Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.
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La présente invention a pour objet une méthode et
un dispositif d'isolement et d'ex~raction de métaux en
solution, par voie électrolytique.
La possibilité d'isoler et d'extraire des métaux
en solution par voie électrolytique sur une cathode es-t
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 cout
élevé de l'investissement financier, la recupération de
faibles quantités de métaux.
La présente invention vise à remédier à ces
inconvénients.
; La présente invention vise une méthode
d'extraction d'un métal sélectionné parmi le groupe
constitué d'or, d'argent, de platine, de cadmium, de ~inc,
de plomb et de cuivre, à partir d'un électrolyte, comprenant
'~; les étapes suivantes:
(a) formation d'une enceinte cathodique dans une
chambre de filtration en disposant une cathode,
réalisée en un matériau bon conducteur
d'électricité, entre deux parois filtrantes
réalisées en un matériau non conducteur
d'électricité;
(b) circulation continuelle dudit électrolyte à
travers ladite enceinte cathodique en injectant
sous pression ledit électrolyte à travers une
desdites parois à l'intérieur de ladite enceinte
de ~acon à ce que ledit électrolyte entre en
contact avec ladite cathote en présence de fortes
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turbulences à l'intérieur de ladite enceinte, puis
hors de ladite enceinte a travers l'autre desdites
~ parois, et
:~ (c) électrolyse dudit électrolyte entre ladite cathode
et une anode en contact avec ledit électrolyte,
-
:~ substantiellement exclusivement à l'intérieur de
ladite enceinte avec une densité de courant
~ suffisante pour déposer ledit métal sur ladite
;: cathode, qui se présente a la fois sous une forme~- 10 d'un dépot adhérentà ladite cathode et de métal-: ~ pulvérulent qui se détache de ladite cathode
pendant que ledit électrolyte circule
: ~,
~ continuellement à travers lesdites parois
filtrantes et ladite enceinte d'une telle manière
:~ 15 que ledit métal pulvérulent se trouve captif dansladite autre paroi sous forme d'un dépôt poreux de
particules.
La présente invention vise aussi un dispositif
d'extraction d'un métal sélectionne parmi le groupe
constitué d'or, d'argent, de platine, de cadmium, de zinc,
de plomb et de cuivre, à partir d'un électrolyte, comprenant
:des moyens incluant deux parois filtrantes, séparées
l'une de l'autre, poreuses, capables de retenir des
particules et réalisées en un matériau non conducteur
~ d'électricité formant une enceinte cathodique dans une
chambxe de filtration;
une cathode réalisée en un matériau bon conducteur
d'électricité, disposée dans ladite enceinte entre lesdites
parois;
30~; des moyens pour faire circuler continuellement ledit
électrolyte à travers ladite enceinte cathodique en
:
: injectant sous pression ledit électrolyte à travers une
desdites parois à l'interieur de ladite enceinte de facon à
ce que ledit électrolyte entre entre contact avec ladite
~ ~ .
la -
, ,
' '
;: ' .
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cathode en présence de fortes turbulences à l'intérieur de
ladite enceinte, puis hors de ladite enceite à travers
l'autre desdites parois; et
des moyens pour électrolyser ledit électrolyte entre
ladite cathode et une anode en contact avec ledit
électrolyte, avec une densité de courant suffisante pour
déposer ledit métal sur ladite cathode,qui se présente à la
fois sous une forme d'un dépôt adhérent a ladite cathode et
de métal pulvérulent qui se détache de ladite cathode
pendant que ledit électrolyte circule continuellement à
travers lesdites parois filtrantes et ladite enceinte d'une
telle manière que ledit métal pulvérulent se trouve captif
dans ladite autre paroi sous forme d'un dépot poreux de
particules.
Ainsi, 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 filtran-
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tes situées de part et d'autre de celle-ci, ou recueil-
li dans l'enceinte délimitée par les deux parois filtran-
tes.
La présence des deux parois filtrantes est très
intéressante car permettant d'utiliser de fortes densi-
tés de courant qui accélèrent le processus électrolyti-
que, mais qui ont tendance à produire des dépots de métal
pulvérulent, qui se détachent de la cathode et se trou-
vent par la suite en suspension dans la solution. Or,
lors de la mise en oeuvre du dispositif selon l'inven-
tion, la présence de telles particules n'est pas genan-
te puisque celles-ci sont retenues par les parois fil-
trantes, ou recueillies dans l'enceinte délimitée par
les deux parois filtrantes. I1 est à noter que le vo-
Iume de cette enceinte n'est pas critique et dépend seu-
lement de la quantité de métal à récupérer.
