EP0017085A1 - Process and apparatus for electro-depositing metals, in particular copper - Google Patents
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- C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
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Definitions
- the invention relates to a method for the electrolytic deposition of metals, in particular copper, in which cathode sheets, in particular thin starting cathode sheets, are used between anodes in the electrolytes at the beginning of the electrolytic deposition.
- anodes and cathodes are used in plate form or plate form in electrolyte baths, so that the metal can be deposited on the cathode plates or plates.
- the anodes and cathodes are arranged as close to each other as possible.
- the short distances between anode and cathode lead to short-circuits between anode and cathode from time to time, which reduce the current efficiency and lower the deposition performance.
- the space-time yield and the current yield are to be increased and the energy consumption is to be reduced.
- the object is achieved in that the cathode sheets are spatially fixed in the electrolyte.
- the spatial fixation in contrast to the known line fixation by clamping the edges, ensures that even a thin cathode cannot move, which would result in parts of the cathode contacting the anode.
- the safety of the electrolysis process is increased so significantly that it is possible to dispense with continuous monitoring of the electrolysis process for short circuits.
- the current yield increases, the residual anode quantity decreases.
- the spatial fixation takes place by defining individual points or small areas of the cathode surface. It is hereby advantageously achieved that the effort compared to a complete spatial fixation, e.g. through a grid, can be significantly reduced.
- the cathode sheets are fixed by indirectly supporting the cathode sheets on the anodes.
- This configuration advantageously makes it possible to dispense with a system for fixation that is rigid in the horizontal direction, since the support in the direction of warpage, i.e. perpendicular to the cathode surfaces, is made by the stable anodes. It is only necessary to fix the fixing points vertically between the anodes and cathodes. A lateral fixation of the cathode sheets is unnecessary.
- the fixing points or areas are unevenly distributed on the two sides of the cathode sheet.
- the number of fixation points can advantageously be reduced further.
- the unequal distribution is possible because it has surprisingly been found that the tendency of the cathode sheets to bulge or move is the same for all cathode sheets which have been produced by the same production method. This is particularly the case if a precise straightening process after the production of the cathode sheets is dispensed with in a cost-saving manner, that is to say they are largely left in the raw state.
- the fixing points or areas are distributed asymmetrically on the individual sides of the cathode sheet. This advantageously takes into account the fact that the upper side of the cathode sheets are already sufficiently fixed relative to the anodes by means of ear straps and holding rods. It is sufficient, for example, if the side of a cathode sheet which tends to bulge is provided with one to three fixings in the central region and the opposite side is provided with two fixings approximately at the lower edge.
- the position of the fixing points or areas is changed during the deposition process. This advantageously ensures that the fixing elements cannot grow into the deposited layer. A relatively slight change in position is sufficient, in particular when fixation elements which are largely in punctiform contact are used in order to prevent the formation of depressions and to prevent the fixation elements from waxing in even during a longer fixation time. The time interval from one change of position to another can be large.
- the change in the position of the fixing points can be adapted particularly favorably to the respective operational requirements. In particular, excessive time intervals are avoided.
- the fixation is released after a predetermined time in accordance with the deposition of a predetermined metal layer thickness. It has been shown that it is possible to remove the fixation of the cathode sheets after a certain time without the cathode sheets being distorted. In this way it is advantageously possible to reduce the number of fixation devices to be used in an electrolysis and thus to reduce the investment costs.
- the fixation is terminated on the day after it starts, preferably 24 hours after the start, or after a multiple of 24 hours.
- the cathode sheets already on the day after the start of the electrolysis especially after a deposition time of 24 hours, have a rigidity which sufficiently prevents warping, although they can still be moved and dented mechanically.
- the electrodes are already sufficient after 24 hours at normal current intensities, for example at 180-200 A / m 2 and normal electrolyte temperature, for example 60 ° C. If you work with lower currents or less favorable temperatures, a separation time of is usually sufficient 2 days to achieve sufficient rigidity of the cathode sheets.
- the daily rhythm is particularly advantageous since the work involved in the fixation of a particularly suitable layer, for example the morning layer, can be transferred. Removing the fixation after only 24 hours or when a corresponding deposition thickness has been reached has the further advantage that it is possible to dispense with changing the position of the fixation points during this short time relative to the length of the anode travel. Overall, there is a very simple and practical method for electrolytic deposition.
- the bath surface is covered and the electrolyte temperature is set higher than 60 ° C.
- the spatial fixation according to the invention makes continuous monitoring of the anodes and cathodes for short circuits superfluous.
- a fixing device to be arranged on at least one side of the cathode, said fixation device resting on the cathode surface.
- the fixation device is designed to rest on both sides of the cathode.
- cathodes can also be spatially fixed, which bulge or reject not only uniformly on one side, but also on the other side. It also prevents the cathode from moving to the free side as a whole in response to bulging or warping.
- the points at which the fixation device rests on the two cathode surfaces are arranged differently on the two cathode surfaces and are in particular in contact with the lower corners and in the middle of the cathode. This can advantageously counteract the main bulge tendency determined in experiments.
- the fixation is carried out in such a way that only the areas at risk of bulging are fixed, but the intermediate areas as well as the upper edge of the cathode, which is already adequately fixed by the ear straps and the cathode support rod, remain fixation-free.
- the fixing device has support elements between the anode and cathode.
- the ' anode which has a stable design both in refining and in extraction electrolysis, is particularly advantageous for supporting and fixing the Cathode used, so that the fixation device itself can be made particularly light and simple.
- the fixation device is particularly easy to handle and can be easily moved or removed.
- the support elements are dimensioned in the size of the distance between the anode and cathode, the security against contact between the anode and cathode can be further increased.
- the support elements are preferably designed as balls, cylinders or prisms, which together with holding elements form the fixing device.
- Spheres, cylinders or prisms have a surface shape that is relatively insensitive to deposits. It is thus easily possible to leave the support elements between the cathode and anode for several days without cleaning them. Bridging is advantageously avoided.
