB-
Wie oben angedeutet, bringt die Verwendung des Abkratzers gewisse Nachteile mit sich, jedoch wäre die Steuerung der Zelle ohne die Verwendung eines solchen nur schwierig zu erreichen. Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, diese beiden einander entgegenstehenden Forderungen mit einander in Einklang zu bringen.As indicated above, there are certain disadvantages to using the scraper, but control of the cell would be difficult to achieve without using it. It is therefore an object of the invention to reconcile these two conflicting requirements.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird dies bei einer Zelle der eingangs beschriebenen Art durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 beschriebenen Merkmale erreicht.According to a first aspect of the present invention, this is achieved in a cell of the type described at the outset by the features described in the characterizing part of
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung wird dies durch ein Verfahren zum Betrieb der vorgenannten Zelle erreicht, welches die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 7 beschriebenen Maßnahmen umfaßt.According to another aspect of the invention, this is achieved by a method for operating the aforementioned cell, which comprises the measures described in the characterizing part of
Die Anwendung einer schneidenden an Stelle einer abkratzenden Einwirkung verhindert den allmählichen Aufbau dickerer Metallablagerungen auf der rotierenden Kathode, wie er durch das Hinweggleiten des Abkratzers über härtere oder stärker haftende Ablagerungen erfolgen könnte.The use of a cutting instead of a scraping action prevents the gradual build-up of thicker metal deposits on the rotating cathode, as could be done by sliding the scraper away over harder or more adherent deposits.
Die Inbetriebnahme des Schneidmessers während vorher bestimmter Zeitabschnitte dürfte im Normalfall zur Steuerung des Stromes genügen, vorausgesetzt, daß die Zeitabschnitte in Abhängigkeit von den Parametern der Zelle gewählt werden. Um jedoch möglichen Schwankungen in der Metallionenkonzentration oder anderen Änderungen in den Bedingungen der Elektrolyse Rechnung zu tragen, wird die Zelle ständig durch Kontrolle des Kathodenpotentials und Erzeugung eines aufgedrängten Signals bei Abweichen des kontrollierten Potentials von einem Sollwert überwacht. Das übersteuernde Signal wird dann verwendet, um das Schneidmesser in Betrieb zu setzen und in der Zelle die Sollbedingungen für deren Betrieb wiederherzustellen, unabhängig vom normalen, durch ein Zeitwerk geregelten Be-trieb.The commissioning of the cutting knife during predetermined periods should normally suffice to control the current, provided that the periods are selected depending on the parameters of the cell. However, in order to account for possible fluctuations in the metal ion concentration or other changes in the conditions of the electrolysis, the cell is continuously monitored by checking the cathode potential and generating an imposed signal when the controlled potential deviates from a desired value. The overdriving signal is then used to start the cutting knife and in the cell S ollbedingungen for their operation to restore, regardless of the normal, by a timer controlled B e-powered.
Weitere Merkmale und Ziele der Erfindung in ihren beiden Aspekten sind aus den Unteransprüchen zu ersehen.Further features and objectives of the invention in its two aspects can be seen from the subclaims.
Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung, welche eine Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht, näher erläutert.Details of the invention are explained in more detail below with reference to the accompanying drawing, which illustrates an embodiment of the invention.
In der Zeichnung bedeuten:
- Fig. 1 einen senkrechten Axialschnitt durch eine elektrolytische Metallrückgewinnungszelle,
- Fig. 2 einen horizontalen Schnitt durch die Zelle entlang der Ebene II-II in Fig. l, und
- Fig. 3 ein Schaltbild.
- F ig. 1 shows a vertical axial section through an electrolytic metal recovery cell,
- Fig. 2 shows a horizontal section through the cell along the plane II-II in Fig. L, and
- Fig. 3 is a circuit diagram.
