CN113939614A - 用于电化学过程的电极组件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于电化学过程的电极组件(1)，该电极组件包括：电流供应装置(2，3)；长形电流分配杆(4‑7)，该长形电流分配杆包括第一末端和第二末端(10，12)；以及片状电极基板(8，9)，该片状电极基板附接到电流分配杆并且具有纵向延伸部和侧向延伸部。电流分配杆包括附接到电流供应装置的第一部分(14)、沿着电极基板延伸的第二部分(15)、以及在第一部分与第二部分之间延伸的第三部分(16)。电流分配杆在其第一末端与第二末端之间是弯折的，并且电流供应装置被定位成侧向地和纵向地超出电极基板。第二部分至少部分地沿着电极基板纵向地延伸。

Description

用于电化学过程的电极组件

技术领域

本发明涉及电极领域，更具体地涉及用于电化学过程的电极组件。

背景技术

电化学过程的一个示例是电解提取，其中可以从含有离子形式金属的溶液中回收金属。这些过程发生在电解池中，电解池包括交替布置的呈一个或多个阴极和一个或多个阳极形式的电极，这些电极浸入溶液中。当电流通过电解池时，所需的金属被镀到阴极上。

这种电化学过程的另一示例是通过电解池产生氯，其中溶液是盐水。

用于这种电化学过程的典型电极组件(比如在US 8038855中示出的电极组件)包括电流供应杆(通常称为吊杆)，该电流供应杆被布置为在跨电解池水平延伸。电极组件进一步包括电流分配杆，这些电流分配杆附接在电流供应杆处并从其竖直地延伸，电化学活性电极基板例如通过焊接来附接到这些电流分配杆上。电极基板通常由基部结构和施加到基部结构上的电化学活性涂层构成。基部结构和涂层的材料、以及电流分配杆的材料适于使用电极组件的过程。电流分配杆由导电材料构成，用于将电流从吊杆传导至电极基板。例如，对于电解提取中使用的阳极，通常使用的导电材料是铜和铝。由于这些材料的例如耐腐蚀性低，需要在这些材料上施加对所使用的电解质溶液具有化学耐受性的金属包覆层。典型地，对于阳极，使用钛包覆层或另一种阀金属包覆层。阀金属也常用于电极基板的基部结构。这些金属被称为成膜金属，当在预期电极组件在其中操作的电解质中作为电极连接时，这些金属具有快速形成钝化氧化膜的特性，从而保护下层金属免受电解质腐蚀。

电流供应杆和电流分配杆的其他替代物是单一固体金属，比如固体钛、固体镍或固体铁。

WO 2014/047689披露了一种电极组件，该电极组件具有导电杆和附接到该导电杆的板。该杆和板由不锈钢制成。导电杆是中空的，并且由铜制成的导电构件被焊接到其内部的杆。导电杆沿着板的顶部边缘延伸，并且在一个实施例中，该导电杆在其末端处部分地弯折，以使更多的板能够浸入电解溶液中。

考虑到可持续性问题，正在开发通过执行恢复过程来重复使用电极组件的技术。然而，典型地，电流供应杆不会以与电流分配杆相同的方式受到防腐蚀保护，这引起阻止这种重复使用的长期问题。

发明内容

将期望提供一种更好地适于整个组件的恢复和重复使用的电极组件。

为了更好地解决这个问题，在本发明的第一方面，提出了一种用于电化学过程的电极组件，该电极组件包括电流供应装置、包括第一末端和第二末端的长形电流分配杆、以及附接到电流分配杆并且具有纵向延伸部和侧向延伸部的片状电极基板。电流供应装置被定位成侧向地和纵向地超出电极基板。电流分配杆在其第一末端与第二末端之间是弯折的。电流分配杆包括附接到电流供应装置的第一部分、沿着电极基板延伸的第二部分、以及在第一部分与第二部分之间延伸的第三部分。第二部分至少部分地沿着电极基板纵向地延伸。利用这种构造，在电解质上方不再存在任何吊杆，而是形成电流分配杆，使得当电极基板浸入电解质中时，电流分配杆的与电流供应装置相连接的第一部分到达电解质的一侧。电流分配杆代替传统的吊杆，并且另外像传统的电流分配杆一样沿着电极基板纵向地延伸，以有效地将电流分配到电极基板。