- the balls, cylinders or prisms are held in their vertical position by holding rods or similar elements, so that they can be easily and easily brought into the desired positions.
- fixation devices for a plurality of cathodes are combined to form a handling unit by supporting elements. This will introduce, move and Removal of the support elements is particularly facilitated, since simultaneous fixation is achieved for a larger number of cathodes of an electrolytic cell. Moving and moving the fixation elements thus requires only little effort, which is far below the effort required for non-fixed cathodes for permanent temperature monitoring and fault elimination.
- the support elements and their holding elements are made of material that is not a conductor of electrical current, e.g. Prozellan or hard rubber, but especially made of polyethylene or polypropylene. Furthermore, they are not attacked by the electrolyte liquid and can be used for a long time. The deposition of sludge is particularly difficult on porcelain and smooth plastic surfaces.
- the use of polyethylene and polypropylene is particularly advantageous. From these relatively light materials, ⁇ ⁇ 1.0, spheres, tubes and prism profiles are readily available commercially. The use of these plastics results in a particularly cheap, light and durable design for the fixing device with good usage properties.
- the support elements and their holding elements of a number of contact points on successive cathodes are combined to form a comb-like insert device.
- the comb-like insert device is easy to handle; it is simply inserted into the spaces between the anodes and cathodes at predetermined locations on the cathodes, for example on the sides and in the middle of the cathodes.
- the fixation devices can be placed on the electrode holding rods and that they carry a heat-insulating protective cover on their upper side, which preferably leaves the contact points of the busbars free with the anode ears and the cathode holding rods.
- the handling device can thus be particularly simple and advantageously used. Due to the direct support on the cathode support rods, there is no need for separate support devices and the overall height of the baths increases only insignificantly. At the same time, it is possible to place a heat-insulating protective hood directly on the fixing device. The contact points of the busbars are advantageously not covered so that they continue to be cooled by the indoor air. In this way, the electrolyte temperature can advantageously be increased and the separation efficiency of the electrolyte process can be improved with minimal effort and with the same heating.
- Fig. 1 denotes the support rod for the support elements 2.
- the individual support elements 2 are connected to the support rod 1 by threads or thin rods 3. Despite the simple attachment to the threads or thin rods 3, the support elements 2 remain in their positions between the anode and cathode, since they do not float in the electrolyte.
- the support elements 2 can have any shape, e.g. be designed as a double cone or pyramid. However, balls or profile sections that are readily available or that can be produced for retrofitting are particularly advantageous.
- the length or the diameter of the support elements 2 is chosen to be smaller than the desired distance between the anode and cathode, advantageously approximately 5 mm smaller. So the differences in the cathode thicknesses etc. are taken into account, so that a flawless and easy insertion, movement and removal of the support elements 2 is possible at any time.
- the support elements 2 are preferably made of homogeneous plastic material, but they can also have fillers, for example quartz sand, in order to make their production cheaper and / or to increase their specific weight.
- FIG. 2 shows a summary of the elements 1, 2 and 3 from FIG. 1 to form a dimensionally stable handling unit 4 which has a comb-like appearance.
- the support elements 5 are preferably no longer spherical, cylindrical or prismatic, but wedge-shaped with an upward taper.
- the combination of the elements 1, 2 and 3 into a comb-like device 4 is particularly advantageous for handling and the formation of the supporting elements 5 in a wedge shape is particularly advantageous for preventing the formation of bridges on the supporting elements.
- the preparation of the comb-like device 4 can be done by simply gluing the corresponding individual parts, e.g. of plate cutouts, but also a production by casting or the like. possible.
- the total length of the comb-like device 4 is preferably not more than 4 m, since longer devices become too bulky.
- FIG. 3 shows two anodes 12 and 13 and a cathode sheet 8 arranged between the anodes 12 and 13, which is supported on the anodes 12 and 13 by means of the support elements 6 and 7.
- the support elements 6 and 7 are arranged unevenly on the two sides of the cathode sheet 8, once in the middle and once at the lower edge. They are made of threads or thin rods 15 and 16 held.
- the cathode sheet 8 is held at the top by the ear straps 9, which are pushed onto the cathode support rod 10.
- the cathode support rod 10 is placed in a manner not shown, like the ears 11 of the anodes, on busbars.
- the frame 14 drawn in broken lines is in turn placed on the cathode support rods 10.
- the frame 14 can be made of any material that does not conduct electricity, for example PVC.
- a thermal insulation layer is preferably placed on the frame 14, preferably in the form of a mat. Both fiber and foam mats can be used. It is important that their underside is impermeable to air and that their thermal insulation is so large that no H 2 0 condenses on their underside.
- the method according to the invention for the electrolytic deposition of metals proceeds as follows:
- cathode starting plates are manufactured. This can be done by electrolytic deposition of a layer on a mother plate, from which the deposited layer is removed after the deposition, or for example by cutting rolled thin copper plates.
- the cathode starting plates are then inserted into the electrolyte in the usual way and the fixing device is then introduced.
- the electrolyte is then optionally covered.
- the fixation device is now removed and the deposition continues without the fixation device without problems until the desired final cathode thickness is reached.
- the method according to the invention using the device according to the invention results in an increase in the space-time yield, an increase in the current yield and a reduction in the residual amount with improved cathode quality. Furthermore, a reduced amount of work obtained by the elimination of the continuous E n tpara the plant and a reduction of the thermal Color color. A cover can also be advantageously made which saves heating steam and results in a better indoor climate.
- the method and the device according to the invention were developed for copper refining.
- the invention is in no way limited to copper refining. It can be used wherever metals are electrolytically deposited on cathode sheets, e.g. in nickel or cobalt electrolysis. There are also considerable advantages when using inert cathode sheets, since the expensive titanium or stainless steel cathode sheets are made thinner and considerable investment costs can be saved.
