JP3910143B2 - Spouted bed apparatus for contacting an object with a fluid - Google Patents

Spouted bed apparatus for contacting an object with a fluid Download PDF

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Description

【0001】
(発明の分野)
本発明は、液体またはガス状流体内で処理するための、粒子、部片、部品、および他の小さい物体の噴流層の使用に関する。本発明は、特に、従来の手段ではメッキが難しい小さい部品の電気メッキに適用される。本発明は、廃水処理、電気採取(electrowinning)、電気化学的合成、陽極の電気化学的スムージング(anodic electrochemical smoothing)、陽極処理(anodizing)、電気泳動ポリマー被覆(electrophoretic polymer coating)、物理的被覆の分野にも適用され、また噴流層が適用される一般分野にも用いられる。
【0002】
(発明の背景)
多孔水平回転ドラム内で物体を転がすバレルメッキは、小さい部品を電気メッキする一般的方法である。代表的技法は、Kanehiroの米国特許第4,822,468号、およびShino他の米国特許第4,769,117号に開示されている。多くの極小部品は、給電面(current feeder)との接触不良、またはドラムの内部の汚れのため、バレル内で効率のよいメッキができない。こうした問題のため、陰極の接触および部品の動きを改善するために、バレルにメッキ媒体(通常、ある種のスムーズ金属ショット(smooth metal shot))の追加がしばしば必要になる。媒体を使用することにより、この媒体もメッキされるので、メッキに要する時間および電流がかなり増加し、よって、一部品当たりのメッキコストが増える。さらに、多くの小部品は壊れ易く、またインタロック(interlock)することがあるので、重い媒体とともに回転させると破損することがある。したがって、これらの部品は、バレル内でうまくメッキすることができない。
【0003】
Greigoの米国特許第5,487,824号は、電気メッキの間、部品の充填層の運動を維持するため、水平加速回転ドラムを用いた、極小部品を電気メッキするための特別に設計した統合型電気メッキシステムを開示している。
【0004】
Backhurst他の米国特許第3,1124,098号、およびHaycock他の米国特許第3,703,446号は、流動層陰極を開示している。流動層は、優れた液体−固体接触を有するが、流動層陰極は、流動化粒子間の電気接触不良、不均一な電位および粒子分離効果が欠点である。さらに、金属沈着のため、粒子のサイズや、多分濃度が変化する場合、層全体の流動化を維持することが難しい。流動層手法がもたらす潜在的利益が、実際の電気沈着システムで実現される可能性は低い。
【0005】
典型的な噴流層は、円錐形の底部を備えた円筒形の槽からなる。この槽は、噴流層を形成する粒子の層を含む。流体は、噴流として、円錐部の底で噴流層槽内に導入される。この流体噴流は、噴流層槽内に入れてある粒子の層を貫通し、粒子を巻き込み、粒子および流体を上方に移動させる「噴流」を形成する。粒子は、粒子の層より上のある領域で流体の流れから解放され、下方移動する環状層の頂部に落下する。噴流によってもたらされる「ポンプ作用」で、噴流内で上方へ、また環状の移動層内で下方へ、トロイダル式に槽を通して粒子が循環する。粒子の流体輸送を助けるための「ドラフトパイプ」を槽内に組み込むことができる。このドラフトパイプは、液体噴流のすぐ上でこれに位置合せした噴流の位置に合わせて固定されるチューブからなる。このドラフトパイプは、液体噴流の分散を遅らせ、流体の流れを安定させつつ、より広範囲な流体速度で粒子の輸送を可能にする。
【0006】
Scottの米国特許第4,272,333号は、導電性粒子が2つの電極の間の充填層内を垂直に下方へ移動し、陽極が膜で遮蔽されている、移動層電極(MBE)の使用を開示している。陽極を遮蔽するために膜を使用する必要があるので、粒子の移動層の機械的摩擦によって膜に短期間で損傷を与える可能性があるため、この構成例の実際の適用にはあまり魅力がない。さらに、膜上への金属沈着が面倒な問題になることがある。
【0007】
Hadzismajlovic他著、Hydrometallurgy発行、第22巻、p393〜401(1989年)の論文、およびLevinの米国特許第1,789,443号は、噴流層の表面より上方に吊り下げられた陽極を備える噴流層陰極の使用を開示している。この構成は、膜を使用して電極を遮蔽する面倒を省くことができるが、この構成には、いくつかの操作上の問題がある。多くの電解液は、導電性が乏しいので、セルにおける電圧降下を減らすため、陰極と陽極を近接させることが有利である。これらの従来技術のシステムでは、これは達成することができない。噴流が陽極に衝突するからである。さらに、噴流層の幾何的投影(projected)表面積が、非常に限られており、電極性能を損なう。
【0008】
従来の噴流層には、また、粒子層の一部分が停滞する「死点」と一般に呼ばれる粒子の再循環の問題がある。死点は、たいてい噴流層の表面の外縁部に存在し、噴流が噴流層の周囲に粒子を沈着させないことに起因する。この問題を解決する一試みとして、底の円錐角度が非常に急な噴流層が使用されている。あらゆる場合において、噴流層の半径は、噴流内の粒子を流体の流れによって半径方向外側に輸送することができる距離に厳密に限定される。
【0009】
(発明の概要)
本発明では、分配シールドが、ドラフトパイプの上縁部付近から、下方に半径方向外側に、下方に移動する充填層の表面の外縁部より上方またはそれを超える槽の側壁に向かって延びる固体円錐部分からなり、噴流層の表面の中心近くに物体が落下するのを防止することによって、部品、部片、粒子、または他の小さい物体を噴流層の外縁部に搬送するために使用される。物体は噴流から解放されて分配シールドの上側表面上に沈着する。物体は、その後、分配シールドの頂部表面に沿って移動し、移動層の表面の外縁部に、またはそれを超えて沈着する。
【0010】
分配シールドを使用することによって、噴流層の周辺の停滞領域が完全に除去される。さらに、分配シールドにより、中程度の流体の流れで直径の非常に大きい噴流層を形成することが可能になる。もはや、流体の流れを介して動的に物体を噴流層の周辺に輸送する必要がないからである。さらに、分配シールドを使用すると、底の円錐角度が広い、直径が大きく浅い噴流層を使用することができる。このタイプの層では、物体の動きが下方に向かわず、半径方向内側に向かうようになる。このタイプの噴流層は、深い層の重さで物体が押しつぶされまた壊される恐れがある、壊れやすい物体を循環させるのに特に有利であり、大きな投影面積および深さの浅い層が望ましい、高性能電極として使用される導電性または部分的導電性部品の噴流層に特に有用である。
【0011】
噴流層電解反応チャンバを画定するポンプおよび槽を組み込んだ、携帯用電気メッキ装置も、本発明で提供する。この携帯用電気メッキ槽は、処理タンクから手で処理タンク、自動メッキシステム、または巻上機(hoist)に運ぶことができる。噴流層槽は、必要な電解液の流れを噴流層チャンバにもたらすポンプを備える台(platform)に取り付けられている。噴流層チャンバへの液体の流れを調整できるように、液体バイパス回路および調整バルブを組み込むことが有利である。また、噴流層槽が携帯用装置から容易に脱着可能であり、槽内部へアクセスし易くするために内部構成部品が槽から容易に脱着可能であることが望ましい。
【0012】
本発明の実施においては、導電性部品が、液体が金属イオンを含む電解液である液体噴流層内で循環する間に電気メッキされる。この部品は、給電面と接触状態にすることによって陰極電流のもとに維持される移動充填層を形成する。電流が部品中を通ることによって、部品が装置内で循環する間に、金属が電解液から部品上に付着する。通常、部品は、円錐形の底部を備えた非導電性の円筒型槽内に保持されるが、他の形状の槽を使用することもできる。槽は、非導電性プラスチック材料、例えばポリプロピレン製とすることができる。
【0013】
電解液は、槽内に、錐部の底からメッキすべき部品の層中に噴流として導入される。液体噴流は部品を巻き込み、部品は、移動層より上のある領域で液体の流れから解放され、次いで、部品の移動充填層として半径方向内側に下方に移動する。したがって、この液体噴流によってもたらされる作用により、まず噴流内で上方に半径方向外側に、次いで充填層内で下方に半径方向内側に、槽中を部品が循環する。充填層との陰極接続は、金属接触、または円錐部分の内部に取り付けられたまたは上方から充填層へ挿入された給電面を介してなされる。メッキすべき部品の表面が完全に導電性である場合、給電面は、粒子層に比べて小さいサイズにすることができる。部品が非導電性要素を有することによって部分的に導電性である場合、表面実装電子構成部品の場合と同様、部品が移動層内で移動中に部品の導電性部分との電気的接触がなされることを保証するため、はるかに広い表面積をもつ給電面を用いることが望ましい。例えば、底の円錐部分の表面の大部分を導電性材料で内張りし、給電面として使用することができる。対電極(陽極)は、噴流層チャンバ内の移動充填層の上方に取り付けるか、または噴流層チャンバを画定する槽の外部に配置することができる。
【0014】
本発明は、また、電着中に物体を動き易くし、物体が給電面に付着するのを防止するため、バンプ状の表面または他のテクスチャのついた表面を備えた給電面を使用することもできる。部品とほぼ同サイズのバンプは、方形の物体が給電面上を滑るときに互いに押し込まれたり「タイル張り」になることを防ぐので、特に有用である。さらに、バンプ状の、あるいは他のテクスチャのついた給電面の表面は、物体と給電面の接触領域を減らし、それによって電気メッキ中に物体が給電面に融着する可能性を低くする。
【0015】
部品の液体による輸送を助けるための「ドラフトパイプ」を槽内に組み込むことが、好ましい。このドラフトパイプは、液体噴流のすぐ上でこれに位置合せした噴流の位置に合わせて固定されたチューブからなる。このドラフトパイプは、液体噴流の分散を遅らせ、より広範囲な液体速度で粒子の輸送を可能にする。
【0016】
さらに、ドラフトパイプより上方に配置された部品デフレクタを使用することが好ましい。この部品デフレクタは、噴流より上方に配置された円錐状の点、または平らな円板、または下向きの凹んだ表面である。このデフレクタは、噴流内の部品がチャンバから出るのを防止し、部品の軌道を槽の側壁に偏向させる。デフレクタは、また、巻き込まれた部品の噴流がチャンバ内の天井構成部品に衝突するのを防ぐ。ドラフトパイプが存在すると噴流の流れが強化されるので、部品デフレクタをドラフトパイプと併用すると特に有利である。
【0017】
分配シールドを使用することも好ましい。この分配シールドは、円錐形で、ドラフトパイプの上縁部付近から槽の傾斜した底壁の外縁部より上方に延びることができる。このシールドは、反応チャンバの中心近くに部品が落下するのを防止することによって、部品を噴流層の外縁部に分配するのを助ける。むしろこれらの部品はシールドの表面頂部に沿って移動し、部品の移動層の外縁部に沈着する。
【0018】
本発明では、対電極、通常は陽極を、噴流層槽の内部で部品の移動充填層の上方に、かつ分配シールドの下または粒子デフレクタ上方に配置することができる。別法として、外部の対電極、すなわち噴流層槽の外部にある電極を使用することもできる。外部の対電極の場合、対電極は、電解液に少なくとも部分的に浸された噴流層槽に近接して配置される。電流が、電解液を介して、外部の対電極から噴流層槽内に入っている物体の移動充填層へ通過するのを可能にするため、開口が、側壁の浸された部分および/または噴流層槽の底壁に設けられている。液中の槽の開口をメッシュ、布または膜で覆って、電流の通過を可能にし、噴流層槽から物体が失われるのを防ぐことができる。これらの開口は、電解液が噴流層槽に出入りする手段としても役立つ。
【0019】
通常、噴流層槽が複数の処理タンク間を搬送される、電気メッキの適用例においては、電解液に溶解された金属と同じ金属からなる可溶性の外部陽極が望ましい。一方、定置電気メッキの適用例および電気採取においては、不溶性の内部陽極が望ましい。
【0020】
本発明は、また、傾斜した底を備えた方形の槽を使用して実施することもできる。この場合、分配シールドは、傾斜した平らな一枚のプレートまたは複数のプレートであり、ドラフトパイプおよび入口パイプは、管状または方形にすることができる。
【0021】
電解液は、ポンプを介して反応チャンバに注入され、操作中、この配置に問題はない。しかし、装置の操作が中断されると、層からの部品が重力によってポンプの出口内に落下し、実際にポンプを汚すことがある。したがって、部品を槽内に保持する手段を設ける。一手法は、部品を通過させないスクリーンを噴流入口に組み込むものである。スクリーンを使用する場合、汚れを防ぐためにスクリーンの上流側で流体をろ過することが好ましい。別法は、固体の「トラップ」構成を利用するものである。これは、入口導管上の単純な「U」字型パイプとしてもよく、また液体の流れる方向を逆にする同心の2本のパイプで構成することもできる。どちらの場合も、電解液と比較した密度差によって部品が捉えられる。部品を噴流層チャンバから都合よく除去するため、トラップにアクセス口を組み込むことができる。
【0022】
本発明はまた、様々な洗浄、メッキ、および濯ぎ溶液を、別々の保持タンクから順に導入し、適当な時間の間、反応チャンバ中で循環させ、その後、溶液溜め、制御弁、制御システム、およびポンプに接続されたマニホルドパイプシステムを介して噴流層槽から除去する定置式構成で、この噴流層槽を使用できることも意図している。
【0023】
本発明、そのアセンブリ、および操作は、添付の図面に例として示す本発明の好ましい実施形態についての以下の説明からさらに理解されるであろう。
【0024】
(好ましい実施形態の詳細な説明)
次に、添付の図面のさらに詳細な説明に移ると、図1は、定置処理タンク40内に取り外し可能に配置された携帯用噴流層反応チャンバまたは反応装置1の詳細な断面図を示す。この定置処理タンク40は、電解液の液体流を噴流層チャンバ1に供給するためのポンプシステムを備え、さらに、チャンバ1の外部にあり、チャンバ1内に含まれる物体に対し対電極として機能する、定置電極8を備えている。物体を電気メッキする場合、電極8は陽極として機能する。含まれる物体は、図5の物体124と同じでよいが、図を見やすくするためこれらの物体は図1から省略されている。タンク40は、洗浄、メッキおよび濯ぎ溶液などの処理溶液を順にチャンバ1中で循環させる電気メッキ中に、携帯用噴流層チャンバ1がその間を運ばれる一連の処理タンクのうちの1つとすることができる。あるいは、チャンバ1(または図2のチャンバ1’)は、図6に示したように、タンク40に固定し、タンク40を介して複数の処理タンクからの処理溶液を順に渡すこともできる。
【0025】
噴流層チャンバ1は、円錐形の底11および脱着可能な頂部12を備えた円筒形の槽2からなる。槽2は、ポリエチレンなどの非導電性材料で作られている。噴流層チャンバ1は、液体表面Sで示すように、タンク40に含まれた電解液に部分的に浸されている。電解液は、外部ポンプ34によって、ボール流量調整弁(ball flow regulating valve)32、ソケット継手(socketed fitting)30、およびメッシュスクリーン17を取り付けた入口パイプ18を介して、チャンバ1内に注入される。ポンプ34は、タンク40、タンク出口継手38、液体ストレーナ36および関連配管で完成する閉ループで接続される。
