Brevet FR2313466A1 — publié le 19761231

la présente invention concerne le domaine de l'électrométallurgie et a notamment pour objet un électrolyseur pour la fabrication et le raffinage des métaux de haute pureté. On connaft un électrolyseur pour la fabrication et le raffinage du gallium, ou du mercure, ou du zinc, ou du bismuth, ou du plomb, ou du cadmium, ou de l'indium, à partir d'un produit brut liquide, comprenant une cuve pour l'électrolyte, dans laquelle sont disposés un dispositif de réception du métal à raffiner, sous la forme de plusieurs rayons échelonnés dans lesquels se trouve le métal à raffiner, qui joue le role d'anode, une cathode constituéeipar le métal raffiné etéquidistante de l'anode, des amenées de courant pour la cathode et l'anode et une pompe pour la circulation du métal à ra-ffiner (voir, par exemple, "Métallurgie des amalgames Kozin L.F. wTekhnika", 1970, pp. 182 à 188). Dans l'électrolyseur connu, le métal-anode à raffiner se trouve sur des rayons en forme d'auge, montés avec inclinaison sur les parois de l'électrolyseur. Entre les rayons il y a , pour l'écoulement du métal d'un rayon à l'autre, des canaux de raccordement dont la partie supérieure débouche dans le fond du rayon sus-åacent . Du rayon inférieur, le métal coule dans un collecteur, d'où une pompe le refoule jusqu'au rayon supérieur par des conduits. Les rayons avec le métal anodique et cathodique sont disposés parallèlement en vis-a-vis. Comme les rayons avec le métal sont disposés directement sur les parois de la cuve de l'électrolyseur et le métal se trouve sur son fond et qu'il y a contact permanent des métaux réchauffés de l'anode et de la cathode avec les rayons et le fond, les parois et le fond de la cuve s'éëbauffent irrégulièrement. Il s'ensuit un gondolage de la cuve et une perturbation de l'étanchéité. De surcroît, plus l'intensité du courant est grande, plus l'échauffement des parois et du fond de la cuve est intense et plus les phénomènes nuisibles mentionnés se manifestent fortement. Cette circonstance limite l'augmentation de l'intensité du courant dans l'électrolyseur et, par conséquent, l'accrrissement de son rendement. L'électrolyseur connu ne peut marcher qu'avec pompage continu du métal, car en cas d'arrêt de la pompe tout le métal des rayons s'en va et le processus d'électrolyse s'interrompt. En outre, dans l'électrolyseur connu, au cours de sa circulation le métal anodique ne peut entre débarrassé du schlamm, car les orifices des canaux de raccordement se trouvent au fond de daquerayons alors que le schlamm est à la surface du métal ; il s'ensuit une diminution de l'activité de la surface anodique du métal et un abaissement du débit de l'électrolyseur. Le but de l'invention est de supprimer les inconvénients indiqués. On s'est donc proposé de créer un électrolyseur qui, tout en ayant une cuve de même volume, aurait un rendement pi '18 grand et assurerait la production d'un métal de haute qualité. la solution consiste en un électrolyseur pour la fabrication et le raffinage du gallium, ou du mercure, ou du zinc, ou du bismuth, ou du plomb, ou du cadmium, ou de l'indium à partir d'un produit brut liquide, comprenant une cuve pour l'électrolyte, dans laquelle sont disposés un dispositif de réception du métal à raffiner, sous la forme de plusieurs rayons échelonnés dans lesquels se trouve le métal à raffiner constituant une anode, une cathode constituée par un métal raffiné et équidistante de l'anode, des amenées de courant pour l'anode et la cathode et une pompe pour la circulation du métal à raffiner, électrolyseur dans lequel, d'après l'invention, les rayons du dispositif de réception du métal à raffiner ont une forme coffrée et sont disposés horizontalement autour de la cathode, avec un écartement par rapport à la surface intérieure de la cuve. Il est avantageux de réaliser chaque rayon du dispositif de réception du métal à raffiner avec un seuil qui permet d'assurer un déversement directionnel du métal et d'éliminer le schlamm se trouvant à sa surface, en augmentant ainsi son