FI80912C - Elektrod och foerfarande foer elektrisk raffinering av metall. - Google Patents

Description

1 80912

Elektrodi ja metallin sähköpuhdistusmenetelmä

Keksinnön kohteena on elektrodi käytettäväksi kuparin sähköpuhdistuksessa kuparin saostamiseen lähtöai-5 hioille lähtölevyjen valmistamiseksi elektrodin käsittäessä metallisen muotokappaleen, jossa on yläosa, pohja ja kaksi pystysuoraa sivua, sekä kaksi yhtenäistä, toisistaan erillään sijaitsevaa haaraa, jotka alkavat pohjasta ja ovat kummankin mainitun pystysivun vieressä.

10 Sähkömetallurgisissa menetelmissä, kuten sähköpuh distuksessa, sähkötalteenotossa, sähkömuovauksessa jne. käytetään elektrodeja, kuten alalla hyvin tiedetään. Vaikka esillä oleva keksintö kohdistuu elektrodirakentee-seen, jota voidaan käyttää näissä menetelmissä, seuraava 15 esittely käsittelee pääasiassa kuparin sähköpuhdistusta.

Yleisesti kuparin sähköpuhdistus käsittää raakaku-parianodien muodostamisen sulattamalla ja valamalla, minkä jälkeen kuparia sähkösaostetaan 1-2 viikon ajan puhtaille, kuparisille lähtölevyille tuotantokennoissa epä-20 puhtaasta anodista. Puhdas kuparikatodituote sulatetaan sitten ja käsitellään haluttuun muotoon kuten lankatan-goksi, harkoksi, raakakangeksi jne. Alan asiantuntijat tietävät, että raakakuparianodit sisältävät noin 98 % kuparia ja vähäisiä määriä epäpuhtauksia, kun taas puhdas 25 kupari, joka on sähkösaostettu katodille joko lähtölevyk-si tai lopulliseksi tuotteeksi, sisältää noin 99,98 % kuparia.

Lähtölevyt ovat ohuita, puhdasta kuparia olevia levyjä, joiden paksuus on tavallisesti noin 0,5-0,7 mil-30 limetriä (mm) ja valmistetaan niitä yleensä erikoisissa irrotuskennoissa kuparin 24 tunnin sähkösaostuksen avulla lähtöaihiolle epäpuhtaasta anodista, jota tavallisesti kutsutaan irrotusanodiksi. Lähtöaihio voidaan valmistaa eri metalleista, kuten kuparista, ruostumattomasta teräk-35 sestä ja titaanista ja saostusmenettelyt ovat yleensä sa- 2 80912 moja kuin tuotantokennoissa puhtaan kuparikatodin valmistamiseksi paitsi ohuen kuparisen lähtölevyn päivittäistä poistoa ja irrottamista lähtöaihiolta. Lähtölevyjen lopullinen valmistus voi käsittää irrottamisen aihiolta, 5 pesun, oikaisun ja jäykistämisen, mitoituksen haluttuun kokoon ja leikattujen lähtölevysilmukoiden kiinnittämisen tuentaa varten tuotantokennoon. Eräissä menetelmissä saostetaan kuparia lähtöaihiolle pitkähköjä aikoja kuparikatodi tuotteen valmistamiseksi, joka myös irrotetaan 10 aihiolta mutta joka sulatetaan sitten ja käsitellään haluttuun, lopulliseen muotoon. Saostumien paksuus on tavallisesti suurempi kuin 2 mm.

