EA030372B1

EA030372B1 - Конструкция анода для ячеек электровыделения металлов

Info

Publication number: EA030372B1
Application number: EA201691667A
Authority: EA
Inventors: Феликс Прадо Пуэо
Original assignee: Индустрие Де Нора С.П.А.
Priority date: 2014-02-19
Filing date: 2015-02-03
Publication date: 2018-07-31
Also published as: US10309023B2; TW201546332A; EA201691667A1; JP6580057B2; JP2017511428A; EP3108037A2; CN106034404B; PL3108037T3; WO2015079072A2; US20170009359A1; CL2016000367A1; CN106034404A; KR102281669B1; BR112016019065B1; ES2679595T3; WO2015079072A3; AP2016009431A0; PH12016501660B1; PE20161107A1; CA2939337A1

Abstract

Изобретение относится к конструкции анода для ячеек электровыделения металлов, содержащей подвесную анодную штангу, несущую конструкцию из электроизолирующего материала, по меньшей мере одну анодную сетку с подложкой из вентильного металла, снабженной каталитическим покрытием, причем упомянутый по меньшей мере один анод подразделен на по меньшей мере две взаимно изолированные подсетки, индивидуально питаемые электрическим током через проводящие средства, соединенные с упомянутой подвесной анодной штангой, причем конструкция анода дополнительно снабжена по меньшей мере одной электронной системой, содержащей по меньшей мере один токовый зонд и по меньшей мере один исполнительный механизм для индивидуального измерения и управления подачей тока к каждой из упомянутых подсеток.

Description

030372

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к конструкции анода, подходящей для управления равномерным ростом отложения металла, для предотвращения коротких замыканий или уменьшения электрических повреждений анода в электролитических ячейках, используемых, в частности, в установках электровыделения или электрорафинирования цветных металлов.

Уровень техники

Ток, подаваемый к ячейкам электрохимических установок, в частности, установок электровыделения или электрорафинирования металлов, может распределяться по индивидуальным электродам ячеек весьма разнообразным и неравномерным образом, отрицательно влияя на производство. Этот вид явлений может иметь место из-за ряда различных причин. Например, в конкретном случае установок электровыделения или электрорафинирования металлов отрицательно поляризованные электроды (катоды) часто извлекаются из их гнезд для того, чтобы позволить собрать осажденный на них продукт, после чего возвращаются на место для последующего производственного цикла. Это частое манипулирование, которое обычно выполняется для очень большого числа катодов, часто приводит к некачественной переустановке на шины и к некачественному электрическому контакту вследствие возможного образования окалины на соответствующих гнездах. Возможно также, что осаждение продукта на электроде происходит неравномерным образом, с образованием градиентов массы продукта, изменяющим профиль поверхностей катода. Когда это происходит, устанавливается условие электрического неравновесия вследствие зазора между анодом и катодом, который фактически не является больше постоянным вдоль всей поверхности: электрическое сопротивление, которое является функцией величины зазора между каждой парой анод-катод, становится переменным, обостряя проблему неравномерности распределения тока. Такое явление часто наблюдается, например, в случае меди, при этом меньшее осаждение имеет место в верхней части катодов, где присутствует большее количество газа, вызывая увеличение электрического сопротивления.

Другой проблемой, особенно распространенной опять же в случае меди, является случайное формирование дендритных отложений, растущих локально тем быстрее, чем меньше становится локальный зазор между анодом и катодом, до тех пор, пока не установится условие короткого замыкания. В случае короткого замыкания ток стремится сконцентрироваться на короткозамкнутом катоде, что приводит к уменьшению тока на остальных катодах и серьезно мешает производству, которое не может быть восстановлено прежде, чем короткозамкнутый катод не будет отсоединен от ячейки.

Неравномерное распределение тока также приводит к потере качества и производительности, как было упомянуто выше, создавая проблемы в плане целостности и срока службы анодов современной концепции, изготавливаемых из титановых сеток.

В промышленных установках, учитывая большое число присутствующих ячеек и электродов, задачи поддержания равномерного осаждения, предотвращения коротких замыканий или повреждения анода вследствие короткого замыкания являются весьма сложными и практически трудновыполнимы.

Сущность изобретения

Настоящее изобретение позволяет управлять равномерным ростом осаждаемого металла на поверхности катода ячеек электровыделения металлов и/или предотвращать короткое замыкание или повреждение анода, которые могут происходить, например, из-за явления образования дендритов, неравномерного роста отложений или технических аварий, при которых аноды и катоды могут войти в прямой электрический контакт.

Кроме того, настоящее изобретение позволяет поддерживать анод в рабочем состоянии в случае вышеописанных совпадений путем выборочного прекращения подачи электрического тока только к соответствующим ограниченным частям анода, ограничивая производственные потери и оптимизируя процесс осаждения металла.

