JP2019507831A - 抵抗器を備えた電極構造体 - Google Patents
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Abstract
Description
銅、亜鉛、又はニッケルのような非鉄金属を電解採取するプロセスにおいては、カソードにおける金属の析出が不均一に起こってデンドライトが形成される可能性があり、これは電流の通過と共に増加する速度で対向するアノードに向かって成長する。デンドライトは、産出される金属の品質及び量に対して悪影響を与えるのに加えて、対向するアノードと接触すると電気的短絡を引き起こして、しばしば電極に損傷を与え、プラントの安全性を脅かし、電解槽全体における電流分配に対して大きな悪影響を与える可能性がある。チタン又は他のバルブメタルのメッシュ、ルーバー構造体、孔あけシート(多孔シート)、シート、又はエキスパンドメッシュ及びシートから作られた最新構造のアノード(従来の鉛アノードと比べて減少したエネルギー消費量で運転される有利性を有する)を用いる場合には、デンドライト形成物によって引き起こされる短絡は、電極に対して多大な不可逆的損傷をもたらし、プラントの要員による適時の行動が必要になる場合がある。しかしながら、かかる人間の介入の必要性は望ましくなく;非鉄金属の電解抽出のための殆どのプラントは、健康に良くなく、潜在的に危険な環境であり;プラントの要員が電解槽からの酸ミストに曝される時間は、可能な限り短く保たなければならない。
更なる態様によれば、並列に配置されている複数の抵抗器のそれぞれの抵抗器は、5〜100mΩの間の電気抵抗を有する。特に、それぞれの電気抵抗は10〜50mΩの間であってよい。
この後者の態様は、従来の鉛アノードよりも少ない環境影響を有することができ、中でも酸素又は塩素を発生させる過電圧がより低いためにアノード反応が促進されるという有利性を与えることができる。
「電気的不連続の区域」とは、少なくとも1つの方向にそって少なくとも1cmの寸法の電気的絶縁領域を意味する。この不連続区域はアノードパネル内(任意にその端部を含んでよい)に配されていてよく(この場合には、これは部分的と規定される);これはまたパネルの全寸法に沿って伸長して、それによってパネルが幾つかのサブパネルに細分割されていてもよい(後者の場合には、不連続区域は完全と規定される)。
本発明による装置において、それぞれの抵抗器は、その少なくとも1つの部分がパネル上又はその端部の上に配置されている電気的接続領域を介してアノードパネルに接続することができる。この電気的接続領域はまた、部分的に不連続にして、アノードパネルの1以上の表面に、及び/又はその厚さ全体に拡げることができる。これはまた、区分(segment)、又は点、或いはその不連続集合体であってもよい。
本発明の更なる態様によれば、アノード装置には、少なくとも7つ、好ましくは少なくとも20、更により好ましくは少なくとも50の隣接する電気的接続領域の対が与えられ、少なくとも1つの電気的不連続の区域は、かかる隣接する電気的接続領域の対のそれぞれの間に配置される。隣接する電気的接続領域とは、その間に更なる接続領域が存在しない2つの接続領域を意味する。
本発明の更なる態様によれば、少なくとも1つのアノードパネルには、アノードパネルを並列の複数の抵抗器に接続するN1個の電気的接続領域、及びN2個の電気的不連続の区域が与えられる(ここでN1及びN2は次の基準:N2はN1の半分よりも大きな整数であり、5≦N1≦100である;を満足する)。これらの接続領域は第1の垂直ストリップに沿って配置され;電気的不連続の区域は少なくとも第2の垂直ストリップに沿って配列されて、任意に第1の垂直ストリップと完全か又は部分的のいずれかで重なり合ってよい。
本発明の更なる態様によれば、アノードパネルは、1以上の更なる別の垂直ストリップに沿って配置されている複数の更なる電気的接続領域を有していてよく、任意に1以上の更なる垂直ストリップに沿って配置される複数の更なる電気的不連続の区域を有していてよい。
或いは、切り込みは、垂直方向に対して20°〜60°の間の角度で傾斜させることができる。切り込みは材料の除去を伴うか又は伴わないで形成することができ;前者の場合においては、これらはパネルの厚さを横切る貫通孔であってよい。