Valitettavasti kuitenkin lähtölevyjen valmistus on ollut jatkuva vaikeus sähköpuhdistusteollisuudessa vaa-15 dittavan korkean laadun vuoksi, mistä aiheutuu suuri huk-kamäärä menetelmässä. Ensiksikin lähtölevyn mitat ovat yleensä kiinteästi rajoitetut sähkösaostustankin koon vuoksi ja teollisesti on tärkeää, että anodin koko on optimaalinen suurten energia- ja työkustannusten vuoksi 20 anodeja valmistettaessa ja käsiteltäessä anodijäännöksiä, joita jää jäljelle sähkösaostuksen jälkeen. Anodin täytyy kuitenkin muodostaa oleellisesti täydellinen ja tasainen peitto lähtöaihiolle ja teollisuudessa esiintyvänä vaikeutena on ollut anodin koon sovittaminen lähtöaihion 25 kokoon sähköpuhdistuskustannusten minimoimiseksi.

Täten, jos kuparia ei saostu täydellisesti lähtö-aihion pinnan ylitse, voi lähtöaihio vaurioitua ja lähtö-levy on sopimaton katodituotantoa varten. Edelleen jos osalla lähtöaihiota saostuma on liian paksu, on levy vai-30 keampi irrottaa eikä sitä ehkä voida leikata lopulliseen kokoon. Edellä esitettyjen epähyväksyttävien levyjen asennus vaatii lisäenergiaa ja lisätyövoimakustannuksia, jotka lisäävät huomattavasti sähköpuhdistuskustannuksia.

Näiden vaikeuksien poistamiseksi ja sähköpuhdis-35 tuskustannusten alentamiseksi on teollisuudessa useiden 3 80912 vuosien aikana kehitetty anodeja, jotka ovat hieman pienempiä mitoiltaan kuin lähtöaihiot. Esimerkiksi anodin mitat ovat tavallisesti noin 80-98 %, esimerkiksi 90-95 % lähtöaihion mitoista. Täten jos lähtöaihion leveys on 25 5 cm ja korkeus 50 cm, on anodin leveys 22,5 cm ja korkeus 45 cm. Nämä anodit eivät kuitenkaan ole täysin hyväksyttäviä, kuten edellä on esitetty ja pyrkimyksillä muuttaa anodin suunnittelua suurentamalla tai pienentämällä mittoja on ollut vain rajoitettu menestys, jos lainkaan.

10 Esillä olevan keksinnön mukaiselle elektrodille on tunnusomaista, että metallisella muotokappaleella, joka sisältää mainitut haarat, on jatkuva tasomainen rakenne.

Nyt on havaittu, että voidaan saada metallin säh-kösaostuma metallianodilta katodille, mikä saostuma on 15 verrattain tasainen ja peittää täydellisesti katodin pinnan, käyttämällä elektrodia, jonka rakenne on jatkuvasti tasomainen, missä metallirakenteessa on huippu, pohja ja kaksi pystysivua, jotka on varustettu kahdella yhtenäisellä, selvästi erillään olevalla haaralla, jotka alkavat 20 pohjasta ja sijaitsevat kummankin mainitun sivuseinän vieressä. Keksintöä voidaan soveltaa erikoisesti kuparin saostamiseksi lähtöaihiolle kuparilähtölevyjen tai kato-dikuparituotteiden valmistamiseksi. Käytettäessä kupari-elektrodi upotetaan elektrolyyttiin anodiksi ja kuparia 25 seostetaan noin 24 tunnin ajan katodilähtöaihiolle lähtö-levyjen muodostamiseksi, minkä jälkeen kuparisaostuma irrotetaan päivittäin ja menettely toistetaan, kunnes kuparianodi on kulunut loppuun. Samaa menettelyä voidaan käyttää katodikuparin valmistamiseksi käyttämällä piden-30 nettyjä saostusaikoja, esimerkiksi noin 3 vuorokautta, ennen irrottamista. Keksinnön käyttö sallii pidennetyn käyttöajan ennen anodin loppuunkulumista, mikä vähentää uudelleensulatettavan elektrodimetallin määrää.

Keksinnön kohteena on myös metallin sähköpuhdis-35 tusmenetelmä, jolle on tunnusomaista, että (a) patentti- 4 80912 vaatimuksen 1 mukaisen anodirakenteen upottamisen elektrolyyttiin; (b) katodirakenteen upottamisen elektrolyyttiin; (c) metallin sähkösaostamisen katodille johtamalla sähkövirta anodin ja katodin välille; ja (d) sähkö-5 saostetun metallin talteenoton katodilta.