In den Figuren 1 und 2 ist eine elektrolytische Metallrückgewinnungszelle gezeigt, die einen zylindrischen, napfförmigen Gehäuseteil 1 umfaßt, der durch einen Deckel 2 flüssigkeitsdicht verschlossen ist, so daß beide Teile ein äußeres Gehäuse der Zelle darstellen, das vorzugsweise aus Kunststoff wie z.B. Polyvinylchlorid gefertigt ist.In the figures 1 and 2 an electrolytic metal recovery cell is shown, which comprises a cylindrical, cup-
Der Boden des Gehäuseteils 1 ist mit einer Durchlaßöffnung 3 versehen, in welche ein Einlaßstutzen 4 eingesetzt ist, während der Deckel 2 ebenfalls eine Durchlaßöffnung 5 mit in sie eingesetztem Auslaßstutzen 6 aufweist. Eine weitgehend ringförmige, zylindrische Graphitanode 7 ist an der Innenwandfläche des Gehäuseteils 1 mit diesem koaxial befestigt und weist einen axialen Spalt 8 auf, so daß die Anode im Querschnitt der Gestalt eines Hufeisens nahekommt. Eine zylindrische Kathode 9 ist drehbar im Zellengehäuse gelagert und umfaßt einen Hohlzylinder 10 aus nichtrostendem Stahl, der an seinen Endmmit Kunststoffverschlußkappen 11 verschlossen ist, die mit Paßsitz in den Zylinder hineinpassen, aber nach außen.vorstehende Flansche 12 besitzen, deren Durchmesser etwas größer ist als derjenige des Zylinders. Die Kathode ist auf einer Antriebswelle 14 montiert, die in auf dem Deckel 2 angebrachten Lagern 15 getragen wird und die durch außerhalb der Zelle gelegene Antriebsmittel (nicht gezeigt) über eine Riemenscheibe 16 angetrieben wird. Die Antriebswelle 14 ist durch Flächendichtungen 17 gegen das Innere des Zellgehäuseteils 1 abgedichtet.The bottom of the
Die Anode 7 und die Kathode 10 sind über bei 18 bzw. 19 in Fig. 1 angedeutete elektrische Leitungen mit einer festen Spannungsquelle verbunden, wie dies weiter unten im Zusammenhang mit Fig. 3 beschrieben wird.The
Eine drehbare Schneidmesserträgerwelle 20 erstreckt sich achsparallel mit der Antriebswelle 14 und der Kathode 9 durch den Deckel 2 hindurch und liegt im wesentlichen mittig im Anodenspalt 8. Die Welle 20 trägt einen zylindrischen Schneidmesserhalter 21, auf welchem ein Schneidmesser 22 angebracht ist. Die Welle 20 und der Halter 21 sind vorzugsweise aus nichtrostendem Stahl und das Schneidmesser aus Stellitstahl gefertigt. Das Schneidmesser weist dreieckförmigen Querschnitt auf und erstreckt sich schraubenlinienförmig längs des Schneidmesserhalters. Aus weiter unten noch zu erläuternden Gründen erstreckt sich diese Schraubenlinie nicht völlig um den Umfang des Schneidmesserhalters herum, sondern vielmehr nur um einen Teil dieses Umfangs, vorzugsweise entsprechend einem Winkel von etwa 120 bis 180 0.A rotatable cutting
Die Welle 20 wird mittels eines elektrischen Schneidmesserantriebsmotors 23 unter Steuerung durch ein zeitwerk 24 in Drehung versetzt und ist mit einem Nocken 25 versehen, der einen in einer von der Anodenleitung 18 zur Welle 20 führenden Leitung 27 angeordneten Mikroschalter 26 betätigt, wobei zu Beginn der Drehung der Welle 20 der Nocken 25 den Mikroschalter 26 unter Aufgabe eines Anodenstromimpulses auf die Welle 20 und damit zum Schneidmesser 20 schaltet.The
Die Sonde 28 einer gesättigten Kalomelelektrode wird durch eine Öffnung in der Seitenwand des Gehäuseteils 1 und eine mit dieser Öffnung fluchtende Öffnung in der Anode 7 hindurchgeführt und ist darin mittels einer Dichtung 29 abgedichtet. Das Ende der Sonde ist auf einen bestimmten-Abstand vom Kathodenzylinder 10 eingestellt.The
Die Zellspannung oder das Elektrodenpotential wird in bekannter Weise durch einen Potentiostaten unter Verwendung einer Kalomelelektrode als Bezugselektrode gesteuert.The cell voltage or the electrode potential is controlled in a known manner by a potentiostat using a calomel electrode as the reference electrode.
