JP2024521488A - Mold and copper anode for producing high purity copper - Google Patents
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Abstract
高純度銅を製造するための銅アノード(1)を製造するための鋳型(7)であって-互いに平行に整列された2つの側面によって画定される平坦な第一キャビティ(8)と-第一キャビティに流体的に接続された2つの第二キャビティ(9)であって、第一キャビティ(8)の周縁側の異なる角に配置され、第一キャビティ(9)から離れるように横方向外側に延在する、該2つの第二キャビティと、を有し、-第二キャビティ(9)の中心にコア(20)がそれぞれ設けられており、このコアは、それぞれの第二キャビティ(9)を、少なくとも部分的に周方向に閉じた環状形状に分割する、ことを特徴とする。【選択図】 図8A mold (7) for producing a copper anode (1) for producing high purity copper, characterized in that it has: a flat first cavity (8) defined by two side surfaces aligned parallel to one another; two second cavities (9) fluidly connected to the first cavity, the two second cavities being located at different corners on the peripheral side of the first cavity (8) and extending laterally outward away from the first cavity (9); and a core (20) is provided in the center of each of the second cavities (9), the core dividing each second cavity (9) into an at least partially circumferentially closed annular shape. [Selected Figure] Figure 8
Description
本発明は、請求項1のプリアンブルの特徴を有する高純度銅を製造するための鋳型、及び請求項6のプリアンブルの特徴を有する高純度銅を製造するための銅アノードに関する。
The present invention relates to a mold for producing high purity copper having the features of the preamble of claim 1, and a copper anode for producing high purity copper having the features of the preamble of
所定の輪郭を有するワークピースを製造するために、複数の金属材料が溶融状態で鋳型に注がれる。例えば、このような鋳造プロセスは、銅アノードを製造する際に実施される。このような銅アノードは最終生成物として高純度銅を製造するために、銅製造の中間工程で製造される。 Multiple metallic materials are poured in a molten state into a mold to produce a workpiece having a predetermined profile. For example, such casting processes are carried out in the manufacture of copper anodes, which are produced as an intermediate step in copper production to produce high purity copper as the final product.
典型的な銅製造は、硫化銅濃縮物(又は銅含有二次材料及び銅スクラップから)からいくつかのプロセスステップを越えて溶融及び酸化によって、90重量%を超える純銅の割合を有する生成物が製造されるように実施される。次いで、この原料銅(又は、未加工の銅/raw copper)は銅アノードに加工され、これは電解槽中で電解精製に供される。原料銅のアノードへの典型的な加工は、液体の原料銅が金属鋳型に注入されるように実施される。液体の原料銅を中に注ぐ前に剥離剤(release agent)で被覆された銅製の鋳型の使用は特に、後続の脱型プロセスをより容易にするのに有用であることが分かっている。 Typical copper production is carried out by melting and oxidation over several process steps from copper sulfide concentrates (or from copper-containing secondary materials and copper scrap) to produce a product with a proportion of pure copper of more than 90% by weight. This raw copper (or raw copper) is then processed into copper anodes, which are subjected to electrolytic refining in electrolytic cells. A typical processing of raw copper into anodes is carried out such that liquid raw copper is poured into a metal mold. The use of copper molds, which are coated with a release agent before pouring the liquid raw copper into them, has been found to be particularly useful in making the subsequent demolding process easier.
図1に示すように、原料銅は、保持アーム(2)を有するアノードプレート(10)の長方形の幾何学的形状を用いて形成され、固化される。原料銅を注入する最も頻繁に使用される方法は、特定の量の銅鋳造鋳型を含む鋳造ホイールによって行われ、この鋳造ホイールに原料銅が少なくとも1100℃の温度で注入される。銅が鋳造ホイールに注入された後、鋳造ホイールは回転し始め、次いで、溶融した原料銅は、原料銅の上部が固まるまで、周囲温度で冷却される。次いで、原料銅は、上側水冷及び下側水冷を有する冷却ステージを通過する。この段階の間、原料銅は、完全に固体の状態に達するまで温度が低下する。 As shown in Figure 1, raw copper is formed and solidified using a rectangular geometric shape of an anode plate (10) with holding arms (2). The most frequently used method of pouring raw copper is by a casting wheel containing a certain amount of copper casting mold, into which raw copper is poured at a temperature of at least 1100°C. After the copper is poured into the casting wheel, the casting wheel starts to rotate, and then the molten raw copper is cooled at ambient temperature until the top of the raw copper solidifies. The raw copper then passes through a cooling stage with upper and lower water cooling. During this stage, the raw copper is reduced in temperature until it reaches a completely solid state.
原料銅は、液体の原料銅を受け入れてアノードプレート(10)を形成するために長方形の中央の第一キャビティ(8)を有する金型(7)に注がれる。金型(7)の上部の、中央の第一キャビティ(8)の角部には、液体の銅を受け入れるための2つの第二キャビティ(9)があり、前記キャビティは図6及び図7に見られるように、鋳造されるアノードプレート(10)の保持アーム(2)を形成する。 The raw copper is poured into a mould (7) having a rectangular central first cavity (8) for receiving the liquid raw copper and forming the anode plate (10). At the top of the mould (7), at the corners of the central first cavity (8), there are two second cavities (9) for receiving the liquid copper, said cavities forming the holding arms (2) of the cast anode plate (10), as seen in Figures 6 and 7.