Следовательно, настоящее изобретение способствует увеличению производительности и качества производства и предохраняет анодную конструкцию.

Различные аспекты изобретения излагаются в прилагаемой формуле изобретения.

В одном аспекте настоящее изобретение относится к анодной конструкции для ячеек электровыделения, содержащих подвесную анодную штангу, несущую конструкцию, выполненную из электроизолирующего материала, по меньшей мере одну анодную сетку, содержащую подложку из вентильного металла, снабженную каталитическим покрытием, причем упомянутая по меньшей мере одна анодная сетка подразделяется на по меньшей мере две взаимно изолированные подсетки, индивидуально питаемые электрическим током через проводящие средства, соединенные с упомянутой подвесной анодной штангой, причем упомянутая анодная конструкция дополнительно снабжена по меньшей мере одной электронной системой, содержащей по меньшей мере один токовый зонд и по меньшей мере один исполнительный механизм для индивидуального измерения и управления подачей тока к каждой индивидуальной подсетке.

Термин "анодная сетка" предназначен определять электрод, обращенный к соответствующему катоду.

Термин "подсетки" предназначен определять ряд проецируемых геометрических поверхностей, на

- 1 030372

которые подразделяется анодная сетка.

Термин "сетка" используется для указания на перфорированную структуру.

Анодная конструкция в соответствии с изобретением может содержать две анодные сетки, связанные с одной и той же подвесной штангой и расположенные на противоположных сторонах несущей конструкции, причем каждая анодная сетка обращена к соответствующему катоду, и причем каждая анодная сетка подразделена на по меньшей мере две подсетки. Анодная конструкция может дополнительно содержать тонкую панель, расположенную между двумя анодными сетками. Эта панель может состоять из множества более мелких субпанелей. Эта панель может иметь общую площадь, сопоставимую с проецируемой площадью поверхности анодной сетки, и быть толщиной несколько миллиметров; она может быть выполнена из такого материала, как пластмасса или смола, стойкого к кислотному электролиту и способная работать при рабочих температурах ячейки.

Подсетки, на которые подразделяется анодная сетка, могут иметь одинаковые или различные площади.

Предпочтительно несущая конструкция из изолирующего материала, так же, как и все элементы, погруженные в электролит во время работы анодной конструкции, должна быть стойкой к среде кислотного электролита.

Анодная конструкция в соответствии с изобретением может иметь преимущество обеспечения посредством ее системы управления током непрерывной работы анода даже в случае образования дендритов или весьма неравномерного отложения металла на катоде за счет отключения только тех секций анодной сетки, которые затрагиваются неравномерностями тока.

Описанные выше подсетки могут быть взаимно изолированы электрически с помощью таких материалов, как пластмассы или смолы. В дополнение к этому или альтернативно подсетки могут быть взаимно изолированы за счет наличия физического зазора между ними. Физический зазор, если он имеется, предпочтительно может быть выбран так, чтобы он был более 3 мм, например примерно 8 мм.

Индивидуальное измерение тока, подаваемого на каждую индивидуальную подсетку, может быть выполнено с помощью прямого измерения или посредством косвенной оценки тока, текущего в подсетку, такой как, например, оценка локальных колебаний температуры или вызывание специфичного электрического отклика на интенсивность тока в пассивных электронных компонентах (например, термисторах или самовосстанавливающихся предохранителях, каждый из которых может действовать и как токовый зонд, и как исполнительный механизм электронной системы).

В одном варианте осуществления анодной конструкции в соответствии с настоящим изобретением упомянутая по меньшей мере одна анодная сетка подразделяется на подсетки с площадью от 25 до 225 _см ².

Термин "площадь" предназначен определять геометрическую спроецированную площадь.

В одном варианте осуществления проводящие средства анодной конструкции в соответствии с изобретением являются металлическими брусками, пластинами или кабелями. Эти проводящие средства могут быть миниатюризированы и/или собраны в одну или более электронных схем.

В одном варианте осуществления металлические бруски, пластины или кабели анодной конструкции в соответствии с настоящим изобретением выполняют из электропроводящего материала с удельным электрическим сопротивлением от 1,5х10^-8 до 3,0х10^-8 Омхм, такого как медь, алюминий или их сплавы. Удельное электрическое сопротивление проводящих средств относится к измерению, выполняемому при температуре 20°С с помощью мультиметра, с использованием четырехпроводного комплекта измерительного оборудования.

В одном варианте осуществления анодная конструкция в соответствии с изобретением имеет упомянутые подсетки со взаимной электрической изоляцией, прикрепленные к упомянутой несущей конструкции из изолирующего материала крепежными средствами.

В одном дополнительном варианте осуществления анодная конструкция в соответствии с изобретением имеет упомянутые проводящие средства и упомянутую по меньшей мере одну электронную систему, встроенную и герметизированную внутри несущей конструкции посредством таких материалов, как смолы или пластмассы.

