(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶液から粉末金属を電解抽出するための電解槽であって、
一端側に入口と他端側に出口を有するハウジングと、
ハウジングを通って実質的に軸方向に延びる陽極と、
陽極と陰極との間に５〜２５mmの間隙を有する流路を画定するように、陽極から外側へ向かって間隔をおいて配置された、陽極を囲む陰極と、
陽極と陰極との間に電位差を負荷するための手段とを有し、
陰極上に析出した金属を除去してハウジングから洗い流すために、陽極と陰極の間の流路に沿って逆方向にフラッシング溶液を流すための手段をさらに有している電解槽。
【請求項２】
フラッシング溶液を流す手段は、フラッシング溶液が流路に導かれるハウジングの他端に出口を有し、フラッシング溶液と除去された金属が電解槽から排出されるハウジングの一端に入口を有する請求項１記載の電解槽。
【請求項３】
出口は、電解槽内を逆方向に流れるフラッシング流体が、電解槽の軸方向に一致する方向になるように向いている請求項２記載の電解槽。
【請求項４】
陽極の端部は、陽極の周りに溶液を導き、流路に沿って溶液を導くために閉じている請求項２または３記載の電解槽。
【請求項５】
使用に際して、電解槽の一端は相対的に上方を向いており、電解槽の他端は相対的に下方を向いており、入口は下端に位置するか又は下端に隣接しており、出口は上端に位置するか又は上端に隣接しており、金属含有溶液は電解槽内を上方に向かって流れ、フラッシング溶液は電解槽内を下方に向かって流れる請求項１ないし４のいずれか１項に記載の電解槽。
【請求項６】
ハウジングは、ハウジング内の溶液を移すための機械的手段をハウジング内に欠いており、ハウジングは、金属が析出した陰極から、その金属を機械的に剥離するための機械的剥離手段を欠いている請求項１ないし５のいずれか１項に記載の電解槽。
【請求項７】
陰極は実質的に円筒状であり、陽極も円筒状であるが、陽極は陰極よりも直径が短い請求項１ないし６のいずれか１項に記載の電解槽。
【請求項８】
陽極と陰極の間隙は、１０〜１５mmである請求項１ないし７のいずれか１項に記載の電解槽。
【請求項９】
陰極と陽極の間の流路に向かって出口を経て電解槽内にフラッシング溶液を導くための円錐形状の流れ形成部をさらに有している請求項２ないし４のいずれか１項に記載の電解槽。
【請求項１０】
電解槽が、フラッシングサイクル中に陰極から洗い落とされる粉末を入口に向かって導入するための手段をさらに有している請求項７記載の電解槽。
【請求項１１】
導入手段は、入口に向かって下方内側に傾斜するハウジングの内表面によって形成される請求項１０記載の電解槽。
【請求項１２】
陽極と陰極の間の流路に形成された金属の樹枝状晶を破壊するための機械的清掃手段をさらに有している請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の電解槽。
【請求項１３】
ハウジング内の陽極を支持するためのサポートをさらに有している請求項１２記載の電解槽。
【請求項１４】
サポートは、ハウジングの一端に装着されて陽極を支持するハウジング内の場所において実質的に軸方向に突出している支持部材を有しており、入口はそのサポートに対応するように中心からずれている請求項１３記載の電解槽。
【請求項１５】
ハウジングは、ステンレス鋼製の円筒体と非導電性の材料からなる端部キャップを有し、各端部キャップは、陰極と陽極から外に向かって軸方向にチャンバを画定する請求項１ないし１４のいずれか１項に記載の電解槽。
【請求項１６】
陰極は７．５インチから８．５インチの直径を有し、陽極は６．５インチから７．５インチの直径を有し、陽極と陰極の間の直径の差は０．５インチから１．５インチである請求項１５記載の電解槽。
【請求項１７】
陰極から金属粉末を除去するときに役立つように、陰極と陽極の間の流路に沿って上方に向かって気体を泡立たせる手段をさらに有している請求項１ないし１６のいずれか１項に記載の電解槽。
【請求項１８】
ハウジングは実質的に鉛直方向に延びており、入口は電解槽の底部において画定され、出口は電解槽の頂部において画定され、陰極と陽極は１０〜１５mmの間隙を有している請求項１ないし１７のいずれか１項に記載の電解槽。
【請求項１９】
電解槽のバンクであって、
平行に配置された請求項１記載の複数個の電解槽と、
電解槽を通って平行にプロセス溶液を導くためにバンク内の各電解槽の入口に接続された主入口と、