精錬所では、銅アノード(1)がカソード(4)を有する電解セル(3)に挿入され、カソードは、使用されるプロセスに応じて溶解されない(undissolved)、又は対応する吊り棒(5)を有するマスタープレートの形態で形成される。銅アノード(1)は、保持アーム(2)を用いてそれぞれ導体レールの形態をした接点(6)の上に置かれる。電解セル(3)に酸溶液を充填し、図2~図5に示すように、銅アノード(1)からカソード(4)の方向に銅の電解採取(electrowinning)を起こすために、接点(6)に電圧を印加する。この方法では、銅アノード(1)が上縁までのみ浸漬されたままである。したがって、図3に示されるように、保持アーム(2)を有する銅アノード(1)の上部は、電気分解プロセスに関与しない。したがって、保持アーム(2)は電気分解後にアノードプレート(1)又はアノード廃棄物を輸送し、接点(6)によって形成される外部導体レールとアノードプレート(1)との電気的接触を生成するのに役立つだけである。したがって、保持アーム(2)は電解セル(3)内での銅アノード(1)の輸送及び保持中に伝達される力を吸収するために、特定の剛性又は耐荷重能力を有さなければならない。特に、200~400kgの銅アノード(1)の高い重量が考慮されるべきである。加えて、保持アーム(2)は対応して平坦な導電性表面を有していなければならず、これは、考慮されなければならない最大電流密度のために、特定の最小表面積を有していなければならない。 In the smelter, the copper anode (1) is inserted into the electrolytic cell (3) with the cathode (4), which, depending on the process used, is either undissolved or formed in the form of a master plate with a corresponding hanging rod (5). The copper anode (1) is placed on the contacts (6), each in the form of a conductor rail, by means of the holding arms (2). The electrolytic cell (3) is filled with an acid solution and a voltage is applied to the contacts (6) in order to cause electrowinning of copper in the direction from the copper anode (1) to the cathode (4), as shown in Figures 2 to 5. In this way, the copper anode (1) remains immersed only up to its upper edge. Thus, the upper part of the copper anode (1) with the holding arms (2) does not participate in the electrolysis process, as shown in Figure 3. Thus, the holding arms (2) only serve to transport the anode plate (1) or the anode waste after electrolysis and to create an electrical contact between the external conductor rail formed by the contacts (6) and the anode plate (1). Therefore, the holding arm (2) must have a certain rigidity or load-bearing capacity to absorb the forces transmitted during transport and holding of the copper anode (1) in the electrolysis cell (3). In particular, the high weight of the copper anode (1) of 200-400 kg must be taken into account. In addition, the holding arm (2) must have a correspondingly flat conductive surface, which must have a certain minimum surface area for the maximum current density that must be taken into account.
電気分解サイクルが終了した後、保持アーム(2)及びアノードプレート(10)の一部が残り、共に銅アノード(1)の残りを形成する。この材料は新たな銅アノード(1)を形成し、完全なサイクルを継続するために、再び完全に溶融されなければならない。アノード廃棄物の移送と繰り返される溶融はフォローアップコスト(又は、後に引き続くコスト)を意味し、これは、高純度銅の製造法の費用対効果の重要な要因である。アノード廃棄物の質量は、使用される原料銅に対する分離された高純度銅に関する電気分解方法の有効性(又は、効果/effectiveness)が、制限されるか、又は低減されるので、重要である。アノード廃棄物はさらに取り扱われ、輸送されなければならないので、手動輸送の場合、アノード廃棄物の重量は特に重要である。 After the electrolysis cycle is finished, a portion of the holding arm (2) and the anode plate (10) remain, together forming the remainder of the copper anode (1). This material must be completely melted again to form a new copper anode (1) and continue the complete cycle. The transportation and repeated melting of the anode waste represents follow-up costs, which are a key factor in the cost-effectiveness of the high purity copper production process. The mass of the anode waste is important, since it limits or reduces the effectiveness of the electrolysis process in terms of the separated high purity copper relative to the raw copper used. In the case of manual transport, the weight of the anode waste is particularly important, since the anode waste must be further handled and transported.
従来技術では、アノード廃棄物を低減するための様々な解決策がさらに知られている。文献DE 11 2012 003 846 T5には、再使用可能なアノード吊下げ装置と、保持アームなしのアノードとからなるシステムが記載されている。アノード廃棄物の量はアノード廃棄物が保持アームを欠いているので、疑いなく低減し得るが、これはコストの低減につながらない。代わりに、そのようなアノード吊下げ装置の使用は、第一に、保持アームのないアノードを電解法で使用する前にアノード吊下げ装置に機械的に接続しなければならず、電解法が終了した後にアノード廃棄物をアノード吊下げ装置から分離しなければならないので、より高いフォローアップコストをもたらす。取り付けプロセスに加えて、さらなるコスト要因は、製造コスト、ならびにアノード吊下げ装置の維持及び手入れのためのコストである。吊り下げ装置を有するさらなる電極アセンブリは例えば、EP3 748 041 A1から知られているが、この場合も、吊り下げ装置は機械的取り付けプロセスにおいて、最初にアノードに接続されなければならないという欠点を有する。
Various solutions for reducing the anode waste are further known in the prior art. Document DE 11 2012 003 846 T5 describes a system consisting of a reusable anode suspension device and an anode without a holding arm. The amount of anode waste can undoubtedly be reduced since the anode waste lacks a holding arm, but this does not lead to a reduction in costs. Instead, the use of such an anode suspension device leads to higher follow-up costs, since firstly the anode without a holding arm has to be mechanically connected to the anode suspension device before it can be used in the electrolysis process, and the anode waste has to be separated from the anode suspension device after the electrolysis process has ended. In addition to the mounting process, further cost factors are the manufacturing costs, as well as the costs for maintaining and caring for the anode suspension device. Further electrode assemblies with a suspension device are known, for example, from