根据电极组件的实施例，第三部分至少部分地在远离电极基板的纵向中心线的方向上延伸。

根据电极组件的实施例，电流供应装置包括至少一个凹陷孔，并且电流分配杆的第一部分被可释放地接纳在凹陷孔中。由此，提供了柔性附接，这使得能够在电流供应装置处平滑地安装和拆卸电流分配杆。

根据电极组件的实施例，电流分配杆的第一部分以压配合接合的方式接纳在凹陷孔中。压配合提供了快速附接、刚性固位和良好的可释放性。

根据电极组件的实施例，电流供应装置包括两个半部，这两个半部可释放地夹持在第一部分周围。

根据电极组件的实施例，电流分配杆包括芯和外层，所述芯被外层完全覆盖。

根据电极组件的实施例，外层包括芯的纵向延伸表面的包覆层，以及覆盖芯的横向端表面的第一端层和第二端层。因此，芯被包覆层完全包围，在通常暴露的末端也是如此。

根据电极组件的实施例，该电极组件包括数个电流供应装置。

根据电极组件的实施例，该电极组件包括数个电流分配杆。

根据电极组件的实施例，每个电流分配杆均设置有单独的电流供应件。这可以例如通过在电流供应装置处提供单独的连接部分(每个电流分配杆各一个连接部分)来实现、或者通过每个电流分配杆提供一个电流供应装置来实现。

根据电极组件的实施例，该电极组件包括布置在电流分配杆的第一部分处的支撑元件，其中该支撑元件被布置成当安装在电解池处时支撑电极组件。

根据电极组件的实施例，电流供应装置包括用于单独将电流馈送到电流供应装置的电流线缆端子。

根据电极组件的实施例，该电极组件包括两个电极基板，该两个电极基板在电流分配杆的相反侧附接到电流分配杆，使得在电极基板之间提供了空间。

根据电极组件的实施例，该数个电流分配杆包括布置在电极基板的相反侧向边缘处的两个电流分配杆。

根据电极组件的实施例，该电极组件包括布置在电极基板的相反侧向边缘处的第一电流供应装置和第二电流供应装置，其中所述两个电流分配杆中的一个电流分配杆连接到第一电流供应装置，并且所述两个电流分配杆中的另一个电流分配杆连接到第二电流供应装置。