Piirroksen lyhyt esittely

Kuva esittää pystykuvaa edestäpäin keksinnön suositeltavasta elektrodista.

Keksinnön yksityiskohtainen esittely 10 Piirroksessa on esitetty elektrodi 10, jossa on jatkuva tasomainen runko 11 ja pitkänomaiset haarat 12. Elektrodissa on edullisesti ulospäin suuntautuvat varret 13, joita voidaan käyttää tukemiseen, kun elektrodi on upotettu elektrolyyttiseen kylpyyn.

15 Elektrodin runko 11 ja pitkänomaiset haarat 12 on valmistettu metallista, jota sähkösaostetaan katodilähtö-levylle. Metalleja kuten kuparia, nikkeliä, sinkkiä, lyijyä ja vastaavia voidaan sopivasti käyttää keksintöä sovellettaessa. Pitkänomaiset haarat 13 on tavallisesti 20 valmistettu myös samasta metallista, jota käytetään elek-trodimetallina ja elektrodi valetaan tavallisesti yhtenä kappaleena tavanomaisten valumenettelyjen avulla. Suositeltavassa toteutuksessa pitkänomaiset tukivarret on sijoitettu elektrodin runko-osan yläreunan yläpuolelle ano-25 dimetallin sen määrän minimoimiseksi, jota ei upoteta elektrolyyttiin, koska se metalli, joka ei ole käytettävissä sähkösaostusta varten, täytyy sulattaa ja valaa uudestaan anodin kuluttua loppuun.

Valumenetelmässä metallia, esimerkiksi kuparia, 30 voidaan sulattaa ja kaataa peräkkäin valusangosta sarjaan kiinteitä kuparisia muotteja, jotka on sijoitettu pyörän kehälle. Kuparin valamisen jälkeen muotti jäähdytetään ja jähmettynyt kuparivalanne poistetaan muotista ja tyhjä muotti palautetaan valuvaiheeseen ja menettely toiste-35 taan. Muotinirrotusaineita voidaan käyttää, kuten alalla li 5 80912 tiedetään.

Elektrodin paksuus voi vaihdella laajalti riippuen halutusta galvanointiajasta ja elektrodien etäisyydestä toisistaan kennossa. Keksinnön mukaisten elektrodien käy-5 tännöllinen galvanointiaika on pitempi kuin elektrodien, joissa ei ole pitkänomaisia haaroja ja siten käyttökustannukset ovat pienemmät vähennettäessä anodien määrää, mikä vaaditaan yksikköä kohti valmistettuja katodituot-teita. Samoin elektrodin runko-osan ja pitkänomaisten 10 haarojen mitat voivat vaihdella laajalti ja rajoittaa niitä vain elektrolyyttikylpytankin koko ja lähtölevyn koko. Täten, kuten galvanointialan asiantuntijoille on ilmeistä, on tärkeää sovittaa toisiinsa elektrodin rungon ja pitkänomaisten haarojen mitat sekä halutun lähtölevyn 15 mitat täydellisen, oleellisesti tasaisen saostuman muodostamiseksi lähtölevylle käytettäessä pitkänomaisia haaroja, jotka sallivat anodielektrodin muodostaa mainittu tasainen ja täydellinen sähkösaostuma.

