Brevet FR2576326A1 — publié le 19860725

DISPOSITIF D'ISOLEMENT ET D'EXTRACTION DE METAUX EN SOLUTKION, PAR VOIE ELECTROLYTIQUE La présente invention a pour objet un dispositif d'isolement et d'extraction de métaux en solution, par voie électrolytique. La possibilité d'isoler et d'extraire des métaux en solution par voie électrolytique sur une cathode est connue depuis longtemps. Cette technique est utilisée couramment pour la récupération de métaux précieux en solution sous forme ionique, et pour la décontamination d'effluents pollués par des métaux lourds, tels que cadmium, nickel, cuivre et mercure, par exemple. Toutefois, les techniques connues nécessitent la mise en oeuvre de cellules d'électrolyse de conception particulière, et ne permettent pas, compte tenu du coût élevé de l'investissement financier, la récupé- ration de faibles quantités de métaux. La présente invention vise à remédier à ces inconvénients. A cet effet, dans le dispositif qu'elle concerne, la cathode, réalisée en cuivre ou en un autre matériau bon conducteur de l'électri- cité, est emprisonnée entre deux parois filtrantes réalisées en un matériau non conducteur de l'électricité, la circulation de la solution contenant le métal étant réalisée de telle sorte que celle-ci traverse en continu les surfaces filtrantes et s'écoule sensiblement perpendiculairement à celles-ci et à la cathode. Lors de l'opération d'électrolyse, du métal va se déposer à la surface de la cathode, tandis qu'une autre partie du métal sous forme pulvérulente sera retenue autour de la cathode par les surfaces filtrantes situées de part et d'autre de celle-ci. La présence des -deux parois filtrantes est très intéressante car permettant d'utiliser de fortes densités de courant qui accélèrent le processus électrolytique, mais qui ont tendance à produire des dépôts de métal pulvérulent, qui se détachent de la cathode et se trouvent par la suite en suspension dans la solution. Lors de la mise en oeuvre du dispositif selon l'invention, la présence de telles particules n'est pas gênante puisque celles-ci sont retenues par les parois filtrantes. Selon une autre caractéristique de l'invention, les conditions de fonctionnement du dispositif sont telles que le contact électrolyte- cathode ne peut s'établir en dehors de la partie de la surface cathodique comprise entre les parois filtrantes. Afin d'augmenter la capacité du pouvoir filtrant, la paroi fil- trante, située en aval de la cathode dans le sens d'écoulement de la solution, est dépaisseur supérieure à celle de la paroi située en amont. Le débit du flux liquide est choisi à une valeur importante de l'ordre de 10 à 40 l/mn et par dm2 de surface cathodique, ce qui procure des performances très intéressantes permettant une réduction de la surface de la cathode très substantielle par rapport à la surface des cathodes des cellules d'électrolyse traditionnelles. Compte tenu de la formation rapide d'un dépôt sur une surface cathodique réduite, soumise à de fortes densités de courant, la cathode est bien protégée et résiste bien à l'agressivité chimique de certains électrolytes. Il en résulte deux caractéristiques spécifiques du dispositif l'électrolyte traverse la cellule d'électrolyse délimitée par les deux parois filtrantes, de telle sorte que le renouvellement de la pellicule liquide en contact avec la cathode est très rapide et se produit au même moment sur toute la surface de celle-ci et - la cathode est une cathode à surface croissante du fait que la fraction de dépôt métallique non adhérent à celle-ci et prisonnière des parois filtrantes, devient cathodique à son tour. En fin d'électrolyse, la surface active est notablement accrue par rapport à sa surface initiale. Donc, pour une même intensité de courant, la densité du courant catho- dique tend à diminuer. De plus, cette densité est dégressive de l'extérieur vers l'intérieur, ce qui favorise l'extraction sélective d'une impureté métallique d'une solution galvanique et, de façon générale, l'isolement complet du métal contenu dans une solution. Avantageusement, et afin de faciliter une récupération ultérieure du métal de façon simple, pratique, peu onéreuse et sans perte de métal, les parois filtrantes sont réalisées en matière diélectrique, possèdent une épaisseur comprise entre 2 et 20 mm et présentent des pores d'un diamètre compris entre I à 50 microns. Selon la nature chimique de l'électrolyte et selon la concentra- tion en métal de la solution, la densité de courant cathodique est com- prise entre 0,1 et 20 A/dm2. Conformément à une forme d'exécution de ce dispositif, la cathode est au contact des parois filtrantes qui peuvent être obtenues à partir d'une masse de matière unitaire ou à partir de deux pièces de