CN1705773A - 电解处理方法及该电解处理方法中使用的电解槽 - Google Patents

Abstract

限定了一种用于从水溶液中还原出金属的电解处理方法。在电解时，溶液中的金属沉积在阴极的沉积表面上。该处理方法包括以下步骤：在所述沉积表面上形成不均匀的电流密度，从而形成被低电流密度区域隔开的高电流密度区域，高电流密度区域和低电流密度区域之间的差异足以使金属沉积集中于高电流密度区域，从而促进金属在所述沉积表面上的不均匀沉积。还限定了用于从水溶液中电解还原出金属的电解槽。该电解槽包括阴极，该阴极包括沉积表面，在水溶液电解过程中金属沉积在该沉积表面上。在电解槽操作中，该沉积表面具有不均匀电场，该电场具有被弱电场区域隔开的强电场区域。强电场区域与弱电场区域之间的差异足以使金属沉积集中于高电场区域，从而促进金属在所述表面上的不均匀沉积。

Description

电解处理方法及该电解处理方法中使用的电解槽

技术领域

本发明总体上涉及用于从水溶液中还原金属的电解处理方法，并涉及该电解过程中使用的改进阴极。这里公开的发明的主要应用涉及铜的还原，但是本发明也同样可以应用于诸如镍、铅、锌等其他金属的电解还原。

背景技术

用于从矿石和精矿中浸析出母体金属且然后在电解槽中还原母体金属的处理过程在湿法冶金技术领域中是公知的。澳大利亚专利申请No.42999/93(669906)中公开了一个示例。该处理方法包括多个阶段且在氯化物介质中浸析出矿物之后产生含量丰富的液流。在电解槽中对该富含金属的液流进行电解，以从溶液中还原出金属，该金属沉积在电解槽阴极上。在高电流密度的条件下，在阴极上产生高纯度的枝晶铜。在过去，需要定期地去除阴极以剥离金属沉积物薄层，从而保持电解槽中的电流效率。

优选地，电解沉积操作是含量丰富的液流的纯度，以及诸如电流密度、剥离周期、电解槽结构和搅拌程度的一般电解槽参数的函数。因此，本发明的目的是提高电解沉积操作的效率。具体地说，目的之一是提供一种电解处理方法和电解槽结构，该电解槽结构能更好地控制经过阴极的沉积表面的电流密度，从而有助于金属沉积物的形成和去除。

发明内容

本发明的第一方面提供了用于从水溶液中还原金属的电解处理方法，其中在电解过程中，溶液中的金属沉积在阴极的沉积表面上，该处理方法包括下列步骤：

在沉积表面上产生不均匀的电流密度，从而形成被低电流密度区域隔开的高电流密度区域，所述高电流密度区域与低电流密度区域之间的差异足以使金属沉积集中在高电流密度区域，从而促进了金属在沉积表面上的不均匀沉积。

在本发明的环境中，沉积表面可以是单一的结构或者另选地，可由离散的元件形成，这些离散元件可相互分开或者直接接触。

假定沉积表面上的不均匀电流密度提供了这样一种机构，利用该机构可以控制所述表面上的金属沉积。具体地说，该机构允许金属沉积集中在特定区域(即，高电流密度区域)，从而促进所述表面上的不均匀沉积。金属的不均匀沉积由于易于从阴极上去除从而有助于金属还原过程，因此是有益的。

优选地，金属沉积主要集中在高电流密度区域，从而分布在沉积表面上的金属沉积实际上是不连续的。优选地，电解槽操作中金属沉积的浓度在高电流密度区域中大于80％，且更优选地大于95％。

优选地，高电流密度区域和低电流密度区域朝着一个方向沿所述表面延伸，且沿着相反方向交替经过所述表面。利用这种配置，金属沉积为一系列大致线性的条带，该条带状金属沉积物理想地适于利用擦拭动作进行去除，如后面将要详细描述的。

优选地，所述电解处理方法通过提供一阴极而在沉积表面上形成不均匀的电流密度，该阴极在电解槽操作中形成具有强电场区域和弱电场区域的不均匀电场。利用这种配置，强电场区域产生高电流密度区域而弱电场区域产生低电流密度区域。