Fig. 3 zeigt das Schaltbild einer elektrischen Anordnung zum Zwecke einer solchen Steuerung der Zelle. Die elektrolytische Rückgewinnungszelle E ist in gestrichelten Umrissen in der Mitte der Figur gezeigt und umfaßt die Anode 7, die Kathode 9 und das Schneidmesser 22. Die Anode und die Kathode sind über elektrischen Leitungen mit einer stabilisierten Stromquelle SPS verbunden. Ein Millivoltmeter MV zeigt ein Signal an, das die Potentialdifferenz zwischen dem durch die Sonde 28 festgestellten Potential der Kalomelelektrode und dem an der Kathode 9 angibt erzeugten Potential/ Die Potentialdifferenz wird ebenfalls auf eine Trennstufe BA gegeben und durch eine Rückkoppelungsschleife FBL zu der stabilisierten Stromquelle SPS übertragen. Die Trennstufe BA, die Rückkoppelungsschleife FBL und die stabilisierte Stromquelle SPS stellen zusammen einen Potentiostaten P dar, der zur Stabilisierung des Potentials der Kathode 9 in Bezug auf die Kalomelelektrode dient.Fig. 3 shows the circuit diagram of an electrical arrangement for the purpose of such control of the cell. The electrolytic recovery cell E is shown in dashed outline in the middle of the figure and comprises the
Das Schneidmesser 22 ist in Fig. 3 als durch den Schneidmesserantriebsmotor 23 unter Steuerung sowohl durch das Zeitwerk 24 als auch durch den Grenzsignälverstärker LSA in Betrieb setzbar dargestellt. Der Grenzsignalverstärker LSA ist mit dem Output der Trennstufe BA verbunden und so angeordnet, daß beim Absinken des Sondenpotentials unter die auf dem Grenzsignalverstärker LSA eingestellte Grenze dieser Verstärker den Schneidmesserantriebsmotor 23 ohne Berücksichtigung des Standes des Zeitwerks 24 in Betrieb setzt.The cutting
Die oben beschriebene elektrolytische Metallrückgewinnungszelle soll Metall elektrolytisch aus einer das Metall enthaltenden Lösung zurückgewinnen und ist besonders geeignet für die Rückgewinnung von Silbermetall aus verbrauchten photographischen Behandlungslösungen. Die Lösung wird in die Zelle durch den Einlaßstutzen 4 eingeführt und verläßt sie wieder durch den Auslaßstutzen 6, wobei sie mehrmals hintereinander im Kreislauf durch die Zelle geführt werden kann, bis die Rückgewinnung vollständig ist.The above-described electrolytic metal recovery cell is said to electrolytically recover metal from a solution containing the metal, and is particularly suitable for the recovery of silver metal from used photographic processing solutions. The solution is introduced into the cell through the
Die Zelle verwendet für die Rückgewinnung eine rotierende zylinderförmige Kathode 9, deren Betrieb in der Literatur beschrieben wurde. Kurz gesagt wird beim Betrieb einer solchen Zelle die Kathode in Drehung versetzt und Metall als Pulver auf ihr niedergeschlagen, wobei die Elektrolysebedingungen so gewählt werden, daß das Metall als von der Kathode entfernbares Pulver abgesetzt wird. Das Abscheiden von Silber auf der sich drehenden zylindrischen Kathode hat die Vorteile, einmal daß die Zelle so gebaut werden kann, daß sie eine hohe Rückgewinnungskapazität im Verhältnis zu ihrer Größe besitzt, und zum anderen, daß das Pulver leicht von dem sich drehenden Zylinder entfernt und anschließend durch Filtern abgetrennt werden kann.The cell uses a rotating