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum elektrolytischen Abscheiden von Metallen, insbesondere Kupfer, bei dem zu Beginn der elektrolytischen Abscheidung Kathodenbleche, insbesondere dünne Startkathodenbleche, zwischen Anoden in den Elektrolyten eingesetzt werden.The invention relates to a method for the electrolytic deposition of metals, in particular copper, in which cathode sheets, in particular thin starting cathode sheets, are used between anodes in the electrolytes at the beginning of the electrolytic deposition.
Bei der elektrolytischen Raffination und Gewinnung von Metallen, insbesondere von.Kupfer, werden in Elektrolytbäder eine große Zahl von Anoden und Kathoden in Plattenform oder Blechform eingesetzt, damit sich das Metall auf den Kathodenblechen oder -platten abscheiden kann. Um die Abscheideleistung zu erhöhen, werden die Anoden und Kathoden so nah wie möglich aneinander angeordnet. Bekannterweise kommt es wegen der geringen Abstände zwischen Anode und Kathode von Zeit zu Zeit zu Kurzschlüssen zwischen Anode und Kathode, die die Stromausbeute verringern und die Abscheideleistung sinken lassen.In the electrolytic refining and extraction of metals, in particular copper, a large number of anodes and cathodes are used in plate form or plate form in electrolyte baths, so that the metal can be deposited on the cathode plates or plates. To increase the separation efficiency, the anodes and cathodes are arranged as close to each other as possible. As is known, the short distances between anode and cathode lead to short-circuits between anode and cathode from time to time, which reduce the current efficiency and lower the deposition performance.
Um Kurzschlüsse zu verhindern, ist es z.B. aus der Deutschen Offenlegungsschrift 25 08 094 bekannt, die Kathodenbleche an ihren Rändern in Halterungen aus nicht metallischem Material zu führen. Der Investitionsaufwand, der sich durch diese Halterungen ergibt, ist jedoch beträchtlich. Außerdem nehmen die Randzonen, die abgedeckt sind, an der Abscheidung nicht teil.In order to prevent short circuits, it is known, for example from German Offenlegungsschrift 25 08 094, to guide the cathode sheets at their edges in holders made of non-metallic material. The investment that results from these brackets is, however pregnant. In addition, the marginal zones that are covered do not participate in the deposition.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Elektrolyseverfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben, das den bei der bekannten Halterung notwendigen Aufwand erheblich verringert, die Ausnutzung der gesamten Kathodenfläche erlaubt und darüber hinaus insbesondere für dünne Kathodenbleche geeignet ist, die z.B. dadurch erhalten werden, daß eine auf einem Mutterblech ebenfalls elektrolytisch abgeschiedene dünne Schicht, die anschließend von dem Mutterblech abgezogen wurde, als Kathodenblech verwendet wird. Dabei sollen die Raum - Zeit Ausbeute und die Stromausbeute erhöht sowie der Energieverbrauch verringert werden.It is an object of the invention to provide an electrolysis process and a device for carrying out the process, which considerably reduces the outlay required in the known mounting, allows the use of the entire cathode surface and is also particularly suitable for thin cathode sheets, which e.g. can be obtained by using a thin layer, likewise electrolytically deposited on a mother plate, which was subsequently removed from the mother plate, as the cathode plate. The space-time yield and the current yield are to be increased and the energy consumption is to be reduced.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Kathodenbleche im Elektrolyt räumlich fixiert werden. Durch die räumliche Fixierung im Gegensatz zur bekannten Linienfixierung durch Einspannen der Kanten wird erreicht, daß auch eine dünne Kathode keine Bewegung ausführen kann, die ein Anliegen von Teilen der Kathode an die Anode zur Folge hätte. Auf diese Weise wird die Sicherheit des Elektrolyseverfahrens so erheblich gesteigert, daß auf eine fortwährende Überwachung des Elektrolysevorgangs auf Kurzschlüsse verzichtet werden kann. Die Stromausbeute steigt, die Anodenrestmenge sinkt.The object is achieved in that the cathode sheets are spatially fixed in the electrolyte. The spatial fixation, in contrast to the known line fixation by clamping the edges, ensures that even a thin cathode cannot move, which would result in parts of the cathode contacting the anode. In this way, the safety of the electrolysis process is increased so significantly that it is possible to dispense with continuous monitoring of the electrolysis process for short circuits. The current yield increases, the residual anode quantity decreases.
In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die räumliche Fixierung durch eine Festlegung einzelner Punkte oder kleiner Bereiche der Kathodenfläche erfolgt. Hierdurch wird vorteilhaft erreicht, daß der Aufwand gegenüber einer vollständigen räumlichen Fixierung, z.B. durch ein Gitter, erheblich gesenkt werden kann.In an embodiment of the invention it is provided that the spatial fixation takes place by defining individual points or small areas of the cathode surface. It is hereby advantageously achieved that the effort compared to a complete spatial fixation, e.g. through a grid, can be significantly reduced.
Überraschenderweise hat sich dabei herausgestellt, daß die Anzahl der Fixierungspunkte oder -bereiche sehr klein sein kann, ohne daß der gewünschte Effekt der ausreichenden räumlichen Fixierung verloren geht.Surprisingly, it has been found that the number of fixation points or areas can be very small without losing the desired effect of sufficient spatial fixation.
In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, daß die Fixierung der Kathodenbleche durch eine mittelbare Abstützung der Kathodenbleche an den Anoden erfolgt. Durch diese Ausbildung kann vorteilhaft auf ein in horizontaler Richtung starres System für die Fixierung verzichtet werden, da die Abstützung in Verzugsrichtung, d.h. senkrecht zu den Kathodenflächen, von den stabilen Anoden vorgenommen wird. Es muß lediglich noch eine vertikale Festlegung der Fixierungspunkte zwischen den Anoden und Kathoden erfolgen. Eine seitliche Fixierung der Kathodenbleche ist überflüssig.In a further embodiment of the method it is provided that the cathode sheets are fixed by indirectly supporting the cathode sheets on the anodes. This configuration advantageously makes it possible to dispense with a system for fixation that is rigid in the horizontal direction, since the support in the direction of warpage, i.e. perpendicular to the cathode surfaces, is made by the stable anodes. It is only necessary to fix the fixing points vertically between the anodes and cathodes. A lateral fixation of the cathode sheets is unnecessary.
