[发明专利]电解沉积金属的方法和电解系统

说明书

发明领域

本发明涉及在权利要求1的前序部分中限定的方法。本发明进一步涉及在权利要求11的前序部分中限定的电解系统。

发明背景

在电解中，将溶解于电解液中的金属电解沉积。电解沉积在含有以交替方式布置的多个阳极和多个阴极的电解槽中进行。根据反应方程式(1)和(2)，当电流传导到在基于硫酸盐的电解液中的系统时，金属沉积在阴极的表面上，且当水分解时，在阳极上形成酸和氧气：

阳极反应：H₂O→2H⁺+¹/2O₂+2e^-(1)

阴极反应：Me^z++ze^-→Me

Me＝金属，诸如Ni、Co、Mn或Cu，

其中z＝金属离子的电荷。

在电解沉积在电化学序列中比氢更低下的金属中使用隔膜技术。还原例如包括镍、钴和锰的这些金属的超电位高于还原氢的超电位，这是为何在低pH下形成氢气应该通过由诸如隔膜织物的使电解质以受控方式透过的材料使阳极电解液与阴极电解液彼此分开且电解液将从阴极电解液空间流到阳极电解液空间的原因。一般来说，将在基于硫酸盐的电解液中的阴极置于隔膜空间中。

当使用阳极袋时，各阳极布置在由使电解液以受控方式透过的材料制成的阳极袋的内部。阳极袋在其内部限定了阳极空间，且阴极处于环绕阳极袋的自由阴极空间中。由于形成了酸，所以在阳极袋中的阳极电解液的pH(约为1或更低)低于在阴极空间中的阴极电解液的pH(约为3-4)。电解液从阴极空间连续地流到在阳极袋内部的阳极空间中。阳极电解液为环绕阳极的电解液且阴极电解液为环绕阴极的电解液。电解液被供应到阴极空间中且通过溢流而除去。阳极电解液被从各阳极袋中连续除去。电解液的流动借助于阳极空间与阴极空间之间的压力差，包括流体静压(由阳极电解液表面与阴极电解液表面之间的高度差引起)提供，且这防止质子反扩散到阴极电解液空间中。

虽然在澳大利亚的Cawse炼镍厂中商业上临时使用了阳极袋技术，但是在操作中不再是其中使用的镍的电解沉积方法。

位于南非的Anglo铂基金属提炼厂已经试验了阳极袋技术[“Nickel Electrowinning Tankhouse Developments at Anglo Platinum Base Metal Refinery”，作者：LJ Bryson，NJ Graham，EP Bogosi，DL Erasmus，ALTA 2008会议录-镍/钴、铜和铀会议，2008年6月16-18日]。根据该文章，关于阳极电解液酸浓度的工艺标准是实施中的主要绊倒石。阳极袋在低压下起作用，需要所述低压从阳极袋中除去气溶胶和阳极电解液二者，导致经阳极袋获得低酸浓度，这进一步引起循环的镍电解液的量显著增加。换句话说，由于阳极电解液酸浓度低，在Anglo铂基金属提炼厂中试验的阳极袋技术在经济上没有吸引力。

如果在镍的电解沉积方法中达到比先前高的阳极电解液酸浓度，则镍生产会更经济。阳极电解液的高酸含量在溶解中是有用的。高的阳极电解液酸浓度可通过适当选择隔膜织物且通过控制工艺参数(即电解液的粘度和由使电解液以受控方式透过的隔膜织物形成的阳极袋的壁的透过性，所述透过性取决于电解液的粘度)来提供。

问题在于难以选择阳极袋的恰当隔膜织物，因为制造者提供具有不同渐进透过性的织物且他们仅表达了织物在透水性(特定粘度)和在一种特定压差(特定的水柱高度)下的透过性。在将达到高阳极电解液酸含量时，基于上述信息不可能选择恰当的织物，因为无从知晓织物对电解液的透过性和电解液的粘度和在织物的不同侧的压力差如何影响透过性。

发明目标

本发明的目标在于消除上述缺点。

具体地说，本发明的目的在于公开一种方法和一种系统，它们能够选择阳极袋的隔膜织物并调整工艺参数，这基于所选的织物进行，从而在阳极空间获得所要程度的阳极电解液酸浓度，这使得电解沉积金属成为赢利的商业。

发明概述

根据本发明的方法的特征在于如权利要求1中公开的特征。根据本发明的电解系统的特征在于如权利要求11中公开的特征。

根据本发明，在所述方法中从具有不同透过性的隔膜织物的集合中选择隔膜织物作为阳极袋的材料，确定所述隔膜织物的透过性对于阴极电解液的粘度和所使用的压力差的依赖性，且基于所确定的依赖性，借助于所使用的电流密度、压力差和阴极电解液的粘度调整阳极电解液从阳极袋的流出速度，从而获得至少50g/l的阳极电解液的酸含量。