文献DE 11 2015 003 170 T5は、保持アームなしのアノードを担持するための吊り下げレールを記載しており、このアノードは、電解質中に完全に浸漬されている。硬くて曲がらない保持アームを使用するDE 11 2012 003 846 T5に記載されているアノード吊下げ装置とは異なり、吊下げレールは、旋回可能な保持アームを備えている。記載された吊り下げレールの欠点は、アノードを確実に保持するための複雑な機構である。さらに、工業規模の電気分解方法の通常の条件では、電気分解槽への輸送及び吊下げ時に吊り下げレールに著しい機械的負荷が加えられ、その結果、吊り下げレールは著しい摩耗に曝され、これが保守の複雑さを増加させる。この欠点は電解質中に吊り下げレールを浸漬することによってさらに増加するが、これはシステムに応じて、外被(又は、被覆/encrustation)が常に上部領域、したがってここでは吊り下げレールの領域に形成されるからである。吊り下げレールの機構の機能性を保証するために、生じた外被を取り除かなければならず、それによって、特に保持アームの必要な可動性に起因する保守の複雑さがさらに増大する。 Document DE 11 2015 003 170 T5 describes a suspension rail for carrying an anode without a holding arm, which is completely immersed in the electrolyte. Unlike the anode suspension device described in DE 11 2012 003 846 T5, which uses a rigid, inflexible holding arm, the suspension rail is equipped with a pivotable holding arm. A disadvantage of the described suspension rail is the complex mechanism for securely holding the anode. Moreover, in the usual conditions of an industrial-scale electrolysis process, significant mechanical loads are applied to the suspension rail during transportation and suspension in the electrolysis cell, as a result of which the suspension rail is exposed to significant wear, which increases the complexity of the maintenance. This disadvantage is further increased by immersing the suspension rail in the electrolyte, since, depending on the system, an encrustation always forms in the upper region, thus here in the region of the suspension rail. To ensure the functionality of the suspension rail mechanism, the resulting sheathing must be removed, which further increases the complexity of maintenance, especially due to the necessary mobility of the holding arms.
文献CN 106835196には、両サイドに導電性ホルダが設けられた電極板が記載されている。これらのホルダに、両サイドから従来の金属アノードを保持アームを用いて掛けられる。そして、両サイドにアノードが掛けられた電極板を電解槽に吊り下げることにより、アノードが電解液中に完全に浸漬される。電解プロセスの間、吊り下げられたアノードは電解液中でゆっくりと溶解し、それによって、アノードの保持アームの機械的安定性が、もはや、部分的に溶解されたアノードの残りの重量を支持することを保証しない状態に達する。したがって、部分的に溶解したアノードは電解槽に落下し、その後、電気的短絡を回避するために、電解槽から除去されなければならない。アノードが、この電極板と共にアノード廃棄物を落とさずに完全に溶解することは不可能である。 Document CN 106835196 describes an electrode plate provided with conductive holders on both sides. Conventional metal anodes are hung from these holders on both sides by means of holding arms. The electrode plate with the anodes hung on both sides is then suspended in an electrolytic cell, so that the anodes are completely immersed in the electrolyte. During the electrolysis process, the suspended anode slowly dissolves in the electrolyte, thereby reaching a state in which the mechanical stability of the anode's holding arms no longer guarantees to support the remaining weight of the partially dissolved anode. The partially dissolved anode therefore falls into the electrolytic cell and must then be removed from the cell in order to avoid electrical short circuits. It is not possible for the anode to completely dissolve without dropping the anode waste together with this electrode plate.
銅アノード(1)の設計に関するさらなる問題は、銅アノード(1)自体が電気分解法において約60度の温度まで熱くなることである。銅アノード(1)のこの基本的な発熱(又は、加熱/heating)は、銅アノード(1)自体又は隣接する銅アノード(1)の短絡の場合に保持アーム(2)の領域において150度までの上昇温度まで上昇する可能性があり、これにより、保持アーム(2)の領域における銅アノード(1)の剛性が低減される。しかしながら、保持アーム(2)のこの発熱及びそれに伴う剛性の低下は、いかなる場合でも、保持アーム(2)が保持機能(2)をもはや達成することができない、又は、保持アーム(2)が変形するために銅アノード(1)が電解槽内で傾くことにつながるべきではない。 A further problem with the design of the copper anode (1) is that the copper anode (1) itself heats up to a temperature of about 60° C. in the electrolysis process. This basic heating of the copper anode (1) can lead to an increased temperature of up to 150° C. in the region of the holding arm (2) in case of a short circuit of the copper anode (1) itself or of an adjacent copper anode (1), which reduces the stiffness of the copper anode (1) in the region of the holding arm (2). However, this heating of the holding arm (2) and the associated reduction in stiffness should not in any case lead to the holding arm (2) no longer being able to perform its holding function (2) or to the copper anode (1) tilting in the electrolysis cell due to deformation of the holding arm (2).
そのような銅アノードのさらなる問題は、その大きな体積のために、保持アームを形成するために設けられた鋳型内の凹部が、液体の原料銅が流入するときに、原料銅が振動運動を行うため、液体の原料銅で不均等に充填されてしまい、これが、原料銅が固化した後に、不均等な外形を有する、特に異なる又は変化する厚さを有する保持アームをもたらしてしまうことである。 A further problem with such copper anodes is that, due to their large volume, the recesses in the mould provided for forming the retaining arms are filled unevenly with the liquid copper due to the oscillatory movement of the liquid copper as it flows in, which results in retaining arms with uneven contours, in particular with different or varying thicknesses, after the copper has solidified.
この背景に対して、本発明の目的は、保持アームを有する銅アノードを改善された寸法精度で鋳造することを可能にする鋳型を提供することである。本発明の目的はさらに、寸法精度を向上させて鋳造し得る銅アノードを提供することである。 Against this background, it is an object of the present invention to provide a mold that allows copper anodes having holding arms to be cast with improved dimensional accuracy. It is a further object of the present invention to provide a copper anode that can be cast with improved dimensional accuracy.