Bei der Vorbereitung der vorliegenden Zelle zur Inbetrieb- nahme wird die Zelle mit einer Silbersalzlösung gefüllt,und die Elektrolysebedingungen werden zunächst so gewählt,daßbei der Drehung der Kathode diese mit einer dünnen Silberschicht "hartplattiert" wird. Die Zelle ist dann fertig zur Inbetriebnahme, und die zu behandelnde Lösung wird durch die Zelle geführt, die Kathode in Drehung versetzt, nun und die Elektrolysebedingungen werden/so gewählt, daß das Silber in Pulverform auf der rotierenden Kathode abgesetzt wird. In,regelmäßigen Zeiträumen, die durch die Einstellung des Zeitwerks 24 bestimmt werden, wird der Schneidmesserantriebsmotor 23 eingeschaltet, um die Welle 20 in Drehung zu versetzen und abgesetztes Silberpulver durch das Schneidmesser 22 von der Kathode zu entfernen, worauf das Pulver aus der Zelle durch den Auslaßstutzen 6 herausgespült und in einem geeigneten Filter gesammelt wird.In the preparation of the present cell to the I nbetrieb- acquisition, the cell is filled with a silver salt solution and the electrolysis conditions are first selected so thatwhen the rotation of the cathode these "hartplattiert" with a thin layer of silver. The cell is then ready for start-up and the solution to be treated is passed through the cell, the cathode is rotated, and the electrolysis conditions are selected so that the silver in powder form is deposited on the rotating cathode. In periodic periods determined by the setting of the
Fig. 2 zeigt das Schneidmesser 22 und die Welle 21 stillstehend, wobei zu erkennen ist, daß das Schneidmesser 22 schraubenlinienförmig um denjenigen Teil des Schneidmesserhalters 21 verläuft, der von der Kathode weg gelegen ist. Der radiale Abstand von der Mitte der Schneidmesserwelle 20 bis zum am nächsten gelegenen Punkt der Kante des Flansches 12 der Endkappe 11 ist gleich dem radialen Abstand von der Mitte der Antriebswelle 20 bis zum am weitesten außen gelegenen Teil des Schneidmessers 22. Hierdurch entfernt das Schneidmesser 22 bei seiner Drehung vom Kathodenzylinder 10 alles darauf abgesetzte Silber, das über einen gedachten Zylindermantel herausragt, der durch die Kanten der beiden Flansche 12 definiert ist. In der Praxis ragen nun die Flansche 12 um ein gewisses Stück über den Zylinder 10 der Kathode 9 hinaus, was die Ausbildung der oben erwähnten "hartplattierten" Metallschicht und den Verbleib einer sehr dünnen Schicht von auf ihr abgesetztem Pulver gestattet. Da die Endkappen 11 aus Kunststoff bestehen, ist leicht einzusehen, daß sie nicht genau dimensioniert werden müssen, da die erste Umdrehung des Schneidmessers 22 die Kanten der Flansche 12 bis auf den geforderten Durchmesser abrasiert. Die Kathode rotiert mit einer konstanten Drehzahl die von 200 bis 2000 U/min. betragen kann, wobei beim praktischen Betrieb etwa 1000 U/min. bevorzugt werden. Da die Kathode mit verhältnis~ mäßig hoher Drehzahl rotiert, ist klar, daß die Gefahr einer Beschädigung der Kathode durch das Schneidmesser um so geringer ist, je langsamer das Schneidmesser rotiert. Doch ist es erwünscht, das abgesetzte Silber von der gesamten Oberfläche der Kathode möglichst schnell zu entfernen, damit die Elektrolysebedingungen so weit wie möglich unverändert bleiben. Eine geeignete Drehzahl für die Welle 20 und das Schneidmesser liegt bei 1/4 bis 3 U./min. Dabei sind das Zeitwerk 24 und der Schneidmesserantriebsmotor 23 so eingestellt, daß sie die Welle 20 eine ganze Umdrehung oder eine ganzzahlige Anzahl von Umdrehungen ausführen lassen, so daß bei jeder Umdrehung Schneidmesser und Welle wieder dieselbe Ruhestellung einnehmen wie sie in Fig. 2 gezeigt ist.Fig. 2 shows the cutting
