Brevet FR2446331A1 — publié le 19800808

La présente inyention concerne une cellule modulaire d'électrolyse pour la récupération des métaux. Un des avantages principaux du procédé de récupération électrolytique des métaux en solution réside en ce que le procédé permet de récupérer directement les métaux sous forme métallique, alors que les autres procédés de récupération tels qu'échangeurs d'ions, osmose inverse, extractions par solvants, etc... aboutissent à des solutions concentrées qui ne permettent pas toujours, contrairement au procédé électrolytique, le recyclage à l'état métallique des métaux qu'elles contiennent dans les circuits industriels. Toutefois le procédé de récupération électrolytique se heurta fréquemment à une difficulté majeure : la très faible concentration des ions métalliques dans la solution à traiter. Pour obtenir un rendement faradique et un dépôt satisfaisant, il est souhaitable de ne pas dépasser la densité de courant limite de la solution à traiter. Dans ce but, il est connu que dans l'hypothèse ou la teneur en ion métallique est faible, il faut principalement, d'une part utiliser de faibles densités de courant, et d'autre part, perturber le plus possible le régime hydrodynamique de l'électrolyte au voisinage des électrodes. Le but de la présente invention est de proposer une cellule modulaire d'électrolyse à grande surface cathodique, à électrolyte sous pression qui soit constituée d'éléments de structure simple, robuste, adaptable au volume d'électrolyte à traiter et capable de résister aux pressions relativement élevées. Cette cellule doit en outre pouvoir être montée et démontée facilement et permettre un accès aisé aux couches métalliques déposées. Ce but et d'autres sont atteints par la présente invention qui concerne en effet une cellule modulaire d'électrolyse comportant dans l'ordre les éléments plans suivants . Une plaque d'entrée de l'électrolyte; Une cathode, . Un séparateur ayant une épaisseur comprise entre environ 1 et 10 cm . une anode et, . une plaque de sortie de l'électrolyte, Un moyen de suspension desdits éléments, . Un moyen de serrage appliquant lesdits éléments l'un contre l'autre suivant leur plus grande face de façon étanche aux liquides sous pression. Chaque plaque, séparateur et électrodes présente sensiblement un meme contour externe, au moins une lumière pour le passage de l'électrolyte et des moyens permettant de les maintenir sur un support. Chaque plaque et séparateur électriquement isolant présente en outre un joint continu à la périphérie de chacune de leur 2 faces. Le moyen de serrage desdits éléments permet en combinaison avec les joints, de préférence toriques, de délimiter d'une part un compartiment électrolytique situé entre l'anode, le séparateur et la cathode, et d'autre part les conduits d'arrivée et de sortie de l'électrolyte au moyen respectivement des lumières correspondantes des plaques d'entrée et de sortie coopérant avec les lumières des électrodes avec lesquels elles sont en contact. Un des avantages essentiel de l'invention consiste en ce que sur le même dispositif comportant un moyen de suspension,des éléments et un moyen de serrage, on peut monter plusieurs cellules modulaires en série, la plaque de sortie de 1' électrolyte d'une cellule constituant également la plaque d'entrée de l'électrolyte de la cellule suivante. Les plaques, électrodes et séparateurs se présentent de préférence sous forme de parallélépipèdes rectangles. L'épaisseur des plaques est comprise entre 0,5 et 5 cm environ. Pour effectuer une électrolyse correcte sous pression et un dépôt métallique correct, il est nécessaire d'utiliser un séparateur ayant une épaisseur comprise entre 1 et 10 cm de préférence entre 2 et 6 cm. Le séparateur a de préférence la forme d'un cadre afin de laisser le plus possible de surfaces d'électrodes en regard et de faciliter le balayage des électrodes par l'électrolyte. Suivant une variante avantageuse le compartiment modulaire d'électrolyse n'est plus délimité par une cathode, un séparateur et une anode mais par 2 cathodes séparées par un séparateur, l'anode étant constituée d'une plaque en métal perforé ou déployé fixée à l'intérieur du cadre séparateur, à égale distance des 2 cathodes. Le moyen de suspension des éléments est avantagez sement fqrmé par deux pattes support disposées de chaque côté des éléments de la cellule, chacune de ces pattes support venant s'appuyer sur 2 tringles rigides parallèles formant support. Le moyen de serrage peut être constitué par une presse de serrage pouvant être obtenue par exemple au moyen d'au moins 2 tiges filetées prenant appui sur 2 plaques métalliques disposées à chaque extrémité de la série de cellules, l'ensemble étant serré par des écrous montés sur les tiges filetées. Le serrage peut être également obtenu par un vérin hydraulique actionnant une des 2 plaques métalliques. Les cathodes peuvent être en tout métal ou alliage massif