FI81129C

FI81129C - Anode and process for making the same

Info

Publication number: FI81129C
Application number: FI853301A
Authority: FI
Inventors: Robert A Roberti; Vladimir K Blechta; Sid E Segsworth
Original assignee: Inco Ltd
Priority date: 1984-08-30
Filing date: 1985-08-28
Publication date: 1990-09-10
Also published as: DE3514963C2; ES296180U; FI853301A0; JPH033750B2; AU4207385A; ES296180Y; BE903130A; CA1234780A; AU576239B2; FI81129B; DE3514963A1; JPS6169995A; FI853301L

Description

1 811291 81129

Anodi ja menetelmä sen valmistamiseksiAnode and method of making it

Esillä oleva keksintö kohdistuu yleisesti anodeihin ja erityisesti erikoiseen anodimuotoon ja menetelmään sen valmistamiseksi, jolloin anodi käsittää rungon ja runkoon liittyvän kiinni-tyskorvan, jolloin rungossa on etutaso ja takataso ja runko viettää kaula-alueella kohti kiinnityskorvan etupintaa.The present invention relates generally to anodes, and more particularly to a particular anode shape and method of making the same, the anode comprising a body and a mounting lug associated with the body, the body having a front plane and a back plane, and the body extending in the neck toward the front surface of the mounting lug.

Lyhyesti sanottuna on kuparin elektropuhdistus elektrokemialli-nen prosessi, jossa kupari epäpuhtaista anodeista liuotetaan ja päällystetään sitten puhtaille kuparikatodeille. Elektrolyytti, johon elektrodit upotetaan, on tavallisesti happamaksi tehty kuparisulfaattiliuos.Briefly, electroplating of copper is an electrochemical process in which copper from impure anodes is dissolved and then coated onto pure copper cathodes. The electrolyte into which the electrodes are embedded is usually an acidified copper sulfate solution.

Anodeja valmistetaan kaatamalla sulaa epäpuhdasta kuparia muotteihin. Tavasta riippuen voivat muotit olla kiinteitä tai ne voivat sijaita pyörivässä valupyörässä.The anodes are made by pouring molten impure copper into molds. Depending on the method, the molds may be fixed or may be located on a rotating castor.

Anodien yleismuoto esitetään kuitenkin kuviossa 1. Kiinnityskor-van profiili esitetään tarkemmin kuviossa 2.However, the general shape of the anodes is shown in Figure 1. The profile of the mounting lug is shown in more detail in Figure 2.

Tällaisen kiinnityskorvan profiilin omaavat anodit eivät sijaitse pystysuorassa tankissa ja oikosulkuja voi syntyä anodien ja katodien välille. Tämän estämiseksi kiinnityskorvat taivutetaan joko elektrolyysiastiassa käsin vasaroimalla tai sijoitetaan kiiloja kiinnityskorvien alle. Toiset yhtiöt valssaavat myös anodin kiinnityskorvat käyttämällä erityistä valssauskonetta. Kaikki nämä lisäprosessit ovat kalliita. Jotkin toiset yhtiöt valavat täysimittaisia kiinnityskorvia (kuvio 3). Tällaisessa tapauksessa on sijoitettava erityisiä välikkeitä muotin kiinni-tyskorva-alueelle, jotta anodi voidaan irrottaa muotista. Tämä prosessi on erittäin työläs ja tällaiset anodit (koska niissä on paksut kiinnityskorvat) tarvitsevat leveämmän tilan anodeille elektrolyysiastiassa. Tämä johtaa alhaisempaan tuotantokapasiteettiin kennoa kohden. J. M. Dompas, M. Govaerts ja K. Hens käsittelivät tätä ongelmaa julkaisussa Up Date On: Continuous Casting of Anodes with Integral Lugs (ΑΙΜΕ, Chicago, helmikuu 1981), jossa he kehittivät jatkuvan valuprosessin anodien valmistamiseksi. Anodin kiinnityskorvan profiili esitetään kuviossa 4. Tällaisissa anodeissa on ohuet kiinnityskorvat, ne sijaitsevat pystysuorassa elektrolyysiastiassa, ja ne eivät kaipaa 2 81129 ylimääräistä työstöä. Tähän prosessiin tarvitaan kuitenkin erityisen pitkälle kehitetyt koneet ja täten investointikustannukset ovat erittäin korkeat.Anodes with such a mounting ear profile are not located in a vertical tank and short circuits can occur between the anodes and cathodes. To prevent this, the mounting lugs are either bent in the electrolysis vessel by hand hammering or wedges are placed under the mounting lugs. Other companies also roll the anode mounting lugs using a special rolling machine. All of these additional processes are expensive. Some other companies are casting full-size mounting lugs (Figure 3). In such a case, special spacers must be placed in the mounting area of the mold so that the anode can be removed from the mold. This process is very laborious and such anodes (because they have thick mounting lugs) need more space for the anodes in the electrolysis vessel. This results in lower production capacity per cell. J. M. Dompas, M. Govaerts, and K. Hens addressed this problem in Up Date On: Continuous Casting of Anodes with Integral Lugs (Chicago, Chicago, February 1981), where they developed a continuous casting process for making anodes. The profile of the anode mounting lug is shown in Figure 4. Such anodes have thin mounting lugs, are located in a vertical electrolysis vessel, and do not require 2 81129 additional machining. However, this process requires particularly advanced machines and thus the investment costs are very high.