In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, daß die Fixierungspunkte oder -bereiche auf den beiden Kathodenblechseiten ungleich verteilt sind. Hierdurch kann vorteilhaft die Zahl der Fixierungspunkte weiter verringert werden. Die ungleiche Verteilung ist dadurch möglich, daß sich überraschenderweise gezeigt hat, daß die Tendenz der Kathodenbleche, sich auszubeulen oder zu bewegen, bei allen Kathodenblechen, die nach der gleichen Herstellungsmethode hergestellt worden sind, gleich ist. Dies ist insbesondere der Fall, wenn kostensparend auf einen genauen Richtvorgang nach der Herstellung der Kathodenbleche verzichtet wird, diese also weitestgehend im Rohzustand belassen werden.In a further embodiment of the method it is provided that the fixing points or areas are unevenly distributed on the two sides of the cathode sheet. In this way, the number of fixation points can advantageously be reduced further. The unequal distribution is possible because it has surprisingly been found that the tendency of the cathode sheets to bulge or move is the same for all cathode sheets which have been produced by the same production method. This is particularly the case if a precise straightening process after the production of the cathode sheets is dispensed with in a cost-saving manner, that is to say they are largely left in the raw state.
Es ist weiterhin vorgesehen, daß die Fixierungspunkte oder Bereiche auf den einzelnen Kathodenblechseiten unsymmetrisch verteilt sind. Hierdurch wird vorteilhaft der Tatsache Rechnung getragen, daß die Kathodenbleche an ihrer Oberseite über Ohrenbänder und Haltestangen bereits gegenüber den Anoden genügend fixiert sind. Es genügt beispielsweise, wenn die zur Ausbeulung neigende Seite eines Kathodenbleches mit einer bis drei Fixierungen im mittleren Bereich und die gegenüberliegende Seite etwa an der Unterkante mit zwei Fixierungen versehen wird. Diese ungleichen und unsymmetrischen Fixierungen ergeben im Zusammenwirken mit der Tendenz der Kathodenbleche, sich nur nach einer Richtung zu bewegen, eine überraschenderweise trotz der Einfachheit ausreichende, sehr kostensparende räumliche Fixierung, die verhindert, daß sich die Kathoden und Anoden berühren können.It is further provided that the fixing points or areas are distributed asymmetrically on the individual sides of the cathode sheet. This advantageously takes into account the fact that the upper side of the cathode sheets are already sufficiently fixed relative to the anodes by means of ear straps and holding rods. It is sufficient, for example, if the side of a cathode sheet which tends to bulge is provided with one to three fixings in the central region and the opposite side is provided with two fixings approximately at the lower edge. These unequal and asymmetrical fixations, combined with the tendency of the cathode sheets to move in one direction only, result in a surprisingly sufficient, in spite of the simplicity, sufficient, very cost-saving spatial fixation which prevents the cathodes and anodes from touching.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Lage der Fixierungspunkte oder -bereiche während des Abscheidungsprozesses geändert wird. Hierdurch wird vorteilhaft erreicht, daß es nicht zu einem Einwachsen der Fixierungselemente in die sich abscheidende Schicht kommen kann. Es genügt bereits eine relativ geringfügige Lageänderung, insbesondere wenn weitgehend punktförmig anliegende Fixierungselemente verwendet werden, um auch während einer längeren Fixierungszeit das Entstehen von Vertiefungen zu verhindern und ein Einwachsen der Fixierungselemente zu vermeiden. Der zeitliche Abstand von einer Lageänderung zur anderen kann groß sein.In a further embodiment of the invention it is provided that the position of the fixing points or areas is changed during the deposition process. This advantageously ensures that the fixing elements cannot grow into the deposited layer. A relatively slight change in position is sufficient, in particular when fixation elements which are largely in punctiform contact are used in order to prevent the formation of depressions and to prevent the fixation elements from waxing in even during a longer fixation time. The time interval from one change of position to another can be large.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Veränderung der Lage der Fixierungspunkte oderIn a further embodiment of the invention it is provided that the change in the position of the fixing points or
-bereiche nach vorherbestimmtem Rythmus geschieht. Durch diese Maßnahme kann die Veränderung der Lage der Fixierungspunkte den jeweiligen betrieblichen Erfordernissen besonders günstig angepaßt werden. Insbesondere werden so zu große Zeitintervalle vermieden.- areas happening according to a predetermined rhythm. With this measure, the change in the position of the fixing points can be adapted particularly favorably to the respective operational requirements. In particular, excessive time intervals are avoided.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Fixierung nach vorherbestimmter Zeit entsprechend dem Abscheiden einer vorher bestimmten Metallschichtdicke aufgehoben wird. Es hat sich gezeigt, daß es möglich ist, nach einer gewissen Zeit die Fixierung der Kathodenbleche aufzuheben, ohne daß es zu einem Verzug der Kathodenbleche kommt. Auf diese Weise ist es vorteilhaft möglich, die Zahl der in einer Elektrolyse einzusetzenden Fixierungsvorrichtungen herabzusetzen und so die Investitionskosten zu senken.In a further embodiment of the invention it is provided that the fixation is released after a predetermined time in accordance with the deposition of a predetermined metal layer thickness. It has been shown that it is possible to remove the fixation of the cathode sheets after a certain time without the cathode sheets being distorted. In this way it is advantageously possible to reduce the number of fixation devices to be used in an electrolysis and thus to reduce the investment costs.