下記において、例として添付の図面を参照して本発明の数多くの態様を記載するが、その目的は単に本発明のかかる態様に関する種々の構成要素の相互配置を示すことであり;特に、図面は当縮尺図であると理解すべきではない。図1〜13は、本発明によるアノード装置の数多くの態様を図示する。
図12は、本発明によるアノードパネル(200)の一態様の正面(I)及び底面(II)からの図を示す。本図面はまた、抵抗パネル(1000)内に組み込まれている対応する複数の抵抗器(400)の正面(III)及び底面(II)からの図も示す。アノードパネル(200)には、複数の電気的不連続の区域が与えられており、垂直の端部に沿って2つの折り曲げ部(210)が与えられていて、これによってその機械的安定性が向上する。抵抗パネル(1000)内に組み込まれている抵抗器(400)は、所定数の好適な寸法の孔がその中に形成されるように形成及び寸法付けられている。抵抗パネル(1000)は、例えば領域(550)に対応して配置されている複数の接合部を介してアノードパネル(200)に接続されている。この場合には、領域(550)は、アノードパネル(200)の折り曲げられた端部の一部の上に配置され、アノード表面(ここでガス発生反応が起こる)上に直接には配置されていない。接合領域(550)に対応する電気的接続領域(500)は、抵抗器と同じ高さのパネルの端部上に配置されていて、個々の抵抗器とパネルの間の最も短い電気路に対応してアノードパネル上に配置されている伝導部材の部分を表す(以下においてはそのように規定する)。一部の電気的接続領域(500)を例として図中に示す。
2つのカソード、及びそれらの間に配置されているアノード装置を含む170mm×170mmの全横断面及び1500mmの高さを有する単一の電着セル内で、1組の実験室試験を行った。カソードに関しては、厚さ3mm、幅150mm、及び高さ1100mm(その1000mmを電解溶液中に浸漬した)のAISI−316ステンレススチールのシートを用いた。アノード装置は、図7の概略図において単純化したものに類似の構成で配列したチタンの2つのパネルを含んでいた。それぞれのパネルは、外側表面の間に40mmの距離で2つのカソードの1つに垂直に面していた。2つのアノードパネルは、同じ電流分配構造体の対向する側の上に配置した。それぞれのアノードパネルは、厚さ1mm、幅150mm、及び高さ1000mmのルーバー構造体であり、イリジウム及びタンタルの酸化物の混合被覆で活性化されていた。
比較例1:
アノード装置を、イリジウム及びタンタルの酸化物の混合被覆で活性化された厚さ1mm、幅150mm、及び高さ1000mmのチタンの2つのパネルを含む装置によって置き換えた他は同じ条件下で、実施例1における試験を繰り返した。それぞれのパネルは、同じチタン被覆銅のバーに直接電気的に接続されていて、導電ハンガーバーによって支持されているルーバー構造体であった。
上記の記載は発明を限定することを意図しておらず、これはそれによってその範囲から逸脱することなく種々の態様にしたがって用いることができ、その範囲は添付の特許請求の範囲によって規定される。
Claims (22)
- 少なくとも1つのアノードパネル及び少なくとも1つの電流分配構造体を含む、非鉄金属を電解精製又は電解抽出するためのアノード装置であって、該少なくとも1つの電流分配構造体は該少なくとも1つのアノードパネルに、互いに並列に配置されている複数の抵抗器を経由して電気的に接続されており、該複数の抵抗器のそれぞれの抵抗器は5×10−5Ω以上の抵抗を有することを特徴とする、上記装置。
- 該少なくとも1つのアノードパネルが、バルブメタル又はその合金で作られている基材、及び少なくとも1つの触媒被覆で構成されている、請求項1に記載の装置。
- 該少なくとも1つのアノードパネルが、メッシュ、多孔板、又はルーバー構造体から選択される、請求項1に記載の装置。
- それぞれのアノードパネルが、並列に配置されている15〜600個の抵抗器を経由して少なくとも1つの電流分配構造体に電気的に接続されている、請求項1〜3のいずれかに記載の装置。
- 該少なくとも1つのアノードパネルが、部分的又は完全に電気的に不連続の少なくとも1つの区域を備えている、請求項1に記載の装置。
- 該複数の抵抗器が該パネル上に配されている複数の電気的接続領域を介して該少なくとも1つのアノードパネルに接続されており、該少なくとも1つの電気的不連続の区域が2つの隣接する電気的接続領域の間に配されている、請求項5に記載の装置。