В одном дополнительном варианте осуществления каждая подсетка анодной конструкции в соответствии с изобретением оборудована по меньшей мере одной электронной системой, которая индивидуально управляет подачей тока на эту подсетку.

В другом варианте осуществления электронная система содержит активные компоненты, такие как транзисторы, МОП-транзисторы, переключатели, переключатели нагрузки, операционные усилители, микроконтроллерные блоки (МСИ), аналого-цифровые преобразователи (АЭС) и/или пассивные электронные компоненты.

Использование активных компонентов может иметь преимущество обеспечения активного управления, а также записи и возможностей управления током, текущим в подсетках.

Для питания этих активных компонентов можно использовать разность электрических потенциалов между анодной конструкцией в соответствии с изобретением и катодной штангой между ячейками или уравновешивающей штангой электролизера, если таковые имеются. Электронная система или один, или

- 2 030372

более из ее компонентов могут быть электрически соединены с проводящими средствами, такими как металлический кабель, проходящий от анодной конструкции и находящийся в электрическом контакте с катодной штангой между ячейками или уравновешивающей штангой.

В другом варианте осуществления электронная система содержит пассивные компоненты, такие как термисторы или самовосстанавливающиеся предохранители (такие как самовосстанавливающиеся предохранители РРТС, также известные как полимерные предохранители с положительным температурным коэффициентом, полипредохранители или полипереключатели). Автор настоящего изобретения обнаружил, что использование этих пассивных компонентов может упростить настройку системы. Термисторы и самовосстанавливающиеся предохранители представляют собой автоматические пассивные устройства, которые обеспечивают косвенное измерение тока, текущего через схему, и предлагают простое средство для управления и предотвращения чрезмерных токов, действуя в качестве как токового зонда, так и исполнительного механизма электронной системы. Они характеризуются сильно нелинейным соотношением между напряжением и током, и они предотвращают отказы вследствие чрезмерного тока путем автоматического прерывания/включения электрического тока в схеме без необходимости во вмешательстве или во внешних источниках питания. Эти пассивные компоненты для управления током могут быть реализованы в совокупности с активными компонентами, которые могут использоваться для целей записи и оповещения.

В другом аспекте изобретение относится к системе для осаждения металла в электрохимической установке электролиза, содержащей по меньшей мере одну описанную выше анодную конструкцию. Эта система может также использоваться в установках гальванизации и электрорафинирования металлов, а также может использоваться для предотвращения коротких замыканий, уменьшения повреждений анода из-за дендритного контакта и/или для управления равномерным осаждением металла. Эта система дополнительно позволяет поддерживать работоспособность анода даже в случае возникновения локализованных аномалий тока путем отключения только частей анодной конструкции благодаря разделению анодной сетки на по меньшей мере две подсетки.

Автор настоящего изобретения обнаружил, что путем выборочного прерывания подачи питания к определенным подсеткам посредством электронной системы возможно сильно замедлить рост дендритов, формирующихся на катоде в направлении, перпендикулярном к поверхности анода, а также получить равномерное осаждение металла на катоде.

В другом аспекте изобретение относится к системе для осаждения металла в установке электровыделения металла, содержащей по меньшей мере одну вышеописанную анодную конструкцию, в которой каждая подсетка электрически соединяется последовательно по меньшей мере с одной пассивной электронной системой, выбираемой из термисторов с положительным температурным коэффициентом или самовосстанавливающихся предохранителей. Для того, чтобы предотвратить отказы из-за чрезмерного тока, каждая пассивная электронная система выбирается в соответствии с параметрами ее характеристического тока. Когда эта пассивная система представляет собой самовосстанавливающийся предохранитель с положительным температурным коэффициентом, параметры ее характеристического тока предпочтительно могут быть выбраны, как описано здесь далее: 1) значение тока удержания равно максимальному номинальному току, который может подаваться в рабочих условиях к каждой индивидуальной подсетке; 2) значение тока срабатывания меньше, чем максимальный безопасный ток для каждой подсетки. Желательно выбирать такую пассивную электронную систему, в которой падение напряжения является устойчивым и низким по значению при номинальных рабочих условиях, чтобы минимизировать потери энергии и перегрев, когда пассивный элемент работает при токах ниже тока удержания.

Следующие определения относятся к значениям, измеряемым при рабочих температурах вышеописанной анодной конструкции, которая описана ранее, обычно от 45 до 55°С.

Термин "ток срабатывания" предназначен определять характеристический порог тока пассивной электронной системы, при прохождении которого электронная система прерывает электрический ток. Только небольшие значения блуждающих токов, известные как токи утечки, могут протекать через пассивный компонент в "отключенном" состоянии.

Термин "ток удержания" предназначен определять характеристический порог тока, при котором или ниже которого пассивный компонент гарантированно не отключит устройство.

