FI115974B - Elektrolyysialtaiden sähköinen kytkentä - Google Patents

Description

1 115974 ELEKTROLYYSIALTAIDEN SÄHKÖINEN KYTKENTÄ

Keksintö kohdistuu metallien elektrolyyttisessä erottamisessa, erityisesti elektrolyyttisissä rikastuslaitoksissa (electrowinning) käytettävien 5 elektrolyysialtaiden sähköiseen kytkentään ja ryhmittelyyn.

Elektrolyyttisessä rikastuksessa elektrolyyttiin liuennut metalli seostetaan sähkövirran avulla katodeille. Sähkövirta kytkeytyy elektrodille virtakiskojen välityksellä. Virtakiskot on asennettu siten, että kontakti elektrodiin syntyy, kun 10 elektrodi on paikoillaan altaassa. Tavallisesti elektrodit lepäävät virtakiskojen varassa.

Elektrolyysiallas on pitkänomainen allas, johon sijoitetaan levymäiset elektrodit, anodit ja katodit vuorotellen peräkkäin altaan pituussuunnassa. Suurin osa 15 elektrodien pinta-alasta on elektrolyytin pinnan alapuolella. Tyypillisesti esimerkiksi kuparia talteen ottavan laitoksen yhdessä altaassa on noin 50 katodia ja anodia.

.,.f Elektrolyysilaitos käsittää kymmeniä, satoja, jopa tuhansia elektrolyysialtaita.

• · 20 Altaat on ryhmitelty sähköisesti ja liuoskierron suhteen allasryhmiksi. Yhdessä • » ryhmässä saattaa olla kymmeniä altaita. Sähköisessä ryhmittelyssä altaat .···. kytketään sarjaan. Sarjaan kytketyn ryhmän altaat sijoitellaan peräkkäin pitkät , r. sivut vastakkain, jolloin syntyy kymmenien metrien pituinen allasrivi.

» t 25 Allasrivin ensimmäisen altaan anodeille kytketään jännite, jolloin virta anodeilta <·· katodeille kulkee elektrolyytin kautta. Allasrivin toisen altaan anodit kytketään

t » M

sähköisesti yhteen ensimmäisen altaan katodien kanssa ja kolmannen altaafy anodit kytketään sähköisesti yhteen toisen altaan katodien kanssa ja niin .···. edelleen allasrivin viimeiseen altaaseen saakka. Niinpä yksi allasrivi muodostaa 30 yhden sarjaan kytketyn allasryhmän. Elektrolyysilaitos saattaa käsittää lukuisia allasrivejä, jotka tavallisesti sijoitetaan siten, että allasrivien väliin ja madollisesti allasrivien molemmille puolille jää huolto-ja kulkukäytävä.

2 115974

Elektrolyysilaitoksessa elektrolyysissä tarvittava jännite saadaan tasasuuntaajasta. Tasasuunnattu virta kytketään allasriveille päävirtakiskoilla. Tavallisesti allasrivejä on yhtä jännitelähdettä kohden parillinen määrä, useimmin kaksi tai neljä. Allasrivit sijoitetaan elektrolyysilaitoksen hallissa 5 rinnakkain ja yleensä niiden väliin jätetään huolto- ja kulkukäytävä. Jännitelähteen positiivinen napa kytketään päävirtakiskon avulla allasrivin ensimmäisen altaan välivirtakiskoon, johon ensimmäisen altaan anodit ovat kontaktissa. Jännitelähde sijoitetaan ensimmäisen allasrivin alkupään lähelle. Ensimmäisen allasrivin viimeisen altaan välivirtakiskolta, joka on kontaktissa 10 kyseisen altaan katodeihin, virta ohjataan toisella päävirtakiskolla viereisen allasrivin viimeisen altaan välivirtakiskolle, joka on kontaktissa mainitun altaan anodeihin. Virtapiiri sulkeutuu, kun toisen allasrivin ensimmäisen altaan välivirtakisko kytketään päävirtakiskolla jännitelähteen negatiiviseen napaan. Altaiden sijoittelu toteutetaan yleensä niin, että kalliin ja massiivisen 15 päävirtakiskon kokonaispituus jää mahdollisimman pieneksi.

