KR20020042620A - 금속 전기정련 셀 및 이 셀의 뱅크와, 전기정련 셀 작동방법 - Google Patents

Abstract

용제로부터 분말 형태로 금속을 전기정련시키기 위한 셀(1)이 개시되어 있다. 셀(1)은 그 일 단부쪽에 출구(3)와 반대 단부쪽에 출구(4)를 구비하는 하우징(2)을 포함한다. 셀은 하우징(2)을 통해 실질적으로 축방향으로 연장되는 원통형 애노드(6)와, 하우징으로부터 외측으로 멀리 이격되어 애노드(6)를 둘러싸는 캐소드(7)를 구비한다. 애노드(6) 및 캐소드(7)는 그 사이에 5㎜ 내지 25㎜의 갭을 가진 유동 통로(8)를 규정한다. 사용시에, 셀은 입구(3)가 바닥에 출구(4)가 상부에 있는 실질적으로 수직 배향이다. 셀(1)을 통한 프로세스 용제의 유동 동안에, 금속 분말은 캐소드(7)상에 침착된다. 주기적으로 유동 프로세스 용제는 차단되며, 플러시 용제는 캐소드(7)로부터 분말 금속을 제거하기 위해서 셀을 통해 반대 방향으로 통과된다. 개별 셀이 각기 메인 입구 및 메인 출구에 평행하게 연결되어 있는 셀의 뱅크가 또한 개시되어 있다.

Description

금속 전기정련 셀 및 이 셀의 뱅크와, 전기정련 셀 작동 방법{METHOD AND APPARATUS FOR ELECTROWINNING POWDER METAL FROM SOLUTION}

본 출원인은 수성 용제로부터 구리 및 주석과 같은 금속을 전기정련하기 위한 전기정련 셀을 설계하였다. 이러한 셀은 "광물 회수 장치"라는 명칭의 국제 특허 출원 제 PCT/AU96/00332 호에 개시되어 있다. 이러한 특허 출원의 내용은 참고로 본원에 인용한다.

상기 특허 출원에는 하우징의 바닥에 있는 접선방향 입구 및 하우징의 상부에 있는 접선방향 출구를 구비하는 셀이 개시되어 있다. 원통형 하우징과 결합되어 특정 배향에서 셀내로 용제를 배향하는 입구의 배향은 셀을 통해 나선형 유동을 유도한다. 로드형 애노드는 셀과 동축인 하우징의 길이로 축방향으로 연장되고, 분할형 슬리브 원통형 캐소드는 하우징의 벽을 향해 지지되고, 그로부터 외측으로 이격된 애노드를 원주방향으로 둘러싼다. 사용시에, 캐소드와 애노드 사이의 유동 통로에 걸쳐서 전위차가 가해져서 전기정련 금속 제조 프로세스를 구동시킨다, 입구로부터 출구까지 셀을 통해 나선형 유동은 구리 이온을 캐소드에 존재하게 하여 구리를 저등급 용제에 경제적으로 균일하게 연속적으로 도금한다.

이러한 프로세스는 분할형 슬리브의 내측상에서 구리 튜브를 점진적으로 도금한다. 구리 도금이 약 6㎝ 내지 8㎝(2.4인치 내지 3.14인치)의 두께인 경우에 구리 도금이 생성된다. 이것은 상부 단부 캡을 셀로부터 제거하고, 분할형 슬리브를 셀의 상부를 통해 들어올림으로써 성취된다. 이것은 노동 집약적인 프로세스이며, 프로세스의 다른 연속적인 성질을 간섭하게 된다.

프로세스를 이용하는 시중의 플랜트가 실제로 수백개의 셀의 뱅크를 포함하고 있을 때, 상술한 방법에서의 셀의 생성은 노동 집약적인 프로세스이다. 상술한 방법으로 구리 튜브를 제조하는데 있어서 다른 단점은 튜브가 특정 취급 및 반송 절차를 필요로 한다는 것이다. 따라서, 전기정련 셀로부터 구리를 생성하기 위한 보다 용이한 방법이 제공된다면 유리하다.