本発明によれば、この目的を解決するために、高純度銅を製造するための銅アノードを製造するための鋳型が提案され、前記鋳型は互いに平行に整列された2つの側面によって境界が定められた(又は、画定された/delimited)平坦な第一キャビティと、第一キャビティに流体的に接続された2つの第二キャビティとを有し、第二キャビティは第一キャビティの周縁側の異なる角に配置され、第一キャビティから離れて横方向外側に延在し、本発明の原理は、第二キャビティ内の中央にそれぞれコアが設けられ、前記コアがそれぞれの第二キャビティを、周方向に少なくとも部分的に閉じた環状形状に分割する(又は、細分する/sub-divide)ことである。コアは第二キャビティに流入する原料銅のための障壁(又はバリア)又は衝撃壁を形成し、前記コアは、原料銅の流入速度を減速させ、かつ、原料銅を環状キャビティに横方向に押し込む。したがって、原料銅の流れを均質化することができ、これにより、第二キャビティを原料銅でより均一に、特により完全に充填し得る。第二キャビティはチャネルの形態であり、第一キャビティを介して完成し、閉じたリングを形成する。部分的には、第二キャビティがコアによって環状形状に完全に分割される必要はないことを意味するものと理解されたい。コアが第二キャビティの深さよりも小さい高さを有するか、又は第二キャビティの流入開口部のみを分割し、したがって原料銅の流れを減速させる障壁として作用し、したがって保持アームがより均一で、特により一定の厚さで鋳造されるならば十分である。 According to the present invention, to solve this object, a mold for producing copper anodes for producing high purity copper is proposed, said mold having a flat first cavity delimited by two side faces aligned parallel to each other and two second cavities fluidly connected to the first cavity, the second cavities being arranged at different corners on the peripheral side of the first cavity and extending laterally outward away from the first cavity, the principle of the present invention being that a core is provided centrally in each of the second cavities, said cores dividing each second cavity into at least partially closed annular shapes in the circumferential direction. The cores form a barrier or impact wall for the raw copper flowing into the second cavities, said cores slowing down the flow rate of the raw copper and forcing the raw copper laterally into the annular cavities. Thus, the flow of raw copper can be homogenized, which allows the second cavities to be filled more uniformly, in particular more completely, with raw copper. The second cavity is in the form of a channel, which is completed through the first cavity and forms a closed ring. It should be understood that this means that the second cavity does not have to be completely divided into an annular shape by the core. It is sufficient if the core has a height smaller than the depth of the second cavity or divides only the inlet opening of the second cavity and thus acts as a barrier that slows down the flow of raw copper, so that the retaining arm is cast with a more uniform and in particular more constant thickness.
しかしながら、コアは、第二キャビティを完全に周方向に閉じた環状形状に分割するような寸法にすることもできる。この場合、原料銅の流れは最大に減速され、均質化される。コアを介して、保持アームの領域に貫通開口を有し、したがって保持アームの領域におけるその重量に関して可能な限り低減された銅アノードを鋳造することがさらに可能になる。 However, the core can also be dimensioned such that it divides the second cavity completely circumferentially into a closed annular shape. In this case, the flow of raw copper is maximally slowed down and homogenized. Through the core, it is further possible to cast a copper anode which has a through opening in the area of the holding arms and is therefore as reduced as possible in terms of its weight in the area of the holding arms.
代替として、コアは第二キャビティを、閉じた環状形状を有する第一部分と、第二平坦部分とに分割し、第二平坦部分は、第一部分上に横方向に配置されることが提案される。したがって、コアはその形状により、第二キャビティ内に第二平坦部分を形成し、これは、さらに、原料銅の第二キャビティ内への流れを減速させ、均質化させる。 Alternatively, it is proposed that the core divides the second cavity into a first portion having a closed annular shape and a second flat portion, the second flat portion being disposed transversely on the first portion. The core therefore forms, by its shape, a second flat portion within the second cavity, which further slows down and homogenizes the flow of raw copper into the second cavity.
さらに、コアは、間隙によって2つの部分コアに分割されることが提案される。間隙は実際には第二キャビティの環状の第一部分の2つの縁部の間に追加の流れ接続を形成し、したがって、第二キャビティの原料銅での充填を、より改善された、特により均一でより完全なものにすることを可能にする。 Furthermore, it is proposed that the core is divided into two partial cores by a gap, which in fact creates an additional flow connection between the two edges of the annular first part of the second cavity and thus allows for an improved, in particular more uniform and more complete filling of the second cavity with raw copper.
間隙は、好ましくは第一キャビティの長手方向中心軸に対して0~45度の角度で整列される。第一キャビティの長手方向中心軸は、鋳型に流入する原料銅の主流方向に対応する。提案された間隙の整列により、原料銅は、原料銅の主流方向の主方向でベクトル的に間隙内に流れる。 The gap is preferably aligned at an angle of 0-45 degrees relative to the central longitudinal axis of the first cavity, which corresponds to the main flow direction of the feed copper entering the mold. With the proposed gap alignment, the feed copper flows vectorially into the gap in the primary direction of the main flow direction of the feed copper.