電解槽からプロセス溶液を排出するために各電解槽の出口に接続された主出口と、
必要なときに電解槽のバンクを通るプロセス溶液の流れを中断し、主出口を通って逆方向にフラッシング溶液を流し、そのフラッシング溶液をバンク内の各電解槽を通過させ、主入口を通ってそのフラッシング溶液を排出するための手段を有している電解槽のバンク。
【請求項２０】
流れ逆転手段は、主入口へのプロセス溶液の流れを開放および閉鎖するためのプロセス溶液入口バルブ手段と、主出口から下流方向へのプロセス溶液の流れを開放および閉鎖するためのプロセス溶液出口バルブ手段を有している請求項１９記載の電解槽のバンク。
【請求項２１】
流れ逆転手段は、主出口へのフラッシング溶液の流れを開放および閉鎖するためのフラッシング溶液入口バルブ手段と、主入口からのフラッシング溶液の流れを開放および閉鎖するためのフラッシング溶液出口バルブ手段を有している請求項２０記載の電解槽のバンク。
【請求項２２】
プロセス溶液入口バルブ手段および出口バルブ手段の開放および閉鎖と、フラッシング溶液入口バルブ手段および出口バルブ手段の開放および閉鎖をそれぞれ制御するための制御手段をさらに有している請求項２１記載の電解槽のバンク。
【請求項２３】
制御手段のみが、プロセス溶液入口バルブ手段および出口バルブ手段が閉じているとき、フラッシング溶液入口バルブ手段および出口バルブ手段を開放する請求項２２記載の電解槽のバンク。
【請求項２４】
制御手段のみが、フラッシング溶液入口バルブ手段および出口バルブ手段が閉じているとき、プロセス溶液入口バルブ手段および出口バルブ手段を開放する請求項２３記載の電解槽のバンク。
【請求項２５】
制御手段はＰＬＣコントローラである請求項２２ないし２４のいずれか１項に記載の電解槽のバンク。
【請求項２６】
バンク内の各電解槽から気体を排出するための手段をさらに有している請求項１９ないし２５のいずれか１項に記載の電解槽のバンク。
【請求項２７】
気体排出手段が、主出口に作動可能に接続された排出口を有している請求項２６記載の電解槽のバンク。
【請求項２８】
主入口は、各電解槽の下端に隣接しているか又は下端に非常に近い所にある請求項１９ないし２７のいずれか１項に記載の電解槽のバンク。
【請求項２９】
主出口は、電解槽の上端に隣接しているか又は上端に非常に近い所にある請求項２８記載の電解槽のバンク。
【請求項３０】
主入口は電解槽の下端から直下に僅かな距離だけ離れており、主出口は各電解槽の上端から直上に僅かな距離だけ離れている請求項２９記載の電解槽のバンク。
【請求項３１】
金属イオン含有溶液から金属を電解抽出するために電解槽を操作する方法であって、
電解槽は、入口および入口から離間した出口と、それらの間に流路を画定するように陽極を囲む実質的に円筒状の陰極とを有しており、
その方法は、電圧が陰極と陽極の間に負荷されている間、溶液中の金属イオンを金属として陰極上に析出させるように、金属含有プロセス溶液を入口から出口に向かって流路に沿って流し、
電解槽を通る金属イオン含有溶液の流れを周期的に中断して電解槽内を逆方向にフラッシング溶液を流し、フラッシング溶液が陰極に析出した金属を除去して、その金属が集められる場所である電解槽の部分からその金属を洗い流す工程を含む。
【請求項３２】
フラッシング溶液は金属イオン含有溶液のための出口を通って電解槽内に入り、そのフラッシング溶液は金属イオン含有溶液のための入口を通って電解槽から出る請求項３１記載の方法。
【請求項３３】
出口は電解槽の頂部を向いており、入口は電解槽の底部を向いている請求項３２記載の方法。
【請求項３４】
さらに、金属が電解槽から除去されるときにフラッシング溶液の流れを中断し、金属の析出を再開するために電解槽内の金属イオン含有溶液の流れを再開する工程を含む請求項３３記載の方法。
【請求項３５】
電解槽内に金属イオン含有溶液を１〜６時間流した後に、１５〜３０秒間電解槽内にフラッシング溶液を流すことによって電解槽をフラッシングする工程を含む請求項３４記載の方法。
【請求項３６】
フラッシング溶液は、金属イオン含有溶液よりも高圧で電解槽内を圧送され、その高圧は陰極から金属粉末を除去するのに役立つ請求項３５記載の方法。
【請求項３７】
金属微粒子とフラッシング溶液を管路に集め、それを金属回収プラントまで送給する工程を含む請求項３１ないし３８のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属を含む溶液から金属を電解抽出するための方法及び装置に関する。本発明は特に、板状金属とは異なり、金属微粒子、例えば、粉末金属の製造に関する。