Als ein wichtiges Merkmal des Schneidmessers macht dieses bei seiner Drehung und beim Entfernen von Metall von der Kathode nur punktförmigen Kontakt mit dem Metall. Dies verringert die Beanspruchung des Messers und stellt sicher, daß Metall durch das Messer von der Kathode entfernt werden kann, auch wenn die Elektrolysebedingungen nicht richtig gewählt wurden oder Schwankungen unterworfen sind und das Silber auf der Kathode nicht in Pulverform sondern als zusammenhängender Überzug abgesetzt wurde.As an important feature of the cutting knife, when it rotates and removes metal from the cathode, it only makes point contact with the metal. This reduces the stress on the knife and ensures that metal can be removed from the cathode by the knife even if the electrolysis conditions are not satisfactory were selected or are subject to fluctuations and the silver was not deposited on the cathode in powder form but as a coherent coating.
Ein weiteres Merkmal, das dazu beiträgt, die Schneidkraft zu beeinflussen, wird durch den Steigungswinkel des schraubenlinienförmigen Schneidmessers um den Schneidmesserhalter 21 herum gebildet, wobei ein größerer Steigungswinkel die Beanspruchung des Messers verringert. Jedoch ist es, wie oben erwähnt, notwendig, genügend Raum zwischen dem Schneidmesserhalter 21 und der Kathode vorzusehen, so daß sich eine Schicht von abgesetztem Metall ausbilden kann, in die das Messer hineinzuschneiden vermag. Daher soll das schraubenlinienförmige Messer sich nicht vollständig um den Umfang des Messerhalters herum erstrecken,.sondern es wurde gefunden, daß eine Messerlänge über einen Umfangswinkel von 120 bis 1800 einen brauchbaren Kompromiß zwischen den beiden einander entgegenstehenden Forderungen darstellt.Another feature that helps to influence the cutting force is formed by the pitch angle of the helical cutting knife around the cutting
Während das Silber sich absetzt, ist es unvermeidlich, daß auch etwas davon auf dem Schneidmesser und auf dem Messerhalter niedergeschlagen wird. Um die Ausbildung einer solchen Silberschicht zu verhindern, betätigt der Nocken 25 bei jedem neuen Indrehungversetzen der Messerantriebswelle einen Mikroschalter 26, der einen Anodenimpuls durch Halter und Messer sendet, wodurch aus der Lösung auf den letzteren'abgeschiedenes Silber wieder in Lösung geht. Wie in Fig. 1 gezeigt, wird der Anodenimpuls direkt von der Anode geliefert.As the silver settles, it is inevitable that some of it will be deposited on the cutting knife and knife holder. In order to prevent the formation of such a silver layer, the
Es wurde gefunden, daß das Betriebspotential'<der rotierenden zylindrischen Kathode der wichtigste Faktor ist, um sicherzustellen, daß das Silber elektrolytisch als Pulver ausgeschieden wird. Hierzu ist es erforderlich, das elektrische Potential auf der rotierenden zylindrischen Kathode auf einem konstanten Wert oder innerhalb bestimmter Grenzen gegenüber der Bezugselektrode zu halten. Dies wird durch den Potentiostaten P bewirkt, der kontinuierlich das Potential der Kathode gegenüber der Bezugselektrode stabilisiert.It has been found that the operating potential of the rotating cylindrical cathode is the most important factor in ensuring that the silver is electrolytically precipitated as a powder. For this it is necessary to use the elec keep trical potential on the rotating cylindrical cathode at a constant value or within certain limits with respect to the reference electrode. This is brought about by the potentiostat P, which continuously stabilizes the potential of the cathode with respect to the reference electrode.