【0026】
携帯用噴流層チャンバ1を、図1に示すように、入口パイプ18をソケット結合30内に挿入することによってタンク40に脱着可能に接続することができる。この入口パイプは、ソケット式レセプタクル(socketed receptacle)19を介して噴流層槽2に接続される。ピン15は、入口パイプ18をソケット式レセプタクル19内に保持するために使用される。メッシュスクリーン17は、入口パイプ18の縁部に取り付けられ、槽中の液体の流れが中断する場合、槽2内に処理済みの物体を保持する。ピン15、および入口パイプ18とそれに取り付けたメッシュ17は、容易に取り外され、噴流層チャンバ1の槽2の底から物体を取り除くことが可能になる。
【0027】
液体は、入口パイプ18を介して槽2内に入り、ドラフトパイプ4の下方から供給される部品または物体を巻き込む噴流を形成する。物体(図示せず)を巻き込んだ液体噴流は、ドラフトパイプ4を通って移動し、下向きの凹んだ表面7を有するデフレクタ6上に衝突する。デフレクタ6は、巻き込まれた物体を半径方向外側に下方に向け、それによって物体を液体噴流から解放する。解放された物体は、分配シールド20頂部表面上に沈着し、半径方向外側に下方に移動し、シールド20の外縁部から滑り落ち、チャンバの底11の上縁部の周りの締付けリング28の上側表面上に沈着し、移動充填層内で入口パイプ18の上縁部とドラフトパイプ4の下縁部の間のギャップに向かって下方に半径方向内側に移動する。
【0028】
分配シールド20は、垂直な支持部22を介してチャンバの頂部12に取り付けられている。チャンバの頂部12、支持部22、分配シールド20、デフレクタ6、およびドラフトパイプ4は、噴流層槽2からチャンバの頂部12を持ち上げることによって容易に取り外せる脱着可能なアセンブリを形成し、それによって槽2の内部にアクセスできるようになる。小さい穴(図示せず)を、シールドに隣接するドラフトパイプの頂上部分に設け、シールドの下からの陰極ガスをドラフトパイプ内の移動する液体流に排出することができる。
【0029】
物体の移動層との電気的接触は、導電性であり、円錐形の槽の底壁11を内張りする円錐形の給電面16によってなされる。給電面16は、図7の拡大図により詳細に示すように、チャンバの底壁11を貫通し、プランジャ10の下方部分およびコイルばね9を受けるための円筒形のソケットを有する給電面ブロック25と滑り接触している、導電性の円筒形プランジャ10を含む陰極接続部によって、外部電源装置に接続される。ばね要素9は、プランジャ10の下に置かれ、弾性による圧力をもたらして、プランジャ10の上側表面と給電面16の下側表面の間の正電気的接触を維持する。給電面ブロック25は、ポリマー層または被覆13によって絶縁され、絶縁された導体27によって陰極コネクタ23に接続される。別法として、給電面16を、皿頭ボルト(図示せず)との接触により外部電源供給装置に接続することもできる。皿頭ボルトは、底壁11を貫通し、絶縁金属接続ブロック25にねじ込まれ、それによってブロックを底壁に固定する。
【0030】
給電面16は、電気的絶縁材料で作られ、処理済の物体が給電面16の外縁部上を汚すのを防ぐ、締付けリング28によって定位置に保持された円錐形の金属シートでよい。別法では、給電面16は、金属層被覆を施すか、また底壁11上に付着させることもできる。給電面16の上側(外側)表面を、バンプ状にし、また凹凸または他のテクスチャをつけて、その上を物体が滑り易くすることができる。
【0031】
図7はまた、締付けリング28の底表面と給電面16の上側表面の間に設けることができるギャップGを示す。ギャップGは、好ましくは、約0.2〜1.0mmで、メッキすべき部品よりも小さくなければならない。ギャップGは、電解液中で電流が通る導体の絶縁された縁部に形成される傾向のある高電流密度領域を消散させる。ギャップを設けることによって、この領域での電流密度が低下し、リング28の下縁部と給電面16の上側表面との交差部で付着金属が団塊状に成長するのが防止される。これは、表面実装構成部品など、部分的導電性の部品を電気メッキする場合に、特に有益である。ギャップを設けない場合、この領域での付着金属の団塊状の成長によって、部品の再循環が妨げられる恐れがある。
【0032】
給電面の上方部分にメッキ済み部品が融着する傾向がある場合、締付けリング28をさらに下方に延長して、給電面16の大部分を覆うようにし、粒子が移動し続けるのを助けることも、時には有益である。締付けリング28を下方に延長することで給電面16の上方部分をさらに絶縁することによって、給電面の下方部分と接触状態にある部品にかかる下向きのさらに大きい圧力が生まれ、部品の移動が維持される。締付けリング28の最適幅は、何回かの試行操作で決定することができ、メッキする部品の形、挿入量の多さおよびメッキ電解液に依存する。一方、締付けリング28の幅を大きくすると、給電面の有効表面積が減少するので、部分的導電性部品をメッキする場合、電圧が高くなる。したがって、部品の十分な動きを維持しつつ、可能な限り狭い締付けリングを使用することが望ましい。
【0033】
物体を電解液の金属成分で被覆するための、図に示した実施形態では、物体の移動層と接触状態にある電極は、電源装置の陰端子に接続され、陰極として機能し、槽2に近接する定置タンク40に取り付けられた対電極8は、電源装置の陽端子に接続され、陽極として機能する。電流は、陽極から移動する物体へ、槽2の側壁内の1つまたは複数の開口26を介して伝導され、これらの開口は、液体を通す間、物体を槽内に保持するため、多孔性メッシュ、布、または膜で覆われている。したがって、液体は、メッシュ開口26を介して槽2から排出される。
【0034】
図1の実施形態、ならびに図2〜4の実施形態を実施するには、それぞれ一連の処理タンクにポンプ手段およびドッキング手段を設けることができる。各処理タンク内に反応槽が存在することを検出する自動手段を設け、これを使ってタンクに働くポンプのスイッチを自動的に入れることができる。検出手段は、タンク内の物理的接触スイッチ(図示せず)、または図1に示す、タンクの外側の磁気ホール効果検出器72および反応槽の入口パイプ18に取り付けた磁石73でもよい。この検出手段は、ポンプ43を作動させるための交流電源装置76を制御するため、検出器72からの入力に対応するリレーモジュール74を含むこともできる。図3および図4の実施形態では、検出器72は、レール70およびこれに相当するレールに取り付けた磁石73の位置近くにあるリップ71の下に配置することができる。こうした物理的または磁気検出手段の代わりに、光学検出器、またはこの目的にかなうよう効果的に実施できる他の手段を用いることもできる。したがって、本発明の目的は、図1〜4の実施形態とともに使用する各タンク用のポンプが、反応槽が存在する場合は自動的に作動し、タンクが空の場合は作動しないようにすることである。
【0035】
図2は、槽の底壁に開口31が設けられ、槽2’内を循環する部品(図示せず)を保持するため、これらの開口がプラスチック製メッシュ33で覆われている以外は、図1に示したものと同様の、噴流層電気化学反応装置1’を示す。図1と本質的に同じである構成部品は、同じ番号にプライム記号(’)を付けて示してある。陰極接触は、部品の移動層と導電性のロッド35を介してなされ、ロッドは、絶縁スリーブ37を有し、ボルト39を介してチャンバの側壁および電気コネクタに取り付けられている。この導電性ロッドは、部品の移動層と接触状態の露出先端以外は、被覆され、または絶縁スリーブ37で覆われる。図2の装置内での部品の循環は、図1の装置と同様である。チャンバの底壁内のメッシュで覆った開口31は、陰極の部品の移動層と外部の陽極8’の間に、側壁の開口しかない図1の装置よりも、より大きい直流の通路となる。その結果、電気メッキ中の電圧が大幅に下がる。
【0036】
チャンバの底壁内の開口31はまた、洗浄、電気メッキおよび濯ぎのプロセス後、チャンバ槽2’からの溶液排出を改善する。一方、図1の装置は、図2の装置よりも給電面の表面積がはるかに大きい。したがって、図1の装置は、表面実装電子構成部品など、部分的導電性の部品を電気メッキするのにより適しており、図2の装置は、金属部品または金属構成部品を電気メッキするのにより適している。シールド20’に隣接するドラフトパイプ4’の頂上部分に小さな穴43を設けて、シールドの下からの任意の陰極ガスをドラフトパイプ内の移動液体流に排気することができる。
【0037】
図3は、処理溶液Lを含んだ処理タンク87内に取り外し可能に置かれた噴流層反応槽50を有する携帯用メッキ装置41の上面図を示す。この装置は、洗浄液、濯ぎ液、メッキ溶液など、処理溶液を順に槽50中で循環させるために、タンクからタンクへと搬送可能に設計されているので、メッキバレルまたはメッキラックに類似の方法で使用することができる。
【0038】
図4は、図3の線4−4に沿って切断した装置41の断面図である。装置の下方部分は、処理溶液Lの表面Sより下に浸され、装置全体は、サイドレール70、70に支持され、サイドレールは、各処理タンク87の側壁リップ71上に載り、ハンドル86、86を備えている。この装置は、サイドレール70、70を接続する横台(transverse platform)52および54を備えている。水中ヘッド遠心ポンプ88は、台54に取り付けられている。ポンプの入口は、エルボ94を介して液体ストレーナ95に取り付けられている。ポンプの出口96は、プラスチック製パイプの短いセグメントを介してプラスチック製のT字型継手97に接続されている。
【0039】
噴流層50の入口パイプ98は、T字型継手97に脱着可能に結合されている。T字型継手97の第3の開口は、プラスチック製パイプ、エルボ99、およびプラスチック製パイプ60を介して、バイパスボール弁90に取り付けられている。ボール弁90の出口は、図3および図4に示したプラスチック製パイプおよびエルボのセグメントを介して、処理タンク87に溶液を戻す。噴流層槽50中を循環する溶液の量は、バイパス弁90を使用することによって調整できる。噴流層槽50は、大気に開放され、下方のチャンバ側壁内にメッシュで覆った開口56を有する。溶液は、メッシュで覆った開口56を介して、処理タンクへ戻される。
【0040】
槽50内で循環する物体への負の直流電流による電気的接続(陰極)は、電気コネクタ48を介して槽50の側壁を通ってなされる。対電極または陽極44は、直流電源装置の正端子に接続された導電性支持ロッド42が担持する導電性コネクタ43によって、槽50に近接する処理タンク87内に取り付けられている。電流は、槽50の開口56を介して、陽極44と槽50に含んだ循環物体との間を通る。槽50の内部構成部品は、図1の槽2に示したものと同じである。
【0041】
図5は、ドラフトパイプ116、物体デフレクタ101、および分配シールド123を含む槽119を備えた噴流層電気化学反応装置100を示す。この槽119は円筒形であり、円錐形の底106および円錐形の頂部120を備えている。電解液は、内側入口パイプ113および同心の外側パイプ112からなる物体トラップを通って、層のチャンバ内に注入される。外側パイプ112は、ねじ込みアクセス口111を有する。アクセス口111は、ねじ込み締付けリング110によって定位置に保持されたキャップ109によって密封される。液体は、ねじ込みパイプ108を介して、同心のパイプ112および113によって形成された環状部に入る。部品113、112、111、110および109は、物体トラップを形成し、チャンバ中の液体の流れが中断される場合、チャンバ内の導電性の層124の物体114を保持する。このトラップは、アクセス口111からキャップ109を取り外すことによって、チャンバから被覆された物体を外に出すためにも使用できる。液体は、入口パイプ113を介して、チャンバに入り、物体がドラフトパイプ116の下方にあるギャップ115を介して送られると、この物体114を巻き込む噴流を形成する。
【0042】
液体噴流は、巻き込んだ物体とともに、ドラフトパイプを通って移動し、デフレクタ101上に衝突する。デフレクタ101は、巻き込んだ物体を外方向に向け、物体を液体噴流から解放する。解放された物体は、分配シールド123上に落下し、半径方向外側に移動し、底壁106の外縁部に沈着し、移動充填層124内のドラフトパイプ116およびギャップ115に向かって、下方に半径方向内側に移動する。分配シールド123は、チャンバの底壁106に載っている支持部118を介してチャンバに取り付けられている。水平線から底壁106までの角度A、および水平線から分配シールド123の上側表面までの角度Bは、好ましくは10°から70°、さらに好ましくは20°から60°、最も好ましくは、丸い物体に対しては20°から50°、丸くない物体に対しては35°から60°である。
【0043】
層124との電気接触は、チャンバの底壁106を貫通し、物体の移動層124を接触させる皿頭ボルト107によってなされる。対電極105は、粒子分配シールド123の下に配置され、コネクタストリップ104および層119の側壁を貫通するボルト103を介して、外部電源装置(図示せず)に接続される。分配シールド123の底側表面は、放出されたガスがシールドの下で捉えられることなく、容易にチャンバから出るように、上向きに半径方向外側に傾斜している。ドラフトパイプ116の周りに取り付けられたデフレクタリング117は、物体が対電極105に衝突するのを防ぐ。液体は、入口開口121を有し、円錐形のカバー120に取り付けられたねじ込みパイプ継手122を介して、噴流層チャンバから出る。カバー120は、O字型リング102を介して噴流層槽119を密封する。円錐形のカバーは、電解中に放出されたガスを完全に除去し易くする。
【0044】
図6は、図5のタイプ100の定置噴流層電気化学反応装置を組み込んだ電気メッキ流体システムの概略図を示す。反応装置100は、電気ケーブル134および135を介して、定置電源装置および制御盤132に接続されている。電気メッキプロセスのための溶液は、タンクT1からT6に順に入れられる洗浄剤、酸、メッキ溶液、および濯ぎ液を含む。メッキする物体は、噴流層槽100内に装入される。次いで、タンクT1からT6からの溶液が、入口管138、電磁弁142、入口マニホルド146、およびポンプ136を介して、噴流層槽反応装置100に別々に送達される。溶液は、出口管144、出口マニホルド147、および電磁弁140を介して、噴流層反応装置100から出る。
【0045】
電気メッキプロセス中、1つの処理タンクへの入口および出口電磁弁が開けられ、ポンプが閉ループで処理タンクへのおよび処理タンクからの溶液を循環させるために作動する。各タンクを順に循環し、電気メッキプロセスを実施することができる。電磁弁140と142、電源装置、制御盤132、およびポンプ136は、スイッチ139によって手動で作動させることができ、またコンピュータで制御することもできる。メッキプロセスの最後に、メッキ済みの物体を槽100から取り出し、プロセスが繰り返される。処理タンクT1からT6に接続された1組のみの入口および出口の電磁弁を常時開けることになるので、別々の電磁弁140および142の代わりに、遠隔作動の、マルチポート回転セレクタ弁を使用することもできる。
【0046】
(電気メッキの実施例)
実施例1
ドラフトパイプおよび粒子分配シールドを有する、直径7.5インチ(19cm)の噴流層チャンバを備えた携帯用メッキ装置を、長さ2mm、直径0.7mmの打ち抜き銅コネクタクリップを電気メッキするために使用した。これらのクリップは、非常に軽く、媒体とともに回転するとインタロックしがちなので、バレル内で容易に電気メッキすることができない。約20,000個からなる50mlのクリップを、噴流層チャンバに装入した。これは、このサイズの装置の最少装入量である。装置は、手で処理タンク間を搬送され、以下の処理順序に従う。