- 該複数の抵抗器が複数の電気的接続領域を介して該少なくとも1つのアノードパネルに接続されており、該アノードパネルは複数の電気的不連続の区域を有し、該少なくとも1つのアノードパネルの基部に対してh1及びh2の高さ(h1<h2である)に配置されている電気的不連続の2つの隣接する区域ごとに関して、少なくとも1つの接続領域がh3の高さ(h1≦h3≦h2である)に配されている、請求項5に記載の装置。
- 該少なくとも1つのアノードパネルが、該複数の抵抗器と接続されている少なくともN1個の電気的接続領域、及び少なくともN2個の電気的不連続の区域を備えており、該N1個の接続領域は第1の垂直ストリップに沿って配列されており、該N2個の電気的不連続の区域は第2の垂直ストリップに沿って配列されており;N1は5〜100の間の数であり、N2は0.5×N1より大きい、請求項5〜7のいずれかに記載の装置。
- 該少なくとも1つのアノードパネルが、該複数の抵抗器に接続されている少なくともN3個の更なる電気的接続領域を備えており、該N3個の接続領域は第3の垂直ストリップに沿って配列されており、N3は5〜100の間の数である、請求項8に記載の装置。
- 該少なくとも1つのアノードパネルが、少なくともN4個の更なる電気的不連続の区域を備えており、N4は0.5×N3より大きく、該N4個の電気的不連続の区域は第4の垂直ストリップに沿って配列されている、請求項9に記載の装置。
- 該少なくとも1つの電気的不連続の区域が、切り込み、孔、又は電気絶縁材料のインサートである、請求項5〜10のいずれかに記載の装置。
- 該少なくとも1つの電気的不連続の区域が、少なくとも1つの寸法に沿って少なくとも長さ5cmである、請求項5〜11のいずれかに記載の装置。
- 該アノードパネルが、互いに分離している少なくとも2つのチタン製アノードサブパネル、及び少なくとも2つの電流分配構造体を含み、該少なくとも2つのサブパネルは、ルーバー、シート、及びエキスパンドメッシュ構造体から選択されており、
それぞれの電流分配構造体は互いと並列に配置されている複数の抵抗器を経由してサブパネルに接続されており、それぞれのサブパネルは第1の垂直ストリップに沿って配列されている5〜100の接続領域を含み、それぞれの接続領域は少なくとも5cmの長さを有する水平の切り込みと交互に配置されており、それぞれの切り込みは該第1の垂直ストリップから0〜10cmの距離に配置されている少なくとも1つの点を有する、請求項10〜12のいずれかに記載の装置。 - 該アノードパネルが、少なくとも20の電気的不連続の区域、及び該少なくとも1つのアノードパネルを互いと並列に配置されている少なくとも20の抵抗器と接続することができる少なくとも20の接続領域を備えており、それぞれの電気的不連続の区域は、少なくとも1つの接続領域から15cm未満の距離に配置されている、請求項1〜13のいずれかに記載の装置。
- 該少なくとも1つの複数の抵抗器のそれぞれの抵抗器が、5×10−4〜1Ωの間の電気抵抗を有する、請求項1〜14のいずれかに記載の装置。
- 該それぞれの抵抗器が5〜100mΩの間の電気抵抗を有する、請求項15に記載の装置。
- 該並列に配置されている複数の抵抗器が10−5〜10−3Ωの間の等価電気抵抗を有する、請求項1〜16のいずれかに記載の装置。
- 該複数の抵抗器のそれぞれの抵抗器が、プレート、ストリップ、メッシュ、ケーブル、布帛、及びパッドからなる群から選択される、請求項1〜17のいずれかに記載の装置。
- 該複数の抵抗器が、電気的不連続の区域を有するバルブメタルのシート、エキスパンドメッシュ、又は多孔板である、請求項1〜18のいずれかに記載の装置。
- 該少なくとも1つのアノードパネル及び該複数の抵抗器が、バルブメタルの折り曲げシート、エキスパンドメッシュ、又は多孔板の一体物である、請求項1〜19のいずれかに記載の装置。
- 該電流分配構造体が鉛製又は鉛合金製のシート又はパネルを含む、請求項1〜20のいずれかに記載の装置。
- 請求項1〜21のいずれかに記載の少なくとも1つのアノード装置を含む、非鉄金属を電解抽出するための電解槽。
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