Esillä oleva keksintö perustuu havaintoon, että elektrolyysias-tiassa pystysuorassa sijaitsevat kuparianodit voidaan valaa suoraan tavanomaisessa anodivalupyörässä tarvitsematta valamisen jälkeen lisätyöstöä. Tämän aikaansaamiseksi on keksinnön mukaiselle anodille tunnusomaista se mitä on määritelty patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa ja menetelmälle se mitä on määritelty patenttivaatimuksen 6 tunnusmerkkiosassa. Muottien kiinni-tyskorva-alueet valssataan siten, että anodin ripustuspiste on pystylinjassa painopisteen yläpuolella. Kun muotin kiinnityskor-va-aluetta valetaan, ruiskutetaan grafiittisuspensiolla tai muulla voiteluaineella anodin poiston helpottamiseksi ja jotta aikaansaataisiin parempi anodin ja virtaa johtavan kiskon välinen sähkökontakti.The present invention is based on the finding that copper anodes located vertically in an electrolysis vessel can be cast directly in a conventional anode casting wheel without the need for further machining after casting. To achieve this, the anode according to the invention is characterized by what is defined in the characterizing part of claim 1 and the method is characterized by what is defined in the characterizing part of claim 6. The attachment lug areas of the molds are rolled so that the suspension point of the anode is in a vertical line above the center of gravity. When the mold mounting lug area is cast, it is sprayed with a graphite suspension or other lubricant to facilitate removal of the anode and to provide better electrical contact between the anode and the conductive rail.

Seuraavassa keksintöä esitellään lähemmin viitaten oheisiin kuvioihin, joissa kuvio 1 on sivukuva ennestään tunnetusta anodista; kuvio 2 on poikkileikkaus pitkin linjaa 2-2 kuviossa 1; kuvio 3 on poikkileikkaus ennestään tunnetusta anodista; kuvio 4 on poikkileikkaus ennestään tunnetusta anodista; kuvio 5 on poikkileikkaus keksinnöstä; kuvio 6 on isometrinen kuva keksinnöstä; kuvio 7 on perspektiivikuva anodimuotista; kuvio 8 on kuva kuviossa 7 esitetyn muotin yksityiskohdasta; kuvio 9 on sivukuva kuviossa 1 esitetystä anodista.In the following, the invention will be described in more detail with reference to the accompanying figures, in which Figure 1 is a side view of a previously known anode; Fig. 2 is a cross-section along the line 2-2 in Fig. 1; Figure 3 is a cross-section of a previously known anode; Fig. 4 is a cross-section of a previously known anode; Figure 5 is a cross-section of the invention; Figure 6 is an isometric view of the invention; Fig. 7 is a perspective view of the anode mold; Fig. 8 is a view of a detail of the mold shown in Fig. 7; Fig. 9 is a side view of the anode shown in Fig. 1.