또한, 상술한 전기정련 셀은 캐소드와 애노드 사이의 큰 갭 또는 거리로 인해서 최적인 효율을 갖고 있지 못하다. 그 결과, 캐소드와 애노드에 걸쳐서 비교적 높은 전압이 가해질 수 있고, 적용가능한 전류 밀도는 상대적으로 낮게 된다. 생성된 금속의 양이 캐소드와 애노드에 걸쳐서 전류 밀도에 직접적으로 비례할 때, 전력 입력의 양당 전류 밀도를 가능한한 높게 갖는 것이 바람직하다.

발명의 요약

본 발명의 제 1 실시예에 따르면, 용제로부터 분말 형태의 금속을 전기정련하기 위한 셀에 있어서,

일 단부쪽에 입구를 그리고 대향 단부쪽에 출구를 구비하는 하우징과,

상기 하우징을 통해 실질적으로 축방향으로 연장되는 애노드와,

상기 애노드로부터 외측으로 멀리 이격되어 상기 애노드를 둘러싸는 캐소드로서, 상기 애노드와 상기 캐소드 사이에 5㎜ 내지 25㎜의 갭의 유동 통로를 규정하는, 상기 캐소드와,

상기 애노드와 상기 캐소드 사이에 전위차를 가하기 위한 수단을 포함하는 금속 전기정련 셀이 제공된다.

따라서, 셀은 구리 튜브를 제조하기 위한 전기정련 도금 셀 또는 원통형 셀보다 캐소드와 애노드 사이에 실질적으로 보다 좁은 갭을 구비한다. 이것은 캐소드와 애노드 사이의 전류 밀도를 증가시키는데 도움을 주며, 특히 낮은 전도성 용제에 있어서 전류 밀도를 증가시키는데 도움을 준다.

보다 바람직하게, 갭은 5㎜ 내지 20㎜이며, 보다 바람직하게 10㎜ 내지 15㎜이며, 가장 바람직하게 12㎜ 내지 13㎜이다.

전형적으로 애노드 및 캐소드 양자는 실질적으로 원통형이다. 상기 캐소드가 상기 하우징의 벽에 의해 형성되거나, 상기 하우징의 벽에 인접해 위치된 슬리브에 의해 형성된다. 바람직하게, 캐소드는 금속인 하우징의 벽에 의해 형성된다.

전형적으로, 상기 셀중 일 단부가 비교적 상부 배향이며, 상기 셀의 대향 단부가 사용시에 비교적 하부 배향이며, 상기 입구는 상기 하부 단부에 또는 이에 인접해 위치되며, 상기 출구는 상기 상부 단부에 또는 이에 인접해 위치된다.

따라서, 사용시에 전기정련할 금속 이온을 함유한 프로세스 용제는 입구로부터 출구까지 셀을 통해 상방으로 이동되며, 금속은 캐소드상에 분말로 침착된다. 주기적으로, 플러시 용제는 셀을 통해 반대 방향으로 펌핑되어 생성하기 위한 셀로부터 침착된 분말 금속을 제거해야 한다. 프로세스 용제는 셀을 통해 이동되어, 전기정련 프로세스에 의해 발생된 가스가 셀의 상부 영역과 관련된 벤트를 통해 벤트될 수 있는 것이 바람직하다. 특히 플러시 프로세스에 중력이 도움을 주도록 플러시 용제가 셀을 통해 하방으로 이동되는 것이 바람직하다. 전형적으로, 플러시는 플러시 용제의 증가된 압력과, 금속 분말을 분해하는데 도움을 주도록 캐소드상으로 공기 거품 및 다른 수단을 통과시키는 것과 같은 다른 인자에 의해 도움을 받을 수 있다.

바람직하게, 상기 입구는 용제를 상기 셀내로 실질적으로 축방향으로 배향시킨다.

바람직하게, 상기 출구는 반대 방향에서 상기 셀내로 통과되는 플러시 유체가 상기 셀내로 축방향으로 향하도록 배향된다.

