JP2017511428A - 金属電解採取セルのためのアノード構造体 - Google Patents

Abstract

本発明は、アノード吊下バー、絶縁材料の支持構造体、触媒被覆を備えるバルブ金属基材を有する少なくとも１つのアノードメッシュを含み、少なくとも１つのアノードは少なくとも２つの相互に絶縁されているサブメッシュに分割されており、サブメッシュにはアノード吊下バーと接続されている導電手段によって個々に電流が供給され、アノード構造体は、サブメッシュのそれぞれへの電流供給を個々に測定及び制御するための少なくとも１つの電流プローブ及び少なくとも１つのアクチュエーターを含む少なくとも１つの電子システムを更に備える、電解採取セルのためのアノード構造体に関する。【選択図】図１

Description

本発明は、特に非鉄金属の電解採取又は電解精製プラントにおいて用いる電解セルにおいて短絡を阻止し、又はアノードの電気的損傷を減少させるための、金属堆積物の均一な成長を操作するのに好適なアノード構造体に関する。

特に金属の電解採取又は電解精製プラントに関しては、電気化学プラントのセルに供給される電流は、非常に多様で異質の形態で個々のセル電極に分配されて、これにより生産に悪影響が及ぼされる可能性がある。この種の現象は、複数の異なる理由によって起こる可能性がある。例えば、金属の電解採取又は電解精製プラントの特定の場合においては、陰極（カソード）は、しばしば、その上に堆積する生成物を採取するためにそれらの台座から取り外され、その後に、引き続く生成サイクルのために元に戻される。一般に非常に多数のカソードに対して行われるこの頻繁な取扱いによって、しばしば、母線上への不完全な再配置がもたらされて、完全な電気接触からはほど遠くなる（これはまた、関係する台座上へスケールが形成される可能性によってももたらされる）。また、生成物の堆積が電極上において不規則な形態で起こり、生成物の質量勾配が形成されてカソード表面の外形を変化させる可能性もある。これが起こると、実際にはもはや全表面に沿って一定ではないアノード／カソードの間隙のために電気的不均衡状態が形成され、それぞれのアノード／カソード対の間の間隙の関数である電気抵抗が変動するようになって、電流分布の不均一さの問題を悪化させる。かかる現象は、例えばカソードの上部部分においてより少ない堆積が起こる銅の場合においてしばしば観察され、この場合にはより多い量のガスが存在して電気抵抗の増加が引き起こされる。

特に銅の場合においても共通の他の問題は、場合によってデンドライト状堆積物が形成されて、これは局所的なアノード／カソード間隙が減少するにつれて、短絡状態が形成されるまで局所的により早く成長する。短絡の場合には、電流は短絡しているカソード上に集中して、残りのカソードへの電流を減少させて生産を著しく阻害する傾向があり、これは短絡したカソードをセルから切断する前は回復することはできない。電流の不均一な分布はまた、上述の品質及び生産能力の損失も引き起こし、チタンメッシュから製造される最新の概念のアノードの完全性及び寿命が損なわれる。

工業プラントにおいては、多数のセル及び電極が存在していることを考えると、均一な堆積を維持し、短絡を阻止するか、又は短絡によるアノードの損傷を減少させる作業は非常に複雑であり、実際に実行するのは困難である。

本発明は、電解採取セルのカソード表面上における堆積金属の均一な成長を操作し、及び／又は、例えばデンドライトの現象、不規則な堆積の成長によるか、或いはアノードとカソードを直接電気接触させる可能性がある機械的な事故によって起こる可能性があるアノードの短絡又は損傷を阻止することを可能にする。

更に、本発明は、アノードの限定された部分のみに対応して電流を選択的に停止し、生成の減少を制限し、そして金属堆積プロセスを最適化することによって、上記の事象が同時進行している場合にアノードを運転状態に維持することを可能にする。

したがって、本発明は、生産の能力及び品質の増加を促進し、アノード構造体を保護する。
本発明の種々の形態は、添付の特許請求の範囲において示す。

一形態においては、本発明は、アノード吊下バー、電気絶縁材料で構成されている支持構造体、触媒被覆を備えるバルブ金属基材を含む少なくとも１つのアノードメッシュを含み、少なくとも１つのアノードメッシュは少なくとも２つの相互に絶縁されているサブメッシュに分割されており、サブメッシュにはアノード吊下バーと接続されている導電手段によって個々に電流が供給され、アノード構造体は、それぞれの個々のサブメッシュへの電流供給を個々に測定及び制御するための少なくとも１つの電流プローブ及び少なくとも１つのアクチュエーターを含む少なくとも１つの電子システムを更に備える、電解採取セルのためのアノード構造体に関する。

