DE3514963A1 - Anode und verfahren zu ihrer herstellung - Google Patents

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf eine Anode und ein Verfahren
• zu ihrer Herstellung.
• Die elektrolytische Kupferraffination ist ein elektrochemischer Prozeß, bei dem sich das Kupfer aus einer verunreinigten Kupferanode löst und als reines Kupfer an einer Kathode abscheidet. Als Elektrolyt dient im allgemeinen eine saure Kupfersulfat-Lösung.
• Zur Zeit werden Anoden aus unreinem Kupfer entweder mit Hilfe stationärer Gießformen oder mittels einer Tischgießmaschine gegossen. Die Form einer herkömmlichen Anode ist in Fig. 1 und das übliche Profil einer Anodennase vergrößert in Fig. 2 dargestellt.
• Anoden mit einer einem Profil entsprechend Fig. 2 aufweisenden Nase besitzen den Nachteil, nicht genau senkrecht im Elektrolytbehälter zu hängen und somit unterschiedliche Anoden-Kathoden-Entfernungen zu verursachen. Um dies zu verhindern, werden die Nasen entweder durch manuelles Bearbeiten wie zum Beispiel Hämmern zurechtgebogen, oder es werden Keile unter die Nasen geschoben. Einige Hersteller bearbeiten die Anodennasen mit speziellen Fräsmaschinen.
• All diese Maßnahmen sind mit zusätzlichen Kosten verbunden.
• Eine andere bekannte Ausführung mit über die ganze Anodendicke reichenden Nasen zeigt Fig. 3. Um diese Anode entformen zu können, muß die Gießform spezielle Einläße im Nasenbereich aufweisen. Eine so spezielle Gießform läßt sich nur schwierig herstellen; die breiten Nasen erfordern einen größeren Anodenzwischenraum im Behältergehäuse, so daß die Kapazität pro Zelle geringer ist.
• Dieses Problem wurde von J.M. Dompas, M. Govaerts und K.
• Hens in "Up Date On: Continuous Casting of Anodes with Integral Lugs" (ARME, Chicago, Februar 1981) aufgegriffen. Die Verfasser entwickelten ein kontinuierliches Anodengießverfahren. Das Profil einer nach diesem Verfahren hergestellten Anode zeigt Fig. 4. Diese Anode besitzt schmale Nasen; sie hängt senkrecht im Behälter und erfordert keine zusätzliche Bearbeitung. Allerdings ist dieses Verfahren wegen seiner komplizierten Technik mit hohen Investitionskosten verbunden.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anode zu schaffen, die ohne kostenspieliges Nachbearbeiten und ohne unnötigen Materialaufwand sowie nach dem Gießen mit Hilfe einer herkömmlichen Tischgießmaschine senkrecht in einem Elektrolytbehälter hängt.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Anode eine ebene Vorderseite und eine ebene Rückseite aufweist, mindestens eine ein senkrechtes Hängen der Anode in einem Behälter gewährleistende Nase mit einem Umkehrwinkel besitzt, und sich gegen die Nase hin verjüngt. Diese Anode wird in einer im Bereich der Nasen so gestalteten Gießform gegossen, daß sich der Anodenaufhängepunkt vertikal über dem Anodenschwerpunkt befindet. Vor dem Gießen wird die Gießform mit einer Graphitsuspension oder einem anderen Schmiermittel besprüht, damit sich die Anode leicht entformen und der elektrische Kontakt zwischen Anode und Stromzuführung verbessern läßt.
• Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels des näheren erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine Vorderansicht einer bekannten Anode, Fig. 2 einen Querschnitt gemäß der Linie II-II in Fig. 1, Fig. 3 einen Querschnitt einer anderen bekannten Anode, Fig. 4 einen Querschnitt einer weiteren bekannten Anode, Fig. 5 einen Querschnitt der erfindungsgemäßen Anode, Fig. 6 eine isometrische Darstellung einer erfindungsge mäßen Anode, Fig. 7 eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anodengießform, Fig. 8 einen vergrößerten Ausschnitt der Fig. 7 und Fig. 9 eine Seitenansicht der Anode gemäß Fig. 1.
• Fig. 1 und 2 zeigen eine herkömmliche Anode 10 aus einer Platte 12 mit Nasen 14 zum Einhängen der Anode 10 in einen nicht dargestellten Elektrolytbehälter.
• Die in Fig. 2 dargestellte Nase 14 weist eine sich abwärts gegen die Anodenvorderseite 18 neigende Oberseite 16, eine Rückseite 20, eine Vorderseite 22 und eine zur Anodenvorderseite 18 hin ansteigende Unterseite 24 auf.