Термин "максимальный безопасный ток" предназначен определять максимальный ток, который не ставит под угрозу безопасность и сохранность индивидуальных подсеток и схем.

Термин "номинальный ток" предназначен определять ток, который течет в подсетках при идеальных эксплуатационных условиях, то есть в отсутствие соответствующих критических состояний, возникающих в производственном процессе.

Вышеописанные термисторы или самовосстанавливающиеся предохранители могут быть заключены в заполненные воздухом или пеной камеры, чтобы термически изолировать их от окружающей среды и гарантировать их надежность во время работы.

Автор настоящего изобретения обнаружил, что селективное и своевременное прерывание питания, подаваемого на определенные подсетки, посредством пассивных электронных систем, таких как термисторы или самовосстанавливающиеся предохранители, в преимущественно простой форме предотвраща- 3 030372

ет существенные повреждения подсетки вследствие короткого замыкания, даже в случае контакта дендрита или смещения анодных/катодных контактов, так как эти пассивные компоненты не требуют никаких внешних источников питания и их работа является саморегулируемой.

Вышеописанные системы могут быть спарены с системой регистрации данных и/или системой оповещения. Например, конструкция анода может быть оборудована светоизлучающим диодом (ΕΕΌ), который может использоваться, чтобы обеспечить визуальное предупреждение об аномалии тока, возникшей в по меньшей мере одной подсетке анодной конструкции. В дополнение к этому или альтернативно анодная конструкция в соответствии с настоящим изобретением может быть оборудована беспроводным коммуникационным устройством, которое посылает данные о работе системы на главный центральный компьютер.

В другом аспекте изобретение относится к способу осаждения металла в установке электровыделения металла, в которой для каждой анодной сетки электронная система детектирует ток в каждой подсетке с заранее заданными временными интервалами. Электронная система после выполнения измерения определяет для каждой анодной сетки относительный максимальный ток, циркулирующий в ее подсетках, и прерывает подачу тока к той подсетке или подсеткам, которые соответствуют детектированному относительному максимуму. В такой по меньшей мере одной подсетке система прерывает ток до следующего измерения. Этот способ способствует равномерному росту осажденного металла на поверхности катода.

Поскольку существует разность электрических потенциалов между анодной конструкцией и отключенной подсеткой, электрический потенциал которой соответствует электрическому потенциалу электролита, специалист в данной области техники может использовать эту разность энергии для питания, полного или частичного, активных компонентов электронной системы и/или средств оповещения или записи тока.

В другом аспекте изобретение относится к способу осаждения металла в установке электровыделения металла, в котором для каждой анодной сетки электронная система детектирует ток в каждой подсетке с заранее заданными временными интервалами. Электронная система после выполнения измерения определяет для каждой анодной сетки относительный максимальный ток, циркулирующий в ее подсетках, и сравнивает относительный максимальный ток с некоторым заранее заданным значением. Если значение относительного максимального тока превышает упомянутый предварительно заданный порог, электронная система прерывает подачу тока к подсетке или подсеткам, соответствующим детектированному относительному максимуму, до следующего измерения. Предварительно заданный порог тока может переопределяться после каждого измерения. Его значение может определяться с помощью микроконтроллерного блока на основе, например, истории значений тока для подсеток.

В установке электровыделения или электрорафинирования металлов вышеописанный способ может преимущественно использоваться, например, для равномерного осаждения металла, предотвращения короткого замыкания или уменьшения повреждений анода вследствие короткого замыкания.

В другом аспекте настоящее изобретение относится к способу осаждения металла в установке электрохимического осаждения металла, в котором для каждой анодной сетки электронная система измеряет ток каждой подсетки с заранее заданным временным интервалом и прекращает подачу тока в тех подсетках, если таковые вообще имеются, в которых значения тока превышают некоторый предварительно заданный порог. В таких подсетках система прерывает ток до следующего измерения. Также в этом случае предварительно заданный порог тока может пересматриваться после каждого измерения и может отличаться для различных подсеток. Для каждой анодной сетки можно задать максимальное число подсеток, которые могут быть отключены во время работы, для того, чтобы избежать риска полной остановки системы. В этом случае отключаемые подсетки могут выбираться путем установления приоритетов подсеток в соответствии со значениями их токов, относительным положением и предыдущей истории изменения тока. Вышеописанный способ может преимущественно использоваться, например, для предотвращения коротких замыканий или для уменьшения повреждения анода вследствие короткого замыкания.