Viitaten kuvioihin 1 ja 2 esitetään tavanomainen anodi 10. Anodi 10 käsittää rungon 12 ja kiinnityskorvat 14. Anodi 10 riippuu kiinnityskorvista 14 elektropuhdistusastiassa (ei esitetä).Referring to Figures 1 and 2, a conventional anode 10 is shown. The anode 10 comprises a body 12 and mounting lugs 14. The anode 10 depends on a mounting lug 14 in an electrosurge vessel (not shown).

Kiinnityskorvan 14 poikkileikkaus esitetään kuviossa 2. Kiinni-tyskorva 14 käsittää yläpinnan 16, joka kallistuu alaspäin kohti anodin 10 etupintaa 18, taka- ja etupintoja 20 ja 22, ja alempi pinta 24, joka kallistuu ylöspäin kohti etupintaa 18.A cross-section of the mounting lug 14 is shown in Figure 2. The mounting lug 14 comprises an upper surface 16 inclined downwardly toward the front surface 18, rear and front surfaces 20 and 22 of the anode 10, and a lower surface 24 inclined upwardly toward the front surface 18.

Kuten aikaisemmin mainittiin ei anodin 10 yleinen muoto sellaisenaan kuin se esitetään kuvioissa 1 ja 2 salli sitä, että anodi 10 olisi pystysuorassa astiassa (katso kuvio 9). Tästä johtuen on 3 81129 kiinnityskorvia 14 taivutettava voimalla, mikä on aikaaviepä ja korkeintaan puolihyvä keino. Vaihtoehto edellä mainitulle on valettu täysimittainen kiinnityskorva 26 (kuvio 3), joka käyttää hyväksi epätaloudellista ylimääräistä kuparia olennaisesti ei-reaktiivisessa anodin 10 kaulaosassa. Tämän lisäksi on käytettävä erityisiä välikekappaleita, jotta anodi pystyisi irrottautumaan muotista. J.M. Dompas et ai kehittivät jatkuvan valumenetelmän, jossa anodeissa 10" on ohuet kiinnityskorvat 28, ja ne ovat pystysuorassa astiassa, kts. kuvio 4.As previously mentioned, the general shape of the anode 10 as shown in Figures 1 and 2 does not allow the anode 10 to be in a vertical vessel (see Figure 9). As a result, the 3 81129 mounting lugs 14 must be bent by force, which is time-consuming and at most a semi-good means. An alternative to the above is a molded full-length mounting lug 26 (Figure 3) that utilizes uneconomical excess copper in the substantially non-reactive neck portion of the anode 10. In addition, special spacers must be used to allow the anode to detach from the mold. J.M. Dompas et al. Developed a continuous casting method in which the anodes 10 "have thin mounting lugs 28 and are in a vertical vessel, see Figure 4.

Kuvio 5 esittää osittaisen poikkileikkauksen esillä olevasta kiinnityskorvasta 30. Huomioikaa kuinka kapea anodin 32 yläosa on. Runko 36 siis viettää kohti kiinnityskorvaa 30 kaula-alueella 56. Anodi 32 käsittää yläpinnan 34, joka on kalteva alaspäin kohti etupintaa 36, etu- ja takapinnat 38 ja 40 sekä alapinnan 42. Alapinta 42 käsittää alaspäin kaltavan pinnan 44, pystysuoran askelman 46 ja ylöspäin kaltevan pinnan 48. Kulma A esittää käänteiskulmaa verrattuna kuvioon 2. Pystysuora askelma 46 on edullisesti samantasoinen tason F (pystysuunnan) kanssa, joka kulkee painopisteen 60 läpi. Kun anodi 32 on sijoitettu astiaan, toimii pinnan 42 ja askelman 46 muodostama kärki 62 anodin • · ripustusreunana ja kun painopiste 60 on samalla linjalla tason FFigure 5 shows a partial cross-section of the present mounting lug 30. Note how narrow the top of the anode 32 is. Thus, the body 36 extends toward the mounting lug 30 in the neck region 56. The anode 32 comprises an upper surface 34 inclined downward toward the front surface 36, front and rear surfaces 38 and 40, and a lower surface 42. The lower surface 42 comprises a downwardly inclined surface 44, a vertical step 46, and upwards. an inclined surface 48. The angle A represents the inverse angle compared to Figure 2. The vertical step 46 is preferably flush with the plane F (vertical) passing through the center of gravity 60. When the anode 32 is placed in the vessel, the tip 62 formed by the surface 42 and the step 46 acts as a suspension edge of the anode and when the center of gravity 60 is in line

kanssa riippuu anodi pystysuorana.with depends on the anode vertically.