activité. Il est avantageux aussi de monter dans la cuve un diaphragme refroidi par eau et séparant l'anode de la cathode ce qui, outre la protection de l'électrolyte de l'espace cathodique contre les arrivées d'impuretés, permet le réglage de la température de l'électrolyte. Il est avantageux aussi de disposer la cathode constituée par le métal raffiné dans une enceinte tubulaire, formée par un tissu filtrant fixé sur une carcasse refroidie par eau, ce qui permet de diminuer notablement la tension aux bornes de l'électrolyseur, et, par conséquent, d'augmenter l'intensité de courant sans changement de la puissance électrique, ce qui se traduit par un accroissement du rendement de l'électrolyseur. Gracie à l'invention, on obtient un électrolyseur qui permet, comparativement aux électrolyseurs existants de Bldme type, d'augmenter de plusieurs fois le rendement, la qualité du métal raffiné étant élevée. Plus loin l'invention est expliquée par la description d'un exemple de réalisation non limitatif et par les dessins annexés, dans lesquels - la figure 1 représente un électrolyseur pour la fabrication et le raffinage de métaux, réalisé d'après l'invention (vue en coupe longitudinale) - la figure 2 représente le mOme électrolyseur en coupe transversale - la figure 3 représente le détail Â de la figure 1 ; c'est à-dire la partie inférieure de l'amenée de courant à l'anode ; - la figure 4 représente un électrolyseur pour la fabrication et le raffinage de métaux, réalisé d'après l'invention, dans lequel la cathode est constituée par des plaques de métal raffiné (vue en coupe longitudinale) ;; L'électrolyseur représenté par les figure 1 à 3, pour le raffinage du gallium et du mercure, se compose d'une cuve 1 pour l'électrolyte, fermée par des couvercles. Dans la cuve sont placés : une enceinte tubulaire 2 pour le métal raffiné, faisant office de cathode, avec des amenées de courant ; un dispositif 3 de réception du métal à raffiner constituant l'anode, réalisé avec plusieurs rayons coffrés ou en caisson, dotés d'amenées de courant ; un diaphragme 4 partageant la cuve en un espace anodique et un espace cathodique ; un dispositif 5 pour la circulation du métal à raffiner, constitué par une pompe, des conduits et un robinet à trois voies ; un échangeur thermique 6 pour le chauffage de l'électrolyte, constitué par des tubes en polyéthylène et disposé auprès du fond de la cuve. fa cuve 1 de l'électrolyseur est réalisée en verre organique. Pour l'évacuation de l'électrolyte elle est dotée d'un robinet 7. la cuve est fermée par des couvercles 8, 9 en verre organique. Dans le couvercle 9 il y a une ouverture "afl pour l'introduction d l'clectrolyte 10 et du métal à raffiner tt dans la cuve. L'enceinte tubulaire 2 avec le métal raffiné, faisant office de cathode, est fixée au couvercle 8 de l'électrolyseur. Elle comprend une carcasse 13 refroidie par eau, constituée par un tube horizontal 14 et une tige creuse 15 verticale. Dans le tube horizontal t4 sont pratiquées des lumières "b", de façon à ouvrir au maximum sa cavité. Sur le tube horizontal de la carcasse est tendu un tissu filtrant 16, formant une capacité pour le métal-cathode raffiné 12. Dans la partie supérieure de la tige verticale 15 il y a des lumières "c" pour l'évacuation des gaz cathodiques de l'enceinte 2. Dans la tige 15 sont montées des amenées de courant 17, réalisées en tungstène. Le dispositif 3, de réception du métal à raffiner Il est constitué par plusieurs rayons 18 échelonnés, sur lesquels, une m8ne distance de la cathode, se trouve le métal à raffiner constituant l'anode. Les rayons 18 sont coffrés ou en forme de caisson et sont disposés horizontalement avec un écartement ndw par rapport à la surface intérieure de la cuve. Chaque rayon a dans sa paroi s un seuil 20 pour le déversement du métal sur le rayon sous-jacent Du rayon inférieur, le métal va à un collecteur 21. Pour chaque rayon est prévu une amenée de courant anodique 22, dont le conducteur 23 refroidi par eau est isolé de l'électrolyte par un tube 24 en verre organique et par un