本発明は、銅を含む溶液、例えば、鉱山や鉱物処理現場でしばしば見られるような低級銅溶液から粉末状で銅を電解抽出するための方法及び装置に関するが、これに限定されるものではなく、この実施例に基づいて本発明を説明するのが好都合である。しかし、本発明は、他の金属、例えば、銀やニッケルやコバルトや錫などにも応用しうることは明らかである。
【発明の背景】
出願人は、以前に、水溶液から銅や錫のような金属を電解抽出するための電解槽を設計した。その電解槽は、鉱物回収装置という名称の本出願人による国際出願ＰＣＴ／ＡＵ９６／００３３２に開示されている。その国際出願の全内容は、本願に含まれている。
上記出願は、ハウジング底部に接線方向の入口とハウジング頂部に接線方向の出口を有する電解槽を開示している。円筒形のハウジングの特定方向に向けて電解槽内に溶液を導く入口の方向は、電解槽内に螺旋状の流れを誘導する。棒状の陽極が電解槽と同軸にハウジングの長手方向に延びており、分割円筒状スリーブ陰極がハウジングの壁を支持して、陽極との間に間隙を設けて陽極を囲むようにその外側に配置されている。使用時に陰極と陽極の間の流路に電位差が負荷されて、電解抽出金属製造プロセスが実施される。入口から出口への電解槽内の螺旋状の流れが陰極に銅イオンを供給して、低級溶液においても経済的且つ連続的に銅をメッキする。
このプロセスは、分割スリーブの内側に銅管をメッキする。銅板が約６〜８cm（２．４〜３．１４インチ）の厚さに達したとき、取り出される。これは、電解槽の頂部キャップを除去し、電解槽の頂部を経て分割スリーブを持ち上げることによって行われる。これは肉体への負荷が大きく、プロセスの他の特性に悪影響を与える。
上記プロセスを使う商業プラントは、文字通り何百もの電解槽のバンクを有しているので、上記のような電解槽からの取り出しは、肉体への負荷が大きい作業である。さらに上記のような銅管の製造には、管の扱いと輸送に特別の手順が必要であるという不利な点がある。もし、電解槽から銅を取り出すための容易な方法が案出されれば、好都合である。
さらに、上記電解槽は、陰極と陽極の間の間隙が大きいために、効率が低いという欠点がある。その結果、陰極と陽極の間に高電圧を負荷しなければならず、電流密度は相対的に低くなる。製造される金属量は陰極と陽極の間の電流密度に比例するので、単位入力電力量あたりの電流密度はできる限り高い方が好ましい。
【発明の要約】
本発明の第一の形態に従って、溶液から粉末金属を電解抽出するための電解槽であって、一端側に入口と他端側に出口を有するハウジングと、
ハウジングを通って実質的に軸方向に延びる陽極と、
陽極と陰極との間に５〜２５mmの間隙を有する流路を画定するように、陽極から外側へ向かって間隔をおいて配置された、陽極を囲む陰極と、
陽極と陰極との間に電位差を負荷するための手段とを有している電解槽が提供される。
その電解槽は、銅管を製造するための電解抽出プレートセルまたは電解抽出円筒状セルのいずれよりも、陰極と陽極の間の間隙が実質的に狭い。これは、特に  低電導度の溶液において、陰極と陽極の間の電流密度を増加するのに役立つ。  典型的には、ハウジングはハウジング内の溶液を移すための機械的手段をハウジング内に欠いている。ハウジングは、また、金属が析出した陰極から、その金属を機械的に剥離するための機械的剥離手段を欠いている。
その間隙は５〜２０mmがより好ましく、１０〜１５mmがさらに好ましく、１２〜１３mmが最も好ましい。
典型的には、陽極と陰極は実質的に円筒状である。陰極は、ハウジングの壁によって形成するか、又は、ハウジングの壁に隣接して配置されたスリーブによって形成することができる。陰極は、金属であるハウジングの壁によって形成するのが好ましい。
使用に際して、典型的には、電解槽の一端は相対的に上方を向いており、電解槽の他端は相対的に下方を向いており、入口は下端に位置するか又は下端に隣接しており、出口は上端に位置するか又は上端に隣接している。
このように、使用に際して、電解抽出される金属イオンを含むプロセス溶液は、入口から出口に向かって電解槽内を上昇し、金属が粉末として陰極上に析出する。周期的にフラッシング溶液が、析出した粉末金属を電解槽から取り出すために、電解槽内を逆方向に圧送される。電解抽出プロセスによって生成される気体が電解槽内の上部領域から排出口を経て排出されるように、プロセス溶液が電解槽内を移動するのが好ましい。重力がフラッシングプロセスに役立つように、フラッシング溶液は電解槽内を下方に向けて移動するのが特に好ましい。典型的には、フラッシングは、金属粉末をばらばらにするのに役立つように、フラッシング溶液の圧力を増すか、陰極上に気泡を通過させるというような手段によって助けられる。