この目的を解決するために、高純度銅を製造するための銅アノードが提案され、前記銅アノードはアノードシートと、少なくとも2つの保持アームとを有し、前記保持アームの少なくとも1つに少なくとも1つの凹部が設けられ、前記保持アームは、前記アノードシートと一体に(又は、前記アノードシートと共に1つの部品として/as one part with the anode sheet)形成される。本発明の利点は、提案された保持アームの凹部により、保持アームを製造するために鋳型のキャビティにコアを設けなければならないことである。鋳造プロセス中、これらのコアは流入する原料のための障壁を形成し、原料銅で充填される鋳型内のキャビティの体積を減少させ、これは、次に、コア近くの側部導管に流れる原料銅をよりゆっくりとより均一に導く。液体の原料銅の流れのこの均質化により、保持アームは、従来技術で知られている銅アノードの保持アームのためのコアのない(又は、コアレス)キャビティを有する鋳型の場合よりも均一な厚さで鋳造されることになる。 To solve this object, a copper anode for producing high purity copper is proposed, which comprises an anode sheet and at least two holding arms, at least one of which is provided with at least one recess, which is formed integrally with the anode sheet. The advantage of the invention is that due to the recesses in the proposed holding arms, cores have to be provided in the mould cavities to produce the holding arms. During the casting process, these cores form a barrier for the incoming raw material and reduce the volume of the cavity in the mould that is filled with raw copper, which in turn leads the raw copper to flow more slowly and more uniformly into the side conduits near the cores. This homogenisation of the flow of liquid raw copper results in the holding arms being cast with a more uniform thickness than in the case of moulds with coreless cavities for the holding arms of copper anodes known in the prior art.
本発明による解決策のさらなる利点は、銅アノード全体の原料銅に対するアノード廃棄物の割合、ひいては溶解することができない銅アノードの原料銅の割合が、凹部によって低減し得ることである。これにより、分離の有効性、ひいては、銅アノードに使用される原料銅の総量に対する分離された高純度銅の量を増加させ得る。さらに、電気分解前の銅アノードの重量、特に有利には、電気分解後に残存するアノード廃棄物の重量を減少させ得る。これは、取り扱い中に利点を有し、輸送コストを節約する。加えて、溶融すべきアノード廃棄物の質量がより低いので、繰り返し溶融するためのコストが低減される。本発明による銅アノードは、保持アーム及びアノードプレートとの1つの部品として意図的に形成され、その結果、保持アーム又はアノード吊下げ装置のアノードプレートへの取り付け、及び先行技術から公知の解決策で必要とされる、再使用可能な保持アーム又はアノード吊下げ装置の保守を省略し得る。したがって、凹部は保持アームのくぼみ(又は、凹所/depression)を意味すると理解されるべきであり、保持アームは、アノードプレートを通って延びる平面に対して保持アーム内に延びる。このようにして、外形寸法は同じままであるが、軽量化が得られる。 A further advantage of the solution according to the invention is that the proportion of anode waste relative to the raw copper of the entire copper anode, and thus the proportion of raw copper of the copper anode that cannot be dissolved, can be reduced by the recess. This can increase the effectiveness of the separation and thus the amount of separated high-purity copper relative to the total amount of raw copper used in the copper anode. Furthermore, the weight of the copper anode before electrolysis and, particularly advantageously, the weight of the anode waste remaining after electrolysis can be reduced. This has advantages during handling and saves on transportation costs. In addition, the cost of repeated melting is reduced, since the mass of the anode waste to be melted is lower. The copper anode according to the invention is purposely formed as one part with the holding arm and the anode plate, so that the attachment of the holding arm or anode suspension device to the anode plate and the maintenance of the reusable holding arm or anode suspension device, which is required in the solutions known from the prior art, can be omitted. The recess should therefore be understood to mean a depression (or recess/depression) of the holding arm, which extends into the holding arm relative to a plane extending through the anode plate. In this way, the overall dimensions remain the same but the weight is reduced.
さらに、本発明による銅アノードはアノードプレート及び保持アームを用いた単一の鋳造プロセスによって製造され、その後、さらなる処理なしに、特にさらなる取り付けステップなしに、電気分解槽中に吊り下げられ得る。電気的接触を形成することに加えて、保持アームは、輸送中及び電気分解槽内で、200~400kgの重さの銅アノードを取り扱い、保持する際の中心的機能を果たす。この目的のために、保持アームは十分に高い剛性及び荷重支持能力を有していなければならず、これは保持アームの対応する厚い寸法決めによって得られる。このため、従来技術において、アノードプレート上に一体的に(又は、1つの部品として/as one part)成形された保持アームが、意図的に剛性であり、それに対応して中実であるように形成される。 Furthermore, the copper anode according to the invention can be manufactured by a single casting process with the anode plate and the holding arm and then suspended in the electrolysis bath without further processing, in particular without further mounting steps. In addition to forming an electrical contact, the holding arm performs the central function in handling and holding the copper anode weighing 200-400 kg during transportation and in the electrolysis bath. For this purpose, the holding arm must have a sufficiently high rigidity and load-bearing capacity, which is obtained by a correspondingly thick dimensioning of the holding arm. For this reason, in the prior art, the holding arm, which is integrally (or as one part) molded on the anode plate, is made to be intentionally rigid and correspondingly solid.
提案された解決策の本発明の達成は、特に、熱入力が増加しても、負荷支持能力のための中心的な要件にもかかわらず、少なくとも1つの凹部が保持アームに設けられ、この凹部を介して、上述の利点を得ることができることにある。凹部は、熱入力が増加しても、保持アームの耐荷重能力が輸送中及び電気分解槽内で意図されるように銅アノードを保持するのに十分であるような寸法にされる。これは、特に、剛性にとって特に重要である外形寸法が変化しないように、凹部を介して重量低減を得ることによって達成される。 The inventive achievement of the proposed solution is that, in particular, even with increasing heat input, despite the central requirement for load-bearing capacity, at least one recess is provided in the holding arm, through which the above-mentioned advantages can be obtained. The recess is dimensioned such that, even with increasing heat input, the load-bearing capacity of the holding arm is sufficient to hold the copper anode as intended during transport and in the electrolysis cell. This is achieved by obtaining a weight reduction through the recess, in particular so that the external dimensions, which are particularly important for stiffness, do not change.