In weiterer Ausgestaltung ist vorgesehen, daß die Fixierung am Tag nach ihrem Beginn, vorzugsweise 24 Stunden nach dem Beginn, oder nach einem Vielfachen von 24 Stunden, beendet wird. Völlig überraschend hat sich herausgestellt, daß die Kathodenbleche bereits am Tag nach dem Start der Elektrolyse, speziell nach 24 Stunden Abscheidungszeit, eine Steifigkeit aufweisen, die einen Verzug ausreichend verhindert, obwohl sie mechanisch noch ohne weiteres bewegt und gebeult werden können. Bereits nach 24 Stunden stehen die Elektroden bei normalen Stromstärken, z.B. bei 180 - 200 A/m2 und normaler Elektrolyttemperatur, z.B. 60° C, ausreichend. Sollte mit geringeren Stromstärken oder ungünstigeren Temperaturen gearbeitet werden, genügt zumeist eine Abscheidungszeit von 2 Tagen, um eine genügende Steifheit der Kathodenbleche zu erreichen. Der Tagesrythmus ist dabei besonders vorteilhaft, da so die in Zusammenhang mit der Fixierung anfallenden Arbeiten einer besonders geeigneten Schicht, z.B. der Morgenschicht, übertragen werden können. Das Aufheben der Fixierung schon nach 24 Stunden oder bei Erreichen einer entsprechenden Abscheidedicke hat noch den weiteren Vorteil, daß auf eine Änderung der Lage der Fixierungspunkte während dieser relativ zur Länge der Anodenreise kurzen Zeit verzichtet werden kann. Insgesamt ergibt sich ein sehr einfaches und praktikables Verfahren zum elektrolytischen Abscheiden.In a further embodiment it is provided that the fixation is terminated on the day after it starts, preferably 24 hours after the start, or after a multiple of 24 hours. Completely surprisingly, it has been found that the cathode sheets already on the day after the start of the electrolysis, especially after a deposition time of 24 hours, have a rigidity which sufficiently prevents warping, although they can still be moved and dented mechanically. The electrodes are already sufficient after 24 hours at normal current intensities, for example at 180-200 A / m 2 and normal electrolyte temperature, for example 60 ° C. If you work with lower currents or less favorable temperatures, a separation time of is usually sufficient 2 days to achieve sufficient rigidity of the cathode sheets. The daily rhythm is particularly advantageous since the work involved in the fixation of a particularly suitable layer, for example the morning layer, can be transferred. Removing the fixation after only 24 hours or when a corresponding deposition thickness has been reached has the further advantage that it is possible to dispense with changing the position of the fixation points during this short time relative to the length of the anode travel. Overall, there is a very simple and practical method for electrolytic deposition.
In Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, daß die Badoberfläche abgedeckt und die Elektrolyttemperatur höher als 600 C eingestellt wird. So kann vorteilhaft ausgenutzt werden, daß die räumliche, erfindungsgemäße Fixierung eine fortlaufende Überwachung der Anoden und Kathoden auf Kurzschlüsse überflüssig macht.In an embodiment of the method it is provided that the bath surface is covered and the electrolyte temperature is set higher than 60 ° C. Thus, it can be advantageously used that the spatial fixation according to the invention makes continuous monitoring of the anodes and cathodes for short circuits superfluous.
Zur Durchführung des Verfahrens zum elektrolytischen Abscheiden von Kupfer ist vorgesehen, daß zumindest auf einer Seite der Kathode eine Fixierungsvorrichtung angeordnet ist, die auf der Kathodenfläche anliegt. Hierdurch ist es vorteilhaft möglich, die erfindungsgemäß räum-" liche Fixierung der Kathode vorzunehmen. Dabei wird vorteilhaft die natürliche Tendenz der Kathodenbleche berücksichtigt, sich auf Grund des gleichen Herstellungsverfahrens ähnlich zu verformen.To carry out the method for the electrolytic deposition of copper, provision is made for a fixing device to be arranged on at least one side of the cathode, said fixation device resting on the cathode surface. This advantageously makes it possible to fix the cathode spatially according to the invention. The natural tendency of the cathode sheets to deform similarly on the basis of the same production method is advantageously taken into account.
In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Fixierungsvorrichtung auf beiden Seiten der Kathode anliegend ausgebildet ist. Hierdurch können auch Kathoden räumlich fixiert werden, die sich nicht nur gleichmäßg nach einer Seite, sondern auch nach der anderen Seite hin ausbeulen oder verwerfen. Des weiteren wird hierdurch verhindert, daß sich die Kathode als Reaktion auf eine Ausbeulung oder Verwerfung als ganzes zur freien Seite hin bewegen kann.In an embodiment of the invention it is provided that the fixation device is designed to rest on both sides of the cathode. As a result, cathodes can also be spatially fixed, which bulge or reject not only uniformly on one side, but also on the other side. It also prevents the cathode from moving to the free side as a whole in response to bulging or warping.
In weiterer Ausgestaltung ist vorgesehen, daß die Punkte, an denen die Fixierungsvorrichtung an den beiden Kathodenflächen anliegt, auf den beiden Kathodenflächen unterschiedlich angeordnet und dabei insbesondere an den unteren Ecken und in der Mitte der Kathode anliegend sind. Hierdurch kann vorteilhafterweise der in Versuchen ermittelten Hauptausbeulungstendenz gezielt entgegengewirkt werden. Die Fixierung erfolgt so in der Weise, daß nur die ausbeulungsgefährdeten Bereiche fixiert werden, die Zwischenbereiche aber ebenso wie die obere Kante der Kathode, die durch die Ohrenbänder und die Kathodenhaltestange bereits ausreichend fixiert ist, fixierungsfrei bleiben.In a further embodiment it is provided that the points at which the fixation device rests on the two cathode surfaces are arranged differently on the two cathode surfaces and are in particular in contact with the lower corners and in the middle of the cathode. This can advantageously counteract the main bulge tendency determined in experiments. The fixation is carried out in such a way that only the areas at risk of bulging are fixed, but the intermediate areas as well as the upper edge of the cathode, which is already adequately fixed by the ear straps and the cathode support rod, remain fixation-free.