可以通过许多机构(包括沉积表面的几何形状)以及通过改变沿着沉积表面的阴极和阳极之间的电阻，或通过这些机构的组合，来形成所述不均匀的电场。

所述表面的几何形状影响所述电场并与其表面曲率相关。电场一般平行于所述表面，因此沉积表面的锋利边缘或突出部与平面或凹部区域相比产生高电场区域。通过沿着所述沉积表面采用不同的材料(例如，提供用绝缘材料制成的部分)或通过改变阴极和阳极之间的电流路径长度，可以改变所述电阻。

在一优选实施方式中，通过沉积表面的几何形状且尤其是通过在所述沉积表面上形成一系列交替的脊部和凹部，在沉积表面上产生不均匀电场。由于这种几何形状，在电解槽操作中，与所述凹部相比沿着所述脊部形成了更高的电场。此外，与凹部相比，脊部处的电流路径更短，从而形成这样一种情况，其中与凹部相比脊部处的电阻更低。

所述沉积表面上的电流密度变化可以是这样的，在高电流密度区域和低电流密度区域之间存在明显的分界，或者另选地，在最高电流密度区域与最低电流密度区域之间为较平缓的过渡。

本申请人发现，在最高电流密度区域与最低电流密度区域之间产生平缓的过渡还可以提供良好的沉积图案，从而促进了所述沉积表面上基本上不连续的生长。具体地说，本申请人发现，通过以下操作可以提供良好的性能：使用包括沉积表面的阴极，该沉积表面具有脊部和凹部且在脊部与凹部之间并不存在急剧的跃变，从而在最高电流密度与最低电流密度之间存在较平缓的变化。这种配置产生了有助于金属沉积集中于所述脊部的辅助效果(如下面将详细描述的)，并且因为允许更容易地接近整个沉积表面，还使得更容易去除金属，这与在脊部和凹部之间存在急剧的跃变而产生不易接近的区域的情况相反。

在一优选实施方式中，其中电解槽用于从水溶液中去除铜，高电流密度区域中的电流密度范围为500至2500A/m²且更优选为1000A/m²。优选地，低电流密度区域的电流密度范围为0至2050A/m²且更优选为0至500A/m²。

在其中最高电流密度区域与最低电流密度区域之间为平缓过渡的情况中，“高电流密度”区域与“低电流密度”区域之间的分界在一定程度上是随意的。在这种配置中，所述过渡区域可以被认作是中等电流区域，其相应地位于相邻的“高电流密度”区域与“低电流密度”区域之间的区域。

优选地，所述处理方法还包括通过使一元件经过所述沉积表面而从该沉积表面去除沉积金属的步骤。

优选地，在其中高电流密度区域和低电流密度区域朝着单一方向沿所述沉积表面延伸，且沿着相反方向交替经过所述沉积表面的配置中，所述元件沿着高电流密度区域和低电流密度区域延伸的方向移动。

优选地，在保持电流在水溶液中流动的同时通过所述元件来去除所沉积的金属。这样，所述处理方法实质上可以是连续的。

另一方面，本发明涉及用于从水溶液中电解还原金属的电解槽，所述电解槽包括阴极，该阴极包括沉积表面，在水溶液的电解处理过程中金属沉积在该沉积表面上，其中在电解槽操作中，所述沉积表面具有不均匀的电场，从而使得高电场区域被低电场区域隔开，高电场区域与低电场区域之间的差异足以使得金属沉积集中于高电场区域，从而促进了金属在所述表面上的不均匀沉积。

优选地，所述高电场区域和低电场区域朝着单一方向沿所述表面延伸，且沿相反方向交替经过所述表面。在一特别优选的实施方式中，阴极的沉积表面包括一排交替的脊部和凹部，且脊部形成高电场区域，而凹部形成低电场区域。