Kuvio 6 esittää anodin 32 isometrisesti. Ulottuvuus g on n.Figure 6 shows the anode 32 isometrically. The dimension g is n.

3,8 cm ·3.8 cm ·

Todettiin, että anodi 32 kiinnityskorvineen 30 sijaitsee pystysuorassa astiassa eikä se kaipaa lisätyöstöä. Anodit 32, joissa on tämän tyyppinen kiinnitysKurva 30, voidaan valaa tavanomaisessa valupyörässä edellyttäen, että muotin kiinnityskorva-alue ...· päällystetään kevyellä grafiittisuihkulla toistuvasti valamisen aikana. Grafiitilla on kaksi tarkoitusta. Ensinnäkin se voitelee muotin kiinnityskorva-alueen ja mahdollistaa anodin helpon poistamisen muotista. Toiseksi, koska se on pelkistin sekä johtaa sähköä hyvin, se estää kuparioksidin muodostumisen sekä parantaa 4 81129 sähkökosketusta sen kuparikiskon, jonka päällä anodi sijaitsee astiassa, ja anodin välillä. Grafiittikäsittelyn lisäksi kontrolloidaan muotin vääntymistä. Toinen menetelmä muotin vään-tymisen kontrolloimiseksi on käyttää kaksoisontelomuottia, kuten kanadalaisessa patenttihakemuksessa esitetään.It was found that the anode 32 with its mounting lugs 30 is located in a vertical vessel and does not require further machining. The anodes 32 with this type of mounting curve 30 can be cast on a conventional casting wheel, provided that the area of the mold mounting lug ... · is repeatedly coated with a light graphite jet during casting. Graphite has two purposes. First, it lubricates the attachment area of the mold and allows the anode to be easily removed from the mold. Second, because it is a reducing agent and conducts electricity well, it prevents the formation of copper oxide and improves the electrical contact between the copper rail on which the anode is located in the vessel and the anode. In addition to graphite treatment, mold distortion is controlled. Another method of controlling mold distortion is to use a double cavity mold, as disclosed in the Canadian patent application.

Viitaten kuvioon 7 esitetään muotti 50, jossa on haluttua kiinni-tyskorvan 30 rakennetta vastaava muotoilu. Kuvio 8 on yksityiskohtainen kuva kiinnituskorvan ontelosta 52. Standardikokoiselle 0,914 x 0,914 m anodille 32 käänteiskulma A on noin 5 astetta, ulottuvuus D on n. 2,54 cm ja ulottuvuus E on n. 3,2 mm. Ulottuvuus E on anodin vertikaalisuuden funktio (määritellään jäljempänä) .Referring to Figure 7, a mold 50 is shown having a design corresponding to the desired structure of the mounting lug 30. Figure 8 is a detailed view of the mounting ear cavity 52. For a standard size 0.914 x 0.914 m anode 32, the angle of inversion A is about 5 degrees, the dimension D is about 2.54 cm, and the dimension E is about 3.2 mm. Dimension E is a function of the verticality of the anode (defined below).