Keksinnön mukaisessa elektrodissa on kaksi yhte-20 näistä, toisistaan erotettua ja erillistä haaraa, joiden välinen etäisyys on määrätty ja jotka alkavat pohjalta ja sijaitsevat molempien pystyseinien vieressä. Edullisesti kummankin pitkänomaisen haaran mitta mitattuna pitkin pohjaa on noin 35 prosenttiin saakka, esimerkiksi 25 pro-25 senttiä pohjan mitasta ja kummankin haaran pohjasta ulospäin ulottuva pituus on noin 15 prosenttiin saakka, esimerkiksi 10 prosenttia pystysivun pituudesta. Suositeltavassa elektrodissa jokaisen pitkänomaisen haaran mitta mitattuna pitkin pohjaa on noin 5 tai 10-20 prosenttia 30 pohjan mitasta ja kummankin haaran pohjasta ulospäin ulottuva mitta on noin 2-8 prosenttia pystysivun mitasta.

Kuvassa esitetyssä erittäin edullisessa elektrodissa kumpikin haara on nelisivuinen metallikappale, jossa on kaksi yhdensuuntaista sivua 12a ja 12b, joiden mi-35 tat ovat eri suuret ja joita erottaa yleensä pystysuora 6 80912 reuna ja reuna, joka muodostaa tylpän kulman lyhyemmän mainituista yhdensuuntaisista sivuista 12a kanssa. Tylpän kulman suuruus voi vaihdella laajalti, se on esimerkiksi suurempi kuin noin 135° ja erinomaisia tuloksia on saatu 5 kulmalla, joka on pienempi kuin noin 120°, esimerkiksi 116°.

Esillä oleva keksintö kohdistuu myös sähköpuhdis-tusmenetelinään, jossa elektrodia käytetään ja joka käsittää: 10 a) keksinnön mukaisen anodirakenteen upottamisen elektrolyyttiin; b) katodirakenteen upottamisen elektrolyyttiin; c) metallin sähkösaostuksen katodille johtamalla sähkövirta anodin ja katodin välille; ja 15 d) sähkösaostetun metallin talteenoton katodilta.

Keksintö antaa myös laitteen sähköpuhdistusta varten, mikä laite käsittää a) elektrolyyttisen kennon; ja b) katodin, joka on rakenteeltaan jatkuvasti taso-20 mainen ja keksinnön mukaisen rakenteen omaavan anodin, jolloin vähintään osa molempien pinnoista on elektrolyyttisessä kennossa.

Tarkoituksella selventää tarkemmin alan asiantuntijoille keksintöä on mukaan liitetty seuraava esittelevä 25 esimerkki.

Esimerkki

Elektrolyyttinen kuparisulfaattikylpy, joka sisälsi 40 grammaa/litra (g/1) kuparia, 140 g/1 H2S04 ja 0,030 g/1 kloridia, sijoitettiin kennoon. Titaania oleva lähtö-30 aihio, jossa oli reunaliuskat galvanoitumisen estämiseksi reunoille, sijoitettiin kennoon ja kytkettiin katodiksi sähköpiiriin. Kylpyyn upotetun lähtöaihion leveys oli noin 95 cm ja korkeus noin 102,5 cm. Samoin raakakuparia oleva irrotusanodi upotettiin kylpyyn ja kytkettiin ano-35 diksi; upotetun anodin leveys oli noin 86,25 cm ja kor- 7 80912 keus noin 97,5 cm ja oli siinä kaksi haaraa, jotka alkoivat pohjalta ja olivat pystyseinien vieressä kumpikin, jokaisen haaran korkeus oli noin 5 cm ja niiden sivuseinien pituudet olivat 10 cm ja 12,5 cm, kuten piirroksessa 5 on esitetty.

Kuparia seostettiin sitten lähtöaihiolle virtati-heydellä noin 2,64 A/dm2 noin 24 tunnin ajan, kupari irrotettiin ja menettely toistettiin usean vuorokauden aikana. Havaittiin, että valmistetut lähtölevyt olivat kau-10 pallista laatua ja kupari oli saostunut täydellisesti ja tasaisesti lähtöaihion pinnalle. Lähtölevyt voitiin myös irrottaa helposti lähtöaihiosta.