使所述沉积表面成形为具有一排交替的脊部和凹部，这非常有益于促进在所述阴极上的大致不连续的金属沉积。一般地，这种成形将促进金属沉积作为枝晶在每个脊部上生长。有利的是，所产生的枝晶易于去除(如下文所述)。所述成形不仅在电解槽的初始操作中提供适当的不均匀电流密度以使金属沉积作为枝晶而集中于所述脊部上，而且还有助于随着所述处理的继续而保持不连续的生长。如将要理解的，一旦金属沉积在所述沉积表面上，所沉积的金属就形成沉积表面的延伸部。具有脊部和凹部的这种配置的一个优点是，随着枝晶在脊部上生长，它们趋于“遮蔽”所述凹部，这进一步防止金属沉积在所述凹部中。此外，水溶液趋于停滞在所述凹部中，这进一步防止了金属沉积在所述凹部中。在本申请人进行的实验中，采用交替的脊部和凹部的型面(profile)，大于98.8％的金属沉积在了所述沉积表面的脊部上。

虽然利用一定范围的型面可以实现包括脊部和凹部的有益效果，但是本申请人发现，其中脊部的顶部与凹部的底部之间的表面大致为线性且在相邻表面之间具有近似60度的内角的规则型面可以提供良好的效果。此外，优选相邻脊部之间的节距处于10-40mm数量级，且更优选为15-25mm，而所述脊部和凹部之间的深度为8-32mm数量级，且更优选在12-20mm的范围内。已经发现具有这些特性的沉积表面产生大致不连续的金属沉积。另一优点是，该型面使得所述表面大致被清洁而不形成会导致不纯的金属沉积的电流密度的“热点”。如果某一位置处的电流密度过高，随着沉积进行，将导致浓度极化(这发生在生长的沉积周围)。发生这种现象时，沉积金属(例如铜)中的杂质含量会相对增大。因此控制该位置处的电流密度是重要的。上述型面的优点是，沉积有金属的高电流密度区域仍然占据阴极总面积的大部分(即，大约为沉积表面的总面积的25-35％)。利用这种配置，电流可以保持为大致恒定的流量，而用不考虑所述表面是否清洗掉了金属沉积或是否已经发生了沉积。这样，在电解槽启动时不需要使电流增大，这是因为所述型面本身并不趋于产生电流密度的强“热点”，而所述热点可能会导致初始金属沉积问题。

在一尤其优选的实施方式中，所述阴极包括薄板，该薄板具有至少一个形成阴极沉积表面的主表面，所述薄板形成为包括有交替的脊部和凹部。所述薄板因此可以限定波纹状的型面。优选地，通过折叠所述薄板来完成该预成形操作，但是也可以通过任何其他工艺(诸如，冲压、研磨、模锻、铸造工艺或它们的组合)来完成。

在一优选实施方式中，所述薄板由钛或类似的抗氧化材料制成。虽然也可以采用其他抗氧化材料，诸如铂、不锈钢、抗腐蚀金属合金，但是钛由于其优良的抗氧化性、避免与诸如铜的金属形成冶金结合的能力、以及其相对可获得性，所以是最优选的。

采用波纹状型面的另一优点是其有助于保持薄板的尺寸稳定性。这种配置有助于克服现有技术配置中板状阴极趋于弯曲和皱折的缺陷。此外，金属作为枝晶或晶体生长沉积在薄板上之后，薄板的尺寸稳定性使得将要使用的擦拭方法易于从薄板上去除沉积物。本申请人已经发现，厚度为1.6mm数量级的钛板可以为这种电解处理提供充分的尺寸稳定性。

优选地，所述薄板在使用中适于连接到一导电横梁上。该横梁支撑使用中的阴极并向其提供电子。

在一个实施方式中，折叠的薄板的相对主表面在阴极操作中用作沉积表面。

在一另选实施方式中，所述阴极由复合结构制成且还包括沿所述薄板延伸的导电元件。该导电元件与所述薄板进行电子通信，从而用于在电解处理中向沉积表面提供电子。使用沿所述薄板延伸的导电元件的一个优点是，使得在由所述板的一个边缘唯一供给电子时所发生的电阻下降最小化。使用导电元件的第二优点是，导电元件可以具有足够的大小以为所述薄板提供刚性从而进一步有助于保持所述阴极的尺寸稳定性。由于采用了该复合结构，因此可以使用更薄的板结构用于所述沉积表面。