matière distinctes amenées au contact de la cathode. Dans un tel cas, tout le métal isolé par la cathode sera captif à l'intérieur des porosités de la paroi. Selon une autre forme d'exécution de ce dispositif, les deux parois filtrantes sont parallèles et ménagent entre elles un espace à l'intérieur duquel est disposée la cathode. Dans ce cas, une partie du métal pulvérulent demeure dans l'espace délimité par les deux parois filtrantes. Avantageusement, dans ce dernier cas, les deux parois filtrantes sont de forme cylindrique, disposées concentriquement l'une à l'autre, et réunies par deux embouts réalisés en un matériau isolant électrique dont l'un possède un diamètre égal au diamètre extérieur de la paroi extérieure, et est constitué par un disque plein et dont l'autre, de même diamètre extérieur, est en forme de couronne annulaire dont l'ouverture centrale possède un diamètre sensiblement égal au diamètre intérieur de la paroi intérieure, la cathode étant logée dans l'espace annulaire ménagé entre les deux parois et étant connectée à un fil d'alimentation traversant l'une des deux parois. L'ensemble, constitué par les parois filtrantes, la cathode et les embouts, peut avantageusement être conformé pour posséder les dimensions d'une cartouche filtrante de dimensions "standards". Il peut ainsi être procédé au montage de cette cartouche à l'intérieur d'une chambre de filtration -cylindrique traditionnelle dans laquelle est montée une anode, de préférence insoluble, placée dans l'espace ménagé entre la cartouche et la paroi extérieure de la chambre et dont le couvercle est modifié pour permettre le passage des connexions électriques de l'anode et de la cathode. En pratique, la circulation de fluide se fait de l'extérieur vers l'intérieur, à travers les deux parois filtrantes et passage au contact de la cathode, la solution ayant traversé les deux parois étant évacuée depuis le volume cylindrique délimité à l'intérieur de la paroi filtrante de plus petite section. Selon une forme d'exécution de ce dispositif, la cathode est constituée par deux tiges réalisées en un matériau conducteur tel que du cuivre, disposées longitudinalement à la paroi intérieure, et maintenues en contact avec celle-ci par un fil conducteur tel qu'en cuivre, enroulé hélicoidalement, l'une des tiges possédant une longueur au plus égale à celle des parois filtrantes, et l'autre tige possédant une longueur supé- rieure, de façon à traverser l'un des embouts pour réaliser la connexion électrique. Ce dispositif intéressant par sa simplicité, son coût modéré et ses performances, rend possible économiquement la récupération de métal, par exemple, lorsqu'il s'agit de récupérer - 20 à 50 g d'or au cours d'une opération. Outre la récupération de métaux -précieux en solution ionique, tels que or, argent ou platine, ce dispositif peut servir à la décontami- nation d'effluents pollués par des métaux lourds dissous tels que cadmium, zinc, plomb, nickel, cuivre, etc..., ou à la régénération des bains de décapage de cuivre et d'alliage de cuivre saturés en métal. De toute façon, l'invention sera bien comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé représen- tant, à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution de ce dispo- sitif Figure 1 est une vue très schématique des principaux composants du dispositif en vue d'illustrer le fonctionnement de celui-ci; Figure 2 est une vue en coupe longitudinale d'une cellule d'élec- trolyse; - - Figure 3 est une vue en coupe transversale de cette cellule selon la ligne III-III de figure 2; Figure 4 est une vue d'une installation équipée de la cellule de figures 2 et 3. Comme montré à la figure 1, la solution (2) à traiter se trouve dans un réservoir (3). Une pompe centrifuge (4) amène la solution de ce réservoir jusqu'à une chambre de filtration (5). La chambre (5) est divisée en deux compartiments, respectivement, inférieur (6) et supérieur (7), par deux parois filtrantes horizontales parallèles l'une à l'autre, respectivement, une paroi filtrante inférieure (8) et une paroi filtrante supérieure (9), la paroi (9) étant d'épaisseur supérieure à celle de la paroi (8). Entre les deux parois (8) et (9) est disposée, parallèlement à celles-ci, une cathode (10). La cathode (10) est reliée au pôle négatif d'une source de courant continu, qui se trouve à l'intérieur de la chambre de filtration, par un fil conducteur (12) logé à l'intérieur d'une gaine étanche (13) dans la partie située à l'intérieur de la chambre de filtration (5). Dans le compartiment supérieur, est disposée une anode (14) reliée au pôle positif de la source de courant continu par un fil (15) logé à l'intérieur d'une gaine (16), dans la partie qui traverse le compar- timent supérieur