「アノードメッシュ」という用語は、対応するカソードに面している電極を定義することを意図している。
「サブメッシュ」という用語は、アノードメッシュが分割されている一連の投影幾何学的表面を定義することを意図している。

「メッシュ」という用語は、小孔を有する構造体を示すために用いられる。
本発明によるアノード構造体には、１つの同じ吊下バーに接続され、支持構造体の反対側に配置されており、それぞれのアノードメッシュは対応するカソードに面し、それぞれのアノードメッシュは少なくとも２つのサブメッシュに分割されている２つのアノードメッシュを含ませることができる。アノード構造体には、２つのアノードメッシュの間にサンドイッチされている薄いパネルを更に含ませることができる。このパネルは、複数のより小さいサブパネルで構成することができる。このパネルは、アノードメッシュの投影表面積に匹敵する全面積を有していてよく、数ミリメートルの厚さであってよく、プラスチック又は樹脂のような、酸電解液に耐性で、セルの運転温度において機能する傾向がある材料で構成することができる。

アノードメッシュが分割されているサブメッシュは、同じか又は異なる面積のものであってよい。
好ましくは、絶縁材料の支持構造体、並びにアノード構造体の運転中に電解液中に浸漬される全ての部材は、酸電解液環境に耐性でなければならない。

本発明によるアノード構造体は、その電流制御システムにより、カソードにおいて金属のデンドライト又は非常に不規則な堆積物が形成される場合であっても、電流の不規則性を起こしているアノードメッシュの部分のみを切断することによって、アノードの連続運転を可能にするという有利性を有することができる。

上記で記載したサブメッシュは、プラスチック又は樹脂のような材料で相互に電気的に絶縁することができる。更に、又は或いは、サブメッシュは、それらの間に物理的な間隙を存在させることによって相互に絶縁することができる。物理的間隙は、存在させる場合には、有利には３ｍｍより大きく、例えば約８ｍｍであるように選択することができる。

それぞれの個々のサブメッシュへ供給される電流の個々の測定は、直接測定によるか、或いは、例えば局所的な温度変動を評価するか、又は受動電子部品（例えばサーミスタ又はリセッタブルヒューズ：それぞれは電子システムの電流プローブ及びアクチュエータとして機能することができる）における電流強度に対する具体的な電気的応答を引き起こすことのようなサブメッシュ中に流れる電流の間接的な評価を用いて行うことができる。

本発明によるアノード構造体の一態様においては、かかる少なくとも１つのアノードメッシュは、２５ｃｍ^２〜２２５ｃｍ^２の範囲の面積のサブメッシュに分割されている。
「面積」という用語は、幾何学的投影面積を定義することを意図している。

一態様においては、本発明によるアノード構造体の導電手段は、金属製のバー、プレート、又はケーブルである。導電手段は小型化するか、及び／又は１以上の電子回路に組み込むことができる。

一態様においては、本発明によるアノード構造体の金属製のバー、プレート、又はケーブルは、銅、アルミニウム、又はこれらの合金のような１．５×１０^−８〜３．０×１０^−８Ω×ｍの電気抵抗を有する導電性材料で構成される。導電手段の電気抵抗は、４線測定構成を用いてマルチメーターによって２０℃において行う測定を指す。

一態様においては、本発明によるアノード構造体は、締着手段によって絶縁材料の支持構造体に固定されている、相互に電気的絶縁状態のサブメッシュを有する。
更なる態様においては、本発明によるアノード構造体は、樹脂又はプラスチックのような材料によって支持構造体の内部に埋封及び密封されている導電手段及び少なくとも１つの電子システムを有する。

更なる態様においては、本発明によるアノード構造体のそれぞれのサブメッシュには、サブメッシュの電流供給を個々に制御する少なくとも１つの電子システムが装着されている。

他の態様においては、電子システムは、トランジスタ、ＭＯＳＦＥＴ、スイッチ、負荷スイッチ、オペアンプ、マイクロコントローラーユニット（ＭＣＵ）、アナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）のような能動部品、及び／又は受動電子部品を含む。

能動部品を使用することによって、能動制御を可能にするという有利性を与えることができ、サブメッシュにおける電流の流れを記録及び管理する能力を与えることができる。
これらの能動部品を駆動させるために、本発明によるアノード構造体と、電解槽のカソードセル間バー又は存在する場合にはバランスバーの間の電位差を利用することができる。電子システム又はその部品の１以上は、アノード構造体から伸長していて、カソードセル間バー又はバランスバーと電気接触している金属ケーブルのような導電手段と電気接続することができる。