De préférence, selon une autre caractéristi-
que 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.
;De préférence, le sens de circulation de la
solution est dirigé de l'anode vers la cathode, et la
~; cathode est disposée, à l'intérieur de l'enceinte, le
plus loin possible de l'anode, ce qui favorise l'adhé-
rence du métal pulvérulent contre cette dernière.
De préférence, le débit du flux liquide est
choisi à une valeur importante de l'ordre de 10 à 40 1/mn
et par dm de surface cathodlque, ce qul procure des per-
formances très intéressantes permettant une réductionde la surface de la cathode très substantielle par rap-
port à la surface des cathodes des cellules d'électro-
lyse traditionnelles. La circulation de la solution est
obtenue à l'aide d'une pompe, et réalisée de telle fa-
,
'- ' ', ' '-'~' ;, '' ' ' ~ ' '. .'
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- 2a -
çon que l'électrolyte, une fois injecté sous pression
dans la chambre de filtration, passe sous pression par
une paroi filtrante dans l'enceinte cathodique, où il
est soumis à de fortes turbulences autour de la cathode.
La pression et le débit de l'électrolyte sont tels que
le volume de l'enceinte est renouvelé en 1 à 10 secon-
des. Compte tenu de la formation rapide d'un dépôt sur
une surface cathodique réduite, soumise à de fortes den-
.~ sités de courant, la cathode est bien pro-tégée et résis-
te bien à l'agressivité chimique de certains électroly-
, tes.
Ainsi, il en résulte que:
- l'électrolyte traverse la cellule d'électro-
:~ lyse délimitée par les deux parois filtrantes, de tel-
le sorte que le renouvellement de la pellicule liquide
~: en contact avec la cathode est très rapide et se produit
~ au même moment sur tou-te la surface de celle-ci et;
~~ - la cathode est une cathode à surface crois-
sante du fait que la fraction de dépôt métallique non
adhérant à celle-ci et prisonnière des parois filtran-
tes, devient cathodique à son tour. En fin d'électro-
lyse, la surface active est notablement accrue par rap-
port à sa surface initiale. Donc, pour une même inten-
. sité de .courant, la densité du courant cathodique tend
:~ 25 à diminuer. De plus, cette densité est dégressive de
l'extérieur vers l'intérieur, ce qui favorise l'extrac-
tion sélective d'une impureté métallique d'une solution
~. galvanique et, de facon générale, l'isolement complet
.~ du métal contenù dans une solution.
De préférence, et afin de faciliter une récu-
pération ultérieure du métal de façon simple, pratique,
peu onéreuse et sans perte de métal, les .
.
r
'
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parois filtrantes sont réalisées en matière diélectrique entièrement combustible,
' possèdent une épaisseur comprise entre 2 et 20 mm et présentent des pores
~- d'un diamètre compris entre I à 50 microns, et la surface cathodique est com-
prise entre I et 10 dmZ.
5De préf8rence, selon la nature chimique de l'électro-
lyte et selon la concentration en métal de la solution, la
densité de courant cathodique est comprise entre 0 ,1 et 20 A/dm
De préférence, les deux parois filtrantes sont de forme
cylindrique, disposées concentriquement l'une à l'autre, et réunies par deux
10 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 J'ouverture centrale possède un diamètre sensiblernent égal au
diamètre intérieur de la paroi intérieure, la cathode étant lo~ée dans l'espace
15annulaire ménagé entre les deux parois et étant connectée à un fil d'alimentation
traversant l'un des deux embouts.
Ainsi, le sens de circulation de la solution est orienté de l'exté-
rieur vers l'intérieur de la cellule délimitée par les parois filtrantes. Il en ré-
sulte, compte tenu de l'augmentation de la vitesse de la solution dans la paroi
20filtrante extérieure et de la convergence du flux de la solu-tion, une amélioration
du placage des particules métalliques contre la cathode.
De préférence, l'ensemble, constitué par les parois
filtrantes, la cathode et les embouts, peut etre ccnformé pour posséder
les dimensions d'une cartouche filtrante de dimensions "standards".
25Ainsi, il peut 8tre 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 car-
touche 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.
30De préférence, 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 hélicoldalement, I'une des tigespossèdant une longueur au plus égale à celle des parois filtrantes, et l'autre
.
6~7~
tige possèdant une longueur supérieure, 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
5 exemple, lorsqu'il s'agit de récupérer 20 à 50 g d'or au cours d'une opération.