В другом аспекте изобретение относится к способу для осаждения металла в установке электровыделения металла, подходящему для предотвращения коротких замыканий или для уменьшения повреждения вследствие короткого замыкания анода, содержащей по меньшей мере одну вышеописанную анодную конструкцию, в котором для каждой анодной сетки электронная система детектирует ток в каждой подсетке с заранее заданными временными интервалами. Для каждой анодной сетки электронная система вычисляет среднее значение тока, протекающего в подсетках, на которые поделена анодная сетка, и вычисляет их относительное отклонение от среднего значения. Под относительным отклонением подразумевают разность между значением тока подсетки и средним значением, поделенную на среднее значение тока. Система прекращает подачу тока к тем подсеткам, в которых относительное отклонение превышает некоторое заранее заданное значение. В таких подсетках система прерывает ток до следующего измерения. Упомянутое заранее заданное значение может изменяться между подсетками и во времени, например, оно может переопределяться блоком микроконтроллера после каждого измерения, и его значение может быть основано на истории изменения величины тока и на положении подсетки.

Некоторые реализации, иллюстрирующие настоящее изобретение, будут теперь описаны со ссыл- 4 030372

кой на приложенные чертежи, которые предназначены исключительно для иллюстрации взаимного

расположения различных элементов применительно к упомянутым конкретным реализациям изобретения; в частности, чертежи не обязательно должны быть выполнены в масштабе.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 показывает трехмерный вид анодной конструкции в соответствии с изобретением, в которой обе анодные сетки разделены на сто подсеток.

Фиг. 2 показывает соединение подсетки с подвесной анодной штангой и связанную с ним возможную систему активного регулирования/прерывания тока.

Фиг. 3 показывает схему соединений подсеток с подвесной анодной штангой и связанную с ней возможную систему пассивного регулирования/прерывания тока.

Фиг. 4 показывает схематическое представление анодной конструкции в соответствии с изобретением, реализующей систему пассивного управления с полипредохранителями, секции (I) и (II) представляют собой вид спереди и вид сбоку анодной конструкции; секции (III) и (IV) соответственно показывают обозначенное поперечное сечение анодной конструкции и увеличенный вид обозначенной части поперечного сечения.

Фиг. 5 показывает схематическое представление анодной конструкции в соответствии с изобретением, реализующей систему активного управления, содержащую блок микроконтроллера и силовые транзисторы, секции (I) и (II) представляют собой вид спереди и вид сбоку анодной конструкции; секции (III) и (IV) соответственно показывают обозначенное поперечное сечение анодной конструкции и увеличенный вид обозначенной части поперечного сечения.

Подробное описание чертежей

На фиг. 1 показана подвесная анодная штанга 100, поддерживающая две анодные сетки, механически соединенные с несущей конструкцией из пяти вертикальных штанг 110. Передняя анодная сетка 101, которая частично закрывает заднюю анодную сетку (не обозначена), подразделяется на 100 подсеток, таких как подсетка 102. Также показаны электрические соединительные кабели 103, изолирующий зазор 104 между подсетками и катод 106. Электронная система регулировки тока может быть размещена в соответствии с местоположением 1051. В дополнение к этому или альтернативно электронная система регулировки тока может быть размещена непосредственно в соответствии с управляемой подсеткой, например, в положении 1052 для подсетки 102.

На фиг. 2 показана блок-схема активной электрической микросхемы, показывающая область, соответствующую схеме 105 электронной системы, соединенной с подсеткой 102 посредством соответствующего соединительного кабеля 103 с одной стороны и с подвесной анодной штангой 100 с другой стороны. Схема 105 активной электронной системы содержит сопротивление (резистор) 109 и комбинацию компонента управления 107 и активного 108 компонента. Последний компонент может быть, например, транзистором, МОП-транзистором, переключающим транзистором или переключателем нагрузки. Элементы 107 и 108 могут сравнивать падение напряжения на сопротивлении с заранее заданным справочным напряжением; когда падение напряжения на сопротивлении больше, чем справочное напряжение в течение заданного промежутка времени, элемент 107 вызывает срабатывание замыкателя затвора элемента 108.

На фиг. 3 показана схема пассивной электрической системы, показывающая область, соответствующую пассивному электронному устройству 101, которое может быть термистором с положительным температурным коэффициентом или самовосстанавливающимся предохранителем, соединенному с подсеткой 102 посредством соответствующего соединительного кабеля 103 с одной стороны и с подвесной анодной штангой 100 с другой стороны.

