CN103890238A - 用于金属电积池的阳极隔室 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种由一个框架形的骨架界定的用于金属电积池的阳极隔室，该阳极隔室包括一个包封物，该包封物包括一个通过一个框架形的凸缘被紧固到所述框架形的骨架上的可渗透隔板，从一个涂敷有至少一个抗腐蚀催化层的阀金属基底开始所获得的至少一个阳极，所述阳极被插入所述包封物内部，以及一个位于所述阳极上方并且由所述隔板以及所述骨架所界定的除雾器。本发明还涉及一种用于金属电积的电化学池，该电化学池包括至少一个此类阳极隔室。

Description

用于金属电积池的阳极隔室
技术领域
本发明涉及一种用于金属电积的池的阳极隔室，该阳极隔室装备有一个阳极，该阳极由一个配备有一个包括催化层的涂层的金属基底组成。该阳极隔室被设计用于容纳在该阳极的表面上由阳极反应产生的氧气泡。
背景技术
电积工艺通常在包含一个电解浴以及多个阳极和阴极的未分隔的电化学池中进行；在此类工艺(例如像铜的电沉积)中，电化学反应在通常由不锈钢制成的阴极处发生，导致铜以金属的形式沉积到阴极自身上。在通常由铅制成的阳极处，由于电化学反应而产生了气态氧，该气态氧以气泡的形式从该电极表面脱离向该电解质表面迁移。一旦它们到达该电解质的自由表面，则气泡破裂产生一种酸雾(气溶胶)，该酸雾基本上由悬浮在覆盖该电解浴的气氛中的酸电解质液滴组成。除了对在周围环境中工作的人们的健康有害之外，这些酸雾对于该电池车间的所有金属零件都是腐蚀性的并且危险的，并且可能损坏存在的仪器装备。
几种化学和物理技术是已知的并且用于控制在金属电沉积池周围的环境中释放出的酸雾的浓度；这些包括采用表面活性剂以及机械法，例如像使用多层漂浮在该电解质表面上的珠粒，这些珠粒沿着一条曲折路径推动这些气体气泡，在该曲折路径处发生酸雾的分离。
近来，已经存在用在一种钛或其他阀金属的表面催化的基底上获得的不可消耗阳极来代替铅阳极的尝试，这些铅阳极经过一定时间以后会释放有害物质。除了保证更好的能量效率之外，这种阳极更加抗腐蚀，而且避免了在该工艺中产生的铅杂质的问题。
然而观察到，在后一种阳极上的析氧以尺寸小得多的气泡(微气泡)的形式析出氧，导致与铅阳极相比更高的酸雾释放。因此上面列举的用于控制酸雾的方法并没有相同的功效。
因而，已经证明了需要提供一种适合用于利用包括表面催化层的阀金属阳极来减少或消除电沉积工艺中的酸雾的新型系统。
发明内容
在所附权利要求中展示了本发明的各个方面。
在一个方面，本发明涉及一种由一个框架形的骨架界定的、金属电积池的阳极隔室，该阳极隔室包括从一个涂覆有至少一个抗腐蚀催化层的阀金属基底开始所获得的一个阳极，所述阳极被插入到一个由可渗透隔板组成的包封物内部，通过一个同样框架形的凸缘将所述可渗透隔板紧固到所述框架形的骨架上，一个除雾器位于该阳极上方并且由所述可渗透隔板以及所述骨架界定。此类配置具有保持将微气泡约束在一个封闭的空间中的优点。用于紧固该可渗透隔板的该框架形的骨架可以是塑料材料，例如，由在末端固定的四个直段形成。用于将该可渗透隔板紧固到该框架上的凸缘元件也可以是塑料材料并且例如通过螺栓连接被固定。
如在此所用的术语阳极隔室意味着应用于在该电沉积池中存在的每个阳极的结构，任选地代替预先存在的铅阳极。
在一个实施例中，该阳极隔室包括一个具有一种机械结构的阳极，该机械结构由一个多孔金属网、一个穿孔片材或一个平面片材组成。
可替代地，该阳极隔室包括一个具有一种机械结构的阳极，该机械结构由平行地安排并且彼此面对的一对多孔金属网或穿孔片材组成。提供一种被细分为两个平行的面对的元件的阳极的后一种方案可以具有将电阻电压降最小化并且将电流分布均匀化的优点。
在一个实施例中，根据本发明的阳极隔室包括一个具有一种单一或双重机械结构的阳极，其中该基底的阀金属是钛并且施加在该基底上的至少一个催化层包括铱氧化物以及钽氧化物。
在一个进一步的实施例中，该阳极隔室包括一个可渗透隔板，该可渗透隔板可以由一个多孔片材或一个例如烃型的阳离子交换膜组成。在该多孔隔板是一种多孔片材的情况下，与气相相接触的片材部分可以任选地配备有一个不透层，以便防止氧向环境的可能的泄露。
在一个实施例中，该除雾器是由一种塑料材料、或一层膨胀塑料泡沫、或紧密堆积的薄叶片(blades)制成。该除雾器具有的目的为阻留被从该液相分离的氧引出的酸性电解质雾。在穿过该除雾器之后，氧被排放到大气中或者优选地被送到一个连接到抽风机上的歧管以进一步降低可能的残留微量酸雾，尽可能地防止其释放到外部环境中去。
在另一个方面，本发明涉及一种用于金属电积的电化学池，该电化学池包括至少一个如以上所描述的阳极隔室。
所提出的结构适合于新构建的通过电化学方式进行金属提取(特别是铜和镍提取)的厂内设施或者作为预先存在的铅电极的代替品。
现在参照附图来描述举例说明本发明的某些实现方式，附图的唯一目的在于说明这些不同的元件相对本发明的所述具体实现方式的相互安排；特别地，这些附图不需按比例绘制。
附图说明
图1显示了一个阳极隔室的可能实施例的正视图以及相对应的侧视图，该阳极隔室包括一个由一对多孔金属网组成的阳极，这对多孔金属网具有安排在它们内部的两个集流排。
具体实施方式
图1显示了该阳极隔室的一个实施例的正视图以及相对应的侧视图，该阳极隔室由一个塑料骨架2、一个紧固凸缘3、固定于该紧固凸缘的一个多孔隔板4、一个由一对彼此面对的平行的多孔金属网5形成的阳极、一个针对防止氧泄露到外部环境的衬里6、多个垫片7、一个除雾器8、多个集流排9以及氧出口喷嘴1所界定。
由诸位发明人所获得的某些最显著的结果呈现在以下实例中，这些实例并不旨在作为本发明的范围的限制。
实例
将如图1中所示的一个阳极隔室组装在一个实验室型实验池中。该池包括两个100cm高并且70cm宽的不锈钢阴极，在该两个阴极之间放置有一个根据图1的阳极隔室，该阳极隔室包括从一个阳极，该阳极由彼此面对的由钛制成的一对70x70cm的平行的多孔金属网组成的基底开始而获得，该基底具有一个基于钽和铱氧化物的总负载量为9g/m2并且以元素计Ta:Ir摩尔比为35:65的催化层。该阳极隔室进一步包括两片用硅石粉末亲水化的多孔聚丙烯，在该多孔聚丙烯的顶部中装备有一个不透气的氯丁橡胶薄层，以及一个由具有100μm平均直径的孔的开孔膨胀聚氨酯体组成的除雾器。在700A/m2的恒定电流密度下对铜进行电积5小时。该电解质含有60g/l的硫酸铜以及100g/l的硫酸。在整个周边上该池液位上方大致40cm的高度处进行酸气溶胶表征持续45分钟的时间。检测到每m3的空气0.3mg气溶胶的平均浓度。
反例
组装了一个池，该池包括两个100cm高并且70cm宽的不锈钢阴极，在该两个阴极之间放置有一个阳极，该阳极是从一个由彼此面对的由钛制成的一对70x70cm的平行的多孔金属网组成的基底开始而获得，该基底具有一个基于钽和铱氧化物的总负载量为9g/m2并且以元素计Ta:Ir摩尔比为35:65的催化层。在700A/m2的恒定电流密度下对铜进行电积5小时。该电解质含有60g/l的硫酸铜以及100g/l的硫酸。将三层具有19mm的直径的空心聚丙烯珠粒放置在该电解质的暴露表面上。在整个周边上该池液位上方大致40cm的高度处进行酸气溶胶表征持续45分钟的时间。检测到每m3的空气1.3mg气溶胶的平均浓度。
上述说明不应旨在限制本发明，可以在不脱离其范围的情况下根据不同实施例来使用本发明，并且其范围仅由所附权利要求书所定义。
在本申请的整篇说明书和权利要求书中，术语“包括(comprise)”以及诸如“包括着(comprising)”和“包括有(comprises)”的其多种变体并不旨在排除其他元件、部件或附加工艺步骤的存在。
仅为了提供本发明的背景的目的而将对文献、行动、材料、装置、物品等等的讨论包括在本说明书中。它并不暗示或表示着，这些事物中的任一者或全部形成了在本申请的各项权利要求的优先权日之前的现有技术基础的一部分或者是在与本发明相关的领域中的公共常识。