他の態様においては、電子システムは、サーミスタ又はリセッタブルヒューズ（例えばポリマー正温度係数ヒューズ、ポリヒューズ、又はポリスイッチとしても知られているリセッタブルＰＰＴＣヒューズ）のような受動部品を含む。本発明者らは、これらの受動部品を用いることによってシステムの構成を簡単にすることができることを見出した。サーミスタ及びリセッタブルヒューズは、回路を通って流れる電流の間接的な測定を与え、過電流を制御及びキャンセルするための簡単な手段を与えて、電子システムの電流プローブ及びアクチュエータとして機能する自己作動型受動デバイスである。これらは、電圧と電流の間の高非線形応答関係を有することを特徴とし、外部電源又は第三の部材の介在の必要なしに回路内の電流の流れの遮断／作動を自己始動することによって過電流の障害を阻止する。電流制御のためのこれらの受動部品は、記録及び警報目的のために用いることができる能動部品と組み合わせて実装することができる。

他の形態においては、本発明は、上記に記載の少なくとも１つのアノード構造体を含む、電気化学的金属電解採取プラントにおいて金属を堆積させるためのシステムに関する。このシステムはまた、電気メッキ及び電解精製プラントにおいて用いることもでき、短絡を阻止し、デンドライトの接触によるアノードの損傷を減少させ、及び／又は金属の均一な堆積を操作するために用いることができる。このシステムは更に、アノードメッシュが少なくとも２つのサブメッシュに分割されているために、局所的な電流異常の出現時においても、アノード構造体の複数の部分のみを切断することによってアノードを運転状態に維持することができる。本発明者らは、電子システムによって特定のサブメッシュへの電力供給を選択的に遮断することによって、カソード上に形成されるデンドライトのアノードの表面への垂直方向の成長を強く遅延し、及びカソード上の金属の均一な堆積を得ることができることを見出した。

他の形態においては、本発明は、上記に記載の少なくとも１つのアノード構造体を含み、それぞれのサブメッシュは、正温度係数サーミスタ又はリセッタブルヒューズの中から選択される少なくとも１つの受動電子システムと直列に電気接続されている、金属電解採取プラントにおいて金属を堆積させるためのシステムに関する。過電流の障害を阻止するために、それぞれの受動電子システムはその特性電流パラメーターにしたがって選択される。受動システムが正温度係数リセッタブルヒューズである場合には、その特性電流パラメーターは、有利には、次に記載するように、（１）運転条件においてそれぞれの個々のサブメッシュへ供給することができる最大公称電流に等しい保持電流値；及び（２）それぞれのサブメッシュに関する最大安全電流よりも低いトリップ電流値；を選択することができる。受動デバイスを保持電流よりも低い電流で運転する場合にエネルギー損失及び過熱を最小にするために、公称運転条件下における電圧の降下の値が安定して低い受動電子システムを選択することが望ましい。

以下の定義は、通常は４５℃〜５５℃の上記に記載したアノード構造体の運転温度において測定される量を指す。
「トリップ電流」という用語は、電子システムが電流の流れを遮断する電流流路における受動電子システムの特性電流閾値を定義するように意図される。「トリップ」状態においては、漏れ電流として知られる小さな値の迷走電流しか受動部品を通って流れることができない。

「保持電流」という用語は、受動部品がデバイスをトリップしないことが保証されている値以下の特性電流閾値を定義するように意図される。
「最大安全電流」という用語は、個々のサブメッシュ及び回路の安全性及び保護を脅かさない最大電流を定義するように意図される。

「公称電流（nominal current）」という用語は、理想的な運転条件下、即ち製造プロセスにおいて起こる関係する危険な状態の不存在下においてサブメッシュ中を流れる電流を定義するように意図される。

上記に記載のサーミスタ又はリセッタブルヒューズは、それらを環境から断熱し、運転中のそれらの信頼性を確保するために、空気又はフォームが充填されているチャンバー内に収容することができる。

本発明者らは、サーミスタ又はリセッタブルヒューズのような受動電子システムによって特定のサブメッシュへ供給される電力を選択的及び適時に遮断すると、これらの受動部品は外部電源を必要とせず、それらの運転は自己制御されるので、デンドライトの接触又はアノード／カソード接触の不良の場合であっても、サブメッシュへの相当の短絡損傷が有利に簡略化された形態で阻止されることを見出した。