附图说明

现在将更加详细地并参考附图来描述本发明，在附图中：

图1是根据本发明的电极组件的实施例的透视图；

图2是包括图1中所示的电极组件的电解池的截面视图；

图3是电解池和根据本发明的电极组件的另一实施例的一部分的剖视图；以及

图4是根据本发明的电极组件的另一实施例的一部分的截面视图。

具体实施方式

参考图1，呈现了在电解池在使用的、用于电化学过程的电极组件1的第一实施例。电极组件1包括两个电流供应装置2、3，四个电流分配杆4、5、6、7，以及两个电极基板8、9。在最简单的实施例中，电极组件仅包括一个电流供应装置、一个电流分配杆和一个电极基板，但是一般设置数个电流分配杆和数个电流供应装置。本实施例是典型的示例。每个电极基板8、9是片状的、并且具有纵向延伸部和侧向延伸部，该纵向延伸部在安装取向上是竖直的，如图1和图4中所示，该侧向延伸部在安装取向上是水平的。每个电极基板8、9具有相反的第一侧向边缘11和第二侧向边缘13、顶部边缘18、以及相反的底部边缘21，其中这些边缘是相对于安装取向(即，当电极组件1安装在电解池中时，如图4中所示)表示的。电流分配杆4-7彼此以一定距离并排布置，并且电极基板8、9在电流分配杆4-7的相反侧例如通过焊接而被附接到这些电流分配杆，使得在电极基板8、9之间提供空间。电极基板8、9彼此平行布置。因此，由于电极基板8、9被电流分配杆4-7的厚度隔开，所以空间是窄的。电流供应装置2、3被布置成在电极基板8、9的每个侧向边缘11、13处各一个，使得这些电流供应装置侧向地和纵向地超出电极基板8、9定位。换句话说，每个电流供应装置2、3已经相对于电极基板8、9侧向地或水平地、以及纵向或竖直地移位到基板8、9的上方一侧的位置。四个电流分配杆4-7中的第一电流分配杆4和第二电流分配杆5在一个侧向边缘11处与电流供应装置2、3中的第一电流供应装置2连接，并且电流分配杆4-7中的第三电流分配杆6和第四电流分配杆7在另一个相反的侧向边缘13处与电流供应装置2、3中的第二电流供应装置3连接。

每个电流分配杆4-7是长形的，并且具有第一末端10和第二末端12，并且在其第一末端10与第二末端12之间是弯折的。然而，在图1中，仅示出并且表示了第三电流分配杆6和第四电流分配杆7的第一末端10。进一步地，每个电流分配杆4-7具有第一部分14，该第一部分被定位成侧向地和纵向地超出电极基板8、9。在该实施例中，第一部分14包括电流分配杆4-7的第一末端10。第一部分14被附接到电流供应装置2、3。更具体地，第一电流分配杆4和第二电流分配杆5的第一末端被附接到第一电流供应装置2，并且第三电流分配杆6和第四电流分配元件7的第一末端10被附接到第二电流供应装置3。

每个电流分配杆4-7包括第二部分15，该第二部分沿着电极基板8、9延伸，即沿着电极基板8、9的表面的至少一部分、在电极基板的边缘之处或之内在任何方向上延伸。典型地，第二部分15至少部分地并且典型地至少基本上沿着电极基板8、9纵向地延伸，即在安装好的状态下竖直地延伸。此外，每个电流分配杆4-7包括在第二部分15与第一部分14之间延伸的第三部分16。第三部分16至少部分地在远离电极基板8、9的纵向中心线A-A的方向上延伸。

因此，例如，第一电流分配杆4的第二部分15沿着第一电极基板8的第一侧向边缘11延伸。第一电流分配杆4的第二部分15在第一电极基板8的顶部边缘18处变成包括在第三部分16中的突出部分19。因此，突出部分19纵向地突出超过第一电极基板8和第二电极基板9、离开它们之间的空间。在突出部分19的末端处，第一分配杆4作出90度转弯(至少部分地包括在第三部分16中)进入到第一部分14，该第一部分侧向地延伸远离电极基板8、并因此远离纵向中心线A-A。第一部分14延伸进入电流供应装置2，该第一部分可释放地附接在电流供应装置处。第一电流分配杆4的在其第二末端12处的、包括在第二部分15中的端部20朝着纵向中心线A-A和第一电极基板8的底部边缘21倾斜地延伸。

