JP6991068B2 - 強化構成部品を有する電解容器 - Google Patents

Description

本製品は、一般に湿式精錬設備に関し、より詳細には、強化された電解容器に関する。

湿式精錬法は、電解容器内に含まれる酸性電解槽に押し込まれた複数列の電極を用いて非鉄金属（銅、ニッケル、亜鉛、コバルト、マンガンおよび他の貴金属を含む）を精錬するための電解容器または槽を利用する。したがって、電解槽の材料は、電極および槽の腐食性の強い状態および大重量に耐えなければならない。

電解容器を設計するのに使用される周知の材料は、鉄骨鉄筋コンクリート、およびポリマーコンクリートまたはガラス繊維および炭素繊維強化耐食ポリマーなどの複合材料を含む。しかし、コンクリートおよびポリマーコンクリートの容器壁は、槽および電極によって加えられる機械的拘束および内部応力により亀裂がはいることがある一方、コンクリートは経年変化する。さらに、非結合または結合表面ライナーを使用して容器の内面を覆うことができる。しかし、ライナーは、電極の衝撃により損傷する傾向があり、経年変化しながら亀裂がはいり、腐食によって改変され、または容器の鋳造工程中の硬化による接着不良を受けることがあり、それによって、腐食槽が容器の保護されていない壁に接触することが可能になることがある。

したがって、当分野で周知であるものの欠点のうちの少なくともいくつかを克服することができる改善された技術が必要とされている。

一態様において、非鉄金属を精錬するための強化された電解容器が提供される。容器は、電解液を保持する形状をしたコアであって、長方形コアベースおよびコアベースの周辺端部から上方に延びる４つの壁を備えるコアと、コアの各壁に埋め込まれた少なくとも２つの細長いガラス繊維製補強筋と、を含む。

別の態様において、電解液を保持する形状をしたコアであって、長方形コアベースおよびコアベースの周辺端部から上方に延びる４つの壁を備えるコアと、コアを囲む多層ガラス繊維ベースのエンベロープであって、ガラス繊維ベースの層を備えるエンベロープと、を含む、非鉄金属を精錬するための強化された電解容器が提供される。

別の態様において、電解液を保持する形状をしたコアであって、長方形コアベースおよびコアベースの周辺端部から上方に延びる４つの壁を備えるコアと、コアの各壁に埋め込まれた、２つの平らな細長い引き抜き成形されたガラス繊維製補強筋と、コアを囲む多層ガラス繊維ベースのエンベロープであって、ガラス繊維ベースの層を備えるエンベロープと、を含む、非鉄金属を精錬するための強化された電解容器が提供される。

別の態様において、電解液を保持する形状をしたコアであって、長方形コアベースおよびコアベースの周辺端部から上方に延びる４つの壁を備えるコアと、コアを囲む多層ガラス繊維ベースのエンベロープであって、ガラス繊維ベースの層を備えるエンベロープと、多層ガラス繊維ベースのエンベロープに埋め込まれた、少なくとも２つの細長いガラス繊維製補強筋と、を含む、非鉄金属を精錬するための強化された電解容器が提供される。

別の態様において、電解液を保持する形状をしたコアであって、長方形コアベースおよびコアベースの周辺端部から上方に延びる４つの壁を備えるコアと、コアを囲む多層ガラス繊維ベースのエンベロープであって、連続したガラス繊維ベースの層を備えるエンベロープと、各壁またはコアに、多層ガラス繊維ベースのエンベロープに、またはそれらの組合せに埋め込まれた複数の細長い引き抜き成形されたガラス繊維製補強筋と、を含む、非鉄金属を精錬するための強化された電解容器が提供される。