On tunnettua, että yhtä jännitelähdettä kohden allasrivejä on neljä, jolloin allasrivit sijoitetaan kahden allasrivin ryhmiin rinnakkain siten, että huolto- ja ...f kulkukäytävä jää ryhmien väliin. Rinnakkaiset allasrivit kytketään toisiinsa 20 nähden rinnan. Allasrivien parit taas kytketään toisiinsa nähden sarjaan.

* · • · .···, Elektrolyyttiset rikastuslaitokset ovat periaatteeltaan jatkuvatoimisia. Katodeille saostetaan metallia tavallisesti useiden päivien ajan ja laitoksessa on samanaikaisesti prosessoitavana eri vaiheessa olevia katodijoukkoja. 25 Valmistuneet katodit vaihdetaan allaskohtaisesti uusiin nosturin tai vastaavan ··· siirtolaitteen avulla. Valmiit katodit nostetaan pois altaasta yleisesti virran ollessa kytkettynä, mutta kuitenkin siten, että vain osa kyseisen altaan katodeista nostetaan kerralla osan jäädessä altaaseen edelleen prosessoitavaksi. Niinpä virta, joka aiemmin jakaantui tasan kaikkien altaassa 30 olevien katodien kesken, jakaantuu nyt vain altaaseen jääville katodeille. Tällöin :v, altaaseen jäävien katodien katodikohtainen virta luonnollisesti nousee, ja katodikohtaisen virran keskimääräinen nousu riippuu siitä, mikä osuus altaan 3 115974 kokonaiskatodimäärästä kerrallaan nostetaan. Katodien virtojen jakauma taas riippuu siitä, miten altaasta poistetut katodit on valittu.

Yleisimmin altaan katodeista nostetaan pois kerrallaan kolmasosa, ja 5 useimmiten valitaan menettely, jossa poistettavat katodit ovat peräkkäisiä. Esimerkiksi nostetaan altaan päästä katsottuna ensimmäinen, toinen tai kolmas kolmannes katodeja kerrallaan. Tällöin siinä altaan kolmanneksessa, jossa ei ole katodeja, ei myöskään kulje virta, vaan koko virta ahtautuu välivirtakiskojen välityksellä niihin kolmanneksiin, joissa katodit ovat paikoillaan. Lisäksi 10 virtakiskojen vastuksista johtuen virta ei jakaannu tasaisesti jäljellä oleville katodeille, vaan virrantiheys on suurin poistetun kolmanneksen vieressä ja pienenee siitä kauemmaksi mentäessä. Virranjakauman vinouma leviää myös käsiteltävän altaan viereisiin altaisiin. Keskimääräisen virrantiheyden nousu, mitä virranjakauman vinouma vielä pahentaa, aiheuttaa tyypillisesti enemmän 15 oikosulkuja katodien ja anodien välille, alentaa laitoksen hyötysuhdetta, suurentaa laitoksen energiankulutusta ja huonontaa tuotetun kuparin laatua. Näiden ongelmien vuoksi kannattaa pyrkiä ratkaisuihin, jotka minimoivat keskimääräisen virrantiheyden nousun ja virranjakauman vinouman.

• · 20 Elektrolyyttisissä rikastamoissa nosturin kapasiteetti muodostaa yleisesti • · materiaalin käsittelyn pullonkaulan. Niinpä on tarkoituksenmukaista pyrkiä .··, maksimoimaan katodimäärä, jonka nosturi kerrallaan käsittelee. Virrantiheyksiin ja epätasaiseen virranjakautumaan liittyvä ongelma voidaan nykyisin yleisesti käytettävillä keskimääräisillä virrantiheyksillä (250 - 300 A/m2) ratkaista 25 poistamalla altaasta joka toinen katodi kerrallaan. Tällöin virta jakaantuu ·*· tasaisesti altaaseen jäävien katodien kesken. Myös vaikutus viereisiin altaisiin on vähäinen.

Nykysuuntaus kuitenkin on nostaa keskimääräistä virrantiheyttä jopa 450 30 A/m2:iin. Tällöin olisi selvästi edullista, jos materiaalinkäsittelyltä vaadittava tehokkuus saavutettaisiin siten, että kerrallaan altaasta poistettava katodimäärä olisi selvästi alle puolet altaan kokonaiskatodimäärästä.