第二电流分配杆5的第二部分15的大部分沿着电极基板8、9纵向地、并且与第一电流分配杆4的第二部分15的对应部分平行地延伸，并且相对于该第一电流分配杆的第二部分朝向中心线A-A侧向地移位。然而，在第二电流分配杆5的第二末端12处，第二部分15一直笔直地延续到第二末端12。靠近每个电极基板8、9的顶部边缘18，第二电流分配杆5已经弯折，使得第二部分15的一部分与第二部分15的大部分成一定角度延伸远离基板8、9的纵向中心线A-A。第二电流分配杆5的第三部分16从顶部边缘18沿相同的倾斜方向延续，并且在进一步弯折之后第三部分16变成侧向延伸的第一部分14。更具体地，第二电流分配杆5从底部边缘21朝向顶部边缘18笔直延伸、在距第一电极基板8的顶部边缘18的较小距离处弯折、倾斜地远离纵向中心线A-A延伸，第二电流分配杆的突出超过第一电极基板8和第二电极基板9的部分再次弯折并且终止于以侧向(即水平)延伸到第一电流供应装置2中的第一部分14。第二电流分配杆5的第一部分14平行于第一电流分配杆4的第一部分14延伸，并且也可释放地与第一电流供应装置2连接。应当注意，如本领域技术人员所理解的，存在许多不同的使电流分配杆弯折的方式，比如不同次数的弯折、在分配杆的其他位置处弯折、不同的弯折角度等。然而，电流分配杆的要求是，当安装在电解池中时，电流分配杆应延伸到电解质的上方一侧，使得电流供应装置不被定位在电解质上方。

第三电流分配杆6和第四电流分配杆7分别是第二电流分配杆5和第一电流分配杆4的拷贝，以纵向中心线A-A镜像，并且与第二电流供应装置3连接。因此，第四电流分配杆7位于电极基板8、9的第二侧向边缘13处，并且第三电流分配杆6位于第二侧向边缘13与纵向中心线A-A之间距第四电流分配杆7一定侧向距离处。因此，电极组件1不包括可与现有技术电极组件中的传统吊杆相似的细节。事实上，在电极基板8、9上方、即电解质正上方，不存在对电流分配杆馈电的电流供应杆。电流供应装置2、3位于电解质的旁边。

每个电流供应装置2、3包括至少一个凹陷孔23，并且在电极组件1的该实施例中，每个电流供应装置2、3包括两个凹陷孔23。凹陷孔23是通孔。然而，在另一实施例中，尽管未示出，但该至少一个凹陷孔不是通孔。电流分配杆4-7的第一部分14已经被可释放地接纳在凹陷孔23中。此外，在该实施例中，第一部分14以压配合接合方式被接纳在凹陷孔23中，同时仍然是可释放的。

此外，电极组件1在下部区域处包括两个间隔件51，在电极组件1的每个侧向边缘处各一个间隔件。间隔件51比电极基板8、9包更厚，并且确保当数个电极组件1布置在电解池中时，它们彼此适当地间隔开。

如图2中所示，电解池40包括含有电解质的槽41和数个浸入槽41中的电极组件1。每个电极组件1悬挂于设置在槽41的口部的两侧的水平支撑表面42、43。更具体地，每个支撑表面42、43包括两个电流轨44、45，即内电流轨44和外电流轨45，这些电流轨沿着支撑表面42、43并排延伸、并且稍微突出高于支撑表面的周围部分。电极组件1的电流供应装置2、3各自搁置在一个内轨44上。外轨45被其他类型的电极组件(未示出)使用。例如，假设所示的电极组件1是阳极，那么阴极搁置在外电流轨45上。阴极的构造可以相似、但也可以不同，比如传统的吊杆-包覆杆构造。因此，电流分配杆4-7经由电流轨44馈送电流。