別の態様において、電解液を保持する形状をしたコアであって、長方形コアベースおよびコアベースの周辺端部から上方に延びる４つの壁を備え、コンクリートおよび／またはポリマー材料を備えた母型を備えるコアと、母型に埋め込まれ、その亀裂を低減するためにその内部に分配された、複数の細長い引き抜き成形された補強筋とを含み、補強筋は、任意選択で、各壁における少なくとも２つの補強筋として、平らな細長い補強筋として、ガラス繊維製補強筋として、離間された対で配列された補強筋として、および／または本明細書に説明するように、および／または図に示すように、１つ以上の特徴を有する補強筋として設けられる、非鉄金属などの金属を精錬するための強化された電解容器が提供される。

別の態様において、電解液を保持する形状をしたコアであって、長方形コアベースおよびコアベースの周辺端部から上方に延びる４つの壁を備えるコアを形成するために母型に埋め込まれた複数の細長い引き抜き成形された補強筋を提供するステップを含み、複数の細長い補強筋は、母型内に、その亀裂を低減するために分配され、補強筋は、任意選択で、各壁における少なくとも２つの補強筋として、平らな細長い補強筋として、ガラス繊維製補強筋として、離間された対で配列された補強筋として、および／または本明細書に説明するように、および／または図に示すように、１つ以上の特徴を有する補強筋として設けられる、非鉄金属などの金属を精錬するための電解容器を強化する方法が提供される。

強化された容器の他の態様を、以下に説明し、上記の任意の他の態様と組み合わせることができることを理解されたい。例えば、容器の各壁に必要な引張強度に応じて、容器は、コアの少なくとも１つの壁、多層ガラス繊維ベースのエンベロープの少なくとも一部分、またはそれらの組合せに埋め込まれた少なくとも１つの平らな細長い引き抜き成形されたガラス繊維製補強筋を含むことができる。

電解容器およびその構成部品の実施形態は、以下の図に表され、以下の図に関連してさらに理解される。

非鉄金属を精錬するのに使用される電解容器の斜視図である。 強化された容器の実施形態による、図１の線ＩＩに沿った半透明断面図である。 図２の線ＩＩＩに沿った半透明断面図である。 図２の線ＩＶに沿った断面図である。 図４の部分Ｖの図である。 強化された容器の別の実施形態による、図１の線ＶＩに沿った半透明断面図である。 図６の線ＶＩＩに沿った半透明断面図である。 図６の線ＶＩＩＩに沿った断面図である。 図８の部分ＩＸの図である。 強化された容器の別の実施形態による、図１の線Ｘに沿った半透明断面図である。 図１０の線ＸＩに沿った半透明断面図である。 ガラス繊維の外殻（すなわち、エンベロープ）で完成する、埋め込まれた補強筋で強化されたポリマーコンクリート製の半透明の内部コアを有する、ガラス繊維製の内殻を示す電解容器の分解斜視図である。

本発明を実施形態例と併せて説明するが、本発明の範囲をこれらの実施形態に限定することは意図されていないことを理解されよう。それどころか、すべての代替形態、変更形態および同等物を本明細書に定義されているように含めることができるものとして包含することが意図されている。

図１から図９に示す実施形態は、電解容器の各壁に埋め込まれた複数の平らな引き抜き成形されたガラス繊維製補強筋と、周囲の多層ガラス繊維ベースのエンベロープとを含む、強化された電解容器に関する。平らな補強筋は、容器壁が内部および外部応力を受けるとき、改善された引張強度を提供することができる。埋め込まれた平らな引き抜き成形されたガラス繊維製補強筋の数および向きは、変更することができ、容器のある形状および材料により適合させることができる。

コア
図１および図４を参照すると、いくつかの実施形態において、容器２が、長方形ベース６およびコアベース６の周辺端部から延びる４つの壁８を有するコア４を含む。コアは、電解液または槽を受けることができる空洞を画定する。任意選択で、コアは、ポリマーコンクリートまたはプリストレストポリマーコンクリートで製作することができる。容器２は、４つのコア壁８のそれぞれの内部に埋め込むことができる、複数の平らな引き抜き成形された補強筋１０をさらに備える。