joint 25 en polytétrafluréthylène. L'entrée et la sortie de l'eau circulant dans les amenées de courant sont montrés sur la figure 2 par des flèches. Sur le tube 24 de l'amenée de courant 22, doté d'un filetage 26, est vissé un embout 27 en pclytétrafluoréthylène, ayant des trous "e" à travers lesquels le métal à raffiner 11, venant des rayons par les canaux "f", va jusqu'au bout inférieur 28 du conducteur 23. Le bout inférieur 28 du conducteur est nu et constitue la partie active de l'amenée de courant. Le diaphragme 4 refroidi par eau, partageant la cuve d'électrolyse 1 en un espace cathodique "g" et un espace anodique "h", sert à protéger l'électrolyte 10 de l'espace cathodique contre les arrivées d'impuretés et à régler la température de l'électrolyte. Le diaphragme 4 est réalisé avec un tissu filtrant 29, fixé sur une carcasse 3p refroidie par eau et montée sur des supports 31. Sur le rayon inférieur du dispositif 3 de réception est placée la pompe 32 du dispositif 5 assurant la circulation du métal à raffiner sur les rayons 18 du dispositif 3 de réception. La pompe 32 avec son moteur électrique 33 est fixée au couvercle 9 de l'électrolyseur. A travers les conduits 34, via le robinet à trois voies 35 monté sur le rayon supérieur 18 du dispositif 3 de réception, la pompe peut transférer le métal à raffiner du collecteur 21 au rayon supérieur 18 du dispositif 3 de réception, ou bien au système extérieur 36 de conduits pour l'évacuation périodique du métal à raffiner de l'électrolyseur en vue de le débarrasser des impuretés=qui s'y accumulent. Les gaz se dégageant au cours de l'électrolyse sont évacués, à travers une tubulure 37 du couvercle 9 de la cuve, dans le circuit de ventilation 38. L'électrolyseur est équipé de moyens d'automatisation connus et d'un pupitre de commande (non représentés), assurant le contrôle et la régulation de l'intensité du courant continu et de la température de l'électrolyte ; il est également doté d'un système de commande automatique de la pompe pour la circulation du métal à raffiner. L'électrolyseur proposé pour le raffinage du gallium et du mercure fonctionne de la façon suivante. On verse dans la cuve 1 de ltélectrolyseur, préparé à la marche, l'électrolyte 10 à température de 20 à 250C. On fait circuler dans l'échangeur thermique 6 de l'eau chaude (température jusqu'à 80 C) pour réchauffer l'élect.olyte 10 jusqu'à une température de 40 à 50 C. A travers l'ouverture "a" du couvercle 9, on verse sur le rayon supé- eur 8 du dispositif 3 de réception le métal à raffiner 11, jusqu'à ce que tous les rayons 18 soient recouverts de métal et que la pompe 3-5 ait la quantité de métal nécessaire pour assurer sa circulation sur les rayons.On verse dans l'enceinte cathodique 2 la portion initiale de métal à raffiner 12 constituant l'anode, afin de créer la surface de métal nécessaire à la cathode. Sur le pupitre de commande de l'électrolyseur on affiche le programme prescrit pour l'intensité du courant continu, la circulation de l'électrolyte et le maintien de la température de l'électrolyte. Durant l'électrolyse, le métal à raffiner (anode) se dissout et le métal raffiné se dégage à la cathode. la principale partie des impuretés se concentre dans le schlamm qui se forme dans le métal à raffiner sur les rayons 18 du dispositif 3 de réception. Le schlamm recouvre la surface du métal et la rend passive, en freinant ainsi l'électrolyse du métal. L'évacuation du schlamm de la surface du métal s'effectue en faisant circuler en continu ou périodiquement le métal à raffiner, lequel est débité par la pompe 32 sur le rayon supérieur, où son niveau monte ; la couche supérieure chargée de schlamm se déverse par dessus le seuil 20 et tombe sur le rayon sous-jacent et ainsi de suite. Ces déversements successifs assurent le nettoyage de la surface du métal sur les rayons et accroissent ainsi le rendement de l'électrolyseur. Du rayon inférieur, le métal se déverse dans le collecteur 21 où s'accumule progressivement le métal chargé d'impuretés. Périodiquement ce métal est évacué de