На фиг. 4 секции I и II показывают соответственно вид спереди и вид сбоку анодной конструкции, реализующей пассивный токовый зонд и компоненты управления, содержащей электропроводящую подвесную штангу 100 с концевыми контактами 101 и две анодные сетки, каждая из которых разделена на 36 подсеток, таких как подсетка 102. Подсетка 102 соединяется с несущим средством 110 с помощью проводящих и химически стойких заклепок 300, которые могут быть выполнены, например, из титана или его сплавов. Секция III показывает поперечное сечение анодной конструкции вдоль пунктирной линии, изображенной на секции I. Область, заключенная в обведенный участок, содержащий несущее средство 110 и подсетку 102, изображена в увеличенном виде на секции IV, которая показывает соединение между подсеткой 102 и несущим средством 110. Несущие средства 110, которые электрически соединены с подвесной анодной штангой (не показано), содержат проводящую штангу 500, которая крепится к печатной плате 450 с помощью заклепок 350. Проводящая штанга 500 соединяется с одним выводом полипредохранителя 410 посредством дорожки 550 печатной платы. Второй вывод полипредохранителя 410 находится в электрическом контакте с подсеткой 102 с помощью заклепки 300. Полипредохранитель 410 заключен в термоизолированную область 250 (которая может быть заполнена, например, термоизолирующей пеной или воздухом). Покрытие из электроизолирующего и химически стойкого материала 200 герметизирует, изолирует и защищает от электролита вышеупомянутые компоненты и схемы, за исключением заклепки 300, которая частично выходит из несущего средства и крепит подсетку 102 к конструкции 110.

- 5 030372

На фиг. 5 секции I и II показывают соответственно вид спереди и вид сбоку анодной конструкции, реализующей активные компоненты управления током, содержащие электропроводящую подвесную анодную штангу 100 с концевыми контактами 101 и две анодные сетки, состоящие из бхб подсеток, таких как подсетка 102. Анодная конструкция дополнительно содержит по меньшей мере один микроконтроллерный блок 130. Кабельное соединение 120 соединяет микроконтроллерный блок с межъячеечной катодной штангой или с катодной уравновешивающей штангой, если она имеется, с одной стороны, и с подвесной штангой 100 с другой стороны (соединения не показаны). Подсетка 102 соединяется с несущим средством 110 с помощью проводящих и химически стойких заклепок 300, которые могут быть выполнены, например, из титана или его сплавов. Секция III показывает поперечное сечение анодной конструкции вдоль пунктирной линии, изображенной на виде I. Область, заключенная в обведенный участок, содержащий несущее средство 110 и подсетку 102, изображена в увеличенном виде на секции IV. Секция IV показывает соединение между подсеткой 102 и несущим средством 110. Несущие средства 110, которые электрически соединены с подвесной анодной штангой (не показано), содержат проводящую штангу 500, которая крепится к печатной плате 450 с помощью заклепок 350. Проводящая штанга 500 соединяется с одним выводом транзистора 420 посредством дорожки 550 печатной платы. Транзистор 420 дополнительно соединяется с шунтирующим сопротивлением 430, которое находится в электрическом контакте с подсеткой 102 посредством заклепки 300. Соединение между шунтирующим сопротивлением 430 и микроконтроллерным блоком 130, а также соединение между микроконтроллерным блоком и затвором транзистора 420 не показаны на чертеже. Эти соединения соответственно переносят входные и выходные сигналы к/от микроконтроллерного блока, который может быть оборудован аналого-цифровым преобразователем (не показан). Транзистор 420 и шунтирующее сопротивление 430 могут быть соединены в соответствии со схемой, изображенной на фиг. 2, с дополнительным управляющим транзистором (не показан). Покрытие из электроизолирующего и химически стойкого материала 200, такого как смола или пластмасса, герметизирует, изолирует и защищает от электролита вышеупомянутые компоненты и схемы, за исключением заклепки 300, которая частично выходит из несущего средства и крепит подсетку 102 к конструкции 110.

Некоторые из наиболее значительных результатов, полученных автором настоящего изобретения, представлены в следующих примерах, которые не предназначены для ограничения объема изобретения.

Пример 1.

Лабораторное испытание выполняли в ячейке электровыделения, содержащей катод и анод, оборудованной электронной системой активного управления током. Лист из нержавеющей стали АРД 316 толщиной 3 мм, шириной 50 мм и высотой 1000 мм использовали в качестве катода; анод состоял из растянутой титановой сетки толщиной 2 мм, шириной 150 мм и высотой 1000 мм, активированной покрытием из смешанных оксидов иридия и тантала и разделенной на подсетки площадью 1 дм² каждая. Катод и анод располагали вертикально обращенными друг к другу с зазором 40 мм между их внешними поверхностями. Дендрит получали искусственно путем вставки винта в качестве центра зародышеобразования в пластину из нержавеющей стали перпендикулярно к аноду так, чтобы кончик винта отстоял на 4 мм от анода. Каждую подсетку электрически соединяли с подвесной анодной штангой и с электронной системой в соответствии со схемой, изображенной на фиг. 2. Для каждой подсетки электронная система содержала два различных МОП-транзистора, один работающий в качестве силового выключателя 108, а другой - в качестве контроллера 107. Силовой выключатель характеризовался пробивным напряжением исток-сток, равным -30 В, и сопротивлением 8 мОм при пороговом напряжении затвора -10 В. Транзистор контроллера характеризовался пробивным напряжением исток-сток, равным -30 В, и сопротивлением 85 мОм при пороговом напряжении затвора 4,5 В. Вместо сопротивления 109 по фиг. 2, использовали шунтирующее сопротивление 2 мОм. 32-битный микроконтроллерный блок с тактовой частотой 67 МГц записывал значения тока каждой подсетки с временными интервалами 1 миллисекунда, вычисляя относительное отклонение от среднего значения тока каждой подсетки. Микроконтроллерный блок был запрограммирован так, чтобы прерывать ток в тех подсетках, в которых относительное отклонение превысило 5%. В дополнение к этому система беспроводной радиосвязи ΖίβΒοο была установлена на аноде и посылала информацию, собранную микроконтроллерным блоком, к главному компьютеру управления для целей управления и оповещения. После 4 дней работы стал очевидным боковой рост меди на дендрите, не достигающий поверхности анода. Получение меди в областях, обращенных к остальным подсеткам, не показало никаких неравномерностей.