바람직한 형태에서, 상기 입구는 상기 셀의 상기 일 단부에 규정되며, 상기 출구는 상기 셀의 상기 대향 단부에 규정된다.

입구의 배향과 유동 통로의 갭은 프로세스 용제가 난류와 함께 유동 통로를 통해 유동하는 것을 용이하게 한다. 이것은 입구로부터 출구까지 셀을 통한 나선형 플러그 유동을 유도하는 종래 기술의 셀내의 접선방향 셀과 매우 차이가 있다. 플러그 유동은 난류와 기본적으로 상이하다. 난류는 도금 금속과 별개로 분말 금속의 형성에 도움을 준다.

유사하게, 셀의 출구를 통해 반대 방향으로 유동하는 플러시 용제는 난류를 촉진시키도록 셀내로 축방향으로 배향되는 것이 유리하다. 이러한 용제의 난류는 캐소드로부터 금속 분말을 제거하는데 도움을 준다.

바람직하게, 상기 셀이 플러시 사이클 동안에 상기 캐소드를 세정하는 분말을 입구쪽으로 안내하기 위한 수단, 예를 들면 하우징의 경사진 내부 표면을 더 포함하며, 이 수단을 통해서 상기 셀로부터 분말이 배수된다.

이것은 셀의 바닥에서 사각 공간내에 수납되는 금속 분말의 경향을 감소시키고, 셀로부터 금속 분말을 완전히 배수하는데 도움을 준다.

바람직하게, 미립자 금속을 위한 상기 애노드와 상기 캐소드 사이의 유동 통로를 물리적으로 세정하기 위한 세정 수단을 더 포함하며, 상기 세정 수단은 상기 유동 통로를 따라 물리적으로 이동되는 기계적 클리너를 포함한다.

본래, 프로세스 유동 파라미터는 금속 고체, 예를 들면 금속의 수지상결정(dendrite)이 캐소드상에 침착되는 경향을 감소시키도록 설정된다. 따라서, 본 출원인은 수지상결정과 같은 금속 도금 차폐물이 유동 통로에 형성되는 것이 매우 바람직하지 못하다는 것을 알았다. 그러나, 금속의 차단물을 체크 및 이를 제거하기 위한 수단을 제공하기 위해서 시중 플랜트에 사용하기 위한 프로세스 요구조건의 확실한 피스를 제공해야만 한다.

바람직하게, 상기 애노드의 단부는 애노드 둘레에 그리고 환형 유동 통로를 통해 유체를 배향하도록 폐쇄된다. 일 단부는 출구를 통해 유동하는 플러시 용제를 유동 통로쪽으로 배향시키기 위한 대체로 원뿔형 구성을 가진 유동 형성부를 구비한다. 폐쇄된 단부는 용제가 애노드 둘레에서 그리고 유동 통로를 통해 유동되게 한다.

또한, 셀은 상기 하우징의 일 단부에 장착되고 하우징내로 실질적으로 축방향으로 돌출되는 지지 부재를 포함하며, 상기 지지 부재는 애노드를 지지하기 위한 지지부를 포함한다. 지지 부재는 캐소드와 수직으로 정렬된 적당한 위치에서 애노드를 기계적으로 지지하고, 또한 애노드를 전기 회로에 전기적으로 접속한다.

특히 바람직한 형태에 있어서, 하우징이 스테인레스강의 원통형 본체와, 비전도성 재료의 단부 캡을 포함하며, 상기 단부 캡의 각각은 상기 캐소드 및 애노드의 축방향 외측에 챔버를 규정한다. 단부 챔버중 하나는 분말 금속을 입구를 통해 안내하기 위해 상술한 경사진 내부 표면을 형성한다.

이 방법은 캐소드를 형성하는 원통형 본체가 지지 부재 및 전기 접속부로부터 단부 캡중 하나를 통해 통과되는 애노드까지 전기적으로 분리되게 한다.