1.浸漬洗浄剤 5分
2.陰極電気洗浄剤 5分 6V、6A
3.水濯ぎ 3分
4.塩酸(50%)活性剤 5分
5.水濯ぎ 5分
6.シアン化物浸漬 3分
7.シアン化銅メッキ 5分 6V、8A
8.すくい出し濯ぎ 1分
9.水濯ぎ 3分
10.硫酸(5%) 5分
11.水濯ぎ 3分
12.スルファミン酸ニッケルメッキ 20分 6V、8A
13.水濯ぎ 3分
14.硫酸(5%) 5分
15.水濯ぎ 3分
16.硬質金メッキ 25分 6V、6A
17.すくい出し濯ぎ 3分
18.水濯ぎ 3分
19.熱い純水濯ぎ 3分
【0047】
サンプリングした10個のクリップをX線回折によってニッケルおよび金の沈着厚さについて検出した。測定の結果、ニッケルの厚さ平均124.9マイクロインチ、標準偏差18.0マイクロインチであった。測定の結果、金の厚さ平均32.7マイクロインチ、標準偏差2.1マイクロインチであった。クリップのインタロックは観察されなかった。
【0048】
実施例2
直径3mmの平らなセンサディスクを、ドラフトパイプおよび粒子分配シールドを備えた直径7.5インチの噴流層チャンバをもつ携帯用メッキ装置を使用して電気メッキした。比較の手段として従来のバレルメッキ装置でもディスクを電気メッキした。下記のメッキ順序を両方の試験に用いた。

Figure 0003910143
【0049】
バレル内で電気メッキしたディスクは、バレル内の適切な陰極接触を維持するために、追加のメッキ媒体(金属ショット)を必要とした。媒体とメッキ済みの部品の体積比は、約3対1であった。部品およびメッキ媒体は、バレル内で、6V、15Aで6.36時間、金電解液を使用してメッキされ、メッキ厚さは標準偏差12.0マイクロインチで平均222.8マイクロインチに達した。
【0050】
噴流層メッキ装置では、ディスクは、6V、5Aで3.7時間メッキされ、メッキ厚さは標準偏差7.4マイクロインチで平均220.1マイクロインチに達した。噴流層装置は、バレルよりも42%速く金属を付着させたばかりでなく、媒体を必要としないので、すべての金の付着が、媒体ではなく部品になされた。したがって、バレルで部品をメッキすると、噴流層装置でメッキするよりも、約5倍多くの金が必要とされた。
【0051】
(電気採取の実施例)
本発明はまた、処理溶液、廃水、または採鉱の浸出水から価値ある金属を回収するための電気採取に、また汚染防止や廃水処理の手法として適している。化学薬品沈殿およびイオン交換など合金受軸(metal−bearing)水の廃棄流の処理に対して現在用いられている技術では、金属を経済的に再生できる形にできない。毒物廃棄を減らし、利用可能な材料を再生する必要により、廃棄流内に溶けた金属の濃度を低減し、回収した金属の再生を可能にする技術の開発が必要となっている。
【0052】
従来の電気採取システムの性能、コスト、および維持要件では、ある限られた適用分野に対してしか、経済的魅力がない。本発明は、この技術において著しい改良をした。設備コストを下げ、維持要件を減らし、性能を上げ、それによってより広範囲な適用分野で電気採取が可能になるからである。
【0053】
電気採取の実際上の目的は、電気メッキとは、幾分異なる。電気メッキでは、付着の質および均一性が第一に重要であり、電流効率は、第二に重要である。電気採取では、電流効率および電流密度を最大にすることが第一の目的である。
【0054】
本発明は、噴流層陰極として導電性媒体を用いて、電気採取に使用することができる。この媒体は、金属ショット、カットワイアショット、金属で被覆したガラス球、または、黒鉛または炭素の球または細粒(granule)で構成することができる。球状媒体を使用すると、非常に浅いチャンバの底および分配シールドの角度(図5の角度AおよびB)を使用でき、しかも優れた層の動きを維持できるので、特に有利である。金属ショットおよび金属で被覆したガラス球を層の媒体として使用する場合、金属は、価値のある、容易に再生される形で回収される。
【0055】
従来の電気採取では、平らな電極(陰極および陽極)が処理されるべき溶液に浸される。電極間に電位を加え、直流電流を溶液に通す。陰極では、電荷を与えられた金属イオンがその表面に拡散し、そこで陰極から電子を受け取り、金属状態に還元される。金属は、自由金属陽イオン(cation)、または錯体金属陰イオン(anion)、例えばシアン化物錯体として溶液中に存在することができる。金属イオンを陰極に運ぶ主な機構は、通常のフィックの拡散であり、電気的特性ではないことを留意されたい。
【0056】
非常に低い電流密度では、陰極での還元レートは、電流密度(電極の単位面積当たりの電流)に比例する。しかし、より高い電流密度では、金属の還元レートが、金属イオンの陰極表面への拡散レートによって限定される。そのため、効果的に適用できる電流密度が実際上、限定される。限界電流密度は、定常状態拡散についてのフィックの第1の法則を使用し、拡散層における線形濃度変化についてのネルンストの仮定を用いて計算できる。拡散限定電流密度の方程式は、
=−DnFC/d
ただし、i−限定電流密度
D−金属イオンの拡散係数
n−金属イオンの負荷
F−ファラデーの数
C−金属イオンのバルク液体濃度
d−ネルンストの拡散層の厚さ
とする。
【0057】
ネルンストの金属イオン空乏層の厚さは、電極に隣接する溶液の攪拌の程度に依存する。静止溶液では、ネルンストの層の厚さは、約0.05cmである。攪拌した溶液では、その厚さは0.01から0.005cmの間である。イオン空乏層を通る金属イオンの拡散レートは、層内の濃度勾配に線形比例する。陰極表面の金属濃度は、ゼロと推測できるので、濃度勾配は、ネルンストの層の厚さで分割したバルク金属イオン濃度になる。この2つのファクタで平らな陰極上の限界電流密度が制御される。
【0058】
一例を挙げると、中程度に攪拌した1000ppmのシアン化銀溶液から銀を回収するための限界電流は、約0.6A/cmである。しかし、電流効率は通常、だいたいこの値未満のオーダーの電流密度で落ちる。陰極での金属イオン濃度が減少するにつれて他の電極反応が優位になってくるからである。したがって、高い電流効率を維持するためには、付着レートを規制する、低い電流密度が必要である。
【0059】
多孔性の、または固体物体の充填層からなる陰極では、状況は全く異なる。その表面積は、形状的に平らな電極に相当する電極の表面積よりもかなり大きく、その電流密度は、陰極の表面の特徴によって変わる。最高電流密度は、表面上の尖点で生じ、最低電流密度は凹みで生じる。さらに、イオンの拡散は、均一な厚さの層を通っては起こらない。増大した表面積により、電流密度が低減し、それによって電流効果が上がる。さらに、電極を構成する物体がもたらす細孔の平均半径が、ネルンストの層の厚さよりも小さく、溶液を細孔内に補充することができる場合、拡散通路は細孔の半径よりも短くなり、さらに高い電流効率および電流密度がもたらされる。
【0060】
上記の分析は、細孔または充填層の陰極がもたらす電位性能の改善について指摘しているが、大抵の電解液が、電着した金属を化学的に再溶解(dissolve back)する可能性があることが、充填層および多孔性陰極の設計を面倒にしている。大抵の電解液は、構成成分の金属を再溶解できる。いくつか例を挙げると、シアン化カドミウム溶液、銅エッチング液、硝酸銅、硫酸銅、硫酸ニッケルがある。こうしたタイプの溶液から回収した純金属は、電着金属と再溶解金属では異なる。硫酸および硝酸など酸性溶液の再溶解レートは、pHの関数であり、電気分解中のpH制御によってある程度最小限に抑えることができる。
【0061】
しかし、多孔性または充填層の陰極の表面積が非常に大きく、かつ液体−固体接触が強いと、かなりの金属の再溶解がもたらされる。陰極から電解液への電流の流れの大部分が陽極に最も近い電極表面に集中し、電流が、物体間の伝導を介して充填層陰極内を伝導することによって、これがさらに厄介になる。したがって、陰極層内の電流密度は、非常に低い。こうしたファクタのため、化学的溶解により、層内部からの金属の正味収支は損失になる。この現象により、上記のHadzismajlovic他の使用したシステムの場合のように、層の投影表面積と体積の比が小さい場合、充填層陰極を使用する金属付着が著しく妨げられる。
【0062】
この問題は、投影面積と体積の比が大きい、図5の本発明の実施形態のような薄く浅い層を使用することで改善される。分配シールドの使用により、液体の流量を増すことなく、噴流層の直径を大きくすることが可能になる。さらに、浅い傾斜を伴った円錐形の底を使用して、層の体積を増やすことなく、層の投影表面積を効果的に大きくすることができる。浅い底、ドラフトパイプ、および分配シールドを備えた噴流層を使用する場合、物体は、従来の噴流層内でのように下向きではなく、層の中心に向かって半径方向内向きに移動する。
【0063】
部品、部片、または他の物体の装入を、1つ、2つまたは3つの物体の厚さをもつ層が、チャンバの底に沿って内向きに移動するように、維持できる。この構成では、液体−固体接触は、従来の噴流層よりも大幅に減少している。上記のScottの開示したシステムのような従来の噴流層と同様に液体が層中を通らず、移動層電極の外側を流れるためである。さらに、層が浅い場合、ほとんどの物体が電解液からの電流を受けるが、対照的により深い層では、層の表面にあるほんのわずかの物体しか電解液からの電流を受けない。この2つの効果は、回収された金属を化学的に溶解する可能性のある溶液から金属を電気分解により回収するために、特に有利である。
【0064】
下記の実施例により、電気採取の適用例における噴流層陰極の使用について説明する。
【0065】
実施例3
図8は、噴流層反応装置内の噴流層陰極について、電流効率を電流密度の関数として示す。この実験は、1ガロン(約4リットル)当たりK(AgCN)を34.1g、KCNを42.5g含むシアン化銀溶液を使用して行った。この図に示すように、噴流層陰極は、直径3mmの球体または直径6mmの球体を含み、攪拌しない平面電極、ならびに機械的に攪拌したセル内の平面電極よりも、はるかに高い電流密度でかなり良好な性能を示した。これは、同量の消費電気エネルギーでより大量の金属をより高いレートで取り出せることを意味する。
【0066】
噴流層陰極の回収レートが大幅に上がったことを強調するため、噴流層内の3mmの球体と攪拌した溶液に露出した平面電極を比較すべく、図8のデータを、陰極材料の単位面積当たりのシアン化銀溶液からの銀の回収レートの、電流密度に対する関係として図9に示す。金属回収レートは、電流効率と電流密度および銀(4.024g/A−hr)の電気化学当量との乗算によって計算される。図に示したように、噴流層は、平面電極の6倍の速さで金属を回収した。
【0067】
実施例4
銅を、金属被覆した直径2mmのガラス製の球体を500ml含む陰極を使用する噴流層反応装置内のpH1.9の硫酸銅溶液から回収した。一実験を、ドラフトパイプおよび粒子デフレクタを備え、分配シールドは備えていない、直径7.5インチのチャンバ内で、7.5アンペアで行った。第2の実験を、ドラフトパイプ、粒子デフレクタ、および分配シールドを備えた直径12インチのチャンバで行った。図10は、7.5インチのチャンバでは銅濃度の減少がほとんどなかったが、12インチのチャンバでは急速に銅が回収されたことを示す。これは、分配シールドのない深い噴流層ではなく、分配シールドを備えた浅い噴流層を使用する場合、再エッチング(back etching)が減少するからである。
【0068】
当業者は、本開示を知れば、本発明の構成部品および要素に対し、その機能に大きく影響することなく、様々な修正が可能であることを理解されたい。例えば、上記の特定の槽の構成を噴流層の技術とともに大幅に変えることができ、方形のチャンバを画定する4つの側壁、および槽の入口に向かって下向きに傾斜する単一の方形の底壁または層の入口に向かって下向きに細くなっている向かい合った方形の底壁など、円筒形でない形にすることができる。
【0069】
同様に、陽極と陰極の位置を逆にして、外側の層を電解的に除去させることによって、金属物体を磨くことができる。さらに、再循環する物体を金属ではなく化学成分で被覆するために、開示された装置を、化学被覆成分と組み合わせたガス状流体とともに使用することができる。これによって、参照により特許の全内容を本明細書に合体する、1993年10月19日発行のLittman他の米国特許第5,254,168号に開示された装置で一般に代表されるタイプの噴流層被覆装置が供給される。したがって、好ましい実施例について、例をあげて示しかつ詳細に説明したが、頭記の特許請求の範囲に規定された本発明の範囲から逸脱することなく、さらなる修正および実施例が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明による携帯用噴流層電気化学反応槽、定置電解液タンク、およびドッキングシステムの断面立面図である。
【図2】 両方の底壁および側壁の開口がメッシュで覆われ、給電面がチャンバの底の上方に取り付けられている、図1の携帯用噴流層電気化学反応槽の修正例の断面立面図である。
【図3】 本発明による内蔵型携帯用ユニットを設けるように変更を加えた噴流層メッキ装置の外部上面図である。
【図4】 図3の線4−4に沿って切断した図3の装置の断面立面図である。
【図5】 浅い円錐形の底、および部品除去口を備えた同心の管状部品トラップを有する、変更を加えた噴流層電気化学反応槽の断面図である。
【図6】 図1、図2および図5に示したタイプの反応装置に複合処理溶液を供給するための流体システムの概略図である。
【図7】 図1に示した本発明の詳細の拡大部分断面図である。
【図8】 攪拌を伴った平面電極および伴わない平面電極(plane electrode)の使用と比較して、3mmおよび6mmの球体を使用しての本発明の噴流層電気化学反応装置におけるシアン化物溶液からの銀の電解回収について、電流効率を電流密度の関数として示すグラフである。
【図9】 攪拌した溶液内での平面電極の使用と比較して、シアン化物溶液からの銀の回収レートを本発明の噴流層の電流密度の関数として示すグラフである。
【図10】 直径7.5インチのより深い噴流層反応装置の使用と比較して、直径12インチの本発明の浅い噴流層反応装置を使用したpH1.9の硫酸銅からの金属回収について、銅濃度を時間の関数として示すグラフである。[0001]
(Field of Invention)
The present invention relates to the use of spouted beds of particles, pieces, parts, and other small objects for processing in liquid or gaseous fluids. The present invention is particularly applicable to electroplating of small parts that are difficult to plate by conventional means. The present invention relates to wastewater treatment, electrowinning, electrochemical synthesis, anodic electrochemical smoothing, anodizing, electrophoretic polymer coating, physical coating. It is also applied to the field, and is also used in general fields where the spouted bed is applied.