入口は、実質的に軸方向に沿って電解槽内に溶液を導くのが好ましい。
出口は、電解槽内を通過するフラッシング流体が出口を経て電解槽内を軸方向に沿って逆方向に流出するような方向を向いているのが好ましい。
入口は電解槽の一端において画定され、出口は電解槽の他端において画定されるのが好ましい。
入口の方向と流路の間隙は、流路に沿って流れるプロセス溶液に乱流が発生するのを容易にする。これは、電解槽内において入口から出口に向かう螺旋状のプラグフローを誘導する従来の電解槽の接線方向の入口とは全く異なっている。プラグフローは乱流とは基本的に異なる。
電解槽の出口を経て逆方向に流れるフラッシング溶液は、乱流を促進するように電解槽内の軸方向に導かれるのが、同様に好ましい。このフラッシング溶液の乱流は、陰極から粉末金属を除去するのに役立つ。
フラッシングサイクル中に陰極が洗浄されて、電解槽から排出される入口に向かって粉末を導入するための手段を電解槽がさらに有するのが好ましい。その導入手段は、入口に向かって下方内側に傾斜するハウジングの内表面によって形成することができる。
これは電解槽の底部のデッドスペースに集められる金属粉末類を減少し、電解槽から金属粉末を完全に排出するのに役立つ。
電解槽は、陽極と陰極の間の流路に形成された金属の樹枝状晶を破壊するための機械的清掃手段を有するのが好ましい。他の清掃手段を使用することもできるけれども、機械的清掃手段は、流路に沿って物理的に移動する機械式掃除機を有することができる。
当然、プロセス流体パラメータは、陰極上に析出する金属の樹枝状晶のような固体金属類を減少するように設定される。出願人は、樹枝状晶のような金属板の障害物が流路に形成されにくくなると信じる一方、商業プラントで使用される場合にプロセス設備の信頼性を高めようとするならば、金属の障害物をチェックし、除去する手段を備えることが必要である。
陽極の端部は、陽極の周りに沿った環状の流路を経て流体を導くために閉じているのが好ましい。一端は、フラッシング溶液を出口を経て流路に向けて導くために、ほぼ円錐形状の流路形成部を有している。閉じた端部は陽極の周りの流路に沿って溶液が流れるようにする。
電解槽は、ハウジングの一端に装着されてハウジング内において実質的に軸方向に突出している支持部材として陽極を支持するサポートを備えることができる。支持部材は、陰極に揃えて鉛直方向の適当な位置において陽極を機械的に支持し、陽極を電気回路に電気的に接続している。
特に、ハウジングは、ステンレス鋼製の円筒体と該円筒体の各端部に非導電性の材料からなる端部キャップを有し、各端部キャップは、陰極と陽極から外に向かって軸方向にチャンバを画定するのが好ましい。チャンバの一つは、入口を通って粉末金属を導入するために、上記のような傾斜した内表面を形成することができる。
このようにして陰極を形成する円筒体は、支持部材および端部キャップの一つを通る陽極への電気的接続から絶縁されている。
陽極および流れ形成部は、溶液が陽極の周りの流路内を流れることを確実にする。支持部材は、陰極の向きに一致させて陽極を適正な鉛直方向に機械的に支持し、陽極を電気回路に電気的に接続する。
特に好ましい電解槽の形状は、陰極は７．５インチから８．５インチ、好ましくは約８インチの直径であって、陽極は６．５インチから７．５インチ、好ましくは約７インチの直径であって、陽極と陰極の間の間隙は０．５インチから１．５インチ、好ましくは約１インチであるのがよい。さらに最も好ましい形状として、ハウジングは実質的に鉛直方向に延びており、入口は下端キャップの端において画定され、出口は上端キャップの端において画定される。
本発明の別の形態に従って、平行に配置された、請求項１記載のように特定される複数個の電解槽と、
電解槽を通って平行にプロセス溶液を導くためにバンク内の各電解槽の入口に接続された主入口と、
電解槽からプロセス溶液を排出するために各電解槽の出口に接続された主出口と、
必要なときに電解槽のバンクを通るプロセス溶液の流れを中断し、主出口を通って逆方向にフラッシング溶液を流し、そのフラッシング溶液をバンク内の各電解槽を通過させ、主入口を通ってそのフラッシング溶液を排出するための手段を有している電解槽のバンクが提供される。