補強筋
強化された容器の引き抜き成形された補強筋は、それらの横方向の断面がそれらの縦方向の断面より劣るという意味で平坦であることを理解されたい。同じ壁の少なくとも２つの引き抜き成形された補強筋のそれぞれのサイズおよび形状は、補強筋ごとに異なり得ることを理解されたい。平らな引き抜き成形された補強筋は、コアとの接触面の増加（例えば、円形補強筋と比較して）を提供することができ、これは引張強度の増強を容器壁にもたらすようにコアの材料と化学的にまたは機械的に結合するのに利用可能である。

強化された容器の実施形態によれば、同じ容器壁の複数の平らな引き抜き成形された補強筋は、少なくとも２つの平らな補強筋を含むことができる。図３および図４を参照すると、同じ壁８の複数の平らな引き抜き成形された補強筋は、壁の高さに沿って分配された、少なくとも４つの水平で平らな補強筋１０を含むことができる。図７および図８を参照すると、同じ壁の複数の引き抜き成形された補強筋は、任意選択で、互いに離間された、２つの対向する補強筋の対１２で構成することができ、これは「二重補強筋」１２と呼ぶことができる。

強化された容器の実施形態によれば、同じ容器壁の複数の平らな引き抜き成形された補強筋は、壁の頂部の近くに平坦で水平の補強筋と、壁の頂部の近くに３つの垂直の補強筋とを含むことができる。垂直の補強筋のうちの１つは、壁の幅の中央に配置され、他の２つは、図９に示すように、壁の外側および内側の近くに離間される。

対１２の補強筋の間の間隔は、例えば、コア壁８の厚さによって決まる可能性がある。二重の平らな引き抜き成形された補強筋は、容器の横方向への慣性モーメントを増加させるために使用することができることを理解されたい。

平らな補強筋は、ガラス繊維を含むことができ、周知の引き抜き成形技術により引き抜き成形することができることを理解されたい。

エンベロープ
強化された電解容器の別の実施形態によれば、容器壁の内部および外部応力に対する機械抵抗は、例えば、図４および図５に見られるように、容器コア４を囲む多層ガラス繊維ベースのエンベロープ１４の使用によってさらに改善される。エンベロープは、連続したガラス繊維ベースの層を含む。

任意選択で、多層ガラス繊維ベースのエンベロープは、ガラス繊維マット、ニットガラス繊維、ステッチ、ステッチマット、ニットマットおよびガラス繊維のロービング織物のうちの少なくとも１つの多層を含む。任意選択で、多層ガラス繊維ベースのエンベロープは、ガラス繊維マット、ニットガラス繊維、ステッチ、ステッチマット、ニットマットおよびガラス繊維のロービング織物の連続層を含むことができる。さらに任意選択で、多層ガラス繊維ベースのエンベロープの最大厚さは、約８ｍｍから約１２ｍｍの間、任意選択で１０ｍｍでよい。エンベロープのガラス繊維ベースの材料の選択は、例えば、繊維の所望の向きによることができることを理解されたい。

図４を参照すると、コアの内面４０は、コア壁の内面４２とコアベースの上面４４との組合せに対応し、それはエンベロープ１４の存在なしで電極および電解槽に接触する恐れがあることを理解されたい。コアの外面４６は、コア壁の残りの外部表面４８とコアベースの底面５０との組合せに対応する。

あるいは、外側エンベロープ（殻）は、化学的保護または構造的保護の観点から、酸と接触する内側エンベロープ（殻）よりも薄くすることができることを理解されたい。

連続したガラス繊維ベースの層は、少なくともコアの内面を連続的に層状にするガラス繊維を含む層を表すことも理解されたい。例えば、多層ガラス繊維ベースのエンベロープに含まれる連続したガラス繊維のロービング織物層は、一方の容器壁から、対向する容器壁に延びる２つの一体化されたガラス繊維のロービング織物の重ね合わせから生じることができる。