Claims (7)

1.用于金属电积池的阳极隔室，该阳极隔室由一个框架形的骨架界定并且包括：
-一个包封物，该包封物包括一个通过一个框架形的凸缘被紧固到所述框架形的骨架上的可渗透隔板，
-至少一个阳极，该阳极从一个涂敷有至少一个抗腐蚀催化层的阀金属基底开始而获得，所述阳极被插入所述包封物内部，
-一个除雾器，该除雾器位于所述阳极上方并且由所述隔板以及所述骨架界定。
2.根据权利要求1所述的用于金属电积池的阳极隔室，其中所述阀金属基底具有一个机械结构，该机械结构由一个多孔金属网、一个穿孔板或一个平面板组成。
3.根据权利要求1所述的阳极隔室，其中所述阀金属基底具有一种机械结构，该机械结构由平行地布置并且彼此面对的一对多孔金属网或穿孔板组成。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的阳极隔室，其中所述基底的阀金属是钛并且所述阳极的所述催化层包括铱和钽的氧化物。
5.根据权利要求1所述的阳极隔室，其中所述可渗透隔板是选自一种多孔片材与一种烃型阳离子交换膜之间。
6.根据权利要求1所述的阳极隔室，其中所述除雾器是由一种塑料材料、或一层膨胀塑料泡沫、或紧密堆积的薄叶片制成。
7.用于金属电积的电化学池，该电化学池包括至少一个根据权利要求1所述的阳极隔室。
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