使用に際して、プロセス溶液がバンクの各電解槽を平行に流れ、次いで、フラッシング溶液は周期的または断続的に電解槽内を逆方向に平行に流れ、電解槽から粉末金属を洗い流す。
流れ逆転手段は、主入口へのプロセス溶液の流れを開放および閉鎖するためのプロセス溶液入口バルブ手段と、主出口から下流方向へのプロセス溶液の流れを開放および閉鎖するためのプロセス溶液出口バルブ手段と、主出口へのフラッシング溶液の流れを開放および閉鎖するためのフラッシング溶液入口バルブ手段と、主入口からのフラッシング溶液の流れを開放および閉鎖するためのフラッシング溶液出口バルブ手段を有しているのが好ましい。
電解槽のバンクを通るプロセス溶液およびフラッシング溶液のそれぞれの流れの制御は、プロセス溶液およびフラッシング溶液の各々と結びついた主入口バルブ、主出口バルブおよび単一のバルブセットによって実行される。これは多数の電解槽を有するバンクにとって、かなり単純な網状組織であり、単純なバルブ配置である。各電解槽に対して別々のバルブ配置を有するより、ずっと単純である。
バンクは、あるとき、バンクを通ってフラッシング溶液またはプロセス溶液のみが流れるようにバルブを制御する制御手段を備えることができる。多くの異なる制御手段を使用できるが、ＰＬＣコントローラが特に有用である。
バルブ手段の制御は、手の操作を含む様々な方法で実行できる。ＰＬＣコントローラは、プロセスを信頼性高く制御するために使用できる既製の実証済みの製品である。
典型的には、バンクは、バンク内の電解槽から電解抽出プロセスによって生成される気体を排出するための手段を備えている。典型的には、排出手段は、主出口に接続された排出口を有している。
排出口は、商業プラントにおいて電解抽出プロセスによって生成される気体を排出するために重要である。各電解槽の出口に作動可能に接続された主出口を有することによって、単一の排出口をバンク内のすべての電解槽の排気のために使用できる。それは、各電解槽に対して排出口を有するよりもかなり単純で安価である。
主入口は、各電解槽の下端に隣接しているのが好ましく、主出口は、電解槽の上端に隣接しているのが好ましい。当然、主入口と主出口は、必要とされる管の長さを最小にするように位置決めされる。
さらに本発明の別の形態に従って、溶液から金属を電解抽出するための電解槽を操作する方法が提供される。
電解槽は、離間した入口および出口と、それらの間に流路を画定するように陽極を囲む実質的に円筒状の陰極とを有しており、
その方法は、電圧が陰極と陽極の間に負荷されている間、溶液中の金属微粒子を陰極上に析出させるように、金属含有プロセス溶液を入口から出口に向かって流路に沿って流し、電解槽を通る溶液の流れを周期的に中断して電解槽内を逆方向にフラッシング溶液を流し、フラッシング溶液が陰極から金属粉末を除去して電解槽から、その金属粉末を洗い流し、プラントの金属回収セクションに導入する工程を含んでいる。
その方法は、プラントの金属回収セクションのような、フラッシング溶液から金属微粒子を回収する工程をさらに含むことができる。
その方法は、金属微粒子または粉末金属が電解槽から除去されたとき、フラッシング溶液の流れを中断し、電解槽内に溶液の正常な流れを回復し、さらに銅を析出する工程を含むのが好ましい。
その方法は、電解槽内にプロセス溶液を１〜６時間、典型的には、２．５〜４．５時間流した後、電解槽をフラッシングする工程を含むことができる。典型的には、フラッシング溶液は、電解槽を１５〜３０秒、好ましくは、２０〜２５で通過する。
プロセス溶液は、１０００〜３５００リットル／時間、好ましくは、２０００〜３０００リットル／時間の流量で電解槽内を通過するのがよい。フラッシング溶液は、６０００〜１００００リットル／時間、好ましくは、７０００〜９０００リットル／時間の流量で電解槽内を圧送されるのがよい。
典型的には、フラッシング溶液は、プロセス溶液よりも高圧で電解槽内を圧送される。この高圧は、陰極からの金属粉末の除去に役立つ。
正常作動中の典型的な電解槽において、金属含有プロセス溶液は、電解槽内を入口から出口に向かって移動し、フラッシング溶液は、電解槽内を逆方向に、出口から入口に向かって移動する。このようにして重力に助けられて、陰極から粉末金属を除去し、それを電解槽から洗い流す。
その方法は、陰極上に析出する板状または他の固体樹枝状晶類を除去するために、流路内を周期的に通過する機械式掃除機を備えることができる。