強化された電解容器の任意選択の実施形態によれば、平らな補強筋の位置決めは、壁８の厚さにより選択することができる。例えば、図５および図９を参照すると、いくつかの平らな補強筋１０または１２をコアの内面４０に近接して位置決めすることができる。あるいは、図９を参照すると、他の平らな補強筋１２をコアの外面４６に近接して位置決めすることができる。

図に示されていない別の実施形態によれば、平らな引き抜き成形された補強筋は、任意選択で、壁の横方向の断面に対して中心に位置決めし、実質的に同一平面となるように互いに位置合わせすることができる。他の平らな引き抜き成形された補強筋を壁の表面に近接してさらに配置することができることを理解されたい。複数の平らな引き抜き成形された補強筋の各補強筋は、一方の壁から、対向する隣接した壁に延びる一体化された補強筋となるように細長い。

別の実施形態によれば、交差した平らな引き抜き成形された補強筋の対を、４つの容器壁のそれぞれのコアの外面に近接して各容器壁内に埋め込むことができる。任意選択で、交差した補強筋は、コア内または多層ガラス繊維のエンベロープ内のいずれかに埋め込むことができる。

図２および図４を参照すると、交差した補強筋１６の対をコアの外面４６に近接して４つの壁８のそれぞれのコア４内に埋め込むことができる。コア内の交差した補強筋の位置に応じて、交差した補強筋１６は、他の水平の補強筋１０または１２と接触することがあることを理解されたい。図６および８を参照すると、交差した補強筋１６および１６０の対をコアの外面４６に近接して４つの壁８のそれぞれのコア４内に埋め込むことができる。任意選択で、両方ともコア４の外面４６に近接して、一方の補強筋１６を容器のコア４内に埋め込むことができ、他方の補強筋１６０を多層エンベロープ１４内に埋め込むことができる。

追加の水平の、垂直の、または交差した引き抜き成形された補強筋をコア内に、または容器の構造をさらに強化するように多層ガラス繊維ベースのエンベロープ内に埋め込むことができることを理解されたい。

図１０および図１１を参照すると、垂直の細長いガラス繊維の引き抜き成形された補強筋１００を各コア壁８に埋め込むことができる。任意選択で、垂直の補強筋は、多層ガラス繊維ベースのエンベロープ１４に埋め込むこともできる。

化学的保護
任意選択の実施形態によれば、ゲルコートの層または他の化学的保護層またはシートが、ポリマーコンクリート（コア）の樹脂とガラス繊維ベースのエンベロープの繊維との間の化学的結合を強化するように、コアの内面および外面上に、または多層ガラス繊維ベースのエンベロープの下に存在することができる。ゲルコートまたは他の化学的保護層またはシートは、腐食に対する追加の障壁を提供することもできる。

特定の実施形態によれば、図１２に示すように、３つの層が互いに入れ子にされる状態で示されている。ガラス繊維マット製の最上部のエンベロープ（２００）は、その壁内に埋め込まれた交差した補強筋（２２２）および水平の補強筋（２２４）で強化されたポリマーコンクリートコア（２２０）に入れ子にされる状態にある。ガラス繊維マット製の最下部のエンベロープ層（２４０）は、コアの下に用意され、コアを受ける状態にある。

工程
特定の実施形態において、電解容器コアを組み立てる工程は、図１２に逆さまに示す。容器は、１つは内部エンベロープと別の１つは外部エンベロープの２つの殻（すなわち、エンベロープ）で複合ガラス繊維中に組み立てられる。内側エンベロープ（２００）は、非常に多数のガラス繊維層で製作される。内殻をコーティングしている間、またはコーティング後に、外殻（２４０）は、内側エンベロープの外壁上にガラス繊維層で組み立てられ、その間の間隔が空洞を形成するために残される。次いで、内殻（２００）と外殻（２４０）との間に作られた空洞は、当技術分野でよく知られたツール（スタッドまたはピンなど）で保持されたガラス繊維製補強筋（２２２、２２４）で満たされる。次いで、空洞は、コア（２２０）を作るために層ごとにポリマーコンクリートで満たされる