4 115974

Keksinnön tarkoituksena on parantaa katodille saostetun metallin laatua ja saada aikaan korkeampi materiaalin käsittelyn kapasiteetti nostureille tai vastaaville siirtolaitteille. Keksintö perustuu siihen ideaan, että altaasta kerralla 5 nostettavien katodien lukumäärää kasvatetaan ilman, että virrantiheyksien muutokset kasvavat liian suuriksi.

Keksintö perustuu uudenlaiseen altaiden sijoitteluun ja sähköiseen ryhmittelyyn. Keksinnön mukaisessa ratkaisussa elektrolyytin siirtoon ja kiertoon liittyvät 10 putkiyhteet kootaan altaan yhteen päähän, toisen jäädessä vapaaksi nk. peräpääksi. Näin ollen on mahdollista sijoittaa kaksi allasta peräpäät vastakkain hyvin lähelle toisiaan. Tällaisia allaspareja sijoitetaan rinnakkain tarkoituksen mukainen määrä, jolloin muodostuu allasrivipari. Keksinnön mukaisessa ratkaisussa huolto- ja kulkukäytävät sijoittuvat riviparien ulkopuolelle. Koska 15 altaiden yhteet ovat ulommaisissa päädyissä, altaiden yhteisiin liittyvät putkistot kulkevat riviparin ulkopuolella, käytännössä kulkukäytävien alapuolella.

Keksinnön avulla saavutetaan huomattavia etuja. Keksinnön mukainen altaiden ... sähköinen ryhmittely mahdollistaa suuren katodimäärän poistamisen altaasta 20 ilman, että käynnissä oleva prosessi merkittävästi häiriintyy tai valmisteilla olevien katodien laatu kärsii. Niinpä materiaalin siirron kapasiteetti nousee.

* · . ··. Käytännössä nosturin tai vastaavan siirtolaitteen käyttö tehostuu merkittävästi.

Koska keksinnön mukaisessa altaiden sijoittelussa ei ole allasrivien välistä kulkukäytävää, pienenee koko elektrolyysihallin jänneväli ja pinta-ala sekä 25 nosturin jänneväli. Lisäksi keksintö mahdollistaa tavanomaisen allaspituuden :· käytön eikä massiivisen pitkiin ja vaikeasti toimitettaviin allaspituuksiin tarvitse turvautua.

Keksintö soveltuu erityisesti elektrolyyttisiin rikastuslaitoksiin (elektrowinning-30 laitoksiin), sillä niissä katodit nostetaan lähes aina virrallisista altaista.

t 5 115974

Keksinnön mukaisessa elektrolyysilaitoksen altaiden ryhmittelyssä sähköisesti sarjaan kytketyt elektrolyysialtaat on ryhmitelty allasriveiksi. Allasrivejä on edullisesti parillinen määrä. Allasrivit on kytketty muodostamaan suljettu virtapiiri tasavirtalähteen kanssa, jolloin allasrivit kytketään päävirtakiskoilla 5 jännitelähteeseen. Altaiden elektrodeille kytketään virta allaskohtaisilla välivirtakiskoilla. Keksinnön mukaisesti allasrivit on ryhmitelty vierekkäisiksi allasrivipareiksi, jossa allasrivit on kytketty sähköisesti rinnan ja jolloin vastakkaisten altaiden välivirtakiskot on kytketty sähköisesti yhteen. Allasriviparit on kytketty edullisesti sarjaan.

10

Keksinnön mukaisesti päittäin vastakkain olevat allaspari kytkeytyy yhteen sähköisesti yhteisen tai yhteen kytkettyjen välivirtakiskojen kautta. Mainitut altaat ovat liuoskierron kannalta erillisiä. Tällöin se, että toisesta altaasta nostetaan pois puolet katodeista, ei nosta allaspariin jäävien katodien 15 keskimääräistä virtaa 100%, vaan ainoastaan 33%, koska yhteen kytketyn toisen altaan ansiosta nosto poistaakin vain neljäsosan sähköisesti rinnan kytketyistä katodeista.

;·*·. Keksinnön mukaisesti kytketyistä vastakkaisista altaista katodeja nostetaan 20 pois edullisesti neljännes allasparin katodien kokonaismäärästä kerrallaan.