その方法は、プロセス溶液の流れが中断されてフラッシング溶液の流れが開始される前に、陰極から金属粉末を除去するのに役立つように、電解槽の流路を通って泡、例えば気泡を上昇させることができる。
さらに、本発明の別の形態に従って、上記のような電解槽のバンクの複数個を有する電解抽出プラントが提供される。電解抽出される金属含有プロセス溶液が、連続するバンクのそれぞれを通過しうるようにバンクは接続されている。
典型的には、フラッシング溶液は、電解槽のバンクを通って逆方向に流れる。  典型的には、フラッシング溶液は、いつ何時でも、複数の電解槽の単一のバンクのみを通過する。フラッシング溶液は、連続するすべてのバンクを逆方向に流れることはない。
プラントは、少なくとも３つの連続する電解槽のバンクを備えることができる。特定の設備のためのバンクの正確な数は、電解槽の電流密度とともに、プロセス溶液の初期の等級と製品溶液の目標等級に依存する。
典型的には、いつ何時でも、複数の電解槽の一つのバンクのみが、フラッシングのために、そこを通るプロセス溶液の流れが中断される。このように、プラントを通るプロセス溶液の流れは連続しており、複数の電解槽の一つのバンクのみがいつ何時でも、フラッシングに供される。
【詳細な説明】
本発明に従った装置と方法を様々な形で示す。添付図面を参照しながら本発明の好ましい実施例を詳細に説明する。図面を提供する目的は、本発明の技術的事項に関心のある人に本発明の実用的効果を指摘することにある。詳細な説明は、より幅広い記載を妨げるものでないことは明らかである。
図１と図２において、番号１は本発明の電解槽である。電解槽１は、下端に入口３と上端に出口４を有するハウジング２を備えている。電解槽１は、軸方向に延びる陽極６と陽極６から半径方向に離間した陰極７とを備えている。陽極６と陰極７は、それらの間に流路８を画定し、その流路を通ってプロセス溶液が入口３から出口４に流れる。電解槽は、陽極６と陰極７の間において電解槽を横切って電位差を負荷するために電源と電気回路を備えている。使用時において、電解槽は、図１に示すプロセス流体条件と図２に示すフラッシング流体条件が交互に起こる。
ハウジング２は、ステンレス鋼製の長く延びた環状円筒体１０と、エンジニアリングプラスチック材料製の端部キャップ１１および１２とを有している。端部キャップ１１と１２は、円筒体１０の各端部に装着されている。これは必要なことではないが、典型的には、端部キャップ１１と１２は、円筒体１０に恒久的に装着されている。図示例では、円筒体の端部にはフランジが付けられて、端部キャップは、そのフランジと端部キャップを貫通するボルトによって円筒体に装着されている。
好ましい形状としては、円筒体１０は６インチ（１５２．４mm）または８インチ（２０３．２mm）の直径を有している。軸方向に延びる入口３がハウジング２の底部の端部キャップ１２において画定され、入口３はハウジング２内の軸方向にプロセス溶液を導く。図示例において、入口３は中心からずれている。しかし、入口の正確な位置は重要ではない。入口は、以下により詳細に記載する、中心に位置する支持部材に対応するように、中心からずれた位置にある。
入口３と出口４は、典型的には、３５〜４０mmの直径を有する。これによって、正常なプロセス流体条件において電解槽内を約１０００〜３５００リットル／時間の流量が流れることと、フラッシング流体条件において６０００〜１００００リットル／時間の流量が流れることを容易にする。
出口４は、入口３と同じように、ハウジングの上部の端部キャップ１１から軸方向に離れるように延びている。出口４は、図示例では、中心に位置している。粉末金属が電解槽から排出されるとき、以下により詳細に記載するように、出口４はフラッシング溶液の入口として作用し、入口３はフラッシング溶液の出口として作用する。
陰極７は、上記したように、電気導電性材料から作製されている円筒体１０の壁によって形成されている。
陽極６は、比較的小さい間隙を残し、陽極６と陰極７の間に流路８を形成するような大きさの円筒体とされる。典型的には、流路の幅は、１０〜１５mmとされる。従って、陰極と陽極の直径の差は、典型的には約１インチ（２５．４mm）である。図示例では、陽極６の直径は７インチであり、陰極７の直径は８インチである。
陽極６は、ハウジング２の下部端部キャップ１２から突出しているサポート１５によって支持されている。部材１５は、実質的に中心に位置しており、それが入口３が中心からずれている理由である。部材１５は、端部キャップ１２と陽極６の両方に取りつけられており、陰極にきちんと合わせて陽極を適正な鉛直方向に支持する。