• Wie bereits erwähnt, vermag die Anode 10 gemäß Fig. 1 und 2 nicht senkrecht in einem Behälter zu hängen (vgl. Fig. 9), es sei denn, die Nasen 14 werden mit Gewalt zurechtgebogen - eine mühsame und bestenfalls halbwegs genaue Methode.
• Eine Alternative zu der Anode gemäß Fig. 1 und 2 ist die in Fig. 3 dargestellte Anode mit über die volle Dicke reichenden Nasen 26, bei deren Herstellung wegen des sich nicht verjüngenden Querschnitts unnötig viel Kupfer benötigt wird. Darüber hinaus sind spezielle, das Entformen der Anode ermöglichende Einlässe in der Gießform erforderlich.
• Das eingangs erwähnte kontinuierliche Gießverfahren, ergibt Anoden 10 - wie in Fig. 4 dargestellt - mit schmalen Nasen 28, die senkrecht im Behälter hängen.
• Fig. 5 zeigt eine erfindungsgemäße Anode 32 mit einer geschnitten dargestellten Nase 30 im weniger dicken oberen Teil, der dadurch entsteht, daß die Platte 36 sich am Übergang 56 zur Nase 30 hin verjüngt. Die Nase 30 besitzt eine abwärts zur Anodenvorderseite 36 geneigte Oberseite 34, eine Vorderseite 38, eine Rückseite 40 und eine Unterseite 42. Die Unterseite 42 besteht aus einem nach unten geneigten Abschnitt 44, einer vertikalen Stufe 46 und einem nach unten geneigten Abschnitt 48. Der Winkel A ist im Vergleich zu der Nase nach Fig. 2 umgekehrt geneigt. Die vertikale Stufe 46 liegt in einer im Idealfall vertikal durch den Schwerpunkt 60 gedachten Ebene F.
• Der beim Einhängen der Anode in einen Behälter durch die Unterbrechung der Unterseite 42 der Nase 30 entstehende Auflagepunkt - also die Stufe 46 - bildet den Aufhängepunkt der Anode 32, die, wenn der Schwerpunkt 60 in der Ebene F liegt, senkrecht im Behälter hängt.
• Eine Anode 32 mit einer erfindungsgemäßen Nase 30 hängt somit ohne zusätzliches Bearbeiten senkrecht im Elektrolytbehälter und läßt sich mittels einer üblichen Tischgießmaschine gießen, sofern der Nasenbereich der Gießform vor dem Gießen regelmäßig mit einem leichten Graphitspray besprüht wird. Der Graphit hat zwei Funktionen: Erstens schmiert er den Nasenbereich der Gießform und erleichtert das Entformen der Anode. Zweitens verhindert er als Reduktionsmittel und guter elektrischer Leiter die Kupferoxydation und verbessert den elektrischen Kontakt zwischen der Anode und dem Kontaktbalken, auf dem die Anode im Elektrolytbehälter hängt. Neben dem Aufbringen des Graphits wird auch die Gießformwölbung laufend kontrolliert. Eine solche Kontrolle der Gießform ist beispielsweise bei Gebrauch einer geteilten Gießform entsprechend der kanadischen Patentanmeldung 465 402 möglich.
• Fig. 7 zeigt eine Gießform 50 mit einem der Nase 30 komplementären Hohlraum 52.
• Fig. 8 zeigt den Hohlraum 52 mit Detail. Bei einer Standard-Anode 32 mit einer Plattenabmessung von 91,4 x 91,4 x 3,8 cm (entsprechend G in Fig. 6) und einem Umkehrwinkel A von etwa 50 beträgt D etwa 2,54 cm und E etwa 3,2 mm. E ist eine Funktion des noch zu definierenden Anoden-"Senkrechthängens".
• Die einen mit der Nase 30 korrespondierenden Hohlraum 52 aufweisende geteilte Gießform 50 befindet sich auf einer Standard-Tischgießmaschine. Der Formenhohlraum 52 der Gießform 50 wird vor dem Gießen mit Graphit besprüht. Das Schmiermittel besteht aus einer Suspension von in Wasser oder einer anderen Flüssigkeit gelöstem Graphit mit oder ohne ein Dispersionsmittel oder ein anderes Agens mit ähnlichen Eigenschaften. Die Anoden 32 lassen sich leicht mit Hilfe eines durch eine Öffnung 54 der Gießform 50 geführten Stößels entformen. Die Leichtigkeit, mit der sich die Anode 32 entformen läßt, ist insofern überraschend, als man lange Zeit annahm, daß ein solches Entformen außerordentlich schwierig sei.