[0002]
(Background of the Invention)
Barrel plating, which rolls objects in a perforated horizontal rotating drum, is a common method for electroplating small parts. Exemplary techniques are disclosed in US Pat. No. 4,822,468 to Kanehiro and US Pat. No. 4,769,117 to Shino et al. Many micro components cannot be efficiently plated in the barrel due to poor contact with the current feeder or dirt inside the drum. Because of these problems, it is often necessary to add plating media (usually some kind of smooth metal shot) to the barrel to improve cathode contact and component movement. By using the medium, this medium is also plated, so that the time and current required for plating is significantly increased, thus increasing the plating cost per part. In addition, many small parts are fragile and can be interlocked so that they can break when rotated with heavy media. Therefore, these parts cannot be successfully plated in the barrel.
[0003]
Greigo US Pat. No. 5,487,824 is a specially designed integration for electroplating microparts using a horizontal acceleration rotating drum to maintain the motion of the part fill layer during electroplating. A mold electroplating system is disclosed.
[0004]
U.S. Pat. No. 3,1124,098 to Backhurst et al. And U.S. Pat. No. 3,703,446 to Haycock et al. Disclose fluidized bed cathodes. While fluidized beds have excellent liquid-solid contact, fluidized bed cathodes suffer from poor electrical contact between fluidized particles, uneven potential and particle separation effects. Furthermore, due to metal deposition, it is difficult to maintain fluidization of the entire bed when the particle size, and possibly the concentration, changes. The potential benefits of fluidized bed techniques are unlikely to be realized in an actual electro-deposition system.
[0005]
A typical spouted bed consists of a cylindrical tank with a conical bottom. This tank contains a layer of particles forming a spouted bed. The fluid is introduced as a jet into the spouted bed at the bottom of the cone. The fluid jet forms a “jet” that penetrates the layer of particles contained in the spouted bed and entrains the particles and moves the particles and fluid upward. The particles are released from the fluid flow in a region above the particle layer and fall to the top of the annular layer moving downward. The “pumping action” produced by the jet causes the particles to circulate through the tank in a toroidal fashion, upward in the jet and downward in the annular moving bed. A “draft pipe” can be incorporated into the vessel to assist in fluid transport of the particles. This draft pipe consists of a tube fixed in accordance with the position of the jet just aligned with the liquid jet. This draft pipe allows the transport of particles over a wider range of fluid velocities while slowing the dispersion of the liquid jet and stabilizing the fluid flow.
[0006]
Scott U.S. Pat. No. 4,272,333 describes a moving bed electrode (MBE) in which conductive particles move vertically down in the packing layer between two electrodes and the anode is shielded by a membrane. Disclose use. Since it is necessary to use a membrane to shield the anode, the mechanical friction of the moving layer of particles can damage the membrane in a short period of time, which makes it less attractive for practical application of this configuration example. Absent. Furthermore, metal deposition on the film can be a troublesome problem.
[0007]
Hadzismajlovic et al., Published by Hydrometallurgy, Vol. 22, p393-401 (1989), and Levin, US Pat. No. 1,789,443, includes a jet with an anode suspended above the surface of the spouted bed. The use of a layered cathode is disclosed. While this configuration can save the hassle of using a membrane to shield the electrodes, this configuration has several operational problems. Many electrolytes have poor electrical conductivity, so it is advantageous to place the cathode and anode close together to reduce the voltage drop across the cell. This cannot be achieved with these prior art systems. This is because the jet collides with the anode. In addition, the geometrically projected surface area of the spouted bed is very limited, impairing electrode performance.
[0008]
Conventional spouted beds also have a problem of particle recirculation, commonly referred to as “dead center” where a portion of the particle bed is stagnant. The dead point is usually present at the outer edge of the surface of the spouted bed and is caused by the jet not depositing particles around the spouted bed. As an attempt to solve this problem, a spouted bed with a very steep bottom cone angle is used. In all cases, the radius of the spouted bed is strictly limited to the distance that particles in the jet can be transported radially outward by the fluid flow.
[0009]
(Summary of Invention)
In the present invention, the distribution shield extends from near the upper edge of the draft pipe, radially outwardly downward, above the outer edge of the surface of the packed bed moving downward, toward the side wall of the tank, or beyond. It is used to transport parts, pieces, particles, or other small objects to the outer edge of the spouted bed by preventing the object from falling near the center of the surface of the spouted bed. The object is released from the jet and deposited on the upper surface of the distribution shield. The object then moves along the top surface of the distribution shield and deposits at or beyond the outer edge of the surface of the moving layer.
[0010]
By using a distribution shield, the stagnant area around the spouted bed is completely removed. Furthermore, the distribution shield makes it possible to form a spouted bed with a very large diameter with a moderate fluid flow. This is because it is no longer necessary to dynamically transport the object around the spouted bed via the fluid flow. Furthermore, if a distribution shield is used, it is possible to use a spouted bed having a large bottom cone angle and a large diameter and a shallow diameter. In this type of layer, the movement of the object is not directed downward, but is directed radially inward. This type of spouted bed is particularly advantageous for circulating fragile objects where objects can be crushed and broken by the weight of the deep layer, with a large projected area and a shallow depth layer desirable. It is particularly useful for spouted layers of conductive or partially conductive parts used as performance electrodes.
[0011]
A portable electroplating apparatus incorporating a pump and bath defining a spouted bed electrolysis reaction chamber is also provided by the present invention. This portable electroplating bath can be manually transported from the processing tank to a processing tank, an automatic plating system, or a hoist. The spouted bed tank is mounted on a platform with a pump that provides the necessary electrolyte flow to the spouted bed chamber. It is advantageous to incorporate a liquid bypass circuit and a regulating valve so that the flow of liquid to the spouted bed chamber can be regulated. In addition, it is desirable that the spouted bed tank can be easily detached from the portable device, and that the internal components can be easily detached from the tank for easy access to the inside of the tank.
[0012]
In the practice of the present invention, the conductive components are electroplated while circulating in a liquid spouted layer, where the liquid is an electrolyte containing metal ions. This component forms a moving packed layer that is maintained under cathodic current by being in contact with the feed surface. As current passes through the component, metal deposits from the electrolyte onto the component while the component circulates in the device. Usually, the parts are held in a non-conductive cylindrical tank with a conical bottom, but other shaped tanks can be used. The vessel can be made of a non-conductive plastic material, such as polypropylene.
[0013]
The electrolyte is introduced into the bath as a jet from the bottom of the cone into the layer of parts to be plated. The liquid jet entrains the part and the part is released from the liquid flow in an area above the moving bed and then moves radially inward as a moving packed bed of the part. Thus, the action brought about by this liquid jet first circulates the parts in the tank, first radially outwardly in the jet and then radially inwardly in the packed bed. The cathode connection with the filling layer is made via a metal contact or a power supply surface mounted inside the conical part or inserted from above into the filling layer. If the surface of the part to be plated is completely conductive, the power supply surface can be sized smaller than the particle layer. If the part is partially conductive by having non-conductive elements, as in the case of surface mount electronic components, electrical contact is made with the conductive part of the part while it is moving in the moving layer. In order to ensure this, it is desirable to use a feed surface with a much larger surface area. For example, most of the surface of the bottom conical portion can be lined with a conductive material and used as a power feeding surface. The counter electrode (anode) can be mounted above the moving packed bed in the spouted bed chamber, or can be placed outside the bath that defines the spouted bed chamber.
[0014]
The present invention also uses a power supply surface with a bumpy surface or other textured surface to facilitate movement of the object during electrodeposition and to prevent the object from sticking to the power supply surface. You can also. Bumps that are approximately the same size as the component are particularly useful because they prevent square objects from being pushed into each other or “tiled” as they slide over the feed surface. Further, the bumped or other textured power supply surface reduces the contact area between the object and the power supply surface, thereby reducing the possibility of the object fusing to the power supply surface during electroplating.
[0015]
It is preferred to incorporate a “draft pipe” in the vessel to assist in transporting the parts by liquid. This draft pipe is composed of a tube fixed in accordance with the position of the jet just above the liquid jet. This draft pipe delays the dispersion of the liquid jet and allows particle transport at a wider range of liquid velocities.
[0016]
Furthermore, it is preferable to use a component deflector arranged above the draft pipe. This component deflector is a conical point located above the jet, or a flat disc, or a concave surface facing downward. This deflector prevents the parts in the jet from exiting the chamber and deflects the part trajectory to the side wall of the vessel. The deflector also prevents the jet of entrained parts from colliding with ceiling components in the chamber. The presence of a draft pipe enhances the jet flow, so it is particularly advantageous to use a component deflector in combination with the draft pipe.
[0017]
It is also preferred to use a distribution shield. This distribution shield is conical and can extend from near the upper edge of the draft pipe above the outer edge of the inclined bottom wall of the vessel. This shield helps distribute the part to the outer edge of the spouted bed by preventing the part from falling near the center of the reaction chamber. Rather, these parts move along the top of the surface of the shield and deposit on the outer edge of the moving layer of the part.
[0018]
In the present invention, the counter electrode, usually the anode, can be placed inside the spouted bed tank above the moving packed bed of parts and below the distribution shield or above the particle deflector. Alternatively, an external counter electrode, i.e. an electrode outside the spouted bed, can be used. In the case of an external counter electrode, the counter electrode is disposed proximate to a spouted bed bath that is at least partially immersed in the electrolyte. In order to allow current to pass through the electrolyte from the external counter electrode to the moving packed bed of the object entering the spouted bed tank, the openings are immersed in the side wall and / or the jet It is provided on the bottom wall of the layer tank. The bath opening in the liquid can be covered with a mesh, cloth or membrane to allow current to pass and prevent the loss of objects from the spouted bed bath. These openings also serve as a means for the electrolyte to enter and exit the spouted bed tank.
[0019]
Usually, in an electroplating application where the spouted bed is transported between a plurality of processing tanks, a soluble external anode made of the same metal as the metal dissolved in the electrolyte is desirable. On the other hand, in applications of stationary electroplating and electrowinning, an insoluble internal anode is desirable.
[0020]
The present invention can also be practiced using a square tank with an inclined bottom. In this case, the distribution shield is an inclined flat plate or plates, and the draft pipe and the inlet pipe can be tubular or rectangular.