上記に記載のシステムは、警告及び／又はデータ記録システムと組み合わせることができる。例えば、アノード構造体に発光ダイオード（ＬＥＤ）を装着して、これをアノード構造体の少なくとも１つのサブメッシュ内において異常生成している電流の視覚的警告を与えるために用いることができる。更に、又は或いは、本発明によるアノード構造体に無線通信装置を装着することができ、これによってシステムの運転に関するデータをメイン中央コンピュータに送る。

他の形態においては、本発明は、それぞれのアノードメッシュに関して、電子システムによってそれぞれのサブメッシュ内の電流を所定の時間間隔で検出する、金属電解採取プラントにおいて金属を堆積させるための方法に関する。電子システムは、測定を行った後に、それぞれのアノードメッシュに関してそのサブメッシュ内を流れる極大電流を求め、検出される極大値に対応して、１つ又は複数のサブメッシュへの電流供給を停止する。かかる少なくとも１つのサブメッシュにおいては、システムは次の測定まで電流を停止する。この方法によって、カソード表面上の堆積金属の均一な成長が促進される。

アノード構造体と停止されたサブメッシュ（その電位は電解液のものに相当する）の間に電位差が存在するので、当業者であれば、このエネルギー差を用いて、電子システムの能動部品及び／又は警告若しくは電流記録手段を完全か又は部分的に駆動することができる。

他の形態においては、本発明は、それぞれのアノードメッシュに関して、電子システムがそれぞれのサブメッシュ内の電流を所定の時間間隔で検出する、金属電解採取プラントにおいて金属を堆積させるための方法に関する。電子システムは、測定を行った後、それぞれのアノードメッシュに関して、そのサブメッシュ内を流れる極大電流を求め、極大電流を特定の所定の値と比較する。極大電流値がかかる予め設定された閾値を超える場合には、電子システムは、検出される極大値に対応して、１つ又は複数のサブメッシュへの電流供給を次の測定まで停止する。予め設定された電流閾値は、それぞれの測定の後に再規定することができる。その値は、例えばサブメッシュの電流履歴に基づいてＭＣＵによって規定することができる。

金属の電解採取又は電解精製プラントにおいて、上記に記載の方法は、例えば金属を均一に堆積させるため、短絡を阻止するため、又はアノードに対する短絡損傷を減少させるために有利に用いることができる。他の形態においては、本発明は、それぞれのアノードメッシュに関して、電子システムがそれぞれのサブメッシュの電流を所定の時間間隔で測定し、電流値が特定の予め設定された閾値を超える場合には、これらのサブメッシュにおける電流供給を停止する、電気化学的に金属を堆積させるためのプラントにおいて金属を堆積させる方法に関する。かかるサブメッシュにおいて、システムは次の測定まで電流を停止する。この場合においても、予め設定された閾値は、それぞれの測定の後に再規定することができ、異なるサブメッシュに関しては相違させることができる。システムの崩壊の危険性を回避するために、それぞれのアノードメッシュに関して運転中に切断することができるサブメッシュの最大数を予め設定することが可能である。この場合には、切断するサブメッシュは、サブメッシュに対して、それらの電流値、相対位置、及び従前の電流履歴にしたがって優先順位を付けることによって選択することができる。上記に記載の方法は、例えば短絡を阻止するため、或いはアノードに対する短絡損傷を減少させるために有利に用いることができる。

他の形態においては、本発明は、上記に記載の少なくとも１つのアノード構造体を含み、それぞれのアノードメッシュに関して、電子システムがそれぞれのサブメッシュにおける電流を所定の時間間隔で検出する、短絡を阻止するため、又はアノードに対する短絡損傷を減少させるために好適な、金属電解採取プラントにおいて金属を堆積させる方法に関する。それぞれのアノードメッシュに関して、電子システムは、アノードメッシュを分割したサブメッシュ内を流れる平均電流を計算し、この平均値からそれらの相対偏差を計算する。相対偏差とは、サブメッシュの電流値と平均値の間の差を平均電流値で割った値を意味する。システムは、相対偏差が所定の値を超えているサブメッシュへの電流供給を停止する。かかるサブメッシュにおいては、システムは次の測定まで電流を停止する。かかる所定の値は、サブメッシュの間及び時間内で変化させることができ、例えばそれぞれの測定の後にＭＣＵによって再規定することができ、その値は電流値の履歴及びサブメッシュの位置に基づいて定めることができる。

ここで、添付の図面を参照して本発明を例示する幾つかの実施態様を記載するが、これらは発明のかかる特定の実施態様に関する異なる部材の相互配置を例示する目的しか有さず、特に図面は必ずしも縮尺通りではない。