在后一结构的优选实施方式中，阴极包括第二薄板，其与第一薄板连接并具有形成阴极的第二沉积表面的主要表面，所述第二薄板被预成形为沿着该沉积表面包括有交替的脊部和凹部。优选地，第二薄板与阴极的第一薄板连接，从而形成沿着所述交替的脊部和凹部的方向延伸的多个凹穴(pocket)。至少其中一些凹穴用于接收阴极的导电元件。

在一优选实施方式中，擦拭设备用于经过阴极的沉积表面以便从该沉积表面去除沉积的材料。在一特别优选的实施方式中，其中阴极包括脊部和凹部型面，所述擦拭设备包括用于定位在沉积表面的相应凹部内的多个突起。在一优选实施方式中，这些突起由陶瓷材料制成，但是也可以由任意其他防腐蚀材料制成。

在一优选实施方式中，所述突起在第一位置和第二位置之间可移动且用于在这两个位置中的任一位置经过所述表面。在第一位置处，所述元件接触或靠近沉积表面，以便从该表面上去除大致所有的沉积材料。在第二位置处，优选地，所述元件与沉积表面隔开且用于去除从所述沉积表面延伸一预定距离的沉积材料。

另一方面，本发明涉及上述任一实施方式中所限定的处理方法或电解槽中所使用的阴极。

另一方面，本发明涉及上述任一实施方式中所限定的电解槽中所使用的擦拭系统。

另一方面，本发明涉及用于从水溶液中电解还原金属的电解槽中所使用的阴极，该阴极包括具有被多个凹部隔开的多个脊部的沉积表面，该阴极的型面用于在电解槽操作处理中使得金属沉积集中于所述脊部，从而促进金属在该表面上的不均匀沉积。

附图说明

虽然在本发明范围内可以有任意实施方式，但是下面将参照附图仅以示例的方式描述本发明的优选实施方式，附图中：

图1是用于处理和还原铜的概括流程图；

图2是根据本发明一个实施例的电解槽的剖视图，且电解槽的擦拭组件处于关闭状态；

图3是图2的电解槽的剖视侧视图；

图4是图2的电解槽的剖视图，且擦拭器处于打开状态；

图5是图2的电解槽中的连接组件的详细视图；

图6是图2的电解槽的剖切立体图；

图7是表示位于阴极板顶部的擦拭器处于打开状态的放大示意图；

图8是表示擦拭器处于关闭状态的放大视图；

图9是图2的电解槽中所使用的阴极面板的前视图；

图10是图9的面板的端视图；

图11是表示与图2的电解槽中的阴极相接合的擦拭器的立体示意图；

图12是沿图11中的线XII-XII剖取的剖视图；

图13是图2的电解槽中所使用的擦拭器的叶片结构的详细视图；

图14和15是图13所示叶片结构的变型；

图16是设计用在图2的电解槽中的可选阴极的立体示意图；和

图17是沿图16的阴极的线XVII-XVII剖取的剖视图。

具体实施方式

图1中示意性表示了包括金属的浸析和电解还原104在内的组合处理过程100。在该处理过程的一优选实施方式中，硫化铜矿石106被供应给多级反向电流浸析处理(multistage counter current leaching process)，在该处理中金属通过氧化被浸出剂溶解。在一优选实施方式中，浸出剂包括复合卤化物类物质，其形成在随后电解阶段的阳极中并作为电解质回收108的一部分反馈到浸析阶段。

通过浸出处理在不同阶段从浸出液中去除处于目标氧化状态的溶解金属。浸出液经过过滤110以去除不需要的固体，诸如硫和氧化铁。浸出液随后经过净化112以去除可能污染随后电解的金属(诸如银和汞)。污染金属可以被沉淀为金属氧化物或碳酸盐形式。

净化后的浸出液随后被供给到电解阶段104，该阶段包括多个以串连和/或并联形式成组的电解槽。每一组电解槽中可以产生不同的金属，且一般在第一组电解槽中电解还原铜金属，而在随后的或平行的电解槽组中还原诸如锌、铅和镍的金属。通常这样来操作该电解处理：使得在阳极产生高氧化性的浸出剂(诸如复合卤化物类物质)。消耗的电解液(阳极液)随后被回收到浸出阶段并包括参与进一步反向电流浸出的高氧化性浸出剂。因此，所述处理可以连续操作。