当然ながら、陽極６の上端１８と下端１９は、陽極６の周りの流路８内に溶液を導くように、閉じられている。陽極６の上端は、陽極６の周りに沿ってハウジング２内にフラッシング溶液を導き、流路８に沿って流すように、円錐形状部２０を有している。
端部キャップ１１と１２は、入口３と出口４を陰極７と陽極６の端部から軸方向に離している。これによって、入口３と出口４に隣接するチャンバ２１と２２が画定される。図示例において、チャンバ２２は、入口３に向かって端部キャップ１２の側面から内方に傾斜している流れ面２３を有している。これは、陰極７から粉末金属が除去されたとき、入口３に向かって粉末金属を導くのに役立つ。
プロセス流体条件において、例えば、銅イオンのような電解抽出のための金属イオンを含むプロセス溶液は、図１に示すように、入口３から出口４に向かって電解槽内を上昇する。プロセス溶液が流路８内を流れるとき、陰極７から陽極６にかけて流路を横切るように電圧が負荷される。これによって、金属微粒子または金属粉末の形態で陰極７上に金属を析出する。いくらかの時間の後、固体の銅が流路８を少なくとも部分的に閉ざすと、電解槽１内のプロセス溶液の流れは中断される。
電解槽は、陰極上に粉末金属を析出させる。板状金属ではなくて粉末金属の形成は、出願人の従来の技術に比べてプロセス溶液の流量と陰極上の溶液の速度を減少する流路内の乱流によって促進され、電流密度を減少し且つ比較的低級の溶液を扱いうる。あるプロセスパラメータは、プロセス溶液の等級に依存する粉末金属を生成する。
溶液内の金属の等級が低いほど、金属は粉末を製造しやすくなる。電解槽を通る流体の速度と電流密度が低いほど、溶液は板状金属ではなくて粉末金属を製造しやすくなる。さらに、プラグフローではなくて電解槽内の乱流は、粉末の生成を促進する。
その後、フラッシング溶液が、出口４から入口３に向かって、逆方向に又は下方に流れる。フラッシング溶液は重力に助けられて、陰極７上に析出した粉末金属を除去し、その粉末金属を入口３に向かって陰極７を降下させる。入口３は、フラッシング流体条件においては、出口として作用する。
端部キャップ１２によって画定されるチャンバの先細壁は、出口３に向かって粉末金属を導くのに役立つ。典型的には、フラッシング溶液の圧力は、フラッシングプロセスに役立つように、プロセス溶液よりも高い。
入口３から排出された粉末金属は、典型的には配管内のフラッシング溶液によって、下流の集積部または処理ポイントまで運搬される。
フラッシング流体条件は、一般に、２０〜２５秒であるが、この時間は臨界的ではない。金属が電解槽から排出された後、フラッシング溶液の流れが中断されて、プロセス溶液の流れが回復される。
図３において、番号３０は、複数の電解槽のバンクを示す。各電解槽は図１および２に示すとおりである。従って、図１および２の電解槽の構成要素と同じもものは、同一番号を使用する。
電解槽のバンク３０は、複数の電解槽、典型的には、平行に配置された５〜２０の電解槽１を有している。主入口３２は、各電解槽１の入口３に接続されており、主出口３４は、各電解槽１の出口４に接続されている。
プロセス溶液入口管路３６は、主入口３２に接続されている。同様に、プロセス溶液出口管路３８は、主出口３４に接続されている。プロセス溶液入口バルブ４０とプロセス溶液出口バルブ４１は、主入口３２と主出口３４を通るプロセス溶液の流れを開放および閉鎖するために設置されている。
また、主出口３４はフラッシング溶液入口管路４２に接続されており、主入口３２はフラッシング溶液出口管路４３に接続されている。これは、円錐形沈澱槽につながる重力排水路である。これらの管路にも、バルブ４０および４１に類似のバルブ４４および４５が備わっている。
バンク３０は、出口マニホールド３４の上部領域から突出する空気圧バルブを含む上昇管４６の形態である気体排出手段を有している。これによって、必要なときに、電解抽出プロセスによって生成する気体をそのプロセスから排出することができる。さらに、電解槽の全体のバンク３０に対して単一の排気孔を有することによって効率的な排気が達成される。
典型的には、バルブ４０、４１、４４および４５は、他のバルブを使用することもできるが、空気圧バルブである。
バンク３０は、また、プロセス流体条件とフラッシング流体条件の間でバンクを変更するように、バルブを開放および閉鎖するためのＰＬＣコントローラの形態の制御手段を有している。各プロセス流体サイクルは、１ないし３時間、例えば２時間継続し、各フラッシング流体サイクルは、２０ないし２５秒継続する。