• « :··· Erään toimintatavan mukaan nostetaan toisesta altaasta joka toinen katodi kuitenkin siten, että puolet altaan katodeista jää paikoilleen. Erään toisen ;:· toimintatavan mukaan nostetaan toisesta altaasta peräkkäiset katodit siten, että puolet altaan katodeista jää paikoilleen. Näin saadaan aikaan 25 prosessiolosuhteet, joissa virran paikallisten tiheyksien muutokset eivät heikennä katodien laatua.

·:· i Kuviossa 1 esitetään kaaviokuva keksinnön mukaisesta elektrolyysialtaiden ryhmittelystä ja kytkennästä.

Kuviossa 2 esitetään keksinnön mukainen rinnakkaisten elektrolyysialtaiden sähköinen ryhmittely sivukuvantona.

30 6 115974

Kuviossa 3 esitettään keksinnön mukainen rinnakkaisten elektrolyysialtaiden sähköinen ryhmittely yläkuvantona.

5 Kuviossa 1 esitetty altaiden ryhmittely edustaa keksinnön edullista suoritusmuotoa. Tasavirtalähteen 12 positiivinen napa kytketään päävirtakiskon 10 avulla allasrivien 101 ja 102 ensimmäisten altaiden 13 ja 14 välivirtakiskoille 11 liityntöjen 15 avulla. Allasrivipareissa 101/102 ja 103/104 vastakkaiset altaat, kuten altaat 14 ja13, on kytketty sähköisesti yhteen yhdistetyn välivirtakiskon 11.

10 avulla. Allasriviparit 101/102 ja 103/104 on kytketty sarjaan päävirtakiskon 16 avulla. Toisen allasriviparin 103/104 viimeisen allasparin välivirtakisko on kytketty jännitelähteen 12 negatiiviseen napaan, jolloin virtapiiri sulkeutuu.

Kuvioissa 2 ja 3 esitetään allasrivien 26 ja 27 vastakkaisten altaiden sähköistä 15 kytkentää ja altaiden ryhmittelyä. Allasrivien ensimmäisen allasparin anodit 24 ovat kontaktissa välivirtakiskoon 201. Ensimmäisen allasparin katodit 25 ovat kontaktissa välivirtakiskon 202 kautta toisen allasparin anodeihin jne. Vierekkäisten altaiden välivirtakiskot on yhdistetty sähköisesti liitososalla 22. Erään toisen sovellusmuodon mukaisessa ratkaisussa allasparilla on yksi 20 yhtenäinen ja yhteinen välivirtakisko.

* ·

Kuvioiden 2 ja 3 mukaisessa ratkaisussa allasparien vastakkain asetetun päät ovat vapaat liuoskierron putkiyhteistä, jolloin altaat voidaan sijoittaa hyvin lähelle toisiaan ja välivirtakiskojen yhteen liittäminen on yksikertaista. 25 Liuoskierron putket ja niiden yhteet sovitetaan allasriviparin ulkoreunoille.

* M * • I t » * t · * ·

Claims (4)

1. Elektrolyysilaitoksen altaiden ryhmittely, jossa sähköisesti sarjaan kytketyt 5 elektrolyysialtaat on ryhmitelty allasriveiksi, allasrivit on kytketty muodostamaan suljettu virtapiiri tasavirtalähteen kanssa, johon allasrivit kytketään päävirtakiskoilla, ja altaiden elektrodeille kytketään virta allaskohtaisilla välivirtakiskoilla, tunnettu siitä, että allasrivejä on parillinen määrä, 10 allasrivit on ryhmitelty vierekkäisiksi allasrivipareiksi, joissa allasrivit on kytketty sähköisesti rinnan, ja vastakkaisten altaiden välivirtakiskot on kytketty sähköisesti yhteen.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen ryhmittely, tunnettu siitä, että altaiden 15 liuoskiertoon liittyvät yhteet on sijoitettu altaiden toiseen päähän toisen jäädessä vapaaksi, ja allasrivit on sijoitettu vierekkäisiksi allaspareiksi altaiden vapaat päät vastakkain.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen ryhmittely, tunnettu siitä, että vierekkäisten : 20 altaiden välivirtakiskot on yhdistetty sähköisesti toisiinsa liitososalla.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen ryhmittely, tunnettu siitä, että allasriviparin .. i: ’ vierekkäisillä altailla on yksi yhteinen ja yhtenäinen välivirtakisko. * * • · · * · 8 115974