さらに、凹部は、保持アームの縮小された外形(又は、保持アームをスケールダウンした外形/保持アームを縮小した外形/scaled-down outer shape of the holding arm)に対応する形状を有することが提案される。凹部の縮小された形状により、それぞれの保持アームはその重量及び原料銅の質量ができるだけ低減されるが、同時に、銅アノードの保持及び取扱い中の保持アームにおける最大応力ができるだけ低く、できるだけ均質な値に低減され得るように、できるだけ均質に薄められる(又は、弱められるweakened)。 Furthermore, it is proposed that the recesses have a shape that corresponds to the scaled-down outer shape of the holding arm. Due to the reduced shape of the recesses, the respective holding arm is reduced as much as possible in its weight and in the mass of raw copper, but at the same time is thinned (or weakened) as homogeneously as possible, so that the maximum stresses in the holding arms during holding and handling of the copper anodes can be reduced to values as low as possible and as homogeneous as possible.
凹部は、少なくとも部分的に支持壁によって閉じられることがさらに提案される。支持壁は凹部の領域において保持アームの追加の剛性を形成し、それによって、2つの要件、具体的には、必要とされる剛性と重量の低減との間の改善された妥協を実現し得る。したがって、支持壁の厚さは、保持アームの必要な耐荷重能力を得るために追加の利用可能な設計パラメータである。 It is further proposed that the recess is at least partially closed by a support wall. The support wall forms additional stiffness of the holding arm in the region of the recess, which may achieve an improved compromise between the two requirements, in particular the required stiffness and the reduction of weight. The thickness of the support wall is therefore an additional available design parameter to obtain the required load-bearing capacity of the holding arm.
支持壁までの凹部の深さは、アノードシートを通って延びる平面に垂直な保持アームの厚さの少なくとも半分に対応することがさらに提案される。したがって、支持壁は、最大で保持アームの厚さの半分に相当する厚さを有する。このようにして、保持アームの十分な剛性を同時に有する実質的な軽量化を得ることができる。 It is further proposed that the depth of the recess to the support wall corresponds to at least half the thickness of the retaining arm perpendicular to the plane extending through the anode sheet. The support wall therefore has a thickness which corresponds at most to half the thickness of the retaining arm. In this way, a substantial weight reduction can be obtained with simultaneous sufficient rigidity of the retaining arm.
少なくとも部分的に貫通開口として凹部を形成することによって、軽量化をさらに高めることができる。さらに、このようにして作製された貫通開口部は、さらに、対応するフックの吊下げ又は吊り下げ装置によって、銅アノードを輸送するために使用し得る。 The weight reduction can be further increased by forming the recess at least partially as a through-opening. Moreover, the through-opening thus created can further be used for transporting the copper anode by means of a corresponding hanging hook or hanging device.
さらに、凹部は、補強リブによって2つの部分凹部に分割されることが提案される。補強リブは実質的に、凹部を分割するバーを形成し、前記バーはフレームワークの様式で保持アームを補強し、それによって、保持アームの剛性は、補強リブの厚さ及び方向(又は、位置合わせ/alignment)によって著しく影響され得る。 It is further proposed that the recess is divided into two partial recesses by a reinforcing rib. The reinforcing rib essentially forms a bar dividing the recess, said bar reinforcing the retaining arm in the manner of a framework, whereby the stiffness of the retaining arm can be significantly influenced by the thickness and the orientation (or alignment) of the reinforcing rib.
補強リブは、保持アーム間に延びるアノードシートの長手方向中心軸に対して0°~45°の角度で整列されることがさらに提案される。提案された方向により、保持アームは、銅アノードの吊り下げ配置において銅アノードに作用する重力によって生じる引張応力に対して特に補強される。 It is further proposed that the reinforcing ribs are aligned at an angle of 0° to 45° with respect to the longitudinal central axis of the anode sheet extending between the retaining arms. With the proposed orientation, the retaining arms are particularly reinforced against tensile stresses caused by gravity acting on the copper anode in a suspended arrangement of the copper anode.
さらに、凹部は、保持アームがアノードシートを通って延びる平面において、電気接触面を有さない側よりも電気接触面の側で、少なくとも部分的に、より大きな壁強度を有するように寸法決めされることが提案される。この解決策の利点は、保持アームが、電流の流れの導入の領域においてより厚い壁厚を有することであり、その結果、保持アームにおける電流の密度はこの領域において具体的に低減されることができ、一方、接触面が設けられていない側はより軽量化の目的のために、意図的により薄く形成される。銅アノードが、外部導体レールに接触するための電気接触面を有する保持アームの側面を備えている場合、保持アームは、銅アノードが導体レール上に保持されるときに保持アームの変形に決定的な引張応力が作用する下側で、目標とする方法で追加的に補強される。この側の保持アームの対応するより厚い寸法により、保持アーム内で作用する最大引張応力を低減することができ、その結果、保持アームの耐荷重能力を高めることができる。 Furthermore, it is proposed that the recess is dimensioned in such a way that, in the plane in which the holding arm extends through the anode sheet, it has at least partially a greater wall strength on the side of the electrical contact surface than on the side without the electrical contact surface. The advantage of this solution is that the holding arm has a thicker wall thickness in the area of the introduction of the current flow, so that the current density in the holding arm can be specifically reduced in this area, while the side on which the contact surface is not provided is purposely made thinner for the purpose of reducing weight. If the copper anode is provided with a side of the holding arm with an electrical contact surface for contacting the external conductor rail, the holding arm is additionally reinforced in a targeted manner on the underside, where tensile stresses act that are decisive for the deformation of the holding arm when the copper anode is held on the conductor rail. The corresponding thicker dimension of the holding arm on this side makes it possible to reduce the maximum tensile stress acting in the holding arm and, as a result, to increase the load-bearing capacity of the holding arm.