図１は、両方のアノードメッシュが１００個のサブメッシュに分割されている本発明によるアノード構造体の三次元図を示す。 図２は、アノード吊下バーへのサブメッシュの接続、及びそれに関係する能動的電流調節／切断の考えられるシステムのスキームを示す。 図３は、アノード吊下バーへのサブメッシュの接続、及びそれに関係する受動的電流調節／切断の考えられるシステムのスキームを示す。 図４は、ポリヒューズを有する受動制御システムを実施する本発明によるアノード構造体の概要図を示し；パネル（Ｉ）及び（ＩＩ）はアノード構造体の正面図及び側面図を示し；パネル（ＩＩＩ）及び（ＩＶ）は、それぞれアノード構造体の指定された断面、及びかかる断面の指定された部分の拡大図を示す。 図５は、ＭＣＵ及び電力トランジスタを含む能動制御システムを実施する本発明によるアノード構造体の概要図を示し；パネル（Ｉ）及び（ＩＩ）はアノード構造体の正面図及び側面図を示し；パネル（ＩＩＩ）及び（ＩＶ）は、それぞれアノード構造体の指定された断面、及びかかる断面の指定された部分の拡大図を示す。

図１においては、５つの垂直のバー１１０の支持構造体に機械的に接続されている２つのアノードメッシュを支持するアノード吊下バー１００が示されている。背部のアノードメッシュ（参照番号なし）を部分的に隠している前部アノードメッシュ１０１は、サブメッシュ１０２のような１００個のサブメッシュに分割されている。また、電気接続ケーブル１０３、サブメッシュの間の絶縁間隙１０４、及びカソード１０６も示されている。位置１０５１に対応して電流調節の電子システムを配置することができる。更に、又は或いは、サブメッシュ１０２に関して位置１０５２のように、制御するサブメッシュに直接対応して、電流調節の電子システムを配置することができる。

図２においては、１つの側において関係する接続ケーブル１０３によってサブメッシュ１０２に、及び他の側においてアノード吊下バー１００に接続されている電子システム回路１０５に対応する領域を示す、能動電子超小型回路の概要図が示されている。能動電子システム回路１０５は、抵抗１０９、及び制御装置１０７と能動部品１０８の組合せを含む。後者の部品は、例えばトランジスタ、ＭＯＳＦＥＴ、スイッチトランジスタ、又は負荷スイッチであってよい。部材１０７及び１０８は、抵抗における電圧の降下を所定の参照電圧と比較することができ；抵抗の電圧降下が予め設定された時間の間参照電圧よりも大きい場合には、部材１０７は部材１０８のゲートロックを作動させる。

図３においては、１つの側において関係する接続ケーブル１０３によってサブメッシュ１０２に、及び他の側においてアノード吊下バー１００に接続されている正温度係数サーミスタ又はリセッタブルヒューズであってよい受動電子デバイス１０１に対応する領域を示す受動電子システムの概略図が示されている。

図４において、パネルＩ及びＩＩは、それぞれ、端子接触１０１を有する導電性吊下バー１００、及びサブメッシュ１０２のような３６個のサブメッシュにそれぞれ分割されている２つのアノードメッシュを含む、受動電流プローブ及び制御部品を実装したアノード構造体の正面図及び側面図を示す。サブメッシュ１０２は、例えばチタン又はその合金で構成することができる導電性で耐化学薬品性のリベット３００によって支持手段１１０に接続されている。パネルＩＩＩは、破線に沿ったパネルＩのアノード構造体の断面を示す。支持手段１１０及びサブメッシュ１０２を含む破線で囲まれた領域はパネルＩＶにおいて拡大されており、これはサブメッシュ１０２と支持手段１１０の間の接続の拡大図を示す。アノード吊下バー（図示せず）に電気接続されている支持手段１１０は、リベット３５０によって印刷回路基板４５０に固定されている導電バー５００を含む。導電バー５００は印刷回路基板トラック５５０によってポリヒューズ４１０の１つのピンに接続されている。ポリヒューズ４１０の第２のピンは、リベット３００によってサブメッシュ１０２と電気接触している。ポリヒューズ４１０は、断熱領域２５０（例えば断熱フォーム又は空気を充填することができる）内に収容されている。電気絶縁性の耐化学薬品性材料２００のシールで覆うことによって、部分的に支持手段から浮かび上がってサブメッシュ１０２を構造体１１０に固定しているリベット３００を除いて、上述の部品及び回路が電解液から隔離及び保護される。