[0021]
The electrolyte is injected into the reaction chamber via a pump and there is no problem with this arrangement during operation. However, if the operation of the device is interrupted, parts from the layer can fall into the pump outlet due to gravity and actually contaminate the pump. Therefore, a means for holding the component in the tank is provided. One approach is to incorporate a screen at the jet inlet that does not allow the parts to pass. When using a screen, it is preferable to filter the fluid upstream of the screen to prevent contamination. An alternative is to use a solid “trap” configuration. This may be a simple “U” shaped pipe on the inlet conduit or may consist of two concentric pipes that reverse the direction of liquid flow. In either case, the part is captured by the density difference compared to the electrolyte. An access port can be incorporated into the trap to conveniently remove the part from the spouted bed chamber.
[0022]
The present invention also introduces various cleaning, plating, and rinsing solutions sequentially from separate holding tanks and circulates in the reaction chamber for an appropriate amount of time, after which the solution reservoir, control valve, control system, and It is also contemplated that the spouted bed can be used in a stationary configuration that is removed from the spouted bed through a manifold pipe system connected to a pump.
[0023]
The invention, its assembly and operation will be further understood from the following description of preferred embodiments of the invention, given by way of example in the accompanying drawings.
[0024]
Detailed Description of Preferred Embodiments
Turning now to a more detailed description of the accompanying drawings, FIG. 1 shows a detailed cross-sectional view of a portable spouted bed reaction chamber or reactor 1 removably disposed within a stationary processing tank 40. The stationary processing tank 40 includes a pump system for supplying the liquid flow of the electrolytic solution to the spouted bed chamber 1, and further functions as a counter electrode for an object that is outside the chamber 1 and contained in the chamber 1. The stationary electrode 8 is provided. When the object is electroplated, the electrode 8 functions as an anode. The included objects may be the same as the object 124 of FIG. 5, but these objects are omitted from FIG. 1 for the sake of clarity. Tank 40 may be one of a series of processing tanks through which portable spouted bed chamber 1 is carried during electroplating in which processing solutions such as cleaning, plating and rinsing solutions are circulated in chamber 1 in turn. it can. Alternatively, as shown in FIG. 6, the chamber 1 (or the chamber 1 ′ in FIG. 2) can be fixed to the tank 40, and the processing solutions from a plurality of processing tanks can be sequentially passed through the tank 40.
[0025]
The spouted bed chamber 1 consists of a cylindrical tank 2 with a conical bottom 11 and a removable top 12. The tank 2 is made of a non-conductive material such as polyethylene. As shown by the liquid surface S, the spouted bed chamber 1 is partially immersed in the electrolytic solution contained in the tank 40. The electrolyte is injected into the chamber 1 by an external pump 34 through a ball flow regulating valve 32, a socketed fitting 30, and an inlet pipe 18 fitted with a mesh screen 17. . The pump 34 is connected in a closed loop, complete with a tank 40, a tank outlet fitting 38, a liquid strainer 36 and associated piping.
[0026]
The portable spouted bed chamber 1 can be detachably connected to the tank 40 by inserting the inlet pipe 18 into the socket coupling 30 as shown in FIG. The inlet pipe is connected to the spouted bed tank 2 via a socketed receptacle 19. Pin 15 is used to hold inlet pipe 18 in socketed receptacle 19. The mesh screen 17 is attached to the edge of the inlet pipe 18 and holds the treated object in the tank 2 when the flow of liquid in the tank is interrupted. The pin 15 and the inlet pipe 18 and the mesh 17 attached thereto can be easily removed, and the object can be removed from the bottom of the tank 2 of the spouted bed chamber 1.
[0027]
The liquid enters the tank 2 via the inlet pipe 18 and forms a jet that entrains parts or objects supplied from below the draft pipe 4. A liquid jet involving an object (not shown) moves through the draft pipe 4 and impinges on a deflector 6 having a downwardly concave surface 7. The deflector 6 directs the entrained object downward in the radial direction, thereby releasing the object from the liquid jet. The released object is deposited on the top surface of the distribution shield 20, moves downward radially outward, slides down from the outer edge of the shield 20, and sits on the upper side of the clamping ring 28 around the upper edge of the chamber bottom 11. It deposits on the surface and moves radially inward downward towards the gap between the upper edge of the inlet pipe 18 and the lower edge of the draft pipe 4 in the moving packed bed.
[0028]
The distribution shield 20 is attached to the top 12 of the chamber via a vertical support 22. The chamber top 12, support 22, distribution shield 20, deflector 6, and draft pipe 4 form a detachable assembly that can be easily removed by lifting the chamber top 12 from the spouted bed tank 2, thereby the tank 2. Will be able to access the inside. A small hole (not shown) can be provided in the top portion of the draft pipe adjacent to the shield to allow cathode gas from below the shield to be discharged into a moving liquid stream in the draft pipe.
[0029]
Electrical contact with the moving layer of the object is made by a conical feed surface 16 that is electrically conductive and lines the bottom wall 11 of the conical tank. As shown in more detail in the enlarged view of FIG. 7, the power supply surface 16 penetrates the bottom wall 11 of the chamber and includes a power supply surface block 25 having a cylindrical socket for receiving the lower portion of the plunger 10 and the coil spring 9. It is connected to the external power supply by a cathode connection comprising a conductive cylindrical plunger 10 that is in sliding contact. The spring element 9 is placed under the plunger 10 and provides an elastic pressure to maintain positive electrical contact between the upper surface of the plunger 10 and the lower surface of the feeding surface 16. The power supply surface block 25 is insulated by the polymer layer or coating 13 and is connected to the cathode connector 23 by an insulated conductor 27. Alternatively, the power supply surface 16 can be connected to an external power supply device by contact with a countersunk head bolt (not shown). The countersunk head bolt penetrates the bottom wall 11 and is screwed into the insulating metal connection block 25, thereby fixing the block to the bottom wall.
[0030]
The feed surface 16 may be a conical metal sheet made of an electrically insulating material and held in place by a clamping ring 28 that prevents treated objects from fouling on the outer edge of the feed surface 16. Alternatively, the feed surface 16 can be provided with a metal layer coating or deposited on the bottom wall 11. The upper (outer) surface of the power supply surface 16 can be bump-shaped, and uneven or other textures can be added to make it easier for the object to slide on it.
[0031]
FIG. 7 also shows a gap G that can be provided between the bottom surface of the clamping ring 28 and the upper surface of the feeding surface 16. The gap G is preferably about 0.2-1.0 mm and should be smaller than the part to be plated. The gap G dissipates high current density regions that tend to form at the insulated edges of the conductor through which current flows in the electrolyte. By providing the gap, the current density in this region is reduced, and the deposited metal is prevented from growing in a nodule shape at the intersection of the lower edge of the ring 28 and the upper surface of the power supply surface 16. This is particularly beneficial when electroplating partially conductive components, such as surface mount components. Without gaps, the nodular growth of deposited metal in this region can prevent part recirculation.
[0032]
If the plated parts tend to fuse to the upper part of the power supply surface, the clamping ring 28 can be extended further downward to cover most of the power supply surface 16 and help keep the particles moving. Sometimes beneficial. By further insulating the upper portion of the power supply surface 16 by extending the clamping ring 28 downward, a larger downward pressure is generated on the component in contact with the lower portion of the power supply surface, and the movement of the component is maintained. The The optimum width of the clamping ring 28 can be determined in several trial operations and depends on the shape of the part to be plated, the amount of insertion and the plating electrolyte. On the other hand, when the width of the tightening ring 28 is increased, the effective surface area of the power supply surface is reduced, so that the voltage is increased when partially conductive parts are plated. It is therefore desirable to use a clamping ring that is as narrow as possible while maintaining sufficient movement of the parts.
[0033]
In the embodiment shown in the figure for coating the object with the metal component of the electrolyte, the electrode in contact with the moving layer of the object is connected to the negative terminal of the power supply, functions as a cathode, The counter electrode 8 attached to the adjacent stationary tank 40 is connected to the positive terminal of the power supply device and functions as an anode. Current is conducted from the anode to the moving object through one or more openings 26 in the side wall of the vessel 2, which are porous to hold the object in the vessel while passing liquid. Covered with mesh, cloth, or membrane. Accordingly, the liquid is discharged from the tank 2 through the mesh opening 26.
[0034]
To implement the embodiment of FIG. 1 and the embodiments of FIGS. 2-4, a series of processing tanks can each be provided with pump means and docking means. An automatic means for detecting the presence of a reaction tank in each processing tank can be provided, and this can be used to automatically switch on the pump acting on the tank. The detection means may be a physical contact switch (not shown) in the tank, or a magnet 73 attached to the magnetic Hall effect detector 72 outside the tank and the reaction vessel inlet pipe 18 shown in FIG. This detection means can also include a relay module 74 corresponding to the input from the detector 72 to control the AC power supply 76 for operating the pump 43. In the embodiment of FIGS. 3 and 4, the detector 72 can be placed under the lip 71 near the position of the rail 70 and the corresponding magnet 73 attached to the rail. Instead of such physical or magnetic detection means, optical detectors or other means that can be effectively implemented to serve this purpose can also be used. Accordingly, it is an object of the present invention to ensure that the pump for each tank used with the embodiment of FIGS. 1-4 is automatically activated when the reaction vessel is present and not activated when the tank is empty. It is.
[0035]
FIG. 2 shows that the opening 31 is provided in the bottom wall of the tank, and that these openings are covered with a plastic mesh 33 in order to hold components (not shown) circulating in the tank 2 ′. 1 shows a spouted bed electrochemical reactor 1 ′ similar to that shown in FIG. Components that are essentially the same as in FIG. 1 are shown with the same number followed by a prime symbol ('). Cathodic contact is made through a moving layer of parts and a conductive rod 35, which has an insulating sleeve 37 and is attached to the chamber sidewall and electrical connector via bolts 39. This conductive rod is covered or covered with an insulating sleeve 37 except for the exposed tip in contact with the moving layer of the part. The circulation of parts in the apparatus of FIG. 2 is similar to that of the apparatus of FIG. The opening 31 covered with a mesh in the bottom wall of the chamber provides a larger direct current path between the moving layer of the cathode component and the external anode 8 'than the device of FIG. As a result, the voltage during electroplating is greatly reduced.
[0036]
The opening 31 in the bottom wall of the chamber also improves solution drainage from the chamber 2 'after the cleaning, electroplating and rinsing processes. On the other hand, the apparatus of FIG. 1 has a much larger power supply surface area than the apparatus of FIG. Thus, the apparatus of FIG. 1 is more suitable for electroplating partially conductive parts, such as surface mount electronic components, and the apparatus of FIG. 2 is more suitable for electroplating metal parts or metal components. ing. A small hole 43 can be provided in the top portion of the draft pipe 4 'adjacent to the shield 20' to allow any cathode gas from below the shield to be exhausted into the moving liquid stream in the draft pipe.
[0037]
FIG. 3 shows a top view of the portable plating apparatus 41 having the spouted bed reaction tank 50 detachably placed in the processing tank 87 containing the processing solution L. This device is designed to be transported from tank to tank in order to circulate the processing solution, such as cleaning solution, rinsing solution, plating solution, etc. in the tank 50 in order, so that it is similar to a plating barrel or plating rack. Can be used.
[0038]
4 is a cross-sectional view of device 41 taken along line 4-4 of FIG. The lower part of the apparatus is immersed below the surface S of the processing solution L, and the entire apparatus is supported by the side rails 70, 70. The side rail rests on the side wall lip 71 of each processing tank 87, and handles 86, 86. The apparatus includes transversal platforms 52 and 54 connecting the side rails 70, 70. The submersible head centrifugal pump 88 is attached to the base 54. The inlet of the pump is attached to the liquid strainer 95 via an elbow 94. The pump outlet 96 is connected to a plastic T-joint 97 through a short segment of plastic pipe.
[0039]
The inlet pipe 98 of the spouted bed 50 is detachably coupled to the T-shaped joint 97. The third opening of the T-shaped joint 97 is attached to the bypass ball valve 90 via a plastic pipe, an elbow 99, and a plastic pipe 60. The outlet of the ball valve 90 returns the solution to the processing tank 87 via the plastic pipe and elbow segments shown in FIGS. The amount of the solution circulating in the spouted bed tank 50 can be adjusted by using the bypass valve 90. The spouted bed tank 50 is open to the atmosphere and has an opening 56 covered with a mesh in the lower chamber side wall. The solution is returned to the processing tank through openings 56 covered with mesh.
[0040]
An electrical connection (cathode) by a negative direct current to an object circulating in the tank 50 is made through the side wall of the tank 50 via an electrical connector 48. The counter electrode or anode 44 is mounted in the processing tank 87 close to the tank 50 by a conductive connector 43 carried by a conductive support rod 42 connected to the positive terminal of the DC power supply. The current passes between the anode 44 and the circulating object contained in the tank 50 through the opening 56 of the tank 50. The internal components of the tank 50 are the same as those shown in the tank 2 of FIG.
[0041]
FIG. 5 shows a spouted bed electrochemical reactor 100 with a tank 119 containing a draft pipe 116, an object deflector 101, and a distribution shield 123. The vessel 119 is cylindrical and has a conical bottom 106 and a conical top 120. The electrolyte is injected into the layer chamber through an object trap consisting of an inner inlet pipe 113 and a concentric outer pipe 112. The outer pipe 112 has a threaded access port 111. The access port 111 is sealed by a cap 109 held in place by a screwed tightening ring 110. Liquid enters the annulus formed by concentric pipes 112 and 113 via threaded pipe 108. Parts 113, 112, 111, 110, and 109 form an object trap that holds the object 114 of the conductive layer 124 in the chamber when the flow of liquid in the chamber is interrupted. This trap can also be used to remove the coated object from the chamber by removing the cap 109 from the access port 111. The liquid enters the chamber via the inlet pipe 113 and forms a jet that entrains the object 114 when the object is sent through the gap 115 below the draft pipe 116.