本発明は、添付の図面を参照して、好ましい実施形態を参照して、以下により詳細に説明される。ここでは
図8では、本発明の第一実施形態による、図9に見ることができる銅アノード1を製造するための鋳型7(見やすくするために一方の側が開いている)を見ることができる。鋳型7は、アノードシート10を製造するための第一キャビティ8と、保持アーム2を製造するためのアノードシートに隣接する2つの第二キャビティ9とを有する。第一キャビティ8は長方形の形状で平坦であり、アノードシート10の厚さに対応する間隔で互いに平行に整列された側面を有する。第二キャビティは、中央コア20によって、チャネルの形態の第一環状部分24と、平坦な第二部分25とに分割され、そこでは、コアの高さが第二キャビティ9の深さよりも低い。チャネルの形態の第一環状部分24は、第一キャビティ8を介して完成されて閉鎖リングを形成し、さらに第一キャビティ8に流体的に接続される。第二キャビティ9の平坦な第二部分25は、コア20のより低い高さから生じ、コア20の側面全体にわたって延び、その縁部で第一環状部分24に移行し、したがって、第一環状部分に流体的に接続される。銅アノード1は本明細書の冒頭に記載され、図16の例示的な実施形態に関連しても示されているように、液体の原料銅を鋳型7に注ぐことによって鋳造される。
In FIG. 8 one can see a mould 7 (open on one side for better visibility) for producing a copper anode 1, which can be seen in FIG. 9, according to a first embodiment of the invention. The
鋳型7内に鋳造された銅アノード1は、図9に見ることができるが、描写面内でほぼ一定の厚さを有する平坦な長方形のアノードシート10を有する。2つの保持アーム2は、アノードシート10の上縁上に1つの部品として成形され、前記保持アームはまた、描写面においてほぼ一定の厚さを有する。保持アーム2はアノードプレート10から上方及び外側に突出し、それぞれ、導体レールの形態である接点6に接触するための接触面12をその下面に形成する(図3~図5参照)。
The copper anode 1 cast in the
中央コア20を有する第二キャビティ9の形状により、保持アーム2はそれぞれ、チャネルの形態の第一部分24の形状に対応するように形成された上縁14と、下縁13とを有し、これらは、それらの端部で互いに接続され、それらの間に凹部11を囲み、(凹部11は)コア20の形状によって形成される。凹部11は、図においてそれらの後側で、第二キャビティ9の平坦な第二部分25の形状によって形成される支持壁15によって閉じられている。支持壁15は、アノードシート10を通って延びる平面と平行に整列する平坦な壁によって形成される。アノードシート10を通って延びる平面は描写平面に対応し、以下では平面Iとしてのみ説明され、これは後続の例示的な実施形態にも適用する。
Due to the shape of the
図16から分かるように、第二キャビティ9内に設けられたコア20は、凹部11を形成するために、銅アノード1を鋳造するときに流入する原料銅に対するバリアとして作用する。したがって、流入する原料銅は、バリアの側面を通って第二キャビティ9内へと押し込まれ、この場合、これは、形成されるべき縁部13及び14に対応して、第一部分24においては環状に形成され、第二部分25においては支持壁15を形成するために平坦に形成される。したがって、原料銅の流れは減速され、同時に均質化され、これは鋳造後の銅アノード1の保持アーム2のより均一な厚さにもつながる。原料銅は、第一キャビティ8から出発して、チャネルの形態の第一部分24を介して、同時に端面の第二平坦部分25を介して、第二キャビティ9内に流れる。
16, the core 20 provided in the
図7に見ることができる従来技術で知られている鋳型7では、コア20がなく、これにより、原料銅が、体積がより大きい対応するキャビティ9内に妨げられずに流れ込んでしまい、上方に揺動し、異なる厚さの保持アーム2を形成するように固化してしまう。この結果は提供されたコア20によって回避され、第二キャビティ9は液体の原料銅でより均等に、より完全に充填され、これにより、鋳造される銅アノード1の保持アーム2は実質的により一定の厚さ及びより均一な表面を有するように導かれる。
In the
凹部11は保持アーム2のくぼみによって形成され、さらに、保持アーム2に注入される原料銅の量を減少させる。保持アーム2の外形寸法は、対応する大きな外形寸法を介して保持アーム2の特に高い耐荷力及び剛性を得ることができるので、意図的に低減されない。保持アーム2の下縁13及び上縁14は平面Iにおいて実質的に一定の壁厚Bを有し、その結果、凹部11は、保持アーム2の外形に対して縮小された形状を有する。しかしながら、下縁13はまた、保持アーム2の耐荷重能力をもはや保持機能を果たすことができない程度まで低減させることなく、表面のミリング又はサンディングを介して対応する平坦な接触面12を作り出すことができるように、わずかに大きい壁強度を有することができる。
The recess 11 is formed by a depression in the holding
保持アーム2は、凹部11によって軽量化され、同時に支持壁15によって補強される。支持壁15はアノードシート10の平面Iと平行に整列され、その結果、保持アーム2は平面Iに作用する引張応力に対して可能な限り補強される。したがって、それらは銅アノード1を取り扱い、支持するために必要な耐荷重能力を有し、同時に、それらの質量が低減され、その結果、上述の利点を有して電気分解プロセスの後の銅アノード1の廃棄部分は低減される。平面Iと平行に配置されているため、支持壁15は銅アノード1を持ち上げるとき、及び電気分解槽内に銅アノード1を吊るすときに、銅アノード1に作用する重力と平行に整列し、したがって、銅アノード1を支持するときに接触面12を介して加えられる押圧力に対して保持アーム2の最大補強を引き起こす。
The holding
図10及び図11において、本発明の第二の、さらに発展した例示的な実施形態が見られ、図中右側にある保持アーム2は、支持壁15によって上部の一方の側が閉じられている凹部11を有する。支持壁15は凹部11を意図的に完全には覆わず、凹部11は下部で貫通開口16として形成される。図中左側にある保持アーム2は図9の保持アーム2に従って形成される。したがって、右側の保持アーム2は貫通開口16によってさらに軽量化され、支持壁15の寸法及び形状は、例えば有限要素計算の方法で、得られる保持アームの剛性に関して形状が最適化され得る。凹部11は次に、鋳型7の第二キャビティ9内のコア20によって形成され、貫通開口16は、第二キャビティ9の深さに対応する高さを有するコア20によって形成され、したがって、第二キャビティ9を、第二部分25のないチャネルの形態の第一環状部分24に完全に分割する。
10 and 11, a second, further developed exemplary embodiment of the invention can be seen, in which the retaining
