[发明专利]用于从溶液中电沉积金属的压滤装置，其由形成多个阳极电解液腔室和阴极电解液腔室的离子交换膜所形成的分离元件构成，电极与金属产物的自动分离件串联连接

说明书

本发明涉及一种用于从具有低或者高含量的金属溶解于其中的酸性、中性或碱性溶液中电沉积金属的方法。该装置设置用于以无瑕疵和纯净的电解金属板的形式电解产生金属。压滤装置由与溶液串联电连接和液压并联连接的多个电解池构成，每个电解池包括交替的四边形框架和离子交换膜，以交替地形成阳极隔室和阴极隔室。考虑到每个框架包括内表面上的入口和出口以及内表面上的孔，每个隔室提供液体的自由流动，阳极电解液或阴极电解液通过每个隔室并且电解产物以金属或金属化合物形式从阳极电解液隔室排出，或者从阴极电解液隔室排出。除端电极以外的所有电极都是双极的并且设计有垂直基板，各个阳极电解液处于电解池单元时其一侧作为阳极，并且各个阴极电解液处于相邻的电解池单元时其另一侧作为阴极。端电极的外侧包括用于一排电解池的电连接器，使得相邻的基板的电极被插入，而不需要直接彼此接触，形成一组电极板。

背景技术

用于从矿物中萃取金属的方法和装置在广谱中是已知的，技术文献展示了这些技术。

通常，在铜电解液来自粗铜阳极或回收废金属的情况下，该系列的最后工艺为电解提纯；或者如果铜来自溶解于浓硫酸或其它酸性或碱性介质溶液中的氧化铜或硫酸铜，则该系列的最后工艺是电解沉积(以下也称为EW)。在第一种情况下，对于电解提纯，电解液来自硫化铜，而在第二种情况下，对于电解沉积，电解液来自溶剂萃取(以下也称为SX)。在这两种情况下，通过施加电流，溶解的铜沉积在表面上而形成高纯度阴极。进行该工艺的槽通常被称为电解沉积池或电解提纯池，或者追溯到上个世纪，也可被称为电解槽。

在工业中已很好地建立了后一种工艺，例如来自溶剂萃取(SX)的电解液由硫酸盐和硫酸以及杂质铁(<1g/l)、锰和氯构成，其中浓度为：铜为40g/l至45g/l，酸为180g/l至200g/l。添加硫酸钴和瓜尔豆胶，作为改善阴极质量的添加剂。

电沉积所带来的问题之一是形成酸雾(O₂+H₂SO₄)，并且为了保持产品的质量具有可接受的阴极沉积物，具有保持在250A/m²至360A/m²之间的临界电流密度。在此范围以外，阴极可能密度低、有光泽，并且通常在商业上不可接受。技术文献还显示，由于阳极反应，存在大量相关的能量消耗，近似3kWh/kg Cu，并且这与半反应阴极沉积涉及双电子工艺，即二价铜排出金属铜的事实相关。因为亚铜离子比铜离子具有更大的还原电位，这表明亚铜离子分解成铜离子和金属铜的自然趋势，因此不可能在包括一价铜的硫酸环境中进行操作。

为避免从硫酸铜生产铜，工业上采用的最经济的方式是在存在过量氯离子的盐酸环境中进行电解池操作，其执行络合作用，以优化的方式转换不均衡反应的平衡。因此，可以利用氯化铜和氯化钠对矿物进行侵蚀，从而可以使一价铜的含量最大化。利用5g/l至75g/l的Cu⁺与60g/l至300g/l的NaCl以及1M的盐酸获得并且pH不大于2的典型溶液可用于电解沉积工艺。该方法降低了能量消耗，但因为即使在电流密度不大于1kA/m²的情况下操作，阴极的粘附性和光泽度仍然存在问题，所以阴极的质量与利用硫酸铜所获得的质量不相似。为此，罗宾逊等人2010年2月的专利US7,658,833B2通过借助于允许电解液在电解槽中从阳极到阴极进行可控循环的半透膜来改变阴极沉积来解决该问题。

在澳大利亚，氯化技术在工业层次上得到使用，但工厂的腐蚀过度，导致生产停止。因此，现今还没有实施亚铜离子的技术。

另一方面，在任何用于获得可接受质量的金属沉积物的电解系统中，尤其是如果要获得商品化性阴极，如在大多数电解沉积和电解提纯工艺中的情况那样，这由电流密度构成，其与电极的表面积直接相关，因此与电解池的大小及其成本直接相关。因此，任何用于增加电流密度限制而未显着增加其成本的开发都受到高度重视。因此，为减少与阴极相邻的膜在厚度上的增加，其中厚度增加降低扩散率，并且防止上述目的，需要增加对电解液的搅拌。在这方面，有很多专利提出了不同的机制。