[0042]
The liquid jet moves along with the entrained object through the draft pipe and collides with the deflector 101. The deflector 101 directs the entrained object outward and releases the object from the liquid jet. The released object falls onto the distribution shield 123, moves radially outward, deposits on the outer edge of the bottom wall 106, and radiates downward toward the draft pipe 116 and gap 115 in the moving packed bed 124. Move inward direction. The distribution shield 123 is attached to the chamber via a support 118 that rests on the bottom wall 106 of the chamber. The angle A from the horizon to the bottom wall 106 and the angle B from the horizon to the upper surface of the distribution shield 123 are preferably 10 ° to 70 °, more preferably 20 ° to 60 °, most preferably for a round object. 20 ° to 50 °, and 35 ° to 60 ° for non-round objects.
[0043]
Electrical contact with the layer 124 is made by countersunk bolts 107 that penetrate the bottom wall 106 of the chamber and contact the moving layer 124 of the object. The counter electrode 105 is disposed below the particle distribution shield 123 and is connected to an external power supply (not shown) via a bolt 103 passing through the connector strip 104 and the side wall of the layer 119. The bottom surface of the distribution shield 123 is inclined radially outwardly upward so that the released gas is easily trapped under the shield and easily exits the chamber. A deflector ring 117 mounted around the draft pipe 116 prevents the object from colliding with the counter electrode 105. The liquid exits the spouted bed chamber via a threaded pipe fitting 122 having an inlet opening 121 and attached to the conical cover 120. The cover 120 seals the spouted bed tank 119 through the O-shaped ring 102. The conical cover facilitates complete removal of the gas released during electrolysis.
[0044]
FIG. 6 shows a schematic diagram of an electroplating fluid system incorporating the type 100 stationary spouted bed electrochemical reactor of FIG. Reactor 100 is connected to stationary power supply and control panel 132 via electrical cables 134 and 135. The solution for the electroplating process includes a cleaning agent, an acid, a plating solution, and a rinsing solution that are sequentially placed in tanks T1 to T6. The object to be plated is charged into the spouted bed tank 100. The solutions from tanks T1 to T6 are then delivered separately to the spouted bed reactor reactor 100 via the inlet tube 138, solenoid valve 142, inlet manifold 146, and pump 136. The solution exits spouted bed reactor 100 through outlet tube 144, outlet manifold 147 and solenoid valve 140.
[0045]
During the electroplating process, the inlet and outlet solenoid valves to one processing tank are opened and the pump operates to circulate the solution to and from the processing tank in a closed loop. Each tank can be circulated in turn to perform the electroplating process. Solenoid valves 140 and 142, power supply, control panel 132, and pump 136 can be manually actuated by switch 139 or can be controlled by a computer. At the end of the plating process, the plated object is removed from the bath 100 and the process is repeated. Instead of separate solenoid valves 140 and 142, a remotely operated, multi-port rotary selector valve is used because only one set of inlet and outlet solenoid valves connected to process tanks T1 to T6 will be open at all times. You can also.
[0046]
(Example of electroplating)
Example 1
A portable plating apparatus with a 7.5 inch (19 cm) spouted bed chamber with a draft pipe and particle distribution shield is used to electroplate a 2 mm long, 0.7 mm diameter stamped copper connector clip did. These clips are very light and tend to interlock when rotated with the media and therefore cannot be easily electroplated in the barrel. Approximately 20,000 clips of 50 ml were charged into the spouted bed chamber. This is the minimum charge for a device of this size. The apparatus is manually transported between processing tanks and follows the following processing sequence.
1. Immersion cleaning agent 5 minutes
2. Cathode cleaning agent 5 minutes 6V, 6A
3. Water rinse 3 minutes
4). Hydrochloric acid (50%) activator 5 minutes
5. Water rinse 5 minutes
6). Cyanide immersion 3 minutes
7). Copper cyanide plating 5 minutes 6V, 8A
8). 1 minute scoop and rinse
9. Water rinse 3 minutes
10. Sulfuric acid (5%) 5 minutes
11. Water rinse 3 minutes
12 Nickel sulfamate plating 20 minutes 6V, 8A
13. Water rinse 3 minutes
14 Sulfuric acid (5%) 5 minutes
15. Water rinse 3 minutes
16. Hard gold plating 25 minutes 6V, 6A
17. 3 minutes for scooping and rinsing
18. Water rinse 3 minutes
19. Hot pure water rinse 3 minutes
[0047]
Ten sampled clips were detected for nickel and gold deposition thickness by X-ray diffraction. As a result of measurement, the nickel thickness averaged 124.9 microinches and the standard deviation was 18.0 microinches. As a result of the measurement, the gold thickness averaged 32.7 microinches and the standard deviation was 2.1 microinches. No clip interlocks were observed.
[0048]
Example 2
A 3 mm diameter flat sensor disk was electroplated using a portable plating apparatus with a 7.5 inch diameter spouted bed chamber equipped with a draft pipe and particle distribution shield. As a means for comparison, the disk was electroplated with a conventional barrel plating apparatus. The following plating sequence was used for both tests.
Figure 0003910143
[0049]
The disc electroplated in the barrel required additional plating media (metal shot) to maintain proper cathode contact in the barrel. The volume ratio of media to plated parts was about 3: 1. The parts and plating media were plated in a barrel using gold electrolyte at 6V, 15A for 6.36 hours, and the plating thickness reached an average of 222.8 microinches with a standard deviation of 12.0 microinches. .
[0050]
In the spouted layer plating apparatus, the disc was plated at 6V, 5A for 3.7 hours, and the plating thickness reached an average of 220.1 microinches with a standard deviation of 7.4 microinches. The spouted bed apparatus not only deposited the metal 42% faster than the barrel, but also required no media, so all gold deposition was done on the part, not the media. Therefore, plating parts with a barrel required about 5 times more gold than plating with a spouted bed apparatus.
[0051]
(Example of electricity collection)
The present invention is also suitable for electrical extraction to recover valuable metals from treatment solutions, wastewater, or mining leachate, and as a pollution control and wastewater treatment technique. Techniques currently used for the treatment of waste streams of metal-bearing water, such as chemical precipitation and ion exchange, cannot make the metal economically recyclable. Due to the need to reduce poison disposal and recycle available materials, there is a need to develop technologies that reduce the concentration of dissolved metal in the waste stream and allow the recovered metal to be regenerated.
[0052]
The performance, cost, and maintenance requirements of conventional electricity harvesting systems are economically attractive only for certain limited applications. The present invention has made significant improvements in this technology. This is because equipment costs are reduced, maintenance requirements are reduced and performance is increased, thereby enabling electricity harvesting in a wider range of applications.
[0053]
The practical purpose of electrowinning is somewhat different from electroplating. In electroplating, the quality and uniformity of deposition is first important, and current efficiency is second important. In electrical sampling, the primary objective is to maximize current efficiency and current density.
[0054]
The present invention can be used for electrowinning using a conductive medium as the spouted bed cathode. The medium can be composed of metal shots, cut wire shots, glass spheres coated with metal, or graphite or carbon spheres or granules. The use of spherical media is particularly advantageous because very shallow chamber bottom and distribution shield angles (angles A and B in FIG. 5) can be used and excellent layer motion can be maintained. When metal shots and metal-coated glass spheres are used as the layer media, the metal is recovered in a valuable and easily regenerated form.
[0055]
In conventional electrowinning, flat electrodes (cathode and anode) are immersed in the solution to be treated. A potential is applied between the electrodes and a direct current is passed through the solution. At the cathode, charged metal ions diffuse to the surface where they receive electrons from the cathode and are reduced to the metallic state. The metal can be present in solution as a free metal cation or a complex metal anion, such as a cyanide complex. Note that the main mechanism for carrying metal ions to the cathode is normal Fick diffusion, not electrical properties.
[0056]
At very low current densities, the reduction rate at the cathode is proportional to the current density (current per unit area of the electrode). However, at higher current densities, the metal reduction rate is limited by the diffusion rate of metal ions to the cathode surface. This effectively limits the current density that can be effectively applied. The limiting current density can be calculated using Fick's first law for steady state diffusion and using Nernst assumptions for linear concentration changes in the diffusion layer. The equation for diffusion limited current density is
i L = -DnFC / d
However, i L -Limited current density
D-Diffusion coefficient of metal ions
n-metal ion loading
Number of F-Faraday
C-Bulk liquid concentration of metal ions
D-Nernst diffusion layer thickness
And
[0057]
The thickness of the Nernst metal ion depletion layer depends on the degree of stirring of the solution adjacent to the electrode. In static solution, the Nernst layer thickness is about 0.05 cm. For stirred solutions, the thickness is between 0.01 and 0.005 cm. The diffusion rate of metal ions through the ion depletion layer is linearly proportional to the concentration gradient in the layer. Since the metal concentration on the cathode surface can be assumed to be zero, the concentration gradient becomes the bulk metal ion concentration divided by the thickness of the Nernst layer. These two factors control the limiting current density on a flat cathode.
[0058]
As an example, the limiting current for recovering silver from a moderately stirred 1000 ppm silver cyanide solution is about 0.6 A / cm. However, current efficiency usually drops at current densities on the order of less than this value. This is because other electrode reactions become more dominant as the metal ion concentration at the cathode decreases. Therefore, to maintain high current efficiency, a low current density that regulates the deposition rate is required.
[0059]
The situation is quite different for a cathode which consists of a porous or solid object packing layer. Its surface area is considerably larger than the surface area of the electrode, which corresponds to a geometrically flat electrode, and its current density depends on the surface characteristics of the cathode. The highest current density occurs at the cusps on the surface and the lowest current density occurs at the dents. Furthermore, ion diffusion does not occur through uniform thickness layers. The increased surface area reduces the current density and thereby increases the current effect. Furthermore, when the average radius of the pores brought by the objects that make up the electrode is smaller than the thickness of the Nernst layer and the solution can be replenished into the pores, the diffusion path becomes shorter than the radius of the pores Higher current efficiency and current density are provided.
[0060]
Although the above analysis points to the improvement in potential performance provided by the pores or packed bed cathodes, most electrolytes may chemically dissolve the electrodeposited metal. This complicates the design of the packed bed and the porous cathode. Most electrolytes can redissolve the constituent metals. Some examples include cadmium cyanide solutions, copper etchants, copper nitrate, copper sulfate, and nickel sulfate. Pure metals recovered from these types of solutions differ between electrodeposited and remelted metals. The redissolution rate of acidic solutions such as sulfuric acid and nitric acid is a function of pH and can be minimized to some extent by pH control during electrolysis.
[0061]
However, the very large surface area of the porous or packed bed cathode and the strong liquid-solid contact result in significant metal remelting. This is further exacerbated by the fact that the majority of the current flow from the cathode to the electrolyte is concentrated on the electrode surface closest to the anode, and the current is conducted in the packed bed cathode through conduction between objects. Therefore, the current density in the cathode layer is very low. Because of these factors, chemical dissolution results in a loss of the net balance of metal from within the layer. This phenomenon significantly hinders metal deposition using a packed bed cathode when the ratio of projected surface area to volume of the layer is small, as in the system used by Hadzismajlovic et al.
[0062]
This problem is remedied by using thin and shallow layers, such as the embodiment of the present invention of FIG. 5, with a large projected area to volume ratio. The use of a distribution shield makes it possible to increase the diameter of the spouted bed without increasing the liquid flow rate. Furthermore, the conical bottom with shallow slope can be used to effectively increase the projected surface area of the layer without increasing the layer volume. When using a spouted bed with a shallow bottom, a draft pipe, and a distribution shield, the object moves radially inward toward the center of the layer, rather than down as in a conventional spouted bed.
[0063]
The loading of parts, pieces, or other objects can be maintained such that a layer with one, two or three object thicknesses moves inward along the bottom of the chamber. In this configuration, liquid-solid contact is greatly reduced over conventional spouted beds. This is because the liquid does not pass through the layer as in the conventional spouted bed as in the system disclosed by Scott, and flows outside the moving bed electrode. In addition, when the layer is shallow, most objects receive current from the electrolyte, whereas in a deeper layer, only a few objects at the surface of the layer receive current from the electrolyte. These two effects are particularly advantageous for recovering metals by electrolysis from solutions that can chemically dissolve the recovered metals.
[0064]
The following examples illustrate the use of spouted bed cathodes in electrical sampling applications.
[0065]
Example 3
FIG. 8 shows the current efficiency as a function of current density for the spouted bed cathode in the spouted bed reactor. In this experiment, K (AgCN) per gallon (about 4 liters) 2 Was performed using a silver cyanide solution containing 34.1 g and 42.5 g of KCN. As shown in this figure, the spouted bed cathode contains 3 mm diameter spheres or 6 mm diameter spheres, which are considerably higher at a much higher current density than the unstirred planar electrodes and the planar electrodes in the mechanically stirred cells It showed good performance. This means that a greater amount of metal can be removed at a higher rate with the same amount of consumed electrical energy.
[0066]
To emphasize that the recovery rate of the spouted bed cathode was significantly increased, the data of FIG. 8 per unit area of cathode material was compared to compare the 3 mm sphere in the spouted bed with the planar electrode exposed to the stirred solution. FIG. 9 shows the relationship between the silver recovery rate from the silver cyanide solution and the current density. The metal recovery rate is calculated by multiplying the current efficiency by the current density and the electrochemical equivalent of silver (4.024 g / A-hr). As shown in the figure, the spouted bed recovered metal at 6 times the speed of the planar electrode.
[0067]
Example 4
Copper was recovered from the copper sulfate solution at pH 1.9 in a spouted bed reactor using a cathode containing 500 ml of metal-coated glass spheres with a diameter of 2 mm. One experiment was conducted at 7.5 amps in a 7.5 inch diameter chamber with a draft pipe and particle deflector, but no distribution shield. A second experiment was conducted in a 12 inch diameter chamber equipped with a draft pipe, particle deflector, and distribution shield. FIG. 10 shows that there was little decrease in copper concentration in the 7.5 inch chamber, but copper was rapidly recovered in the 12 inch chamber. This is because back etching is reduced when using a shallow spouted bed with a distribution shield rather than a deep spouted bed without a distribution shield.