本发明涉及金属电解还原的优化并涉及电解处理中的重大设计改进，包括改进阴极结构和几何形状。

现在参照图2-5，处理100中使用的电解槽10包括一系列阴极板11，它们设置在电解槽容器50内并被阳极12隔开。供给到电解槽的电解液能使电流在阳极和阴极之间流动。各个阴极的外表面13，14形成电解槽的沉积表面，在电解槽10的操作中待还原的金属沉积在所述表面上。如下面将要详细描述的，阴极板由大致波纹状型面形成，其具有交替的脊部和凹部，从而影响了金属在各个沉积表面13和14上的沉积方式。

电解槽10包括擦拭器系统15，该系统包括用于插入在相应阴极和阳极之间的多个擦拭器组件16，且各个擦拭器组件16的擦拭器17用于移动通过各个阴极11的沉积表面13和14，从而去除那些表面上的金属沉积物。擦拭器17被设置为用于擦净处于预定间隔的各个沉积表面13和14，以使得移去的金属掉落到电解槽10的底部，在该底部中所述金属被传送到输送件18，用于从电解槽中移除。

为实现该擦拭动作，擦拭器系统15包括两个主要运动：第一运动为竖直运动，以允许擦拭器组件16在各个阴极11的顶部和底部之间移动；第二运动允许每个擦拭器组件16中的擦拭器17从打开位置(如图7中最佳示出的)移动到关闭位置(如图8中最佳示出的)。

擦拭器组件16安装在框架32上，该框架的上端固定到四个支撑支杆19，20，21和22上。每个支杆均包括与连接到框架32上的蜗轮24相配合的螺旋轨道23。这样，框架32相对于支杆移动。安装在横梁26上的电机25用于驱动蜗轮24，从而实现擦拭器组件相对于沉积表面13和14的竖直运动。通过该动作，擦拭器能在图2所示的下部位置到图4所示的上部位置之间移动。

框架32支撑着依次与擦拭器组件16连接的连接组件27。连接组件27包括位于擦拭器组件16的各个端部的一对连接板28，该对连接板连接到相应的连接臂29上。曲柄30通过枢转点31可枢转地连接到相应的成对连接板28上。曲柄臂40从曲柄30延伸到擦拭器组件16，从而支撑擦拭器组件的各个端部。连接臂29能通过第二致动器41进行竖直运动。在所示的实施方式中，第二致动器为蜗轮形式，其与形成在相应连接臂上的螺旋轨道相配合。蜗轮转动导致连接臂29转动，从而使得这些臂相对于框架18竖直移动，这反过来又驱动曲柄30以使擦拭器在它们的打开位置和关闭位置之间移动。第二致动器可以被阻尼，以防止擦拭器相对于阴极过紧或干扰阴极。可以通过弹簧加载连接或通过利用气缸代替蜗轮来提供所述阻尼。

如图6最佳示出的，电解槽10中的每行阴极由连接到横梁34上的多个阴极板11形成，因此各个板悬挂在容器50中。横梁34是导电的且连接到电源从而向阴极提供电子。

电解液一般是强腐蚀性的，这是由大致5克分子或更高浓度的碱或碱土金属卤化物引起的。为了使所述部件能在该环境中操作，擦拭器系统15由抗腐蚀材料(优选为钛)制成。其他合适的材料包括铂、不锈钢、抗腐蚀金属合金(诸如镍合金C22)，或者甚至是某些塑料。同样，由于其良好的抗腐蚀性和其避免与金属(诸如铜)形成冶金结合的能力，以及其相对可获得性(因此具有成本效益)，钛成为阴极的最佳选择。避免形成冶金结合的能力提高了使用上述擦拭器系统剥离所述板的能力。