Samanlaisissa vertailukokeissa, joissa käytettiin irrotusanodeja (ilman pitkänomaisia haaroja), joiden le-15 veys oli noin 86,25 cm ja korkeus (1) 95 cm, (2) 97,5 cm ja (3) 105 cm, ei valmistunut riittävän kaupallisesti hyväksyttävän laadun omaavia lähtölevyjä, so. lähtöaihio ei ollut täysin galvanoitunut tai lähelle pohjaa muodostui paksuja kuparisaostumia, jolloin saatiin paksuja levyjä, 20 joita ei voitu leikata mittoihinsa.

Vaikka esillä olevaa keksintöä on esitelty suositeltavien toteutusten yhteydessä, on ymmärrettävä, että muunnoksia ja modifikaatioita voidaan tehdä poikkeamatta keksinnön hengestä ja alueesta, kuten alan asiantuntijat 25 helposti havaitsevat. Tällaiset muunnokset ja modifikaatiot katsotaan kuuluvan keksinnön alueeseen, joka on esitetty mukaan liitetyissä patenttivaatimuksissa.

Claims (7)

8 80912

1. Elektrodi (10) käytettäväksi kuparin sähköpuh-distuksessa kuparin saostamiseen lähtöaihioille lähtöle- 5 vyjen valmistamiseksi elektrodin käsittäessä metallisen muotokappaleen (11), jossa on yläosa, pohja ja kaksi pystysuoraa sivua, sekä kaksi yhtenäistä, toisistaan erillään sijaitsevaa haaraa (12), jotka alkavat pohjasta ja ovat kummankin mainitun pystysivun vieressä, tunnettu 10 siitä, että metallisella muotokappaleella, joka sisältää mainitut haarat (12), on jatkuva tasomainen rakenne.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen elektrodi, tunnettu siitä, että (a) kummankin pitkänomaisen haaraosan (12) mitta 15 mitattuna pitkin pohjaa on noin 25 prosenttiin saakka pohjan mitasta ja (b) kummankin haaran (12) pohjasta ulospäin ulottuva mitta on noin 10 prosenttiin saakka pystysivun mitasta.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen elektrodi, t u n -20 n e t t u siitä, että (a) kummankin pitkänomaisen haaran (12) mitta mitattuna pitkin pohjaa on noin 5-20 prosenttia pohjan mitasta, ja (b) kummankin haaran (12) pohjasta ulospäin ulottuva 25 mitta on noin 2-8 prosenttia pystysivun mitasta.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen elektrodi, tunne t t u siitä, että kumpikin haara (12) on nelisivuinen metallimuotokappale, jossa on kaksi eri suuret mitat omaavaa seinämää (12a, 12b), joita erottaa yleensä pystysuora 30 reuna ja reuna, joka muodostaa tylpän kulman mainituista sivuista lyhyemmän kanssa.

5. Metallin sähköpuhdistusmenetelmä, tunnettu siitä, että se käsittää: (a) patenttivaatimuksen 1 mukaisen anodirakenteen 35 (10) upottamisen elektrolyyttiin; 9 80912 (b) katodirakenteen upottamisen elektrolyyttiin; (c) metallin sähkösaostamisen katodille johtamalla sähkövirta anodin ja katodin välille; ja (d) sähkösaostetun metallin talteenoton katodilta.

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen menetelmä, tun nettu siitä, että (a) kummankin pitkänomaisen haaran (12) mitta mitattuna pitkin pohjaa on noin 25 prosenttiin saakka pohjan mitasta; ja 10 (b) kummankin haaran (12) ulospäin ulottuva mitta pohjasta on noin 10 prosenttiin saakka pystyseinän mitasta.

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kumpikin haara (12) on nelisivuinen metallimuotokappale, jossa on kaksi eri suuren mitan omaa-15 vaa yhdensuuntaista sivua (12a, 12b), joita erottaa yleensä pystysuora reuna ja reuna, joka muodostaa tylpän kulman mainituista yhdensuuntaisista sivuista lyhyemmän kanssa. 10 8091 2