• Bei einer Versuchsreihe wurden über einen längeren Zeitraum vier jeweils 38 Anoden enthaltende Proben genommen und auf ihr Senkrechthängen überprüft.
• Fig. 9 zeigt eine herkömmliche Anode 10, die beim Hängen in einem Behälter um den Abstand B von der Vertikalen C abweicht. Der Punkt 58 kennzeichnet den Schwerpunkt der Anode. Je mehr B gegen Null geht, um so senkrechter hängt die Anode im Behälter. Wenn die Anode in eine zu der aus Fig. 9 ersichtlichen Richtung entgegengesetzte Richtung schwingt, gilt dies als negativer Wert. Der in Fig. 8 gekennzeichnete Abstand E läßt sich je nach Größe und Vorzeichen von B verändern; E ist also eine Funktion der Abweichung der Anodenlage von der Senkrechten. Je größer diese Abweichung ist umso kleiner muß E sein.
• Die Ergebnisse der Versuchsreihe sind in der folgenden Tabelle dargestellt: Versuch Anodenanzahl Abweichung B Durchschnitt Standardabwei-(mm) chung (mm) 1 50 -2.6 +3.0 2 300 -2.8 3.3 3 800 -1.4 t3.6 4 1000 -1.3 +3.0 Herkömmliche Anode gemäß Fig. 2: Direkt nach dem Gießen 27.3 -+7.5 Nach der Nachbehandlung -5.3 6.2 Es ist offensichtlich, daß eine erfindungsgemäße, vorzugsweise auf einer Tischgießmaschine gegossene Anode 32 gemäß Fig. 5 und 6 herkömmlichen, der Aufhängung im Elektrolytbehälter durch manuelles Bearbeiten angepaßten Anoden 10 überlegen sind.
• Wie bereits erwähnt, ließen sich die senkrecht hängenden Anoden nach der Erfindung auf einer gewöhnlichen Tischgießmaschine herstellen, wenn der Nasenbereich der Gießform mit Graphit geschmiert wird. Die so gegossenen Anoden ergeben eine geringere Abweichung von der Senkrechten beim Hängen in einem Elektrolytbehälter als gewöhnliche, nachträglich bearbeitete Anoden. Die damit verbundenen Vorteile bestehen einerseits in der Einsparung von Arbeitskraft und andererseits in einer erhöhten Effizienz. Diese Verbesserungen sind mit minimalen Investitionskosten verbunden. Die Amortisationszeit dürfte 100-mal kürzer sein als bei einem kontinuierlichen Gießen.
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Claims (8)

1. "Anode und Verfahren zu ihrer Herstellung" Patentansprüche: 1. Anode aus einer eine ebene Vorderseite und eine ebene Rückseite aufweisenden Platte mit einer Nase, dadurch gekennzeichnet, daß die Nase '30) einen Umkehrwinkel (A) aufweist.
2. 2. Anode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nase (30) eine abwärts gegen die Vorderseite geneigte Oberseite (34) und eine in mehrere, ein senkrechtes Hängen der Anode (32) in einem Behälter gewährleistende Abschnitte unterteilte Unterseite (42) aufweist.
3. 3. Anode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterseite (42) einen abwärts gegen die Vorderseite geneigten Abschnitt (44), eine aufwärts gegenüber dem Abschnitt (44) gerichtete Stufe (46) und einen vom Abschnitt (46) zur Vorderseite ansteigenden Abschnitt (48) aufweist.
4. 4. Anode nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus Kupfer besteht.
5. 5. Anode nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der durch die Verlängerung des Abschnitts (48) und den Abschnitt (44) bestimmte Umkehrwinkel etwa 5 beträgt.
6. 6. Anode nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch einen Rücksprung (56) im Bereich der Nasen (30).
7. 7. Verfahren zum Herstellen der Anode nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer auf einer Tischgießmaschine angeordneten Gießform mit einem Umkehrwinkel und einem einer Nase mit einer abwärts gegen die Vorderseite der Anode geneigten Oberfläche und einer in mehrere, ein senkrechtes Hängen der Anode in einem Behälter gewährleistende Abschnitte unterteilten Unterseite entsprechenden Hohlraum vor dem Gießen, ein Schmiermittel in die der Nase entsprechende Ausnehmung eingebracht wird.
8. 8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die der Nase entsprechende Ausnehmung so ausgebildet wird, daß die Unterseite der Nase einen abwärts zur Vorderseite der Anode geneigten Abschnitt, einen von diesem Abschnitt aufwärts verlaufenden Abschnitt und einen aufwärts von diesem Abschnitt zur Vorderseite ansteigenden weiteren Abschnitt aufweist.