l'électrolyseur par changement de position du robinet 35 qui le transmet au système extérieur 36 de conduits pour son lavage et son filtrage, tandis qu'une nouvelle portion de métal à raffiner est admise dans l'électrolyseur. L'électrolyse se déroule en continu. Le métal raffiné s'accumulant dans l'enceinte cathodique 2 en est périodiquement extrait à l'aide d'un dispositif de puisage à vide. Après une marche prolongée de l'électrolyseur, le schlamm se concentre autour de la surface active du bout inférieur 28 des amenées de courant anodiques 22, ce qui provoque l'augmentation de la résistance de contact aux amenées de courant anodiques et perturbe la marche de l'éléctrolyseur. Pour rétablir le bon fonctionnement des amenées de courant anodiques, on les extrait à tour de rôle de l'électrolyseur, conjointement avec le métal se trouvant dans la cavité des embouts 27. On déverse ce métal qui va à la filtration et, après lavage, on remet les amenées de courant en place dans l'électrolyseur. Cette opération est avantageusement exécutée pendant la circulation continue du métal à raffiner, afin de maintenir gOUS tension le métal se trouvant sur les rayons La marche prolongée de l'électrolyseur peut rendre nécessaire le remplacement du tissu filtrant 16 sur l'enceinte 2. A cet effet, le courant étant coupé, on sort les amenées de courant cathodiques 17 de l'électrolyseur, on sort l'enceinte 2 de la cuve en commun avec le couvercle 8 et après lavage on change son tissu.Pour l'exécution plus rapide de cette opération, il est avantageux d'avoir une enceinte 2 de rechange avec un couvercle 8. Après mise en place de la nouvelle enceinte et des amenées de courant cathodiques dans l'électrolyseur, on verse la portion initiale de métal raffiné dans l'enceinte cathodique et on rétablit le courant continu. Si l'électrolyseur est utilisé pour fabriquer ou raffiner le zinc, ou le bismuth, ou le plomb, ou le cadmium, ou l'indium à partir d'un produit brut liquide, à la place de l'enceinte 2 on monte dans l'électrolyseur des cathodes constituées par des plaques 39 (figure 4) en métal raffiné. Pendant l'électrolyse le métal raffiné se dépose sur les cathodes. Pour l'extraire, on sort à tour de rôle les cathodes de l'électrolyseur et on enlève le métal déposé. Pour le reste, la fabrication ou le raffinage des métaux indiqués sont analogues à la fabrication ou au raffinage du gallium ou du mercure. Les essais industriels de l'électrolyseur proposé ont montré qu'il permet d'obtenir des métaux fabriqués ou raffinés de haute qualité, avec un rendement de 2,5 à 3 fois plus grand que celui des électrolyseurs actuellement en service dans l'industrie et ayant une cnve de même volume. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. REVNi)ICATIONS 1. Electrolyseur pour la fabrication et le raffinage d'un métal à partir d'un matériau brut liquide, comprenant une cuve recevant l'électrolyte et dans laquelle sont disposés un dispositif de réception du métal à raffiner, ledit dispositif se présentant sous la forme de plusieurs rayons échelonnés dans lesquels se trouve le métal à raffiner faisant office d'anode, une cathode constituée par le métal raffiné, dea amenées de courant pour l'anode et la cathode, et une pompe pour la circulation du métal à raffiner, caractérisé en ce que les rayons du dispositif de réceition du métal à raffiner ont une forme coffrée ou en caisson et sont disposés horizontale- ment autour de la cathode, avec un écartement par rapport à la surface intérieure de la cuve. 2. Electroyseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque rayon du dispositif de réception du métal à raffiner . comporte un seuil. 3. Electrolyseur selon lWune das revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il est doté d'un diaphragme refroidi par eau, monté dans sa cuve et séparant l'anode de la cathode. 4 n;lectrolyseur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le métal raffiné servant de cathode est situé dans zne enceinte tubulaire formée par un tissu filtrant fixé sur une carcasse refroidie par eau.