de la chambre. La chambre de filtration (5) est équipée, à son extrémité supé- rieure, d'un trop-plein (17) ramenant le liquide ayant traversé les parois filtrantes au réservoir (3). Il est à noter que tous les éléments constitutifs du dispositif sont réalisés en un matériau isolant de l'électricité, à l'exception de la cathode qui est en cuivre, et de l'anode de type "insoluble" qui est, selon les cas, en acier inoxydable, titane, graphite, etc... Les parois filtrantes (8) et (9) sont réalisées en une matière poreuse, telle qu'une matière poreuse plastique pour la paroi mince, la paroi épaisse pouvant, pour sa part, être réalisée en feutre, rigidifié par une paroi plastique perforée. Les épaisseurs des parois filtrantes varient de 2 à 20 mm envi- ron, et le diamètre des pores varie entre 1 et 50 microns. En pratique, les électrodes sont mises sous une tension de 5 volts par exemple. Lors du fonctionnement de la pompe (4), la solution (2) à traiter traverse. les parois filtrantes (8) et (9) et passe au contact de la cathode. Le flux du liquide est de l'ordre de 10 à 40 I/mn par dm2 de surface cathodique, la densité de courant cathodique étant de l'ordre de 0,1 à 20 A/dm2 selon la nature chimique de l'électrolyte et selon sa concentration en métal. - Au cours de cette opération, le métal isolé sera, pour partie, retenu sur la cathode et, pour partie, retenu autour de la cathode sous une forme pulvérulente, ces dernières particules se trouvant captives dans les porosités de la paroi (9), ou demeurant dans l'espace compris entre les deux parois (8) et (9). Les figures 2 et 3 représentent une forme d'exécution d'une cellule d'électrolyse constituée par les deux parois filtrantes et la ca- thode. Cette cellule comprend deux parois (18) et (19) cylindriques et concentriques, possédant chacune une longueur de 250 mm, le diamètre de la paroi extérieure (18) étant de 70 mm et le diamètre de la paroi intérieure (19) étant de 30 mm. L'épaisseur de la paroi (18) est de 2 mm, tandis que l'épaisseur de la paroi (19) est de l'ordre de 5 à 7 mm. Les deux parois (18) et (19) sont rendues solidaires l'une de l'autre par deux embouts (20) et (22) fixés à leurs extrémités, l'embout (20) se présentant sous forme d'un disque plein, tandis que l'embout (22) se présente sous la forme d'une couronne possédant une ouverture centrale (23) de diamètre sensiblement égal au diamètre intérieur de la paroi filtrante intérieure (19). Sur la paroi intérieure (19) sont disposées longitudinalement deux tiges de cuivre (24) et (25) ayant chacune un diamètre de l'ordre de 4 mm. La longueur de la tige (25) est de l'ordre de 200 mm, tandis que celle de la tige (24) est de l'ordre de 300 mm, de telle sorte qu'elle traverse l'embout (20) pour la réalisation de la connexion électrique. Les tiges (24, 25) sont fixées sur le tube (19) formant la paroi filtrante intérieure, par l'intermédiaire d'un fil de cuivre (26) enroulé hélicoidalement. La longueur du fil de cuivre est calculée, de telle sorte que la surface des tiges (24, 25) augmentée de la surface du fil soit de l'ordre de I dm2. L'intervalle délimité par les parois (18, 19) et par les embouts (20, 22), dans lequel se trouve captive la cathode (24, 25, 26), forme une cellule d'éJectrolyse qui a exactement les dimensions d'une cartouche filtrante utilisée dans les appareils conventionnels de filtration. De ce fait, la cellule représentée aux figures 2 et 3 peut être montée à l'intérieur d'une chambre de filtration cylindrique (27) de dimensions standards, dans laquelle est disposée une anode (28) insoluble, disposée entre la cartouche et la paroi intérieure de la chambre. Il suffit simplement de modifier le couvercle (29) de la chambre pour permettre une connexion entre l'anode et la cathode d'une part, et une source de courant continu réglable d'autre part. L'installation comprend également, comme montré à la figure 4, une chambre de préfiltration (30) et une pompe centrifuge (32), le liquide évacué depuis le centre de la paroi filtrante (19) étant recyclé à l'intérieur de l'installation par la pompe centrifuge (32). Il est donné, ci-après, un exemple d'utilisation de ce dispositif. Un électrolyte contenant 1,25 g d'or en solution acide est pompé exactement dans les mêmes conditions que si ce liquide devait être filtré pour le débarrasser de particules solides en suspension. Le volume de la solution est d'environ 100 litres, le débit de la pompe de 2 000 1/h et l'ampérage de 20 Amperes en moyenne. ?6326 7' La teneur d'or résiduel dans la solution étant analysée toutes les dix heures, les résultats sont les suivants T (heures) 0 10 20 30 40 60 Masse d'or dans la solution 1,25 0,45 0,25 0,15 0,05 0,004 (g/l) Il ressort de ce tableau qu'au bout