Um einen pulverförmigen Niederschlag von Metall zu erzeugen, muß dem Potential in Kathodennähe, das von der Sonde der Bezugselektrode gemessen . wird, ein über dem Kathodenpotential liegender Wert erteilt werden, der vom Metall und vom Abstand zwischen Sonde und Kathodenoberfläche abhängt. Die Sonde 28 der Bezugselektrode RE ist daher mit ihrem einen Ende so nahe wie möglich an der Kathodenoberdurch fläche, d.h. an der/die Kanten der Flansche 12 definierten Zylindermantelfläche gelegen, und so weit wie möglich entfernt vom Einfluß der Anode.In order to produce a powdery precipitate of metal, the potential near the cathode must be measured by the probe of the reference electrode. will be given a value above the cathode potential, which depends on the metal and the distance between the probe and the cathode surface. The
Während der elektrolytischen Abscheidung des Metalls wächst der dabei verwendete Strom an, in dem Maße wie sich die Metallschicht auf der Kathode verdickt, oder wenn die Metallionenkonzentration in der Lösung plötzlich erhöht wird. Die Erhöhung der Stromstärke verursacht eine erhöhte Belastung der Stromquelle, und die elektrolytische Abscheidung kann dann nur bei verstärkter Stromquelle fortgesetzt werden. Jedoch setzt der Potentiostat einer solchen Erhöhung der Stromzufuhr Grenzen. Offenbar bedingt eine Erhöhung der Ausgangsleistung des Potentiostaten auch eine Steigerung der Kosten für die verwendeten Komponenten und der Kompliziertheit der Anlage. Es ist daher erwünscht, die Ausgangsleistung möglichst niedrig zu halten.During the electrolytic deposition of the metal, the current used increases as the metal layer on the cathode thickens or when the metal ion concentration in the solution suddenly increases. The increase in the current intensity causes an increased load on the current source, and the electrolytic deposition can then only be continued with an increased current source. However, the potentiostat places limits on such an increase in the power supply. Apparently, an increase in the output power of the potentiostat also increases the costs for the components used and the complexity of the system. It is therefore desirable to keep the output power as low as possible.
Wie oben gezeigt, kann der bei der elektrolytischen Abscheidung verwendete Strom durch Entfernen des abgeschiedenen Metalls gesteuert werden. So wird in der vorliegenden Zelle die Steuerung des Stromes durch die Betätigung des Schneidmessers 22 erreicht, und diese kann erfolgen, wenn ein maximaler, vorher gewählter Stromwert erreicht wird. Da jedoch der Zeitraum, in welchem dieser Wert erreicht wird, u.a. von der Metallionenkonzentration abhängigen Schwankungen unterworfen ist, und da dies die Dicke und in gewissem Ausmaß auch die Art der Abscheidung beeinflußt, wird ihr Entfernen gemäß der Erfindung durch die Inbetriebnahme des Schneidmessers während vorbestimmten Zeitabschnitten bewirkt, die gewählt werden, um sicherzustellen, daß der vorgewählte Maximalstrom nie erreicht wird.As shown above, the current used in electrodeposition can be controlled by removing the deposited metal. Thus, in the present cell, the control of the current is achieved by operating the cutting
Jedoch können plötzliche Änderungen in der Konzentration oder anderen Bedingungen auf die Zelle in solchem Grade einwirken, daß der vorgewählte Maximalstromwert zwischen zwei aufeinanderfolgenden Inbetriebsetzungen der Schneidvorrichtung erreicht wird, was zu einer Sperrung der Stromzufuhr und zu einem hieraus resultierendem 'Verfall des Kathodenpotentials gegenüber der Bezugselektrode führt. Um das Auftreten dieses Zustandes zu vermeiden, wird der Wert des Kathodenpotentials laufend durch das Millivoltmeter MV überwacht, und jede bedeutendere Abweichung vom Sollbetriebspotential erzeugt durch die Trennstufe BA hindurch ein Signal, welches auf den Grenzschaltungsverstärker LSA gegeben wird, der direkt den Messerantriebsmotor 23 in Betrieb setzt und veranlaßt, daß das Schneidmesser eine