[0068]
Those skilled in the art will recognize that various modifications can be made to the components and elements of the present invention without significantly affecting its function, given the present disclosure. For example, the particular vessel configuration described above can vary significantly with spouted bed technology, with four sidewalls defining a square chamber and a single square bottom wall that slopes downward toward the vessel inlet Or it can be non-cylindrical, such as an opposing square bottom wall that tapers down towards the entrance of the bed.
[0069]
Similarly, metal objects can be polished by reversing the positions of the anode and cathode and electrolytically removing the outer layer. Further, the disclosed apparatus can be used with a gaseous fluid in combination with a chemical coating component to coat a recirculating object with a chemical component rather than a metal. This is a type of jet generally represented by the apparatus disclosed in Littman et al., US Pat. No. 5,254,168, issued Oct. 19, 1993, which is incorporated herein by reference in its entirety. A layer coating apparatus is supplied. Accordingly, while the preferred embodiment has been shown and described in detail by way of example, further modifications and embodiments are possible without departing from the scope of the invention as defined in the appended claims.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional elevation view of a portable spouted bed electrochemical reaction tank, a stationary electrolyte tank, and a docking system according to the present invention.
2 is a cross-sectional elevation of a modification of the portable spouted bed electrochemical reactor of FIG. 1 with both bottom wall and side wall openings covered with a mesh and the feed surface is mounted above the bottom of the chamber. FIG.
FIG. 3 is an external top view of a spouted layer plating apparatus modified to provide a built-in portable unit according to the present invention.
4 is a cross-sectional elevation view of the apparatus of FIG. 3 taken along line 4-4 of FIG.
FIG. 5 is a cross-sectional view of a modified spouted bed electrochemical reactor having a shallow conical bottom and a concentric tubular part trap with a part removal port.
6 is a schematic diagram of a fluid system for supplying a combined treatment solution to a reactor of the type shown in FIGS. 1, 2 and 5. FIG.
7 is an enlarged partial cross-sectional view of the details of the present invention shown in FIG.
FIG. 8 from the cyanide solution in the spouted bed electrochemical reactor of the present invention using 3 mm and 6 mm spheres compared to the use of planar electrodes with and without agitation. 2 is a graph showing current efficiency as a function of current density for electrolytic recovery of silver.
FIG. 9 is a graph showing the rate of silver recovery from a cyanide solution as a function of the current density of the spouted bed of the present invention compared to the use of a planar electrode in a stirred solution.
FIG. 10 shows metal recovery from pH 1.9 copper sulfate using a 12 inch diameter shallow spouted bed reactor of the present invention as compared to the use of a deeper 7.5 inch diameter spouted bed reactor. 3 is a graph showing copper concentration as a function of time.

Claims (40)

複数の物体を流体と接触させるための装置であって、
入口に隣接する供給位置から前記物体が流れから解放される解放位置へ前記物体を上向きに流れさせるため、前記流体の上向き方向の流れをもたらすのに適した前記流体入口に向かって、側壁から下方に傾斜した底壁を有する槽と、
前記上向きに流れる物体を前記流体の流れから途中で捉え、解放するために、前記解放位置付近に配置された偏向部材と、
前記槽内に取り付けられ、下方に傾斜しかつ前記解放位置付近から離れて戻り位置に向かって延びる上側表面を有する分配シールドであって、前記解放された物体が前記分配シールドの上側表面上に落下し、その上を前記解放位置から離れて前記戻り位置へ下方に移動するようになされており、前記戻り位置が、前記解放された物体を前記傾斜した底壁の上方部分上に沈着させるように、前記傾斜した底壁の上方部分より上方に配置され、前記傾斜した底壁が、前記沈着した物体の移動層を前記傾斜した底壁に沿って上方部分から前記供給位置に向かって下方に移動させるのに適している分配シールドと、
前記槽内に取り付けられ、前記物体の上向きの流れを受けるように、前記流体入口より上方に配置された導管であって、前記供給位置付近からの前記物体の流れを少なくとも前記分配シールド付近に閉じ込めるために上向きに延び、前記物体の上向きの流れが前記分配シールド内の開口を通過するのに適する導管とを備える装置。
An apparatus for contacting a plurality of objects with a fluid,
Downward from the sidewall toward the fluid inlet suitable for providing an upward flow of the fluid to cause the object to flow upwardly from a supply position adjacent to the inlet to a release position where the object is released from flow A tank having an inclined bottom wall;
A deflection member disposed near the release position to capture and release the upwardly flowing object from the fluid flow; and
A distribution shield mounted in the basin and having an upper surface inclined downward and extending away from near the release position toward the return position, wherein the released object falls onto the upper surface of the distribution shield And is moved downwardly from the release position to the return position so that the return position deposits the released object on the upper portion of the inclined bottom wall. Arranged above the upper part of the inclined bottom wall, the inclined bottom wall moving the moving layer of the deposited object downward from the upper part toward the supply position along the inclined bottom wall A distribution shield that is suitable for
A conduit mounted in the vessel and disposed above the fluid inlet to receive the upward flow of the object, confining the flow of the object from near the supply position at least near the distribution shield And a conduit suitable for allowing upward flow of the object to pass through an opening in the distribution shield.
前記底壁が円錐形であり、実質的に前記側壁によって囲まれ、前記分配シールドの上方部分が前記導管の上方部分に接続される請求項1に記載の装置。  The apparatus of claim 1, wherein the bottom wall is conical, substantially surrounded by the side wall, and an upper portion of the distribution shield is connected to an upper portion of the conduit. 前記物体を金属で被覆するための装置であって、前記流体が前記金属を含む電解液であり、前記物体が少なくとも部分的に導電性であり、前記装置がさらに、前記移動層に接触するように配置された電極と、前記移動層と間隔を置いて配置され、前記流体に接触するのに適した対電極とを備える請求項1に記載の装置。  An apparatus for coating the object with metal, wherein the fluid is an electrolyte containing the metal, the object is at least partially conductive, and the apparatus is further in contact with the moving layer. The apparatus of claim 1, comprising: an electrode disposed on the substrate; and a counter electrode spaced apart from the moving layer and adapted to contact the fluid. 前記電極が、前記底壁の少なくとも一部分を覆い、前記移動層に接触するのに適した導電性材料のシートまたは層を備える請求項3に記載の装置。  4. The apparatus of claim 3, wherein the electrode comprises a sheet or layer of conductive material suitable for covering at least a portion of the bottom wall and contacting the moving layer. 前記導電性材料に、物体を移動し易くするためのテクスチャをつけてある請求項4に記載の装置。  The apparatus according to claim 4, wherein the conductive material is provided with a texture for facilitating movement of an object. 前記槽が前記電解液に部分的に浸され、対電極が前記槽の浸された部分の外側にそれに近接して配置され、槽の側壁または底壁が、前記物体と前記対電極の間の電流の流れを可能にするための、電解液に浸された開口を有する請求項3に記載の装置。  The bath is partially immersed in the electrolyte, and a counter electrode is disposed outside and adjacent to the immersed portion of the bath, and a side wall or bottom wall of the bath is between the object and the counter electrode; The apparatus of claim 3 having an opening immersed in an electrolyte to allow current flow. 前記開口が、前記物体を槽内に保持するため、多孔性のメッシュ、布または膜で覆われる請求項6に記載の装置。  The apparatus of claim 6, wherein the opening is covered with a porous mesh, cloth or membrane to hold the object in the bath. 前記対電極が、前記分配シールドの下に配置されており、前記物体が前記対電極の上側表面上で保持されるのを防ぐ装置を備える請求項3に記載の装置。  The apparatus of claim 3, wherein the counter electrode is disposed under the distribution shield and comprises a device that prevents the object from being held on the upper surface of the counter electrode. 前記偏向部材が、前記流体の流れによって上向きに運ばれる物体を途中で捉え、前記対電極から離れてそらすように、前記対電極より下方に取り付けられている、請求項8に記載の装置。 The deflection member is caught on the way an object carried upward by the flow of the fluid, to deflect away from the counter electrode is attached to the lower than the counter-electrode, according to claim 8. 前記分配シールドおよび前記対電極が、前記槽内に脱着可能に取り付けられ、前記槽内への内部アクセスを可能にするために取り外し可能である請求項3に記載の装置。  The apparatus of claim 3, wherein the distribution shield and the counter electrode are removably attached within the vessel and are removable to allow internal access into the vessel. 前記槽が、前記槽から前記流体を排出する流体出口を備え、前記装置がさらに、それぞれ対応する供給源からの複数の流体を前記槽の入口へ連続して供給する装置と、前記各流体を前記出口から流体の供給元である前記対応する供給源へ戻す装置とを備える請求項1に記載の装置。  The tank includes a fluid outlet for discharging the fluid from the tank, and the apparatus further supplies a plurality of fluids from respective corresponding sources to the inlet of the tank, and each of the fluids. The apparatus according to claim 1, comprising a device for returning from the outlet to the corresponding source from which the fluid is supplied. 前記連続供給装置が、それぞれが前記流体の1つに対応する供給源である複数の各容器に、前記槽を連続して脱着可能に取り付ける部材を備える請求項11に記載の装置。  The said continuous supply apparatus is an apparatus of Claim 11 provided with the member which attaches | detaches the said tank continuously to each of the several container which is a supply source corresponding to one of the said fluids so that attachment or detachment is possible. 前記連続供給装置が、前記槽が取り付けられた容器から前記槽の入口へ流体を運ぶポンプと、前記槽が取り付けられた容器から前記槽の入口への流体の流れを制御する制御弁と、前記槽を支えるためのフレームとをさらに備え、前記ポンプおよび前記弁が前記複数の容器の間を移動するための携帯用ユニットである請求項12に記載の装置。  The continuous supply device includes a pump for transferring a fluid from a container to which the tank is attached to an inlet of the tank; a control valve for controlling a flow of fluid from the container to which the tank is attached to the inlet of the tank; The apparatus according to claim 12, further comprising a frame for supporting a tank, wherein the pump and the valve are portable units for moving between the plurality of containers. 前記各容器の前記槽の存在を検出する検出装置と、前記槽が前記容器のうちの対応する容器に存在する場合、前記検出装置に応答して前記ポンプを自動的に作動させるスイッチとをさらに備える請求項13に記載の装置。  A detection device for detecting the presence of the tank of each container, and a switch that automatically activates the pump in response to the detection device when the tank is present in a corresponding one of the containers. 14. The apparatus of claim 13, comprising. 前記槽が、前記流体を前記槽に供給するため、前記入口を導管に接続するための継手を備える携帯用の構成になっており、前記取付け部材が、前記槽を前記各容器上で連続して脱着可能に支えるのに適しており、前記各容器が、供給導管と、流体を前記容器から前記供給導管へ入れるポンプと、前記供給導管から前記槽の入口への流体の流れを制御する弁とを備える請求項12に記載の装置。  The tank has a portable configuration with a joint for connecting the inlet to a conduit for supplying the fluid to the tank, and the mounting member continues the tank on each container. Each container is detachably supported, each container having a supply conduit, a pump for introducing fluid from the container into the supply conduit, and a valve for controlling the flow of fluid from the supply conduit to the tank inlet The apparatus of claim 12 comprising: 前記各容器の前記槽の存在を検出する検出装置と、前記検出装置に応答して前記ポンプを自動的に作動させるスイッチとをさらに備える請求項15に記載の装置。  The apparatus of claim 15, further comprising: a detection device that detects the presence of the tank in each container; and a switch that automatically activates the pump in response to the detection device. 前記槽の入口に接続された供給導管と、前記供給導管内の流体の少なくとも一部分を、対応する供給源に再循環させるために前記供給導管に接続されたバイパス導管と、前記槽の入口に到着する流体の流量を調整するように前記バイパス導管内の流体の流れを制御するための制御弁とをさらに備える請求項11に記載の装置。  A supply conduit connected to the tank inlet, a bypass conduit connected to the supply conduit for recirculating at least a portion of the fluid in the supply conduit to a corresponding source, and arriving at the tank inlet 12. The apparatus of claim 11, further comprising a control valve for controlling fluid flow in the bypass conduit to regulate fluid flow rate. 前記流体が液体であり、前記槽が大気に開放され、前記槽の少なくとも一部分が前記流体に浸され、前記出口が、前記槽の浸された部分内に開口を備える請求項11に記載の装置。  12. The apparatus of claim 11, wherein the fluid is a liquid, the vessel is open to the atmosphere, at least a portion of the vessel is immersed in the fluid, and the outlet comprises an opening in the immersed portion of the vessel. . それぞれ前記物体の処理に使用される対応する処理溶液を容れるための複数の容器と、前記処理溶液を循環させるポンプと、前記ポンプの出力を前記各容器にそれぞれ接続する入口マニホルドと、対応する溶液を前記槽の出口から対応する容器へ戻すための出口マニホルドと、前記入口マニホルドおよび前記出口マニホルドを同時にそれぞれ前記容器の1つと接続させる遠隔操作可能な弁と、前記弁をそこから離れた位置から操作する制御装置とをさらに備える請求項1に記載の装置。  A plurality of containers each for containing a corresponding processing solution used for processing the object; a pump for circulating the processing solution; an inlet manifold for connecting the output of the pump to each container; and a corresponding solution From the outlet of the tank to the corresponding container, a remotely operable valve for simultaneously connecting the inlet manifold and the outlet manifold, respectively, to one of the containers, and the valve away from the position The apparatus according to claim 1, further comprising a control device for operation. 