使用に際して、プロセス溶液は、管路３６を通り、バルブ４０を経て主入口３２に入る。それから、プロセス溶液は、各電解槽１を平行に流れる。電解槽を通過中に、図１および２に関して説明したように、金属は電解抽出される。その溶液は、電解槽１の出口４を出て、主出口３４を通過し、管路３８から排出される。それから、そのプロセス溶液は、電解槽の次のバンクを通過する。
バンクがプロセス流体条件からフラッシング流体条件に変更されるとき、バルブ４０と４１が閉じられて、バルブ４４と４５が開かれる。これによって、プロセス溶液の流れを閉鎖し、フラッシング溶液が電解槽内を逆方向に流れることができるようになる。
上記のように、電解槽のバンクの利点は、比較的簡単なバルブシステムを有するということである。電解槽のバンクは、個々の電解槽を逆流する流れに対して４個のバルブを有するだけでよい。これによって、プロセスの信頼性が高められ、メンテナンスフリーとなる。また、設備がより安価になる。さらに、電解槽の全バンクに対して単一の排気孔を使用するだけでよい。
図４は、電解槽のバンクの複数個を有するプラントのフローシートである。各バンクは図３に関して説明したとおりである。従って、図１〜３の電解槽の構成要素と同じものは、同一番号を使用する。
各バンク３０の個々の電解槽は、平行に接続されており、各電解槽１の入口３と出口４は、それぞれ主入口３２と主出口３４に接続されている。各バンクは、直列に接続されている。このように、金属イオンを含むプロセス溶液は、各バンクを通過する。金属イオンは各バンクを通過中に溶液からだんだんと除去される。プラントで使用れるバンクの総数は、供給溶液の初期等級、希望する除去金属の量および製品溶液の目標等級に依存する。
一つのバンクのみが、ある時フラッシングされる。これによって、フラッシングされるバンクを単にバイパスするだけで、プロセス溶液はプラントを連続的に流れる。バンクは、各電解槽を逆方向に平行に流れるフラッシング溶液によってフラッシングされる。フラッシング溶液と金属粉は、主入口に集められ、それから沈澱槽へ重力で導かれる。
上記電解槽の重要な利点は、銅管とは異なり、扱いやすい金属粉を製造することである。それによって、手操作よりむしろプロセス配置によって自動的に金属粉を得ることができる。従来の電解槽においては、周期的に電解槽を開放し、かさばる銅管を物理的に除去し、それからプロセスを再開するために電解槽を閉鎖することが必要である。本プロセスは、出願人が知っている唯一の非浸入型自動電解槽である。これらの特性を有する結果、このプロセスは実用的であり、商業プラントに適用できる。
上記電解槽の利点は、金属粉を効率的に製造することができる点である。陰極と陽極の間隙は比較的狭いので、電圧に対する電流密度が高くなり、金属製品の生産性が高められる。
上記プラントの別の利点は、単一の主入口と主出口と単一のバルブセットを、金属粉を得るために電解槽のフラッシングを制御するのに使用できるという点である。
上記は、本発明を図示例によって説明したのであり、当業者にとって明らかなすべての修正及び変形は本発明の技術的範囲に含まれることは分かる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  正常なプロセス流体条件にある本発明の電解槽の正面断面図である。
【図２】  フラッシング流体条件にある図１の電解槽の正面断面図である。
【図３】  お互いに作動可能に接続された図１の電解槽の複数個からなるバンクの正面図である。
【図４】  図３の電解槽のバンクの複数個を有するプロセスのフローシートである。
【符号の説明】
１…電解槽
２…ハウジング
３…入口
４…出口
６…陽極
７…陰極
８…流路
１０…円筒体
１１、１２…端部キャップ
１５…サポート
１８…陽極の上端
１９…陽極の下端
２０…円錐形状部
２１、２２…チャンバ
２３…内方に傾斜している流れ面
３２…主入口
３４…主出口
３６…プロセス溶液入口管路
３８…プロセス溶液出口管路
４０…プロセス溶液入口バルブ
４１…プロセス溶液出口バルブ
４２…フラッシング溶液入口管路
４３…フラッシング溶液出口管路
４４…フラッシング溶液入口バルブ
４５…フラッシング溶液出口バルブ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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