図５においては、パネルＩ及びＩＩはそれぞれ、端子接触１０１を有する導電性吊下バー１００、及びサブメッシュ１０２のような６×６のサブメッシュから構成される２つのアノードメッシュを含む、能動電流制御部品を実装したアノード構造体の正面図及び側面図を示す。アノード構造体は、少なくとも１つのＭＣＵ１３０を更に含む。ケーブル接続１２０によって、ＭＣＵが、一方の側においてカソードセル間バー又は存在する場合にはカソードバランスバー上に接続され、他方の側（接続は示していない）において吊下バー１００に接続されている。サブメッシュ１０２は、例えばチタン又はその合金で構成することができる導電性で耐化学薬品性のリベット３００によって支持手段１１０に接続されている。パネルＩＩＩは、破線に沿ったパネルＩのアノード構造体の断面を示す。支持手段１１０及びサブメッシュ１０２を含む破線で囲まれた領域はパネルＩＶにおいて拡大されている。パネルＩＶは、サブメッシュ１０２と支持手段１１０の間の接続の拡大図を示す。アノード吊下バー（図示せず）に電気接続されている支持手段１１０は、リベット３５０によって印刷回路基板４５０に固定されている導電バー５００を含む。導電バー５００は印刷回路基板トラック５５０によってトランジスタ４２０の１つの端子に接続されている。トランジスタ４２０は更に、リベット３００によってサブメッシュ１０２と電気接触しているシャント抵抗４３０と接続されている。シャント抵抗４３０とＭＣＵ１３０の間の接続、及び後者とトランジスタ４２０のゲートの間の接続は、図面には示していない。これらの接続は、それぞれ、入力及び出力信号をＭＣＵへ／ＭＣＵから運び、これにはアナログ／デジタル変換器（図示せず）を装備することができる。トランジスタ４２０及びシャント抵抗４３０は、図２の概要図にしたがって更なる制御トランジスタ（図示せず）に接続することができる。樹脂又はプラスチックのような電気絶縁性の耐化学薬品性材料２００のシールで覆うことによって、部分的に支持手段から浮かび上がってサブメッシュ１０２を構造体１１０に固定しているリベット３００を除いて、上述の部品及び回路が電解液から隔離及び保護される。

本発明者らによって得られた最重要の結果の幾つかを下記の実施例において示すが、これらは発明の範囲を限定することは意図していない。

実施例１：
能動電流制御電子システムを装着したカソード及びアノードを含む電解採取セルの内部で、実験室試験操作を行った。厚さ３ｍｍ、幅５０ｍｍ、及び高さ１０００ｍｍのＡＩＳＩ−３１６ステンレススチールシートをカソードとして用い；アノードは、イリジウム及びタンタルの混合酸化物の被覆で活性化し、それぞれ１ｄｍ^２のサブメッシュに分割した、厚さ２ｍｍ、幅１５０ｍｍ、及び高さ１０００ｍｍのチタンエキスパンドメッシュから構成した。カソード及びアノードを、外側表面の間に４０ｍｍの間隙を与えて垂直に互いに対向させた。アノードに対して垂直のステンレススチールプレート中に成核中心として、ネジの先端部をアノードから４ｍｍ離してネジを挿入することによって、デンドライトを人為的に生成させた。図２の概要図にしたがって、それぞれのサブメッシュをアノード吊下バー及び電子システムに電気接続した。それぞれのサブメッシュに関して、電子システムは２つの異なるＭＯＳＦＥＴトランジスタ（１つは電力スイッチ１０８として、他方は制御装置１０７として働く）を含んでいた。電力スイッチは、−３０Ｖのドレイン−ソース間降伏電圧、及び−１０Ｖのゲート閾値電圧において８ｍΩのオン抵抗を有することを特徴としていた。制御装置トランジスタは、−３０Ｖのドレイン−ソース間降伏電圧、及び４．５Ｖのゲート閾値電圧において８５ｍΩのオン抵抗を有することを特徴としていた。図２のレジスタ１０９に代えて、２ｍΩのシャント抵抗を用いた。３２ビットの６７ＭＨｚ−ＭＣＵによって、１ミリ秒の時間間隔でそれぞれのサブメッシュの電流値を記録し、それぞれのサブメッシュの平均電流から相対偏差を計算した。ＭＣＵは、相対偏差が５％を超える場合にサブメッシュ中の電流を遮断するようにプログラムした。更に、無線ＺｉｇＢｅｅ無線通信システムをアノード上に設置し、ＭＣＵによって採取された情報を管理及び警告目的のために主制御コンピュータに送った。運転４日後に、デンドライト上に銅の沿面成長が見られ、アノード表面には達していなかった。残りのサブメッシュに面した領域における銅の生成は、不規則性を示さなかった。