图9和10示出单个阴极板11的结构。在图示的实施方式中，阴极板11由钛板形成，其厚度优选为大约1.6mm。本申请人发现这个厚度的板能为阴极板提供足够的刚度以防止在使用中发生皱折。折叠该钛板以形成大致波纹状的型面，从而分别在各个沉积表面13，14上形成交替的凹部35和脊部36。这些波纹沿阴极板的整个长度在其上边缘37和下边缘38之间延伸。

在所示的实施方式中，相邻脊部36之间的距离为20mm，而脊部36的顶部和凹部35的底部之间的深度约为16mm。形成在波纹板上的壁表面43大致为线性，并且在脊部的顶部和凹部的底部具有近似60度的内角。

在所述阴极中形成波纹的主要目的是在电解槽操作的状态下影响沉积表面13，14上的电流密度。具体地说，沉积表面上的波纹导致电解槽操作中所述沉积表面上的不均匀电场。

阴极的脊部区域的相应高电场和凹部中的相对较低的电流密度使得阴极上的波纹状沉积表面沿阴极的脊部形成高电流密度的条带。这使得金属沉积将集中于高电流密度区域并促进所述表面上的不均匀沉积，从而大部分沉积包括在沉积表面的脊部区域35中。大致不连续的沉积的形成改善了利用擦拭器系统15从阴极去除还原出的金属的能力。

具有凹部和脊部的沉积表面的型面通过两个机构形成不均匀的电场。首先，就所述型面的几何形状而言，型面的表面曲率使得电场在脊部将强于凹部。一般地，电场线总是平行于所述表面。因此，在每个脊部电场沿着那些点集中。其次，脊部的电流路径小于凹部的电流路径。因此，脊部的电阻小于凹部的电阻。

另外，使用波纹型面的阴极使得可以在沉积的主位置(即，沿着脊部)更好地进行控制。如果某一位置处的电流密度过高，则随着沉积的进行，将导致浓度极化(这发生在生长的沉积周围)。当该现象发生时，在沉积金属(例如铜)中将发生杂质含量的相对增长。由于采用了所述波纹型面，沉积的主要位置大约占阴极的总表面积的25-35％。作为质量传递的函数，理想地，沉积表面处的电流应大约为1000A/m²或更少。由于枝晶在表面上生长，所以沉积表面的实际面积随着金属沉积在以前所沉积的金属上而增大。如果阴极上的初始沉积位置太小，则一旦从阴极上去除枝晶，该位置处的电流密度就会变得过高。本申请人通过实验发现，使用波纹状型面可以将在电解槽初始操作时和在枝晶开始生长之后沉积位置处的电流密度保持为大约1000A/m²，从而提供高质量的金属沉积。因此，在所述处理中不需要改变电流。

在阴极上采用波纹型面的另一优点是改善了阴极板的刚度，这是因为波纹型面本身沿所述脊部和凹部的方向比平板更硬。此外，波纹型面理想地适于使用下面将详细描述的擦拭叶片系统来清洁。

参照图11至15，擦拭器17包括安装在一对横杆42之间的指件39。在图示的实施方式中，每个单独的指件由陶瓷材料形成，且横杆由钛形成。各个指件沿横杆42被隔开，从而擦拭器17基本上与波纹状阴极板11的形状相匹配，各个指件位于沉积表面的凹部35内和相关脊部36之上。

如图12最佳示出的，擦拭器系统15被设计为，使得在擦拭器组件16处于它们的关闭位置时，擦拭器17与阴极板11成角度，从而使得各个指件39相对于擦拭器17朝向阴极板11向下运动的路线处于尾部位置。这种配置是优选的，因为其防止了指件卡在所述凹部中，而在指件39相对于擦拭器朝向阴极板向下的运动方向处于引导位置时会发生这种情况。

如上所述，就阴极板11的结构而言，从电解槽还原出的金属集中在电解槽的各个沉积表面的脊部上。这样，当擦拭器17移动通过沉积表面时，从脊部移除的材料会移动到该沉积表面的相邻凹部中。这使得金属累积在所述凹部中，从而会包围所述指件39以保护陶瓷指件39不被磨损。此外，当一定量的材料沿所述沉积表面向下移动时会产生摩擦力，从而在该摩擦力的作用下当从所述表面上拉动所述材料时有助于去除这些材料。为了确保充分清洁该表面而使指件39与沉积表面直接接触是不必要的。