电极组件25的第二实施例类似于第一实施例，不同之处在于用于电流供应装置的解决方案和将电极组件悬挂在槽41中，如图3中所示。电极组件25包括在电极组件的每一侧的支撑元件26，这些支撑元件布置在电流分配杆27、28的第一部分29、30处。更具体地，每个支撑元件是块状的并且包括两个半部，这两个半部已经在电流分配杆27、28的第一部分29、30处围绕这些电流分配杆连结在一起，并且固定第一部分29、30以使彼此以一定距离延伸。支撑元件26由比如塑料等非导电材料制成，从而使电流分配杆27、28彼此绝缘，并且该支撑元件搁置在槽41的支撑表面43上。此外，电极组件25包括四个电流供应装置，每个电流分配杆4-7各一个电流供应装置。然而，在图3中仅示出了两个电流供应装置31、32，因为仅示出了电极组件25的一侧。如所理解的，电极组件25的该第二实施例是对称的，就像第一实施例一样。每个电流供应装置31、32被布置成靠近相应的电流分配杆27、28的第一末端，并且在支撑元件26与第一末端之间。每个电流供应装置31、32是块状的并且被制成两个半部，这两个半部已经围绕电流分配杆27、28连结。更具体地，电流分配杆27、28被夹持在这些半部之间，这些半部进而借助于两个螺钉33而连结。然而，与第一实施例不同，电流供应装置31、32并不搁置在支撑表面41上，而是在它们之间存在空间。每个电流供应装置31、32设置有至少一个(在该实施例中为两个)电流线缆端子34，这些电流线缆端子中的每一个附接到相应的电流线缆35，而非经由支撑表面处的电流轨来馈送电流。因此，电极组件25可以经由电流线缆35被单独地馈送电流到电流线缆端子34。如容易理解的，每个支撑元件26可以固持多于或少于两个的电流分配杆，这取决于电极组件25的整体设计。

电极组件的第三实施例类似于第二实施例，不同之处在电流分配杆36的第一末端处，如图4所示。在图4中，示出了一个电流分配杆36的端部和电流供应装置37的纵向截面，因此示出了电流供应装置的一个半部。纵向钻孔48从电流分配杆36的第一末端38沿着该电流分配杆的纵向轴线延伸一定距离到该电流分配杆中。覆盖螺钉39已经拧入钻孔中。覆盖螺钉具有一体的垫圈49，该垫圈的直径超过电流分配杆36的直径。

在电极组件的所有上述实施例中，但是特别如图4中所示，电流分配杆4-7、27、28、36由芯46和外层47构成。芯46由导电材料制成，例如铜、铝和银。这样的材料通常会与电极组件1、25用于其中的处理环境、即与电解池40的电解质溶液发生反应。因此，电流分配杆36进一步包括外层47，该外层被布置为防止芯46与处理环境(例如电解质)发生化学反应，这例如可能导致芯46的严重腐蚀，并因此导致电极组件的短的耐久性。芯46在此被包覆在外层47中，该外层选自在处理环境中呈惰性的材料。在用作阳极的电极组件1、25的实施例中，例如，外层47优选地选自阀金属组，例如但不限于钛和钽。在当前优选的实施例中，外层47由钛制成，并且芯46由铜制成。

在电极组件1、25的第一实施例和第二实施例中，外层47完全覆盖电流分配杆4-7、27、28的芯，包括其端表面，即如图1中最佳示出的，包覆层帽50已经焊接到芯46的对应端表面上。这种包覆层帽50优选地与电流分配杆6、7的包覆层47的其余部分具有相同的材料。本领域技术人员理解，可以以不同于焊接到芯的端表面的帽的方式提供外端层。例如，外端层9可以通过紧固元件、通过锡焊、或借助于导电粘合剂来紧固。

然而，在第三实施例中，覆盖螺钉39已经被提供作为包覆层的替代物。螺钉的垫圈49以确保紧密接合的方式与外层47的恰好端表面接合，从而防止电解质到达芯材料。

在所示的实施例中，每个电流供应装置2、3、31、32、37具有矩形截面。然而，电流供应装置的截面可以是任何其他合适的形状，比如正方形、圆形或椭圆形。电流供应装置2、3、31、32、37优选地由导电材料制成，该导电材料例如但不限于铜、铝、银和锌。在优选实施例中，电流供应装置2、3、31、32、37由铜制成。

尽管在附图和前述描述中已经详细展示和描述了本发明，但是这种展示和描述被视为说明性的或示例性的而非限制性的。本发明并不限于所披露的实施例。本发明总体上适用于使用包括具有芯和外层的电流分配杆的电极组件的任何工艺。这样的工艺的示例是电解提取、电镀锌、电解(electroliberation)、氯碱隔膜工艺和使用单极氯酸盐阳极的工艺。