Kaksoisontelomuotti 50 (siis kaksipuolinen muotti), jossa kiinni-tyskorvan ontelo 52 jyrsittiin niin, että saatiin kuvion 5 esittämät kiinnityskorvat 30, asennettiin tavanomaiseen valupyörään. Anodit 32 valettiin systemaattisesti ja muotin 50 kiinnityskorva-ontelo 52 ruiskutettiin grafiitilla. Grafiittivoiteluaine on gra-fiittisuspensio vedessä tai muussa nesteessä, jossa joko on tai ei ole dispergoimisainetta tai muuta samanlaisia ominaisuuksia omaavaa ainetta. Anodit 32 irtosivat helposti muotista50 työntö-tapin avulla, joka työnnettiin aukon 54 läpi. Oli hyvin yllättä-. ! vää huomata kuinka helposti anodi 32 irtosi, koska on pitkään luul tu, että kiinnityskorva, jossa on käänteiskulma, ei lähde muotista ulos siististi ja helposti johtuen sen geometrisesta muodosta.A double cavity mold 50 (i.e., a double-sided mold) in which the mounting lug cavity 52 was milled to obtain the mounting lugs 30 shown in Fig. 5 was mounted on a conventional casting wheel. The anodes 32 were systematically cast and the mounting ear cavity 52 of the mold 50 was injected with graphite. A graphite lubricant is a suspension of graphite in water or another liquid, with or without a dispersant or other substance with similar properties. The anodes 32 were easily detached from the mold 50 by a push pin which was inserted through the opening 54. It was very surprising. ! It should be noted how easily the anode 32 came off because it has long been thought that the mounting lug with the inverted angle does not come out of the mold neatly and easily due to its geometric shape.

Kokeiltiin eri lämpötiloja, jotta voitaisiin päätellä anodin sekä sen valmistusmenetelmän tehokkuus. Tulokset esitetään alla. Tietyn ajan aikana kerättiin neljä koe-erää anodeja (kukin erä sisälsi 38 anodia) ja niiden "vertikaalisuus" mitattiin. Anodin vertikaalisuus, josta esitetään esimerkki tavanomaisella anodilla kuviossa 9, on välimatka B anodin ja absoluuttisen vertikaalikoh-dan C välillä, kun anodi riippuu astiassa. Mitä lähempänä nollaa B-arvo on, sitä pystysuoremmassa anodi on. Vapaasti voidaan to-deta, että jos anodi heilahtaa vastakkaiseen suuntaan kuin mitä 5 81129 kuviossa 6 esitetään on anodin vertikaalisuus negatiivinen. Palataksemme kuvioon 8 voidaan ulottuvuutta E vaihdella riippuen vertikaalisuuden suuruusluokasta ja etumerkistä. Tämä on myös funktio anodin vääntymisasteesta. Mitä suurempi vääntymisaste on sitä pienempi E:n täytyy olla.Different temperatures were tested in order to deduce the efficiency of the anode as well as its fabrication method. The results are shown below. Over a period of time, four experimental batches of anodes were collected (each batch contained 38 anodes) and their "verticality" was measured. The verticality of the anode, exemplified by the conventional anode in Figure 9, is the distance B between the anode and the absolute vertical point C as the anode hangs in the vessel. The closer to zero the B value, the more vertical the anode is. It can be freely stated that if the anode oscillates in the opposite direction to that shown in Fig. 6, the verticality of the anode is negative. To return to Figure 8, the dimension E can be varied depending on the magnitude and sign of the verticality. This is also a function of the degree of distortion of the anode. The higher the degree of distortion, the smaller E must be.

Koe no Muotista Anodin vertikaalisuus (”B) valettujen Keskimäärä Standardipoikkeama ?™dien (mm) (mm) maara_ -— - -5— - 1 50 -2,6 + 3,0 2 300 -2,8 + 3,3 3 800 -1,4 + 3,6 4 1000 -1,3 + 3,0Experience no Mold Anode Verticality (“B) Cast Mean Standard Deviation? ™ Dienes (mm) (mm) Maara_ -— - -5— - 1 50 -2.6 + 3.0 2,300 -2.8 + 3.3 3 800 -1.4 + 3.6 4 1000 -1.3 + 3.0

Tavanomaisen anodin tuotanto (Kuvio 2): tuotettuna 27,3 + 7,5 elektrolyysit astiassa vasaroituna 2Production of a conventional anode (Figure 2): produced 27.3 + 7.5 electrolysis hammered in a vessel 2

On selvää, että kuvioissa 5 ja 6 esitetyillä kiinnityskorvilla 30 valmistetut anodit 32, jotka on valmistettu valupyörässä, ovat ylivoimaisia suorituskyvyltään verrattuna tavanomaisiin ano-deihin 10, jotka on vasaroitu elektrolyysiastiassa.It will be appreciated that the anodes 32 made with the mounting lugs 30 shown in Figures 5 and 6, which are made on a casting wheel, are superior in performance over conventional anodes 10 hammered in an electrolysis vessel.