de 60 heures, la solution peut être considérée comme épuisée en métal précieux. Après arrêt de l'électrolyse la cartouche est fondue pour récupérer l'or qu'elle con- tient, permettant l'obtention d'un lingot très riche en or, puisque conte- nant plus de 95 % d'or. Il est intéressant de noter qu'il n'a été constaté aucune perte d'or significative et qu'une cartouche de cette dimension peut isoler et récupérer plus d'un kg d'or, la rentabilité de l'opération étant assurée dans la mesure o la cartouche est utilisée pour la récupération d'au moins 20 à 50 grammes d'or. Comme il ressort de ce qui précède, l'invention apporte une grande amélioration à la technique existante en fournissant un dispositif de conception simple, de prix de revient modéré, et très performant, pouvant être mis en oeuvre pour de nombreuses applications de récupé- ration de métaux en solution ionique. Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas aux seules formes d'exécution de ce dispositif, ni aux seules conditions de mise en oeuvre décrites ci-dessus à titre d'exemples; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes de réalisation; c'est ainsi notamment que, dans le cas de l'appareil décrit en référence aux figures 2 à 4, la cathode pourrait être constituée par un cylindre métallique présentant des ouvertures régulièrement réparties pour réaliser un passage transver- sal de la solution, sans que l'on sorte pour autant du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. - Dispositif d'isolement et d'extraction de métaux en solution, par voie électrolytique, caractérisé en ce que la cathode (24, 25, 26) réalisée en cuivre ou en un autre matériau bon conducteur de l'électri- cité, est emprisonnée entre deux parois filtrantes (18, 19) réalisées en un matériau non conducteur de l'électricité, la circulation de la solu- tion contenant le métal étant réalisée de telle sorte que celle-ci traverse en continu les surfaces filtrantes et s'écoule sensiblement perpendiculai- rement à celles-ci et à la cathode. 2. - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la paroi filtrante (19), située en aval de la cathode dans le sens d'écoule- ment de la solution, est d'épaisseur supérieure à celle de la paroi (18) située en amont. 3. - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les parois filtrantes (18, 19) sont réalisées en matière diélectrique, possèdent une épaisseur comprise entre 2 et mm et présentent des pores d'un diamètre compris entre 1 et 50 microns, et en ce que le débit du flux liquide est de l'ordre de 10 à I/mn et par dm2 de surface cathodique. 4. - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la densité de courant cathodique est comprise entre 0,1 et 20 A/dm2. 5. - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la cathode est au contact des parois filtrantes qui peuvent être obtenues à partir d'une masse de matière unitaire ou à partir de deux pièces de matière distinctes amenées au contact de la cathode. 6. - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les deux parois filtrantes (18, 19) sont parallèles et ménagent entre elles un espace à l'intérieur duquel est disposée la cathode (24, 25, 26). 7. - Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que les deux parois filtrantes (18, 19) sont de forme cylindrique, disposées concentriquement l'une à l'autre, et réunies par deux embouts réalisés en un matériau isolant électrique dont l'un (20) possède un diamètre égal au diamètre extérieur de la paroi extérieure (18), et est constitué par un disque plein et dont l'autre (22), de même diamètre extérieur, est en forme de couronne annulaire dont l'ouverture centrale (23) possède un diamètre sensiblement égal au diamètre intérieur de la paroi intérieure (19), la cathode étant logée dans l'espace annulaire ménagé entre les deux parois et étant connectée à un fil d'alimentation traversant l'une des deux parois. 8. - Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'ensemble, constitué par les parois filtrantes (18, 19), la cathode (24, , 26) et les embouts (20, 22), est conformé pour posséder les dimensions d'une cartouche filtrante de dimensions "standards". 9. - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 7 et 8, caractérisé en ce que la cathode est constituée par deux tiges (24, ) réalisées en un matériau conducteur tel que du cuivre, disposées longitudinalement à la paroi intérieure, et maintenues en contact avec celle-ci par un fil conducteur (25) tel qu'en cuivre, enroulé hélicoïda- lement, l'une (25) des tiges possédant une longueur au plus égale à celle des parois filtrantes, et l'autre tige (24) possédant une longueur supé- rieure de façon à traverser l'un (20) des embouts pour réaliser la con- nexion électrique.