図12及び図13では、両方の保持アーム2の凹部11が完全に貫通開口16として形成され、それによって重量低減をさらに最大化し得る、さらなる例示的な実施形態が見られ得る。この場合、保持アーム2の必要とされる剛性は、保持アーム2の縁部13及び14における寸法によってのみ得られ、ここで、特に、平面Iにおける縁部13及び14の壁強度(又は、壁厚み/Wandstaerke)Bの寸法が利用可能である。
12 and 13, a further exemplary embodiment can be seen in which the recesses 11 of both holding
図14及び図15では、保持アーム2の凹部11がそれぞれ貫通開口16によって形成され、前記貫通開口はそれぞれ、フレームワークの態様の補強リブ17によって2つの部分貫通開口18及び19に分割されている、本発明のさらなる例示的な実施形態を見ることができる。この例示的な実施形態では、補強リブ17がそれらの長手方向軸Cがアノードシート10の長手方向中心軸Aとほぼ平行に延びるように整列又は配置される。補強リブ17により、保持アーム2はできるだけ少ない材料又は追加の重量を使用して補強され、この場合、長手方向中心軸Aと平行な整列は補強リブ17が接触面12に作用する押圧力に対して特に効果的に保持アーム2を補強するので、特に有利である。しかしながら、補強リブ17は長手方向中心軸Aに対して最大45度の角度で整列させることもでき、保持アーム2の効果的な補強をなおも引き起こす。
14 and 15, a further exemplary embodiment of the invention can be seen in which the recesses 11 of the holding
この目的のために、第二キャビティ9内のコア20は、間隙21によって、2つの部分コア22及び23に分割される。補強リブ17は間隙21を通って鋳造され、前記補強リブは部分コア22及び23によって形成される部分貫通開口18及び19を互いに分離する。
For this purpose, the core 20 in the
本発明による解決策の決定的な利点は、保持アーム2を有するアノードプレート10を用いた銅アノード1の著しく費用効率の高い一体的な製造の利点を犠牲にすることなく、アノード廃棄物の重量を低減することができ、使用される原料銅に対する電気分解方法の有効性を非常に容易に高めることができることである。凹部11は、保持アーム2内の窪みとして意図的に設計され、したがって、保持アーム2の平坦面から保持アーム2内に延在するキャビティとして設計され、その結果、保持された外形によって引き起こされる保持アーム2の高い剛性が生み出され、同時に、その中に設けられた凹部11を介して保持アーム2の重量を低減し得る。凹部11は保持アーム2内に意図的に設けられ、その結果、製造される高純度銅の量は、保持アーム2が電気分解プロセスにおいて破壊されず、したがって、高純度銅の採集に寄与しないため、低減されない。
A decisive advantage of the solution according to the invention is that the weight of the anode waste can be reduced and the effectiveness of the electrolysis method for the raw copper used can be very easily increased, without sacrificing the advantages of a significantly more cost-effective integral production of the copper anode 1 with the
Claims (15)
-互いに平行に整列された2つの側面によって画定される平坦な第一キャビティ(8)と、
-前記第一キャビティに流体的に接続された2つの第二キャビティ(9)であって、前記第一キャビティ(8)の周縁側の異なる角に配置され、前記第一キャビティ(9)から離れるように横方向外側に延在する、該2つの第二キャビティ(9)と、を有し、
-前記第二キャビティ(9)の中央にそれぞれコア(20)が設けられ、前記コアは前記それぞれの第二キャビティ(9)を、少なくとも部分的に、周方向に閉じた環状形状に分割する、ことを特徴とする鋳型(7)。 A mold (7) for producing a copper anode (1) for producing high purity copper, comprising:
- a flat first cavity (8) defined by two side surfaces aligned parallel to one another;
- two second cavities (9) fluidly connected to the first cavity, the two second cavities (9) being arranged at different peripheral corners of the first cavity (8) and extending laterally outwardly away from the first cavity (9);
- a mould (7), characterized in that each of said second cavities (9) is provided centrally with a core (20), said core dividing each of said second cavities (9), at least partially, in the circumferential direction into a closed annular shape.
-少なくとも2つの保持アーム(2)と、を有し、
前記保持アーム(2)の少なくとも1つに、少なくとも1つの凹部(11)が設けられる、高純度銅を製造するための銅アノード(1)であって、
前記保持アーム(2)は、前記アノードシート(10)と一体に形成される、ことを特徴とする、銅アノード(1)。 - an anode sheet (10),
- at least two retaining arms (2),
A copper anode (1) for producing high purity copper, wherein at least one of said holding arms (2) is provided with at least one recess (11),
A copper anode (1), characterized in that said retaining arms (2) are formed integrally with said anode sheet (10).
A copper anode (1) according to any one of claims 6 to 14, characterized in that said copper anode (1) is cast in a mould (7) according to any one of claims 1 to 5.
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