- In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Fixierungsvorrichtung Abstützelemente zwischen Anode und Kathode aufweist. Auf diese Art und Weise wird besonders vorteilhaft die'Anode, die sowohl bei Raffinations- als auch bei Gewinnungselektrolysen eine stabile Ausbildung aufweist, zur Abstützung und Fixierung der Kathode mit herangezogen, so daß die Fixierungsvorrichtung selbst besonders leicht und einfach aus gebildet sein kann. Die Fixierungsvorrichtung wird dadurch besonders gut hantierbar und kann problemlos bewegt oder entfernt werden. Darüberhinaus kann bei einer Dimensionierung der Abstützelemente in der Größe des Abstandes zwischen Anode und Kathode die Sicherheit gegen eine Berührung'von Anode und Kathode weiter gesteigert werden.- In a further embodiment of the invention it is provided that the fixing device has support elements between the anode and cathode. In this way, the ' anode, which has a stable design both in refining and in extraction electrolysis, is particularly advantageous for supporting and fixing the Cathode used, so that the fixation device itself can be made particularly light and simple. The fixation device is particularly easy to handle and can be easily moved or removed. In addition, if the support elements are dimensioned in the size of the distance between the anode and cathode, the security against contact between the anode and cathode can be further increased.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Abstützelemente vorzugsweise als Kugeln, Zylinder oder Prismen ausgebildet sind, die zusammen mit Halte- elementen die Fixierungsvorrichtung bilden. Kugeln, Zylinder oder Prismen weisen eine Oberflächengestalt auf, die relativ unempfindlich gegen das Absetzen von Ablagerungen ist. So ist es ohne weiteres möglich, die Abstützelemente, ohne sie zu reinigen, mehrere Tage zwischen Kathode und Anode zu belassen. Eine Brückenbildung wird vorteilhaft vermieden. Die Kugeln, Zylinder oder Prismen werden von Haltestangen oder ähnlichen Elementen in ihrer vertikalen Position gehalten, so daß sie leicht und einfach in die gewünschten Positionen zu bringen sind.In a further embodiment of the invention, it is provided that the support elements are preferably designed as balls, cylinders or prisms, which together with holding elements form the fixing device. Spheres, cylinders or prisms have a surface shape that is relatively insensitive to deposits. It is thus easily possible to leave the support elements between the cathode and anode for several days without cleaning them. Bridging is advantageously avoided. The balls, cylinders or prisms are held in their vertical position by holding rods or similar elements, so that they can be easily and easily brought into the desired positions.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, ,daß die Fixierungsvorrichtungen für mehrere Kathoden durch Tragelemente zu einer Hantierungseinheit zusammengefaßt sind. Hierdurch wird das Einbringen, Bewegen und Entfernen der Abstützelemente besonders erleichtert, da so für eine größere Anzahl von Kathoden einer Elektrolysezelle eine gleichzeitige Fixierung erreicht wird. Das Bewegen und Umsetzen der Fixierungselemente erfordert somit einen nur geringen Aufwand, der weit unter dem Aufwand liegt, der bei nicht fixierten Kathoden für die dauernde Temperaturüberwachung und Störungsbeseitigung erforderlich ist.In a further embodiment of the invention it is provided that the fixation devices for a plurality of cathodes are combined to form a handling unit by supporting elements. This will introduce, move and Removal of the support elements is particularly facilitated, since simultaneous fixation is achieved for a larger number of cathodes of an electrolytic cell. Moving and moving the fixation elements thus requires only little effort, which is far below the effort required for non-fixed cathodes for permanent temperature monitoring and fault elimination.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Abstützelemente und ihre Halteelemente aus den elektrischen Strom nicht leitendem Material, z.B. Prozellan oder Hartgummi, insbesondere jedoch aus Polyäthylen oder Polypropylen, bestehen. Desweiteren werden sie von der Elektrolytflüssigkeit nicht angegriffen und können so lange Zeit benutzt werden. Die Ablagerung von Schlamm ist insbesondere auf Porzellan- und glatten Kunststoffoberflächen behindert. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung von Polyäthylen und Polypropylen. Aus diesen relativ leichten Materialien, γ ≈ 1,0, sind Kugeln, Rohre und Prismenprofile ohne weiteres im Handel erhältlich. Bei der Verwendung dieser Kunststoffe ergibt sich eine besonders günstige, leichte und.Jhalt- bare Ausführung für die Fixierungsvorrichtung mit guten Gebrauchseigenschaften.In a further embodiment of the invention, it is provided that the support elements and their holding elements are made of material that is not a conductor of electrical current, e.g. Prozellan or hard rubber, but especially made of polyethylene or polypropylene. Furthermore, they are not attacked by the electrolyte liquid and can be used for a long time. The deposition of sludge is particularly difficult on porcelain and smooth plastic surfaces. The use of polyethylene and polypropylene is particularly advantageous. From these relatively light materials, γ ≈ 1.0, spheres, tubes and prism profiles are readily available commercially. The use of these plastics results in a particularly cheap, light and durable design for the fixing device with good usage properties.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Abstützelemente und ihre Halteelemente einer Reihe von Anlagepunkten an hintereinanderliegenden Kathoden zu einer kammartigen Einsatzvorrichtung zusammengefaßt sind. So ergibt sich ein vorteilhaft starres Gebilde, dessen Fixierungselemente von Ablagerungen vollkommen frei bleiben. Die Hantierung der kammartigen Einsatzvorrichtung ist problemlos, sie wird einfach in die Zwischenräume zwischen den Anoden und Kathoden jeweils an vorherbestimmten Stellen der Kathoden, z.B. an den Seiten und an der Mitte der Kathoden, eingesetzt.In a further embodiment of the invention, it is provided that the support elements and their holding elements of a number of contact points on successive cathodes are combined to form a comb-like insert device. This results in an advantageously rigid structure, whose fixation elements remain completely free of deposits. The comb-like insert device is easy to handle; it is simply inserted into the spaces between the anodes and cathodes at predetermined locations on the cathodes, for example on the sides and in the middle of the cathodes.