O utre la récupération de métaux précieux en solution ionique, tels
que or, argent ou pla tine, ce dispositif peut servir à la décontamination d'ef-fluents pollués par des métaux lourds dissous tels que cadmium? zinc, plomb,
nickel, cuivre, etc..., ou à la régénération des bains de décap~ge de cuivre
10 et d'alliage de cuivre saturés en métal.
De toute façon, I'invention sera bien comprise à l'aide de la description
qui suit, en référence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exem-
ple non limitatif, une forme d'exécution de ce dispositif:
Figure 1 est une vue très schématique des principaux composants
15 du dispositif en vue d'illustrer le fonctionnement de celui-ci;
Figure 2 est une vue en coupe longitudinale d'une cellule d'électrolyse;
Figure 3 est une vue en coupe transversale de cette cellule selon la
ligne 111-111 de figure 2;
' Figure 4 est une vue d'une installation équipée de la cellule de figures
20 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 compar-
timents, respectivement, inférieur (6) et supérieur (7), par deux parois filtrantes
25 horizontales parallèles l'une à l'autre, respectivement, une paroi filtrante infé-
rieure (8) et une paroi filtrante supérieure (9), la paroi (9).
Entre les deux parois (8) et (9) délimitant une enceinte, 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
30 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 compartiment supérieur de la
.
'
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chambre.
La charnbre de filtration (5) est équipée, à son extrémité supérieure,
d'un trop-plein (17) ramenant le liquide ayant traversé les parois filtrantes
au réservoir (3).
11 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,
10 telle qu'une matière poreuse plastique ou en feutre, rigidifié par une paroi
plastique perforée.
Les épaisseurs des parois filtrantes varient de 2 à 20 mm environ,
et le diamètre des pores varie entre 1 et 50 microns.
En pratique, les électrodes sont mises sous une tension de 5 volts
15 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 l/mn par dm 2 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 cathode. Cette
cellule comprend deux parois (18) et (19) cylindriques et concentriques, possèdant
chacune une longueur de 250 mm, le diamètre de la paroi extérieure (18) é~ant
de 70 mm et le diamètre de la paroi intérieure (19) étant de 30 mm. L'épaisseur
- 30 de la paroi (18) est de 2 mm, tandis que l'épaisseur de la paroi (19) est de
I'ordre de S 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, 17embout (20) se présen-; tant sous forme d'un disque plein, tandis que l'embout (22) se présente sous
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la forme d'une couronne possèdant 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 lon-
gueur 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 sor~e 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 hélicoldalement.La longueur du fil de cuivre est calculée, de tellesorte que la surface des
tiges (24, 25) augmentée de la surface du fil soit de l'ordre de 1 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'électrolyse qui a exactement les dimensions d'une cartouche filtrante utiliséedans les appareils conventionnels de filtration. Cette cellule est avantageusement
réalisée à partir de matériaux combustibles.
La cellule représentée aux figures 2 et 3 peut être montée à l'intérieur
d'une chambre de filtration cylindrique (27) de dimensions st;~ndards, dans la-
~ quelle est disposée une anode (28) insoluble, disposée entre la cartouche et
;~ 20 la paroi intérieure de la chambre.
11 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
25 4, une chambre de préfiltration (30) et une pompe centrifuge (32), le liquideévacué depuis le centre de la paroi filtrante (19) étant recyclé à l'intérieur
de l'installation par la pompe centrifuge (32).
11 est donné, ci-après, un exemple d'utilisation de ce dispositif.
Un électrolyte contenant 1,25 g d'or en solution acide est pompé
~- ~ 30 exactement dans les memes 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 I/h et l'ampérage de 20 Ampères en moyenne.
La teneur d'or résiduel dans la solution étant analysée toutes les
;:
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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 0,005 0,004
11 ressort de ce tableau qu'au bout de 60 heures, la solution peut
10 être considérée comme épuisée en métal précieux. Après arrêt de l'électrolysela cartouche est calcinée et le métal fondu, pour récupérer l'or qu'elle con-
tient, permettant l'obtention d'un lingot très riche en or, puisque contenant
plus de 95 % d'or.
11 est intéressant de noter qu'il n'a été constaté aucune perte d'or
15 significative et qu'une cartouche de cette dimension peut isoler et récupérerplus d'un kg d'or, la rentabilité de l'opération étant assurée dans la mesure
où la cartouche est utilisée pour la récupération d'au moins 20 à 50 grammes
d'or.
Comme il ressort de ce qui précède, I'invention apporte une grande
;~ 20 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 récupération de métaux en solution
ionique.
Comme il va de soi, I'invention ne se limite pas aux seules formes
25 ~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 va-
riantes 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
30 pour réaliser un passage transversal de la solution, sans que l'on sorte pour autant du cadre de l'invention.
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