擦拭器系统15的设计的另一优点在于其能进行阴极不同阶段的清洁。具体地说，如上所述，可以通过拉动处于关闭位置的擦拭器17使其经过沉积表面，来去除沉积表面上大量的沉积材料。擦拭器当处于它们的打开位置时也能够移动经过所述沉积表面。这不仅用于充分地清洁沉积表面，而且还保证在沉积表面部分上没有延伸的枝晶生长，否则该枝晶会生长到一定程度而接触阳极，从而使电解槽短路。另外，这允许阴极脊部上的更加一致的成长，有助于控制沿沉积表面的电流密度。

图14和15示出了擦拭器17结构设计的一些变型。如图13中的结构，每个擦拭器17都包括陶瓷指件39。但是，除了使用图13所示的横杆结构42，可以通过内部连杆44来使指件39相互连接。在图14的实施例中，杆44形成为方形截面，而图15中的连杆由两个圆柱形杆45构成。

下面参照图16和17，示出了另选的阴极结构。在该实施例中，阴极形成为复合结构，其中外部沉积表面13，14由独立的薄板限定，所述独立的薄板沿它们各自的侧边缘60，61被紧固在一起，也可以在中间区域62被紧固在一起。

在该实施例中，多个导电杆63形成该结构的一部分，且从横梁34向下延伸，该导电杆通常也由钛形成(或涂覆有钛的铜杆以进一步提高导电性)。一般地，导电杆在板13，14的整个长度上延伸以通过限定在板之间的各个通道并紧固于其上。这种结构提供了改善的通过组件的电子分布，从而使得在仅向薄板的一个边缘供给电子时会发生的电阻下降最小化。此外，已经发现，包括其中导电杆位于通道中的结构的复合结构提高了板的尺寸稳定性，从而阴极可以采用薄板结构(例如，小至1mm)或宽板结构。另外，图16和17的阴极操作原理如上所述。

虽然已经参照多个优选实施例对本发明进行了说明，但是应理解本发明可以实施为多种其他形式。

Claims (33)

1、一种电解处理方法，用于从水溶液中还原金属，其中在电解过程中，使得溶液中的金属沉积在阴极的沉积表面上，该处理方法包括下列步骤：

在所述沉积表面上形成不均匀的电流密度，从而形成被低电流密度区域隔开的高电流密度区域，所述高电流密度区域和低电流密度区域之间的差异足以使金属沉积集中于所述高电流密度区域，从而促进金属在所述沉积表面上的不均匀沉积。

2、根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述高电流密度区域和低电流密度区域朝着一个方向沿所述表面延伸，并且沿相反方向交替经过所述表面。

3、根据权利要求1或2所述的处理方法，其特征在于，电解槽用于从水溶液中还原铜，并且所述高电流密度区域中的电流密度在500-2500A/m²的范围内，且更优选的为1000A/m²。

4、根据上述任一项权利要求所述的处理方法，其特征在于，电解槽用于从水溶液中还原铜，并且低电流密度区域中的电流密度在0-1250A/m²的范围内，且更优选为0-500A/m²。

5、根据上述任一项权利要求所述的处理方法，其特征在于，还包括通过使一元件经过所述表面而从所述沉积表面上去除所沉积的金属的步骤。

6、根据从属于权利要求2的权利要求5所述的处理方法，其特征在于，所述元件沿所述高电流密度区域和低电流密度区域延伸的方向移动。

7、根据权利要求5或6所述的处理方法，其特征在于，在保持电流在水溶液中流动的同时，通过所述元件来去除所沉积的金属。

8、根据权利要求5至7中任一项所述的处理方法，其特征在于，所述元件可在第一和第二位置之间移动，且用于在所述第一或第二位置处经过所述沉积表面。

9、根据权利要求8所述的处理方法，其特征在于，所述元件在其第一位置接触或靠近所述沉积表面，以便从该表面上基本去除所有的沉积材料。

10、根据权利要求7或8所述的处理方法，其中所述元件在其第二位置与沉积表面间隔开，并且用于接合或去除从沉积表面延伸一预定距离的沉积材料。

11、一种电解槽，用于从水溶液中电解还原出金属，所述电解槽包括一阴极，该阴极包括一沉积表面，在电解水溶液时金属沉积在该沉积表面上，其中在电解槽操作中，所述沉积表面具有不均匀的电场，该电场具有被弱电场区域隔开的强电场区域，所述强电场区域与弱电场区域之间的差异足以使金属沉积集中于强电场区域上，从而促进在所述表面上的不均匀金属沉积。