特に、補強筋の表面は、ポリマーコンクリート樹脂と引き抜き成形された補強筋との間に共有結合性の化学的接着をもたらすために研磨し、適正に化学的に処理することができる。

特定の実施形態によれば、内側エンベロープの最初の２つの最内層は、最適耐食性（すなわち、硫酸および／またはＣｌ_２および／またはＣｌ^－、塩素に対する）を得るために「ゲルコート」（化学添加物がほとんどない純粋な樹脂など）で製作される。次いで、これらの２つの層は、熱または触媒で加熱乾燥されまたは硬化される。

２つのゲルコートの後、タイプＡまたはタイプＣガラス繊維などの耐食ガラス繊維コートが内側エンベロープの外面上に付加され、次いで、合成繊維の他の層を付加することができ（ポリエステルなど）、またはその逆をすることができる。次いで、これらの層は、化学または金属触媒で、またはＵＶ硬化または赤外線硬化システムによって加熱乾燥され、または硬化される。これらの層は、標準加熱温度硬化システムに続いて加熱乾燥される。

次いで、ポリマーコンクリートの他の層を、配置された補強筋上に打つことができ、次いで、容器全体をもう一度４０°Ｃから１２５°Ｃまで煮沸する。

次いで、さらに煮沸／加熱乾燥／加熱により、外側エンベロープの構造ガラス繊維層の付加が続く。

強化された容器は、図に示すように、少なくとも２つの補強筋をコアの各壁に含めるように限定されないが、コアの少なくとも１つの壁に、任意選択でコアの少なくとも２つの壁に、任意選択でコアの少なくとも３つの壁に、さらに任意選択でコアの各壁に埋め込まれた少なくとも１つの補強筋を含むことができることを理解されたい。補強筋の数、形状および向きは、変更することができ、容器の具体的な強度要件を満たすように選択することができることを理解されたい。

２ 容器
４ 容器コア、コア
６ 長方形ベース、コアベース
８ 壁
１０ 補強筋
１２ 補強筋の対、二重補強筋
１４ エンベロープ
１６ 交差した補強筋
４０ コアの内面
４２ コア壁の内面
４４ コアベースの上面
４６ コアの外面
４８ コア壁の残りの外部表面
５０ コアベースの底面
１００ 垂直の細長いガラス繊維の引き抜き成形された補強筋
１６０ 交差した補強筋
２００ エンベロープ、内殻
２２０ ポリマーコンクリートコア
２２２ 交差した補強筋
２２４ 水平の補強筋
２４０ エンベロープ層、外殻

Claims (18)