比較例１：
電子制御システムを作動させないで、実施例１のアノード構造体を同じ条件で試験した。デンドライトは運転４時間後にアノード表面に達し、アノードを修繕不能に損傷した。

実施例２：
受動電流制御電子システムを装着したカソード及びアノード構造体を含む電解採取セルをシミュレートした実験用セル内で、実験室試験操作を行った。厚さ３ｍｍ、幅１５０ｍｍ、及び高さ１０００ｍｍのＡＩＳＩ−３１６ステンレススチールシートをカソードとして用い；アノードは、長さ１８０ｍｍの銅吊下バー、イリジウムの混合酸化物の被覆で活性化し、それぞれ幅７５ｍｍ、高さ１１０ｍｍの１８個のサブメッシュに分割し、サブメッシュのそれぞれの対の間に８ｍｍの間隙を与えた、厚さ１ｍｍ、幅１５５ｍｍ、及び高さ１０３０ｍｍのチタンエキスパンドメッシュから構成した。アノード構造体にはまた、ＬＥＤ、ＺｉｇＢｅｅ無線通信装置、及び３．３Ｖの出力電圧を有するブースターも装着した。ブースターは、警告及び運転操作目的のために設置したＬＥＤ及びＺｉｇＢｅｅ装置を駆動するために用いた。図３の概要図にしたがって、それぞれのサブメッシュをアノード吊下バー及び電子システムに電気接続した。より具体的には、電子システムは、それぞれ１４．０Ａ及び２３．８Ａの２３℃における保持及びトリップ電流仕様によって特徴付けられる正温度係数ポリヒューズを含んでいた（セルの運転温度におけるポリヒューズの性能を評価及び検証するために、これらのパラメーターの温度依存性分析を本発明者らによって行ったところ、４０℃における保持電流は１２．２Ａであり、トリップ電流は２５．４Ａであった）。それぞれのサブメッシュを更にダイオードに接続した。合計で１８個のダイオードを接続してダイオード−ＯＲ回路を形成して、これによってブースターに電力を供給し、１以上のサブメッシュとカソードの間の電気接触の場合においてのみＬＥＤを作動させた。

カソード及びアノードを、外側表面の間に３５ｍｍの間隙を与えて垂直に互いに対向させた。アノードメッシュに対して垂直のカソードステンレススチールプレート中に成核中心として、ネジの先端部をアノードから４ｍｍ離してネジを挿入することによって、デンドライトを人為的に生成させた。１．８Ｖのセル電圧で定電圧条件において１日運転した後、ネジの先端部上に堆積した銅はこれに面するアノードサブメッシュと接触し、特定のサブメッシュ上に銅の堆積が起こり、ＬＥＤが点灯し、ＺｉｇＢｅｅ通信装置から主中央コンピュータに警告信号が送られた。試験を６０時間継続し、かかる時間の間に銅はサブメッシュパネルの端部に沿って成長した。試験の終了時において、短絡による機械的損傷はアノードメッシュ上に存在せず、電流は５５〜６５Ａの範囲であった。最終的に、残りのサブメッシュに面する領域内における銅の生成は、不規則を示さなかった。

比較例２：
電子制御システムを装備しないで、実施例２のものと同様のアノード構造体を同じ条件で試験した。デンドライトは運転１日後にアノード表面に達し、アノードメッシュを修繕不能に損傷した。

上記の記載は発明を限定すると解釈すべきではなく、これらはその範囲から逸脱することなく異なる態様にしたがって用いることができ、その範囲は専ら添付の特許請求の範囲によって規定される。

本出願の明細書及び特許請求の範囲の全体にわたって、「含む」という用語、並びに「含み」及び「包含する」のようなその変形は、他の部材、部品、又は更なるプロセス工程の存在を排除することは意図しない。

Claims (16)