셀의 특히 바람직한 형태에서, 상기 캐소드의 직경은 7.5인치(190㎜) 내지8.5인치(216㎜), 바람직하게 약 8인치(203㎜)이며, 상기 애노드의 직경은 6.5인치(165㎜) 내지 7.5인치(190㎜), 바람직하게 약 7인치(178㎜)이며, 상기 애노드와 캐소드의 갭은 0.5인치 내지 1.5인치, 바람직하게 약 1인치(25.4㎜)이다. 또한, 가장 바람직한 형태에 있어서, 하우징은 실질적으로 수직으로 연장되어 있으며, 상기 입구가 상기 셀의 바닥 단부내에 규정되며, 상기 출구가 상기 셀의 상부 단부내에 규정되어 있다.

또한, 셀은 유동 통로를 통해 가스를 거품화하기 위한 수단을 더 포함한다. 거품 수단은 챔버의 바닥에 위치된 천공된 파이프를 포함하며, 이 파이프를 통해 예를 들면 공기가 통과된다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 셀의 뱅크에 있어서,

평행하게 배열된 것으로 제 1 실시예에 규정된 바와 같은 다수의 셀과,

상기 셀을 통해 프로세스 용제를 평행하게 배향하기 위해 뱅크내의 셀의 각각의 입구에 직접 연결된 메인 입구와,

프로세스 용제를 상기 셀로부터 멀리 배향하기 위해 상기 셀의 각각의 출구에 직접 연결된 메인 출구와,

필요할 때 상기 셀의 뱅크를 통해 프로세스 용제의 유동을 차단하고, 다음에 상기 메인 출구를 통과하고 뱅크의 셀의 각각을 통해서 그리고 메인 입구를 통해 반대 방향으로 플러시 용제를 통과시키기 위한 수단을 포함하는 셀의 뱅크가 제공된다.

따라서, 사용시에 프로세스 용제는 뱅크의 셀의 각각을 통해 평행하게 통과되며, 다음에 플러시 용제는 분말 금속을 셀을 벗어나게 플러시 시키도록 셀을 통해 평행하게 반대 방향으로 주기적으로 또는 간헐적으로 통과된다.

바람직하게, 상기 유동 반전 수단은 상기 메인 입구내로의 프로세스 용제의 유동을 개방 및 차단하기 위한 프로세스 용제 입구 밸브 수단과, 하류 방향에서 상기 메인 출구를 빠져나가는 프로세스 용제의 유동을 개방 및 차단하기 위한 프로세스 용제 출구 밸브 수단과; 상기 메인 출구내로의 플러시 용제의 유동을 개방 및 차단하기 위한 플러시 용제 입구 밸브 수단과, 상기 메인 입구를 빠져나가는 플러시 용제의 유동을 개방 및 차단하기 위한 플러시 용제 출구 밸브 수단을 포함한다.

따라서, 셀의 뱅크를 통한 각 프로세스 및 플러시 용제 유동의 제어는 메인 입구 및 메인 출구와, 프로세스 및 플러시 용제의 각각과 관련된 한 세트의 밸브에 의해 성취될 수 있다. 이것은 다수의 셀을 구비하는 뱅크를 위한 매우 간단한 재순환 및 밸브 장치가 되게 한다. 이것은 각 셀을 위한 별개의 밸브 장치를 구비하는 것보다 간단하게 한다.

뱅크는 예를 들면 단지 플러시 용제 또는 프로세스 용제가 한번에 뱅크를 통해 유동하게 하도록 밸브를 제어하기 위한 제어 수단을 더 포함할 수 있다. 많은 상이한 제어 수단이 이용될 수 있지만, PLC 제어기가 특히 유용하다.

밸브 수단의 제어는 수동 제어에 의한 것을 포함하는 다양한 방법으로 성취될 수 있다. PLC 제어기는 프로세스를 확실하게 제어하는데 이용될 수 있는 규격품 기구의 시험된 기구이다.

전형적으로, 뱅크는 이 뱅크내의 셀로부터 전기정련 프로세스에 의해 발생된가스를 벤트시키기 위한 수단을 더 포함한다. 전형적으로, 벤트 수단은 메인 출구에 작동식으로 결합된 벤트를 포함한다.