In weiterer Ausgestaltung ist vorgesehen, daß die Fixierungsvorrichtungen auf den Elektrodenhaltestangen auflegbar ausgebildet sind, und daß sie auf ihrer Oberseite eine wärmedämmende Schutzhaube tragen, die vorzugsweise die Kontaktstellen der Stromschienen mit den Anodenohren und den Kathodenhaltestangen freiläßt. So kann die Hantierungsvorrichtüng besonders einfach ausgebildet und vorteilhaft eingesetzt werden. Durch die direkte Auflage auf die Kathodenhaltestangen erübrigen sich gesonderte Auflagevorrichtungen und die Gesamthöhe der Bäder vergrößert sich nur unwesentlich. Gleichzeitig ist eine direkte Auflage einer wärmedämmenden Schutzhaube auf die Fixierungsvorrichtung'möglich. Die Kontaktstellen der Stromschienen werden vorteilhaft nicht mit abgedeckt, damit sie weiterhin von der Hallenluft gekühlt werden. So kann vorteilhaft mit geringstem Aufwand bei gleicher Beheizung die Elektrolyttemperatur erhöht und die Abscheideleistung des Elektrolyeverfahrens verbessert werden.In a further embodiment it is provided that the fixation devices can be placed on the electrode holding rods and that they carry a heat-insulating protective cover on their upper side, which preferably leaves the contact points of the busbars free with the anode ears and the cathode holding rods. The handling device can thus be particularly simple and advantageously used. Due to the direct support on the cathode support rods, there is no need for separate support devices and the overall height of the baths increases only insignificantly. At the same time, it is possible to place a heat-insulating protective hood directly on the fixing device. The contact points of the busbars are advantageously not covered so that they continue to be cooled by the indoor air. In this way, the electrolyte temperature can advantageously be increased and the separation efficiency of the electrolyte process can be improved with minimal effort and with the same heating.
Die Erfindung wird an Hand von Zeichnungen näher erläutert, aus denen nähere Einzelheiten zu ersehen sind und die besonders bevorzugte Ausführungsformen zeigen. Es zeigen im Einzelnen:
- Fig. 1 eine Ausführung mit an Schnüren oder dünnen .Stangen aufgehängten Kugeln
- Fig. 2 eine kammartige Hantierungseinheit
- Fig. 3 zwei Gußanoden und ein Kathodenblech mit einer erfindungsgemäßen Fixierungsvorrichtung.
- Fig. 1 shows an embodiment with balls suspended on cords or thin rods
- Fig. 2 is a comb-like handling unit
- Fig. 3 two cast anodes and a cathode plate with a fixation device according to the invention.
In Fig. 1 bezeichnet 1 die Haltestange für die Abstützelemente 2. Die einzelnen Abstützelemente 2 sind durch Fäden oder dünne Stangen 3 mit der Haltestange 1 verbunden. Trotz der einfachen Befestigung an den Fäden oder dünnen Stangen 3 verbleiben die Abstützelemente 2 in ihren Positionen zwischen Anode und Kathode, da sie nicht im Elektrolyten aufschwimmen. Die Abstützelemente 2 können beliebige Gestalt aufweisen, z.B. als Doppelkegel oder Pyramide ausgebildet sein. Besonders vorteilhaft sind jedoch Kugeln oder Profilabschnitte, die problemlos erhältlich oder für eine Nachrüstung selbst herstellbar sind.In Fig. 1, 1 denotes the support rod for the
Die Länge bzw. der Durchmesser der Abstützelemente 2 wird kleiner als der Sollabstand zwischen Anode und Kathode gewählt, vorteilhaft etwa 5 mm kleiner. So werden die Unterschiede in den Kathodendicken etc. berücksichtigt, so daß jederzeit ein einwandfreies und leichtes Einführen, Bewegen und Herausnehmen der Abstützelemente 2 möglich ist. Die Abstützelemente 2 sind vorzugsweise aus homogenem Kunststoffmaterial, sie können aber auch Füllmittel, z.B. Quarzsand aufweisen, um ihre Herstellung zu verbilligen und/oder ihr spezifisches Gewicht zu erhöhen.The length or the diameter of the
Fig. 2 zeigt eine Zusammenfassung der Elemente 1, 2 und 3 aus Fig. 1 zu einer formstabilen Hantierungseinheit 4, die kammartiges Aussehen hat. Die Abstützelemente 5 sind hier vorzugsweise nicht mehr kugelförmig, zylindrisch oder prismatisch, sondern keilförmig mit nach oben weisender Verjüngung. Die Zusammenfassung der Elemente 1, 2 und 3 zu einer kammartigen Vorrichtung 4 ist für die Hantierung besonders vorteilhaft und die Ausbildung der Abstützelemente 5 in Keilform ist für die Verhinderung der Brückenbildung auf den Abstützelementen besonders vorteilhaft. Die Herstellung der kammartigen Vorrichtung 4 kann durch eine einfache Verklebung von entsprechenden Einzelteilen, z.B. von Plattenausschnitten erfolgen, ebenso ist aber auch eine Herstellung durch Gießen o.ä. möglich. Die Gesamtlänge der kammartigen Vorrichtung 4 beträgt vorzugsweise nicht mehr als 4 m, da längere Vorrichtungen zu unhandlich werden.FIG. 2 shows a summary of the
Fig. 3 zeigt zwei Anoden 12 und 13 sowie ein zwischen den Anoden 12 und 13 angeordnetes Kathodenblech 8, das sich mittels der Abstützelemente 6 und 7 an den Anoden 12 und 13 abstützt. Die Abstützelemente 6 und 7 sind auf den beiden Seiten des Kathodenblechs 8 ungleich angeordnet, einmal in der Mitte und einmal an der Unterkante. Sie werden von Fäden oder dünnen Stangen 15 und 16 gehalten. Oben wird das Kathodenblech 8 von den Ohrenbändern 9 gehalten, die auf die Kathodentragstange 10 aufgeschoben sind. Die Kathodentragstange 10 ist in nicht gezeigter Weise ebenso wie die Ohren 11 der Anoden auf Stromschienen aufgelegt. Auf die Kathodentragstangen 10 ist wiederum der strichliert gezeichnete Rahmen 14 aufgelegt. Dieser vereinigt eine größere Anzahl von Abstützelementen 6 und 7 mit ihren Fäden oder dünnen Stangen 15 zu einer Hantierungseinheit. Der Rahmen 14 kann aus jedem beliebigen, den elektrischen Strom nicht leitenden Material bestehen, z.B. aus PVC. Auf den Rahmen 14 wird eine nicht gezeigte Wärmedämmschicht, vorzugsweise in Mattenform aufgelegt. Es können sowohl Faser als auch Schaummatten verwendet werden. Wichtig ist, daß ihre Unterseite lunftundurchlässig ist und daß ihre Wärmedämmung so groß ist, daß kein H20 an ihrer Unterseite kondensiert. Das erfindungsgemäße Verfahren zum elektrolytischen Abscheiden von Metallen läuft wie folgt ab:FIG. 3 shows two