oudéposéessur un substrat, susceptible de permettre le dépôt cathodique des métaux considérés, par exemple l'acier inoxydable, le titane... Les anodes peuvent être en tout matériau utilisable comme anode insoluble dans les électrolytes à traiter, par exemple le graphite, le titane platiné... Ces anodes peuvent également se présenter sous toute forme favorisant la dépolarisation de concentration anodique et la turbulencs au voisinage des cathodes par exemple, métal déployé ou perforé, profil "en dents de scie"... Les plaques et séparateurs sont réalisés en un matériau mécaniquement et chimiquement résistant et électriquement isolant. On peut par exemple utliser du chlorure de polyvinyle. La cellule d'électrolyse selon l'invention permet d'admettre une pression manométrique de l'électrolyse à l'entrée de la cellule jusqu'à environ 3 K/cm2, due à une vitesse de circulation de l'électrolyte allant de O à 5mètres par seconde au voisinage des cathodes, la surface cathodique totale maximum pouvant être de 10 m2. . d'assurer une répartition uniforme de la vitesse du fluide au voisinage des cathodes. . de présenter un encombrement réduit évalué par le rapport = Volume total externe de la cellule en 1 Surface cathodique totale en dm2 4 1 . de présenter une grande commodité de fermeture et d'ouverture et de récupération des dépôts métalliques. La cellule se présente donc sous une forme modulaire qui offre l'avantage de s'adapter à d'éventuelles variations de capacité de métal à récupérer : si celle capacité augmente il suffit d'intercaler une qu plusieurs cellules mdulaires dans le dispositif de serrages La cellule d'électrolyse permet une récupération rentable des métaux tels que : or, argent, cuivre, nickel. étai n , zinc, cadmium ou de certains de leurs alliages contenus à faible concentration dans les eaux résiduaires industrielles. L'appareil dans lequel peut s'intégrer cette cellule (en un ou plusieurs exemplaires) peut être composé de la façon suivante Une pompe assure la circulation à travers les cellules d'une solution contenue dans une cuve. Un filtre à cartouche peut être situé à la sortie des cellules. Un dispositif de tuyauteries et de vannes en "bypass" permet le règlage de la vitesse du fluide dans les cellules. Un générateur alimente ces cellules en courant continu, selon un schéma de branchement "en parallèle ou "en série" selon le cas. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront à la lecture des exemples suivants donnés à titre illustratif nullement limitatif, référence sera faite au dessin annexé sur lequel la figure unique représente en perspective une cellule d'électrolyse conforme à l'invention EXEMPLE 1 Sur la figure unique on voit qu'une cellule d'électrolyse 1 est formée d'une série de cellules modulaires 2, 2a, 2 b. 2 c. La cellule modulaire 2 b est constituée dans l'ordre. d'une plaque d'entrée 3 de l'électrolyte, d'une cathode 4, d'un séparateur 5, d'une anode 6 et d'une plaque de sortie 7 de l'électrolyte présentant un contour externe identique. Chaque élément présente sur chacun de leurs deux côtés une partie support B, 9, 10. 11 et 12 reposant sur des tiges support 13, 13 a. Ce moyen de suspension des éléments permet de faire coulisser de façon aisée lesdits éléments tout en les maintenant face à face lors de l'ouverture et de la fermeture ds la cellule. Le moyen de serrage est constitué par une plaque métallique rigide 14 reliée à une autre plaque métallique similaire non représentée par l'intermédiaire de 4 tiges filetées 15, 16, 17 et 18. L'ensemble constitué par les 2 plaques enserrant les éléments de la cellule 1 est maintenu serré de façon étanche aux liquides sous pression par des écrous non représentés disposés sur les tiges filetées. En vue d'assurer l'étanchéité aux liquides sous pression les plaques 3 et 7 et le séparateur 5 de la cellule 2 b comportent un joint torique en caoutchouc 19, 19 a, 19 b sur chacune de leur deux faces. La cathode et le séparateur 5 et l'anode 6 délimitent le compartiment 20 d'électrolyse de la cellule modulaire 2 b. L'entrée de l'électrolyse dans ce compartiment est réalisée par la juxtaposition de la lumière 21 de la plaque 3 et de la lumière 22 de la cathode 4. La sortie de l'électrolyte du compartiment 20 est réalisée par la juxtaposition de la lumière 23 de l'anode 6 et de la lumière 24 de la plaque 7. On remarque que pour une cellule modulaire l'entrée et la sortie-de l'électrolyte du compartiment d'électrolyse sont situées à des extrémités opposées de façon à améliorer le balayage des électrodes par l'électrolyte. Les cathodes 4 et anodes 6 sont équipées sur l'un de leur bord d'une borne 25 et 26 permettant les raccordements électriques. La plaque rigide 14 est équipée d'un conduit 27 permettant l'entrée de l'électrolyte. L'autre plaque rigide non représentée comporte une conduite de sortie de 1' électrolyte également non représentée. EXEMPLE 2 200 litres d'une solution contenant du