벤트는 시중의 플랜트에서 전기정련 프로세스에 의해 발생된 가스를 제거하기 위해 중요한 것이다. 셀의 각각의 출구에 작동식으로 결합된 메인 출구를 제공함으로써, 단일 벤트는 뱅크내의 모든 셀을 벤트시키는데 사용될 수 있다. 이것은 각 셀을 위한 벤트를 구비하는 것보다 간단하고 저렴하게 한다.

바람직하게, 메인 입구는 셀의 각각의 하부 단부에 인접해 있고, 메인 출구는 셀의 상부 단부에 인접해 있다. 본래, 메인 입구 및 출구는 필요할 대 파이프의 길이를 감소시키도록 위치될 것이다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 용제로부터 금속을 전기정련하기 위한 전기정련 셀을 작동시키는 방법이 제공으로, 상기 셀은 이격된 입구 및 출구와 애노드를 둘러싸는 실질적으로 원통형 캐소드를 구비하며 애노드와 캐소드 사이에 유동 통로가 규정되는, 전기정련 셀 작동 방법에 있어서,

입구로부터 출구까지 유동 통로를 통해 금속 함유 프로세스 용제를 통과시키는 동시에 캐소드 및 애노드에 걸쳐서 전압이 가해져서 캐소드상의 용제로부터 미립자 금속을 침착시키는 단계와,

셀을 통해 용제의 유동을 주기적으로 차단하고, 셀을 통해 반대 방향으로 플러시 용제를 통과시키며, 플러시 용제는 캐소드로부터 금속 분말을 제거하고, 금속 분말을 셀에서 세정하고 플랜트의 금속 회수부내로 유입시키는 단계를 포함하는 전기정련 셀 작동 방법이 제공된다.

이 방법은 예를 들면 금속의 금속 회수부에서와 같이 플러시 용제로부터 미립자 금속을 회수하는 단계를 더 포함할 수 있다.

유리하게, 이 방법은 미립자 또는 분말 금속이 셀로부터 제거되는 경우 플러시 용제의 유동을 차단하고, 구리를 더 도금하도록 셀을 통해 용제의 정상 유동으로 복원하는 단계를 더 포함한다.

이 방법은 셀을 통해 프로세스 용제를 펌핑하는 1시간 내지 6시간, 전형적으로 셀을 통해 프로세스 용제를 통과시키는 2.5시간 내지 4.5시간후에 셀을 플러시 시키는 단계를 포함한다. 전형적으로, 플러시 용제는 15초 내지 30초, 바람직하게 20초 내지 25초 동안 셀을 통해 통과된다.

바람직하게, 프로세스 용제는 1,000리터/시간 내지 3,500리터/시간, 바람직하게 2,000리터/시간 내지 3,000리터/시간의 유속에서 셀을 통해 통과되며, 플러시 용제는 6,000리터/시간 내지 10,000리터/시간, 바람직하게 7,000리터/시간 내지 9,000리터/시간의 유속에서 셀을 통해 펌핑된다.

전형적으로, 플러시 용제는 프로세스 용제보다 높은 압력에서 셀을 통해 펌핑된다. 이러한 보다 높은 압력은 캐소드로부터 금속 분말을 제거하는데 도움을 준다.

정상 작동 동안에 전형적인 셀에 있어서, 금속 함유 프로세스 용제는 입구로부터 출구까지 셀에서 이동되며, 플러시 용제는 반대 방향에서 출구로부터 입구까지 셀 아래로 이동된다. 이러한 방법에서 캐소드로부터 분말 금속을 제거하고, 분말 금속을 셀에서 세정하는데는 중력이 도움에 의해 도움을 받는다.

또한, 이 방법은 캐소드상에 도금될 수 있는 모든 도금 및 다른 고체 수지결정상 등을 제거하기 위해서 유동 통로를 통해서 기계적인 클리너를 주기적으로 통과시키는 단계를 포함한다.