Elektrolyysiastiassa pystysuorassa riippuvat anodit voidaan valaa tavallisessa valupyörässä käyttäen grafiittia voiteluaineena muotin kiinnityskorva-alueella. Esillä olevat anodit asettuvat elektro-lyysiastiaan paremmin pystysuuntaan kuin tavalliset vasaroidut anodit. Täten säästetään huomattavasti työvoimaa elektrolyysi-astiässa^ ja saadaan suurempi virrantehokkuus. Tällaiset parannukset saadaan aikaan minimaalisin investoinnein. Itse asiassa on laskettu, että takaisinmaksuaika on sata kertaa lyhyempi verrattuna jatkuvaan valujärjestelmään.In the electrolysis vessel, the vertically suspended anodes can be cast on a standard casting wheel using graphite as a lubricant in the area of the mold attachment ear. The present anodes are better placed vertically in the electrolysis vessel than ordinary hammered anodes. Thus, considerable labor is saved in the electrolysis tank and higher current efficiency is obtained. Such improvements are achieved with minimal investment. In fact, it has been calculated that the payback period is a hundred times shorter compared to a continuous casting system.

Vaikkakin tässä on esitettu esillä olevan keksinnön erityisiä sovellutusmuotoja on alan ammattilaiselle selvää, että niitä voidaan muunnella patenttivaatimusten puitteissa ja keksinnön 6 81129 eräitä piirteitä voidaan joskus käyttää edullisesti hyväksi ilman, että vastaavasti käytetään muita piirteitä.Although specific embodiments of the present invention have been set forth herein, it will be apparent to those skilled in the art that they may be modified within the scope of the claims, and some features of the invention may sometimes be advantageously utilized without the corresponding use of other features.

ii

Claims

An anode comprising a body and an attachment lug associated with the body, the body having a front plane (36) and a back plate (40), and the body extending in the neck region (56) toward the front surface (38) of the attachment ear (30), characterized in that the lower surface (42) of the mounting lug (30) comprises a downwardly inclined surface portion (44), forming an inverted angle (A) to provide a vertical suspension position of the anode in the container.

Anode according to claim 1, characterized in that the inverted mounting lug comprises an upper surface (34) and a lower surface (42), the upper surface extending downwards towards the front plane (36) of the anode and the lower surface (42) divided into several sub-surfaces (44, 46, 48).

Anode according to claim 2, characterized in that the lower surface (42) comprises a first sub-surface (44) extending downwards towards the front plane (36) of the anode, a second sub-surface (46) extending upwards from the first part and a third sub-surface (48) , which extends upwards from the second sub-surface towards the front plane of the anode (36).

Anode according to Claim 3, characterized in that the second sub-surface (46) is flush with the vertical plane (F) passing through the center of gravity (60).

Anode according to Claim 1, characterized in that the angle of inversion is approximately 5 °.

A method of casting anodes, characterized in that a) an inverted mold having a mounting lug cavity is used, the shape of which is such that the mounting lug profile comprises an upper surface and a lower surface, the upper surface extending downwards towards the anode, the lower surface being divided into a plurality of sub-surfaces directed to hang the anode in a vertical vessel, b) placing the mold on the casting wheel, c) spraying lubricant into the cavity of the mounting ear, d) pouring molten material into the mold, β 81129 e) rotating the casting wheel, f) causing the molten material to solidify, and g) removing the anode from the mold.

A method according to claim 6, characterized in that the shape of the cavity of the attachment ear is such that a first sub-surface extending downwards towards the front plane, a second sub-surface extending upwards from the first sub-surface and a third sub-surface extending upwards towards the second sub-surface are formed in the lower part of the attachment ear benefit levels.

7 81129

Process according to Claim 6, characterized in that the molten substance is copper.

Method according to Claim 6, characterized in that the lubricant is graphite.