前記流体の流れがない場合に、前記物体が前記槽の入口を通って排出されるのを防止するため、前記槽の入口に対して配置されたメッシュスクリーンと、前記メッシュスクリーンの上流側で前記流体をろ過するためのフィルタとをさらに備える請求項1に記載の装置。  In order to prevent the object from being discharged through the tank inlet in the absence of fluid flow, a mesh screen disposed relative to the tank inlet; The apparatus of claim 1, further comprising a filter for filtering fluid. 前記流体の流れがない場合に、前記物体が前記槽の入口を通って排出されるのを防止するため、前記槽の入口の上流側に屈曲する流路をもたらす粒子トラップをさらに備える請求項1に記載の装置。  The particle trap further comprising a particle trap that provides a channel that bends upstream of the vessel inlet to prevent the object from being discharged through the vessel inlet in the absence of the fluid flow. The device described in 1. 前記偏向部材が、前記上向きに流れる物体を途中で捉え、前記流体の流れから離れてそらすように、前記分配シールドより上方に取り付けられ、前記解放位置付近に配置されている、請求項1に記載の装置。 2. The deflecting member according to claim 1, wherein the deflecting member is mounted above the distribution shield and is disposed near the release position so as to catch the upward flowing object halfway and divert away from the fluid flow. Equipment. 前記偏向部材が、前記物体を途中で捉え、偏向させるための凹んだ表面を有する請求項22に記載の装置。  23. The apparatus of claim 22, wherein the deflecting member has a recessed surface for capturing and deflecting the object halfway. 前記底壁および前記分配シールドが、それぞれ水平線から20°から50°の範囲の角度で傾斜する請求項1に記載の装置。  The apparatus of claim 1, wherein the bottom wall and the distribution shield are each inclined at an angle in a range of 20 ° to 50 ° from a horizontal line. 前記槽内の流体が、液体およびガスの混合物であり、前記分配シールドが、前記分配シールドの下にガスが蓄積されるのを防ぐため、前記導管の中間部分から離れて上向きにかつ前記側壁に向かって傾斜する下側表面を有する請求項1に記載の装置。  The fluid in the vessel is a mixture of liquid and gas, and the distribution shield is directed upward and away from the middle portion of the conduit to the side wall to prevent gas accumulation under the distribution shield. The apparatus of claim 1, wherein the apparatus has a lower surface that slopes toward it. 前記槽内の前記流体が、液体およびガスの混合物であり、前記分配シールドの下方から上方への前記ガス用の流路を設けることによって、前記分配シールドの下にガスが蓄積されるのを防ぐガス抜きが設けられている請求項1に記載の装置。  The fluid in the tank is a mixture of liquid and gas, and by providing a flow path for the gas from below to above the distribution shield, gas is prevented from accumulating under the distribution shield. The apparatus of claim 1, wherein a vent is provided. 電解液流体に浸され、複数の物体を電解液流体で電解処理する装置であって、前記物体が少なくとも部分的に導電性であり、
前記装置が、
(A)前記電解液流体のための容器と、
(B)前記物体を前記電解液流体で電解処理する槽と、
(C)複数の容器の間を移動する携帯用ユニットを提供するように、前記容器と係合し、前記容器上で前記槽を支えるフレームとを備え、
前記槽が、
(a)入口に隣接する供給位置から解放位置へ前記物体を上向きに流れさせるため、前記流体の上向き方向の流れをもたらすのに適した流体入口に向かって、側壁から下方に傾斜した底壁であって、解放位置で前記物体が前記流れから解放され、解放位置から前記解放された物体が前記底壁の上方部分上に沈着し、前記底壁が前記物体の移動層を前記底壁に沿ってその上方部分から前記供給位置に向かって下方に移動させるのに適している、底壁と、
(b)前記物体の移動層に接触するように配置された電極とを有し、
前記容器が、
(a)前記流体を容器から前記槽の入口へ運ぶポンプと、
(b)前記容器から前記槽の入口への流体の流れを制御する制御弁と、
(c)前記流体に接触するように配置された対電極とを有し、
前記装置がさらに、前記上向きに流れる物体を前記流体の流れから途中で捉え、解放するために、前記解放位置付近に配置された偏向部材を有する装置。
An apparatus that is immersed in an electrolyte fluid and electrolyzes a plurality of objects with an electrolyte fluid, wherein the objects are at least partially conductive,
The device is
(A) a container for the electrolyte fluid;
(B) a tank for electrolytically treating the object with the electrolyte fluid;
(C) a frame that engages with the container and supports the tank on the container so as to provide a portable unit that moves between a plurality of containers;
The tank
(A) a bottom wall inclined downward from the side wall toward a fluid inlet suitable for providing an upward flow of the fluid to cause the object to flow upward from a supply position adjacent to the inlet to a release position; The object is released from the flow in a release position, the object released from the release position is deposited on an upper portion of the bottom wall, and the bottom wall follows the moving layer of the object along the bottom wall. A bottom wall suitable for moving downward from the upper part of the lever toward the supply position;
(B) an electrode arranged to contact the moving layer of the object;
The container
(A) a pump that carries the fluid from a container to the inlet of the tank;
(B) a control valve for controlling the flow of fluid from the container to the inlet of the tank;
(C) having a counter electrode arranged to contact the fluid ;
The apparatus further comprising a deflection member disposed near the release position for capturing and releasing the upward flowing object from the fluid flow halfway .
前記槽内に取り付けられ、下方に傾斜しかつ前記解放位置付近から離れて前記傾斜した底壁の上方部分より上にある戻り位置に向かって延びる上側表面を有する分配シールドであって、前記解放された物体が前記分配シールドの上側表面上に落下し、その上を前記戻り位置へ下方に移動するようになされ、前記戻り位置から物体が前記傾斜した底壁の上方部分上に沈着し、前記傾斜した底壁に沿って下方に前記供給位置に向かって移動する分配シールドをさらに備える請求項27に記載の装置。  A distribution shield mounted in the vessel and having an upper surface inclined downward and extending away from near the release position and above a top portion of the inclined bottom wall, the discharge shield being released. The object falls on the upper surface of the distribution shield and moves downwardly to the return position, from which the object is deposited on the upper portion of the inclined bottom wall, the inclination 28. The apparatus of claim 27, further comprising a distribution shield that moves downwardly along the bottom wall toward the supply position. 前記槽内に取り付けられ、前記物体の流れを受けるように、前記流体入口より上方に配置され、前記供給位置付近からの前記物体の流れを少なくとも前記分配シールド付近に閉じ込めるために上向きに延び、前記物体の上向きの流れが前記分配シールド内の開口を通過するのに適している導管をさらに備える請求項28に記載の装置。  Mounted in the vessel and disposed above the fluid inlet to receive the flow of the object, extending upward to confine the flow of the object from near the supply position at least near the distribution shield, and 30. The apparatus of claim 28, further comprising a conduit suitable for upward flow of an object to pass through an opening in the distribution shield. 前記分配シールドおよび前記対電極が前記槽内に脱着可能に取り付けられ、前記槽の内側へのアクセスを可能にするように前記槽から取り外し可能である請求項28に記載の装置。  29. The apparatus of claim 28, wherein the distribution shield and the counter electrode are removably attached within the vessel and are removable from the vessel to allow access to the inside of the vessel. 前記偏向部材が、前記分配シールドより上方に取り付けられ、前記上向きに流れる物体を途中で捉え、前記流体の流れから離れてそらすように前記解放位置付近に配置されている、請求項28に記載の装置。 29. The deflecting member according to claim 28, wherein the deflecting member is mounted above the distribution shield and is disposed near the release position so as to catch the upwardly flowing object and divert away from the fluid flow. apparatus. 前記槽が前記電解液に部分的に浸され、対電極が前記槽の浸された部分の外側にそれに近接して配置され、前記槽の側壁または底壁が、電流が前記物体と前記対電極の間を流れることを可能にするための電解液に浸された開口を有する請求項28に記載の装置。  The bath is partially immersed in the electrolyte, and a counter electrode is disposed outside and adjacent to the immersed portion of the bath, and the side wall or the bottom wall of the bath has a current flowing between the object and the counter electrode. 30. The apparatus of claim 28, having an opening immersed in an electrolyte to allow flow between the two. 前記開口が、前記物体を槽内に保持するため、多孔性のメッシュ、布または膜で覆われる請求項32に記載の装置。  33. The apparatus of claim 32, wherein the opening is covered with a porous mesh, cloth or membrane to hold the object in the bath. 前記対電極が、前記分配シールドの下に配置されており、前記物体が前記対電極の上側表面上で保持されるのを防ぐ装置を備える請求項28に記載の装置。  29. The apparatus of claim 28, wherein the counter electrode is disposed under the distribution shield and comprises a device that prevents the object from being held on the upper surface of the counter electrode. 前記偏向部材が、前記流体の流れによって上向きに運ばれる物体を途中で捉え、前記対電極から離れてそらすように、前記対電極より下方に取り付けられている、請求項34に記載の装置。 The deflection member is caught on the way an object carried upward by the flow of the fluid, to deflect away from the counter electrode is attached to the lower than the counter-electrode, according to claim 34. 前記電極が、前記底壁の実質的な部分を覆い、前記移動層に接触するのに適した導電性材料のシートまたは層を備える請求項27に記載の装置。  28. The apparatus of claim 27, wherein the electrode comprises a sheet or layer of conductive material suitable for covering a substantial portion of the bottom wall and contacting the moving layer. 前記導電性材料に、物体を移動し易くするため、テクスチャをつけてある請求項36に記載の装置。  37. The apparatus of claim 36, wherein the conductive material is textured to facilitate movement of an object. 非導電性材料で作られ、前記シートまたは層の上方部分に重なるのに適した絶縁要素をさらに備えており、前記絶縁要素の下側縁部付近の電流密度を下げるために、前記絶縁要素と前記シートまたは層の上方部分との間にギャップが設けられている請求項4または36に記載の装置。  Further comprising an insulating element made of a non-conductive material and suitable for overlapping the upper portion of the sheet or layer, and for reducing the current density near the lower edge of the insulating element; 37. An apparatus according to claim 4 or 36, wherein a gap is provided between an upper portion of the sheet or layer. 複数の物体と流体を接触させるための装置であって、
入口に隣接する供給位置から前記物体が流れから解放される解放位置へ前記物体を上向きに流れさせるため、前記流体の上向き方向の流れをもたらすのに適した流体入口に向かって、側壁から下方に傾斜した底壁を有する槽と、
前記上向きに流れる物体を前記流体の流れから途中で捉え、解放するために、前記解放位置付近に配置された偏向部材と、
前記槽内に取り付けられ、下方に傾斜しかつ前記解放位置付近から離れて戻り位置に向かって延びる上側表面を有する分配シールドであって、前記解放された物体が前記分配シールドの上側表面上に落下し、その上を前記解放位置から離れて前記戻り位置へ下方に移動するようになされており、前記戻り位置が、前記解放された物体を前記傾斜した底壁の上方部分上に沈着させるように、前記傾斜した底壁の上方部分より上方に配置され、前記傾斜した底壁が、前記沈着した物体の移動層を前記傾斜した底壁に沿って上方部分から前記供給位置に向かって下方に移動させるのに適している分配シールドと、
前記移動層に接触するのに適した電極と、前記流体に接触するのに適した対電極とを備え、前記流体が前記物体を被覆するための金属を含む電解液であり、前記物体が少なくとも部分的に導電性である装置。
A device for contacting a plurality of objects with a fluid,
Downward from the sidewalls toward a fluid inlet suitable for providing an upward flow of the fluid to cause the object to flow upwardly from a supply position adjacent to the inlet to a release position where the object is released from flow. A tank having an inclined bottom wall;
A deflection member disposed near the release position to capture and release the upwardly flowing object from the fluid flow; and
A distribution shield mounted in the basin and having an upper surface inclined downward and extending away from near the release position toward the return position, wherein the released object falls onto the upper surface of the distribution shield And is moved downwardly from the release position to the return position so that the return position deposits the released object on the upper portion of the inclined bottom wall. Arranged above the upper part of the inclined bottom wall, the inclined bottom wall moving the moving layer of the deposited object downward from the upper part toward the supply position along the inclined bottom wall A distribution shield that is suitable for
An electrolyte suitable for contacting the moving layer and a counter electrode suitable for contacting the fluid, wherein the fluid is an electrolyte containing a metal for coating the object, wherein the object is at least A device that is partially conductive.
複数の物体と流体を接触させるための装置であって、
入口に隣接する供給位置から解放位置へ前記物体を上向きに流れさせるため、前記流体の上向き方向の流れをもたらすのに適した流体入口に向かって、側壁から下方に傾斜した底壁を有する槽と、
前記上向きに流れる物体を前記流体の流れから途中で捉え、解放するために、前記解放位置付近に配置された偏向部材と、
前記槽内に取り付けられ、下方に傾斜しかつ前記解放位置付近から離れて戻り位置に向かって延びる上側表面を有する分配シールドであって、前記解放された物体が前記分配シールドの上側表面上に落下し、その上を前記解放位置から離れて前記戻り位置に向かって移動するようになされており、前記戻り位置が、前記解放された物体を前記傾斜した底壁の上方部分上に沈着させるように、前記傾斜した底壁の上方部分より上方に配置され、前記傾斜した底壁が、前記沈着した物体の移動層を前記傾斜した底壁に沿って上方部分から前記供給位置に向かって下方に移動させるのに適している分配シールドとを備える装置。
A device for contacting a plurality of objects with a fluid,
A tank having a bottom wall that slopes downward from the side wall toward a fluid inlet suitable for providing an upward flow of the fluid to cause the object to flow upwardly from a supply position adjacent to the inlet to a release position; ,
A deflection member disposed near the release position to capture and release the upwardly flowing object from the fluid flow; and
A distribution shield mounted in the basin and having an upper surface inclined downward and extending away from near the release position toward the return position, wherein the released object falls onto the upper surface of the distribution shield And is moved away from the release position toward the return position so that the return position deposits the released object on an upper portion of the inclined bottom wall. Arranged above the upper part of the inclined bottom wall, the inclined bottom wall moving the moving layer of the deposited object downward from the upper part toward the supply position along the inclined bottom wall A device comprising a distribution shield that is suitable for causing.
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