또한, 이 방법은 프로세스 용제의 유동이 차단된 후에 그리고 플러시 용제의 유동이 개시되기 전에 셀의 유동 통로를 통해 공기 거품과 같은 거품을 통과시켜서 캐소드로부터 분말 금속을 제거하는데 도움을 주는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 또다른 실시예에 따르면, 본 발명의 제 2 실시예를 참조하여 상술한 바와 같이 셀의 다수의 뱅크를 포함하는 전기정련 플랜트를 제공하며, 뱅크는 작동식으로 함께 결합되어, 전기정련할 금속을 함유하는 프로세스 용제가 뱅크의 각각을 통해 직렬로 통과되게 할 수 있다.

전형적으로, 플러시 용제는 셀의 뱅크를 통해 반대 방향으로 통과된다.

전형적으로, 플러시 용제는 단지 셀의 단일 뱅크를 통해 모두 한번에 통과된다. 플러시 용제는 모든 뱅크를 통해 반대 방향으로 직렬로 통과되지 않는다.

플랜트는 직렬로 된 셀의 적어도 3개 뱅크를 포함할 수 있다. 모든 특정 적용을 위해서 뱅크의 정확한 개수는 프로세스 용제의 최초 등급, 제품 용제의 목표 등급 뿐만 아니라 셀내의 전류 밀도에 따라 좌우될 것이다.

전형적으로, 단지 셀의 하나의 뱅크는 프로세스 용제의 유동이 모두 한번에 플러시 시키기 위해 차단된다. 이 방법에서 플랜트를 통해 프로세스 용제의 유동은 연속적일 필요가 있으며, 셀의 단지 하나의 뱅크가 모두 한번에 플러시 시키기 위한 제조를 실행한다.

본 발명은 금속을 함유한 용제로부터 금속을 전기정련(electrowinning)하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 도금된 금속과 별개로서 분말 형태와 같은 미립자 금속의 제조와 관련이 있다.

특히, 본 발명은 예를 들면 광산과 광물 처리소에서 종종 발견되는 것과 같은 저등급 구리 용제와 같은 구리 함유 용제로부터 분말 형태의 구리를 전기정련하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이지만 이것으로만 제한되지 않으며, 이후에는 이러한 예시적인 출원을 참조하여 본 발명을 설명한다. 그러나, 이것은 은, 니켈, 코발트 및 주석과 같은 다른 금속에도 적용될 수 있다.

도 1은 정상 프로세스 유동 상태에서의 본 발명에 따른 셀의 정면 단면도,

도 2는 플러시 유동 상태에서의 도 1의 셀의 정면 단면도,

도 3은 서로 작동식으로 결합된 도 1의 셀의 뱅크의 정면도,

도 4는 도 3의 셀의 다수의 뱅크의 프로세스 흐름도.

본 발명에 따른 장치 및 방법은 다양한 형태로 그 자체가 변경될 수 있다. 이후에는 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 몇몇 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 이들 도면의 용도는 본 발명의 기술 분야에 숙련된 자들에게 본 발명을 어떻게 실제적으로 실시하는가를 알려주기 위한 것이다. 그러나, 이러한 설명의 특정 본질은 전술한 설명의 원칙을 대신하는 것은 아니다.

도 1 및 도 2에서 참조부호(1)는 본 발명에 따른 셀을 가리킨다.

일반적으로 셀(1)은 하우징(2)을 포함하며, 이 하우징(2)은 그 하단부에 입구(3)와 그 상단부에 출구(4)를 구비하고 있다. 셀(1)은 축방향으로 연장되는 애노드(6)와, 애노드(6)로부터 반경방향으로 멀리 이격된 캐소드(7)를 더 포함한다. 애노드(6)와 캐소드(7) 사이에는 유동 통로(8)가 규정되어 있으며, 상기 유동 통로(8)를 통해서 프로세스 용제가 입구(3)로부터 출구(4)까지 통과된다. 또한, 셀은 애노드(6)와 캐소드(7) 사이에서 셀을 가로질러 전위차를 가하기 위한 전력및 전기 회로를 포함한다. 사용시에, 셀은 도 1에 도시된 프로세스 유동 상태와 도 2에 도시된 플러시 유동 상태 사이에서 교대된다.