Zunächst werden Kathodenstartbleche hergestellt. Dies kann durch elektrolytische Abscheidung einer Schicht auf einem Mutterblech, von dem die abgeschiedene Schicht nach dem Abscheiden abgezogen wird, geschehen, oder z.B. durch Zuschneiden von gewalzten dünnen Kupferblechen. Die Kathodenstartbleche werden dann in üblicher Weise in den Elektrolyten eingesetzt und anschließend wird die Fixierungsvorrichtung eingebracht. Wahlweise folgt nun ein Abdecken des Elektrolyten. Bei dem nachfolgenden normalen Abscheidevorgang braucht eine Bewegung der Abstützelemente nicht erfolgen. Spätestens nach 2 - 3 Tagen, meist jedoch schon nach 24 Stunden, hat die Kathode eine Steifheit erreicht, die einen weiteren Verzug der Kathode verhindert. Die Fixierungsvorrichtung wird jetzt entfernt und die Abscheidung geht ohne die Fixierungsvorrichtung störungsfrei weiter, bis die gewünschte endgültige Kathodendicke erreicht ist.First, cathode starting plates are manufactured. This can be done by electrolytic deposition of a layer on a mother plate, from which the deposited layer is removed after the deposition, or for example by cutting rolled thin copper plates. The cathode starting plates are then inserted into the electrolyte in the usual way and the fixing device is then introduced. The electrolyte is then optionally covered. In the subsequent normal separation process, there is no need for the support elements to move. At the latest after The cathode has reached a stiffness that prevents further warping of the cathode after 2-3 days, but usually already after 24 hours. The fixation device is now removed and the deposition continues without the fixation device without problems until the desired final cathode thickness is reached.
Bei Versuchen, bei denen gegossene Anoden von 40 mm Dicke und Startkathoden mit einer Dicke von etwa 0,5 mm bei einer Raffinationselektrolyse (Elektrolyttemperatur 600 C, Abstand Anoden - Kathoden 30 mm, Kathodengröße 1 m2, 190 A/m2) verwendet wurden, konnte die Stromausbeute von zuvor 94 % auf 97 % erhöht werden. Dabei wurde auf das Aufbringen von Thermocolorfarben auf die Kathodenhaltestangen und eine dauernde Überwachung verzichtet und nur alle 24 Stunden eine Kontrolle der Kathodenhaltestangentemperaturen durch ein Kontakt-Oberflächenmeßgerät vorgenommen. Außer der Erhöhung der Stromausbeute auf 97 % ergab sich eine Verringerung des Anodenrestanteils um 9 kg bei einem ursprünglichen Anodengewicht von 330 kg.In experiments in which cast anodes with a thickness of 40 mm and starting cathodes with a thickness of approximately 0.5 mm are used in refining electrolysis (electrolyte temperature 60 ° C., anode-cathode distance 30 mm, cathode size 1 m 2 , 190 A / m 2 ) the current yield could be increased from 94% to 97%. Thereby, the application of thermocolor colors to the cathode holding rods and continuous monitoring were dispensed with, and the cathode holding rod temperatures were only checked every 24 hours by a contact surface measuring device. In addition to increasing the current efficiency to 97%, there was a 9 kg reduction in the residual anode content with an original anode weight of 330 kg.
Insgesamt ergibt sich durch das erfindungsgemäße Verfahren unter Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine Erhöhung der Raum-Zeit Ausbeute, eine Erhöhung der Stromausbeute und eine Verringerung des Resteanfalls bei verbesserter Kathodenqualität. Weiterhin ergibt sich ein verringerter Arbeitsaufwand durch den Fortfall der fortlaufenden Entstörung der Anlage sowie eine Einsparung der Thermocolorfarbe. Es kann weiterhin vorteilhaft eine Abdeckung vorgenommen werden, die Heizdampf einspart und ein besseres Hallenklima ergibt.Overall, the method according to the invention using the device according to the invention results in an increase in the space-time yield, an increase in the current yield and a reduction in the residual amount with improved cathode quality. Furthermore, a reduced amount of work obtained by the elimination of the continuous E n tstörung the plant and a reduction of the thermal Color color. A cover can also be advantageously made which saves heating steam and results in a better indoor climate.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung wurden für die Kupferraffination entwickelt. Die Erfindung ist jedoch keinesfalls auf die Kupferraffination beschränkt. Sie kann überall dort angewendet werden, wo Metalle elektrolytisch auf Kathodenblechen abgeschieden werden, z.B. bei der Nickel-oder Kobaltelektrolyse. Auch bei der Verwendung inerter Kathodenbleche ergeben sich erhebliche Vorteile, da die teueren Titan- oder Niro- Kathodenbleche dünner ausgelegt und so erhebliche Investitionskosten gespart werden können.The method and the device according to the invention were developed for copper refining. However, the invention is in no way limited to copper refining. It can be used wherever metals are electrolytically deposited on cathode sheets, e.g. in nickel or cobalt electrolysis. There are also considerable advantages when using inert cathode sheets, since the expensive titanium or stainless steel cathode sheets are made thinner and considerable investment costs can be saved.
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