12、根据权利要求11所述的电解槽，其特征在于，所述强电场区域和弱电场区域沿一个方向沿所述表面延伸，并且沿相反方向交替经过所述表面。

13、根据权利要求11或12所述的电解槽，其特征在于，所述阴极的沉积表面包括一排交替的脊部和凹部，所述脊部形成所述强电场区域而所述凹部形成所述弱电场区域。

14、根据权利要求13所述的电解槽，其特征在于，所述阴极包括薄板，该薄板具有至少一个形成所述阴极的沉积表面的主表面，所述薄板被预成形为包括有交替的脊部和凹部。

15、根据权利要求14所述的电解槽，其特征在于，所述薄板具有相对的主表面，每个主表面都形成阴极的沉积表面。

16、根据权利要求15所述的电解槽，其特征在于，对所述薄板进行折叠，以在相对的沉积表面上形成凹部和脊部，且使位于一个沉积表面上的脊部与位于相对的沉积表面上的凹部直接相对，反之亦然。

17、根据权利要求13或14所述的电解槽，其特征在于，所述薄板的厚度大致均匀。

18、根据权利要求14至17中任一项所述的电解槽，其特征在于，所述薄板由钛制成。

19、根据权利要求14所述的电解槽，其特征在于，还包括至少一个沿所述薄板延伸的导电元件，该导电元件与所述薄板进行电通信，从而用于在电解处理中向所述沉积表面提供电子。

20、根据权利要求19所述的电解槽，其特征在于，所述导电元件具有足够的大小以增大所述薄板的刚性。

21、根据权利要求19或20所述的电解槽，其特征在于，所述阴极包括与第一薄板连接的第二薄板，且该第二薄板具有形成阴极的第二沉积表面的主表面，该第二薄板被预成形为沿所述沉积表面包括有交替的脊部和凹部。

22、根据权利要求21所述的电解槽，其特征在于，所述第二薄板与阴极的第一薄板连接，从而形成多个沿所述交替的脊部和凹部的方向延伸的凹穴，所述凹穴用于接收阴极的导电元件。

23、根据权利要求11至21中任一项所述的电解槽，其特征在于，还包括擦拭设备，其用于经过阴极的沉积表面以便从该沉积表面上去除所沉积的材料。

24、根据从属于权利要求13的权利要求23所述的电解槽，其特征在于，所述擦拭设备包括多个突起，所述多个突起用于定位于所述沉积表面的各个凹部内。

25、一种电解槽中使用的阴极，用于从水溶液中电解还原出金属，该阴极具有包括一排交替的脊部和凹部的沉积表面。

26、一种用于去除沉积在权利要求25所述阴极的沉积表面上的金属的机构，该机构包括用于伸入相应凹部中的多个元件，且该多个元件沿所述凹部移动以便从所述脊部和凹部去除所沉积的金属。

27、根据权利要求26所述的机构，其特征在于，所述元件具有大体与所述凹部对应的形状。

28、根据权利要求26或27所述的机构，其特征在于，所述元件由陶瓷材料制成。

29、根据权利要求26至28中任一项所述的机构，其特征在于，所述元件可以在第一位置和第二位置之间枢转操作，其中在第一位置处，所述元件伸入到凹部中，而在第二位置处，所述元件没有如此伸出。

30、基本上如这里参照附图所描述的一种电解处理方法。

31、基本上如这里参照附图所描述的一种电解槽。

32、基本上如这里参照附图所描述的一种阴极。

33、基本上如这里参照附图所描述的一种用于去除沉积在阴极上的金属的机构。

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