Контрпример 1.

Анодную конструкцию по примеру 1 испытывали в тех же самых условиях, но без активации электронной системы управления. Дендрит достиг поверхности анода после 4 ч работы, непоправимо повреждая анод.

Пример 2.

Лабораторное испытание выполняли в лабораторной ячейке, моделирующей ячейку электровыделения, содержащей катод и анодную конструкцию, оборудованную электронной системой пассивного управления током. Лист из нержавеющей стали АРД 316 толщиной 3 мм, шириной 150 мм и высотой 1000 мм использовали в качестве катода; анод состоял из подвесной медной штанги длиной 180 мм, ши- б 030372

риной 20 мм и высотой 40 мм и из растянутой титановой сетки толщиной 1 мм, шириной 155 мм и высотой 1030 мм, активированной покрытием из смешанных оксидов иридия, подразделенной на 18 подсеток, каждая шириной 75 мм и высотой 110 мм, с зазором 8 мм между каждой парой подсеток. Анодную конструкцию также оборудовали светоизлучающим диодом, устройством радиосвязи ΖίβΒοο и трансформатором с выходным напряжением 3,3 В. Трансформатор использовали для питания светоизлучающего диода и устройства Ζί^Βββ, которые были установлены для целей оповещения и управления работой. Каждую подсетку электрически соединяли с подвесной анодной штангой и с электронной системой в соответствии со схемой по фиг. 3. Более конкретно, электронная система содержала полипредохранитель с положительным температурным коэффициентом, характеризуемый током удержания и током срабатывания при температуре 23°С, равными 14,0 и 23,8 А соответственно (исследование зависимости этих параметров от температуры было выполнено автором настоящего изобретения для того, чтобы оценить и проверить эффективность полипредохранителя при рабочих температурах ячейки. Ток удержания при температуре 40°С составлял 12,2 А, а ток срабатывания составлял 25,4 А). Каждая подсетка была дополнительно соединена с диодом. Всего 18 диодов соединяли для формирования диодной схемы ИЛИ, которая подавала питание на трансформатор и активировала светоизлучающий диод только в случае электрического контакта между одной или более подсетками и катодом.

Катод и анод располагали вертикально обращенными друг к другу с зазором 35 мм между их внешними поверхностями. Дендрит получали искусственно путем вставки винта в качестве центра зародышеобразования в катодную пластину из нержавеющей стали перпендикулярно анодной сетке; кончик винта отстоял на 4 мм от анода. После 1 дня работы в потенциостатических условиях с напряжением ячейки 1,8 В медь, осажденная на конце винта, вошла в контакт с противостоящей анодной подсеткой с последующим осаждением меди на конкретной подсетке, загоранием светоизлучающего диода и предупредительным сигналом от устройства связи Ζί§Βοο на главный центральный компьютер. Испытание продолжалось в течение 60 ч, и во время такого переходного процесса медь нарастала вдоль краев панели подсетки. В конце испытания никаких механических повреждений вследствие короткого замыкания на анодной сетке не было; ток находился в диапазоне от 55 до 65 А. В конечном счете получение меди в областях, обращенных к остальным подсеткам, не показало никаких неравномерностей.

Контрпример 2.

Анодную конструкцию, подобную конструкции по примеру 2, испытывали в тех же самых условиях, но без электронной системы управления. Дендрит достиг поверхности анода после 1 дня работы, непоправимо повреждая анодную сетку.

Предыдущее описание не должно трактоваться как ограничивающее данное изобретение, которое может использоваться в соответствии с различными вариантами осуществления без выхода за его рамки и чей объем определяется исключительно прилагаемой формулой изобретения.