从对附图、本披露和所附权利要求的研究中，本领域技术人员在实践所要求保护的本发明时可以理解和实现所披露的实施例的其他变体。在权利要求中，词语“包括”不排除其他的要素或步骤，并且不定冠词“一种(a/an)”或“一个(a/an)”并不排除多个。在相互不同的从属权利要求中引用某些措施的这种单纯事实并不表明不能有利地使用这些措施的组合。在权利要求中的任何附图标记都不应被解释为对范围进行限制。

Claims (15)

1.一种用于电化学过程的电极组件(1)，包括：

电流供应装置(2，3)；

长形电流分配杆(4-7)，该长形电流分配杆包括第一末端和第二末端(10，12)；以及

片状电极基板(8，9)，该片状电极基板附接到该电流分配杆并且具有纵向延伸部和侧向延伸部；

其中，该电流分配杆包括附接到该电流供应装置的第一部分(14)、沿着该电极基板延伸的第二部分(15)、以及在该第一部分与该第二部分之间延伸的第三部分(16)，其中，该电流分配杆在其第一末端与第二末端之间是弯折的，其中，该第二部分至少部分地沿着该电极基板纵向地延伸，并且其中，该电流供应装置被定位成侧向地和纵向地超出该电极基板。

2.根据权利要求1所述的电极组件，其中，该第三部分(16)至少部分地在远离该电极基板的纵向中心线(A-A)的方向上延伸。

3.根据前述权利要求中任一项所述的电极组件，其中，该电流供应装置(2，3)包括至少一个凹陷孔(23)，其中，该电流分配杆的第一部分被可释放地接纳在该凹陷孔中。

4.根据权利要求3所述的电极组件，其中，该第一部分(14)以压配合接合的方式接纳在该凹陷孔(23)中。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的电极组件，其中，该电流供应装置(2，3)包括两个半部，该两个半部被可释放地夹持在该第一部分(14)周围。

6.根据前述权利要求中任一项所述的电极组件，其中，该电流分配杆包括芯(46)和外层(47)，所述芯被该外层完全覆盖。

7.根据权利要求6所述的电极组件，其中，该外层(47)包括该芯(46)的纵向延伸表面的包覆层、以及覆盖该芯的横向端表面的第一端层和第二端层(50)。

8.根据前述权利要求中任一项所述的电极组件，包括数个电流供应装置(2，3)。

9.根据前述权利要求中任一项所述的电极组件，包括数个电流分配杆(4，5，6，7)。

10.根据权利要求9所述的电极组件，其中，每个电流分配杆(27，28)设置有单独的电流供应件(32，34，35)。

11.根据前述权利要求中任一项所述的电极组件(25)，包括支撑元件(26)，该支撑元件布置在该电流分配杆(27)的第一部分(29)处，其中，该支撑元件被布置成当安装在电解池处时支撑该电极组件。

12.根据权利要求11所述的电极组件，其中，该电流供应装置(31)包括用于单独将电流馈送到该电流供应装置的电流线缆端子(34)。

13.根据前述权利要求中任一项所述的电极组件，包括两个电极基板(8，9)，该两个电极基板在该电流分配杆(4-7)的相反侧附接到该电流分配杆，使得在这些电极基板之间提供了空间。

14.根据权利要求9所述的电极组件，所述数个电流分配杆(4-7)包括两个电流分配杆，该两个电流分配杆布置在该电极基板(8，9)的相反侧向边缘(11，13)处。

15.根据权利要求14所述的电极组件，包括第一电流供应装置和第二电流供应装置(2，3)，该第一电流供应装置和该第二电流供应装置布置在该电极基板(8，9)的相反侧向边缘(11，13)处，其中，所述两个电流分配杆中的一个电流分配杆(4，5)连接到该第一电流供应装置(2)，并且所述两个电流分配杆中的另一个电流分配杆(6，7)连接到该第二电流供应装置(3)。

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