oder eine Anzahl von vollständigen Umdrehungen ausführt, bis das Kathodenpotential wieder auf seinen Sollwert gebracht ist.However, sudden changes in concentration or other conditions can act on the cell to such an extent that the preselected maximum current value is reached between two successive start-ups of the cutter, resulting in a cut off of the power supply and a consequent decrease in cathode potential with respect to the reference electrode . In order to avoid the occurrence of this condition, the value of the cathode potential is continuously monitored by the millivolt meter MV, and any significant deviation from the nominal operating potential generates a signal through the isolating stage BA, which is sent to the limit switching amplifier LSA, which directly operates the
Hieraus ist ersichtlich, daß auf diese Weise eine sehr bedeutende Modulation des durch die elektrolytische Zelle fließenden Stromes erreicht werden kann, wodurch die Metallionenkonzentration in der zu behandelnden Lösung in einem großen Bereich bewältigt werden kann, ohne daß es notwendig wäre, den Betriebsbereich der Gleichstromquelle und des Potentiostaten zu erweitern. Es wurde gefunden, daß die Zelle nach der Erfindung zur Behandlung verbrauchter photographischer Fixierlösungen mit verhältnismäßig hohen Silberkonzentrationen unter Verwendung einer mäßigen Stromzufuhr befähigt ist. Ist kein in der oben beschriebenen Weise arbeitendes Schneidmesser vorhanden, so ist eine sehr viel größere Stromzufuhr verbunden mit bedeutend höheren Ausrüstungskosten erforderlich, um die gleichen Lösungen zu verarbeiten.From this it can be seen that in this way a very significant modulation of the current flowing through the electrolytic cell can be achieved, whereby the metal ion concentration in the solution to be treated can be managed over a wide range without it being necessary for the operating range of the direct current source and of the potentiostat. It has been found that the cell of the invention is capable of treating spent photographic fixer solutions with relatively high silver concentrations using moderate power. If there is no cutting knife operating in the manner described above, a much larger power supply combined with significantly higher equipment costs is required to process the same solutions.
Man kann sich fragen, warum nicht eine Stromquelle geringerer Ausgangsleistung zusammen mit einer Strombegrenzungseinrichtung verwendet wird. Wie oben erläutert, würde eine solche Arbeitsweise jedoch bei höheren Metallionenkonzentrationen zum Verfall des Kathodenpotentials führen.One may wonder why a lower output power source is not used with a current limiting device. As explained above, such an operation would, however, lead to a decline in the cathode potential at higher metal ion concentrations.
Bei fortgesetztem Betrieb der Zelle bei solchem unterdrücktem Potential würde die Abscheidung des Metalls nicht länger als Pulver erfolgen. Nach der vorliegenden Erfindung wird das Kethodenpotential bei Betätigung des Schneidmessers unverzüglich wieder auf seinen Sollwert angehoben.If the cell continued to operate with such suppressed potential, the metal would no longer be deposited as a powder. According to the present invention, the method potential is immediately raised to its desired value when the cutting knife is actuated.
Während die Erfindung insbesondere in Bezug auf die elektrolytische Abscheidung von Silber bei der Silberrückgewinnung aus verbrauchten photographischen Fixierlösungen beschrieben wurde, ist sie auch auf die elektrolytische Abscheidung, Wiedergewinnung und elektrolytische Herstellung von anderen Metallen anwendbar.While the invention has been described particularly in relation to the electrolytic deposition of silver in the silver recovery from spent photographic fixer solutions, it is also applicable to the electrolytic deposition, recovery and electrolytic production of metals other H applicable.
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