По всему тексту описания и формулы изобретения настоящей заявки термин "содержать" и его вариации, такие как "содержащий" и "содержит", не предназначены для исключения присутствия других элементов, компонентов или дополнительных этапов процесса.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Анодная конструкция для ячеек электровыделения, содержащая подвесную анодную штангу, несущую конструкцию из электроизолирующего материала, по меньшей мере одну анодную сетку с подложкой из вентильного металла, снабженной каталитическим покрытием, причем упомянутая по меньшей мере одна анодная сетка подразделена по меньшей мере на две взаимно изолированные подсетки, индивидуально питаемые электрическим током через проводящие средства, соединенные с упомянутой подвесной анодной штангой, причем анодная конструкция дополнительно снабжена по меньшей мере одной электронной системой, содержащей по меньшей мере один токовый зонд и по меньшей мере один исполнительный механизм для индивидуального измерения и управления подачей тока к каждой из упомянутых подсеток.
2. Анодная конструкция по п.1, в которой упомянутая по меньшей мере одна анодная сетка подразделена на подсетки с площадью, находящейся в диапазоне от 25 до 225 см².
3. Анодная конструкция по п.1 или 2, в которой упомянутые проводящие средства являются одним из следующего: металлическими пластинами, стержнями или кабелями.
4. Анодная конструкция по п.3, в которой упомянутые металлические стержни, пластины или кабели изготовлены из электропроводящего материала с удельным электрическим сопротивлением при 20°С от 1,5х10^-8 до 3,0х10^-8 Ом-м.
5. Анодная конструкция по п.4, в которой упомянутый электропроводящий материал выбран из меди, алюминия или их сплавов.
6. Анодная конструкция по любому из пп.1-5, в которой упомянутые взаимно изолированные подсетки прикреплены к упомянутой несущей конструкции из изолирующего материала крепежными средствами.
7. Анодная конструкция по любому из пп.1-6, в которой упомянутые проводящие средства и упо- 7 030372

мянутая по меньшей мере одна электронная система встроены и герметизированы внутри упомянутой изолирующей несущей конструкции посредством смол или пластмасс.
8. Анодная конструкция по любому из пп.1-7. в которой каждая подсетка оборудована упомянутой по меньшей мере одной электронной системой.
9. Анодная конструкция по любому из пп.1-8, в которой упомянутая электронная система содержит активные или пассивные электронные компоненты.
10. Анодная конструкция по п.9, в которой упомянутые пассивные электронные компоненты являются термисторами или самовосстанавливающимися предохранителями.
11. Система для осаждения металла в установке электровыделения металла, содержащей по меньшей мере одну анодную конструкцию по любому из пп.1-10.
12. Система для осаждения металла в установке электровыделения металла, содержащей по меньшей мере одну анодную конструкцию по п.10, при этом каждая подсетка оборудована по меньшей мере одним самовосстанавливающимся предохранителем, и при этом каждый упомянутый самовосстанавливающийся предохранитель характеризуется

положительным температурным коэффициентом;

значением тока удержания, равным заранее заданному значению тока, причем упомянутое заранее заданное значение тока соответствует максимальному номинальному току, который подается к каждой индивидуальной подсетке;

значением тока срабатывания ниже, чем максимальный безопасный ток для каждой подсетки.
13. Способ осаждения металла в установке электровыделения металла, содержащей по меньшей мере одну анодную конструкцию по любому из пп.1-9, включающий этапы

детектирования тока в каждой подсетке каждой анодной сетки с заранее заданными временными интервалами посредством электронной системы;

определения подсеток каждой анодной сетки, соответствующих относительному максимуму тока; прерывания подачи тока к упомянутым подсеткам, соответствующим относительному максимуму

тока, до следующего детектирования.
14. Способ осаждения металла в установке электровыделения металла, содержащей по меньшей мере одну анодную конструкцию по любому из пп.1-9, включающий этапы

детектирования тока в каждой подсетке каждой анодной сетки с заранее заданными временными интервалами посредством электронной системы;

определения подсеток каждой анодной сетки, соответствующих относительному максимуму тока; прерывания подачи тока к упомянутым подсеткам, соответствующим относительному максимуму

тока, если детектированный ток превышает заранее заданный порог, до следующего детектирования.
15. Способ осаждения металла в установке электровыделения металла, содержащей по меньшей мере одну анодную конструкцию по любому из пп.1-10, включающий этапы

детектирования тока в каждой подсетке каждой анодной сетки с заранее заданными временными интервалами посредством электронной системы;

прерывания подачи тока к подсеткам, в которых ток превышает заранее заданный порог, до следующего детектирования.
16. Способ осаждения металла в установке электровыделения металла, содержащей по меньшей мере одну анодную конструкцию по любому из пп.1-9, включающий этапы

детектирования тока в каждой подсетке каждой анодной сетки с заранее заданными временными интервалами посредством электронной системы;

вычисления для каждой анодной сетки среднего значения тока в подсетках;

прерывания подачи тока к подсеткам, в которых разность между детектированным током и средним значением тока, выраженная в процентах от среднего значения тока каждой анодной сетки, превышает заранее заданный порог, до следующего детектирования.

- 8 030372

- 9 030372