1. 電解採取セルのためのアノード構造体であって、アノード吊下バー、絶縁材料の支持構造体、触媒被覆を備えるバルブ金属基材を有する少なくとも１つのアノードメッシュを含み、少なくとも１つのアノードメッシュは少なくとも２つの相互に絶縁されているサブメッシュに分割されており、サブメッシュにはアノード吊下バーと接続されている導電手段によって個々に電流が供給され、アノード構造体は、サブメッシュのそれぞれへの電流供給を個々に測定及び制御するための少なくとも１つの電流プローブ及び少なくとも１つのアクチュエーターを含む少なくとも１つの電子システムを更に備える、前記アノード構造体。
2. 少なくとも１つのアノードメッシュが、２５ｃｍ^２〜２２５ｃｍ^２の範囲の面積のサブメッシュに分割されている、請求項１に記載のアノード構造体。
3. 導電手段が、金属製のプレート、バー、又はケーブルである、請求項１又は２に記載のアノード構造体。
4. 金属製のバー、プレート、又はケーブルが、１．５×１０^−８〜３．０×１０^−８Ω×ｍの２０℃における電気抵抗を有する導電性材料で構成されている、請求項３に記載のアノード構造体。
5. 導電性材料が、銅、アルミニウム、又はこれらの合金の中から選択される、請求項４に記載のアノード構造体。
6. 相互に絶縁されているサブメッシュが、締着手段によって絶縁材料の支持構造体に固定されている、請求項１〜５のいずれかに記載のアノード構造体。
7. 導電手段及び少なくとも１つの電子システムが、樹脂又はプラスチックによって絶縁支持構造体の内部に埋封及び密封されている、請求項１〜６のいずれかに記載のアノード構造体。
8. それぞれのサブメッシュに少なくとも１つの電子システムが装着されている、請求項１〜７のいずれかに記載のアノード構造体。
9. 電子システムが能動又は受動電子部品を含む、請求項１〜８のいずれかに記載のアノード構造体。
10. 受動電子部品がサーミスタ又はリセッタブルヒューズである、請求項９に記載のアノード構造体。
11. 請求項１〜１０のいずれかに記載の少なくとも１つのアノード構造体を含む、金属電解採取プラントにおいて金属を堆積させるためのシステム。
12. 請求項１０に記載の少なくとも１つのアノード構造体を含む、金属電解採取プラントにおいて金属を堆積させるためのシステムであって、
    サブメッシュに少なくとも１つのリセッタブルヒューズが装着されており、それぞれのリセッタブルヒューズは、
    ・正の温度係数；
    ・所定の電流値に等しい保持電流値であって、所定の電流値はそれぞれの個々のサブメッシュに供給する最大公称電流に相当する、前記保持電流値；
    ・それぞれのサブメッシュに関する最大安全電流よりも低いトリップ電流値；
    を有することを特徴とする、前記システム。
13. 請求項１〜９のいずれかに記載の少なくとも１つのアノード構造体を含む金属電解採取プラントにおいて金属を堆積させる方法であって、
    ・電子システムによって、所定の時間間隔でそれぞれのアノードメッシュのそれぞれのサブメッシュにおける電流を検出し；
    ・極大電流に対応するそれぞれのアノードメッシュのサブメッシュを求め；
    ・次の検出まで、極大電流に対応しているサブメッシュへの電流供給を停止する；
    工程を含む、前記方法。
14. 請求項１〜９のいずれかに記載の少なくとも１つのアノード構造体を含む金属電解採取プラントにおいて金属を堆積させる方法であって、
    ・電子システムによって、所定の時間間隔でそれぞれのアノードメッシュのそれぞれのサブメッシュにおける電流を検出し；
    ・極大電流に対応するそれぞれのアノードメッシュのサブメッシュを求め；
    ・検出された電流が所定の閾値を超える場合には、次の検出まで、極大電流に対応しているサブメッシュへの電流供給を停止する；
    工程を含む、前記方法。
15. 請求項１〜１０のいずれかに記載の少なくとも１つのアノード構造体を含む金属電解採取プラントにおいて金属を堆積させる方法であって、
    ・電子システムによって、所定の時間間隔でそれぞれのアノードメッシュのそれぞれのサブメッシュにおける電流を検出し；
    ・次の検出まで、電流が所定の閾値を超えているサブメッシュへの電流供給を停止する；
    工程を含む、前記方法。
16. 請求項１〜９のいずれかに記載の少なくとも１つのアノード構造体を含む金属電解採取プラントにおいて金属を堆積させる方法であって、
    ・電子システムによって、所定の時間間隔でそれぞれのアノードメッシュのそれぞれのサブメッシュにおける電流を検出し；
    ・それぞれのアノードメッシュに関して、サブメッシュにおける平均電流値を計算し；
    ・次の検出まで、それぞれのアノードメッシュの平均電流のパーセントで表される検出電流と平均電流の間の差が所定の閾値を超えているサブメッシュへの電流供給を停止する；
    工程を含む、前記方法。

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