1. 金属を精錬するための電解容器であって、
   電解液を保持する形状をしたコアであって、長方形のコアベースおよび前記コアベースの周辺端部から上方に延びる４つの壁を備えるコアと、
   前記コアに埋め込まれた少なくとも２つの細長い補強筋と、
   前記コアを囲む多層ガラス繊維ベースのエンベロープであって、前記エンベロープが、
   少なくとも前記コアの内面を連続的に層状にする内側の耐食性外殻と、
   前記コアの外面を連続的に層状にする、外側の補強外殻と、
   を備える、多層ガラス繊維ベースのエンベロープと、
   を備え、
   前記内側の耐食性外殻が、樹脂層、ガラス繊維ベース層、及び、合成繊維ベース層を備え、かつ、
   前記外側の補強外殻が、ガラス繊維マット、ニットガラス繊維、ステッチ、ステッチマット、ニットマットおよびロービング織物のガラス繊維のうちの少なくとも１つを備える多層連続ガラス繊維ベースの層を含む、容器。
2. 前記少なくとも２つの細長い補強筋が、その断面において、横方向の長さが縦方向の長さより小さい、板状を有する、請求項１に記載の容器。
3. 前記少なくとも２つの細長い補強筋が、ガラス繊維で製作される、請求項１または２のいずれか一項に記載の容器。
4. 前記少なくとも２つの細長い補強筋の少なくとも１つが、交差した構造の別の補強筋と接触する、請求項１から３のいずれか一項に記載の容器。
5. 前記少なくとも２つの細長い補強筋が、当該容器の各壁に埋め込まれた少なくとも２つの細長い補強筋として配列される、請求項１から４のいずれか一項に記載の容器。
6. 前記コアが、コンクリートまたはポリマー材料またはそれらの混合物を備えた母型を備える、請求項１から５のいずれか一項に記載の容器。
7. 前記少なくとも２つの細長い補強筋が、前記母型に埋め込まれている、請求項６に記載の容器。
8. 前記多層ガラス繊維ベースのエンベロープ内に埋め込まれている少なくとも２つの細長い補強筋をさらに備える、請求項１から７のいずれか一項に記載の容器。
9. 前記外側の補強外殻が、一方の容器壁から、対向する容器壁に延びる２つの一体化されたガラス繊維のロービング織物の重ね合わせで製作される、請求項１から８のいずれか一項に記載の容器。
10. 前記外側の補強外殻が、８ｍｍから１２ｍｍの最大厚さを有する、請求項１から９のいずれか一項に記載の容器。
11. 前記外側の補強外殻が、１０ｍｍの最大厚さを有する、請求項１０に記載の容器。
12. 前記少なくとも２つの細長い補強筋が、前記コアの前記母型と共有結合性の化学的接着をもたらすように化学的に処理される、請求項６または７に記載に容器。
13. 金属を精錬するための電解容器を強化する方法であって、
    内側の耐食性外殻と外側の補強外殻とを形成するステップであって、前記内側の外殻と前記外側の外殻との間に空間を残して中空部を画定するエンベロップを形成し、前記内側の耐食性外殻が、樹脂層、ガラス繊維ベース層、及び、合成繊維ベース層を備え、前記外側の補強外殻が、ガラス繊維マット、ニットガラス繊維、ステッチ、ステッチマット、ニットマットおよびロービング織物のガラス繊維のうちの少なくとも１つを備える多層連続ガラス繊維ベースの層を含む、ステップと、
    前記内側の耐食性外殻と前記外側の補強外殻との間の前記中空部を埋める母型を設けるステップであって、これにより、電解液を保持する形状をしたコアを形成し、前記コアが、長方形のコアベースおよび前記コアベースの周辺端部から上方に延びる４つの壁を備え前記内側の耐食性外殻が、少なくとも前記コアの内面を連続的に層状にする、ステップと、
    前記母型の亀裂を低減するために前記母型内に埋め込まれた複数の細長い補強筋を分配するステップと、
    を含む、方法。
14. 前記細長い補強筋が、各壁における少なくとも２つの補強筋、平らな細長い補強筋、ガラス繊維製補強筋、離間された対、交差した補強筋、またはそれらの混合物で配列された補強筋として提供される、請求項１３に記載の方法。
15. 前記細長い補強筋を前記母型に埋め込む前に研磨するステップを備える、請求項１３または１４に記載の方法。
16. 前記細長い補強筋を前記母型に埋め込む前に前記細長い補強筋の表面を化学的に処理するステップを備える、請求項１３から１５のいずれか一項に記載の方法。
17. 前記内側の耐食性外殻及び前記外側の補強外殻を加熱または硬化するステップを備える、請求項１３から１６のいずれか一項に記載の方法。
18. 前記母型は、ポリマーコンクリートであり、４０℃から１２５℃で前記母型を加熱するステップを備える、請求項１３から１７のいずれか一項に記載の方法。

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