cyanure d'argent, du cyanure de sodium et de la soude, titrant 5,.2gel en Ag , sont électrolysés dans un appareil du type décrit dans l'exemple 1, dont la cellule électrolytique développe 10 dm2 de surface cathodique en deux cellules modulaires. La pression monométrique de l'électrolyte en circulation étant de 0,5 kg/cm2 à l'entrée de la cellule, et la vitesse au voisinage des cathodes estimée à environ 1 m/s on applique 10 A en courant continu aux compartiments branchés en série. La tension est de 7,5 V. Après 29 h d'électrolyse le titre en argent est de l'ordre de 10 mg/l. Le dépot cathodique se présente en plaques aisément détachables et pesant 1020 g. Environ 3 % de l'argent a été entrainé sous forme de poudre dans le filtre placé à l'entrée de la cellule. EXEMPLE 3 1 m3 d'une solution de sulfate de cuiVre et d'acide sulfurique titrant 3,4 g/l en cuivre. est électrolysé dans un appareil développant 100 dm2 de surface cathodique en 4 cellules modulaires. La pression manométrique de l'électrolyte en circulation étant de 0,95 Kg/cm2 à l'entrée de la cellule et la vitesse au voisinage des cathodes estimée à 1 m/s on applique 75 A en courant continu aux compartiments branchés en série. La tension est de 10 V. Après 12 h 30 mn d'électrolyse la concentration en cuivre de la solution est inférieure à 30 mg/lc On récupère la totalité du cuivre extrait sous forme de plaques cathodiques compactes et aisément détachables. EXEMLE 4 500 1 d'une solution de surface de nickel, de sulfate de sodium et d'acide borique titrant 9,8 g/l en nickel sont électrolysés dans un appareil développant 100 dm2 de surface cathodique en 4 cellules modulaires. La pression manométrique de l'électrolyte en circulation étant de 0,95 kg/cm2 à l'entrée de la cellule et la vitesse au voisinage des cathodes estimée à lm/s on applique 50 A en courant continu aux compartiments branchés en série. La tension est de 14 V. Après 27 h 30 mn d'électrolyse, la concentration en nickel est de 4 g/l. On diminue l'intensité à 12,5 A (tension 2,5 V) et on accélère la circulation de l'électrolyte à environ 2 m/s au voisinage des cathodestpression manométrique d'entrée 1,4 kg/cm2). Après 68 h la concentration en nickel atteint un palier à 2 g/l. La totalité du nickel est récupérée sous forme de plaques compactes et aisément détachables. EXEMPLE 5 Un bain de 200 1 de cyanure de cadmium, contenant du cyanure de sodium et de la soude et soumis à un apport régulier de cadmium est électrolysé sur un appareil developpant 10 dm2 en 2 cellules modulaires. Pendant tout le temps d'électrolyse, sous 20 A et 11 V avec une pressier manométrique d'entrée de l'électrolyte de 0,5 kg/cm2 l'apport de cadmium dans le bain étant de 16 g/h. on a observé un équilibre de la concentration en cadmium qui s'est maintenue entre 1,4 et 2 g/l. Le cadmium extrait pour maintenir cet équilibre est récupéré sous forme de plaques cathodiques compactes. REVENDICATIONS 1. Cellule modulaire d'électrolyse caractérisée en ce qu'elle comporte dans l'ordre les éléments plans suivants I Une plaque d'entre de l'électrolyte, . Une cathode, . Un séparateur ayant une épaisseur comprise entre environ 1 et 10 cm, . Une anode et, . Une plaque de sortie de l'électrolyte, . Un-moyen de serrage appliquant lesdits éléments l'un contre l'autre suivant leur plus grande face, de façon étanche aux liquides sous pression, que chaque plaque, séparateur et électrodes présente sensiblement un même contour externe au moins une lumière pour le passage de l'électrolyte et des moyens permettant de les maintenir sur un support et que chaque plaque et séparateur électriquement isolant présente en outre un Joint continu à la périphérie de chacune de leur deux faces. 2. Cellule selon la revendication 1, caractérisée en ce que les éléments de la cellule présentent la forme d'un parallélépipède rectangle , le moyen de suspension des éléments étant réalisé par deux pattes support disposées de chaque côté des éléments de la cellule, chacune de ces pattes venant s'appuyer sur deux tringles rigides parallèles formant support. 3. Cellule selon la revendication 2, caractérisée en ce que le séparateur est un cadre dont l'épaisseur est comprise entre 2 et 6 cm environ. 4. Cellule selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le moyen de serrage est obtenu au moyen d'au moins deux tiges filetées prenant appui sur deux plaques métalliques disposées à chaque extrémité d'une ou de la série de cellule, l'ensemble étant serré par des écrous montés sur les tiges filetées. 5. Cellule selon la revendication 4, caractérisée en ce que le serrage est obtenu par un venin hydraulique actionnant une des deux plaques métalliques. 6. Cellule selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le compartiment d'électrolyse est constitué par deux cathodes séparées par un séparateur, l'anode étant constituée d'une plaque en métal perforé ou déployé fixée à l'intérieur dudit cadre séparateur.