일반적으로 하우징(2)은 예를 들면 스테인레스강으로 제조된 길다란 원형 원통형 본체(10)와, 상기 원통형 본체(10)의 각 단부에 장착된 것으로 예를 들면 엔지니어링 플라스틱 재료로 제조된 단부 캡(11, 12)을 포함한다. 전형적으로, 단부 캡(11, 12)은 반드시 필요하지는 않지만 본체(10)에 영구적으로 장착된다. 도시된 실시예에 있어서, 본체의 단부는 플랜지가 붙어 있고, 단부 캡은 플랜지와 단부 캡을 통해 통과하는 볼트에 의해 본체에 장착된다.

바람직한 형태에 있어서, 본체(10)는 6인치(152.4㎜) 또는 8인치(203.2㎜)의 직경을 갖고 있다. 축방향으로 연장되는 입구(3)는 하우징(2)의 바닥 단부 캡(12)내에 규정되며, 상기 캡(12)은 하우징(2)내로 축방향으로 프로세스 용제를 배향한다. 도시된 실시예에 있어서, 입구의 정확한 위치가 필수적인 것은 아니지만 입구(3)는 편심되어 위치된다.

전형적으로, 입구(3) 및 출구(4)의 직경은 35㎜ 내지 40㎜이다. 이것은 정상 프로세스 유동 상태 동안에 셀을 통해 약 1,000리터/시간 내지 3,500리터/시간 그리고 플러시 유동 상태 동안에 6,000리터/시간 내지 10,000리터/시간의 유속을 용이하게 한다.

출구(4)는 입구(3)와 유사한 형태로 하우징의 상부 단부 캡(11)으로부터 축방향으로 멀리 연장된다. 그러나, 출구(4)는 도시된 바와 같이 중심에 위치된다. 분말 금속이 셀로부터 플러시될 때, 출구(4)는 플러시 용제를 위한 입구로서 작용하며, 입구(3)는 이하에 상세하게 설명하는 바와 같이 플러시 용제를 위한 출구로서 작용한다.

캐소드(7)는 상술한 바와 같이 전기 전도성 재료로 제조된 본체(10)의 벽에 의해 형성된다.

유사하게, 애노드(6)는 이 애노드(6)와 캐소드(7) 사이에 비교적 작은 갭 및 유동 통로(8)를 형성하는 크기로 된 원통형이다. 전형적으로, 유동 통로의 폭은 10㎜ 내지 15㎜ 정도이다. 따라서, 캐소드와 애노드 사이의 직경의 차이는 전형적으로 약 1인치(25.4㎜)이다. 도시된 실시예에 있어서, 애노드(6)의 직경은 7인치이며, 캐소드(7)의 직경은 8인치이다.

애노드(6)는 하우징(2)의 하부 단부 캡(12)을 통해 돌출되는 지지 부재(15)에 의해 지지된다. 지지 부재(15)는 입구(3)가 편심되게 실질적으로 중앙에 위치된다. 부재(15)는 단부 캡(12) 및 애노드(6) 양자에 부착되어 애노드를 캐소드와 적당히 수직 위치에 지지한다.

물론, 애노드(6)의 상부 및 하부 단부(18, 19)는 애노드(6) 둘레의 용제를 유동 통로(8)내로 배향하도록 폐쇄된다. 애노드(6)의 상부 단부는 애노드(6) 둘레로 그리고 유동 통로(8)를 통해 하우징(2)에 들어가는 플러시 용제를 배향하기 위한 원뿔형 유동 형성부(20)를 포함한다.

단부 캡(11, 12)은 입구(3) 및 출구(4)를 캐소드(7) 및 애노드(6)의 단부로부터 축방향으로 멀리 이격시킨다. 이것은 입구(3) 및 출구(4)에 인접한 챔버(21, 22)를 규정한다. 도시된 실시예에 있어서, 챔버(22)는 단부 캡(12)의 측면으로부터 입구(3)쪽으로 내측으로 경사진 유동 표면(23)을 구비한다. 이것은 분말 금속이 캐소드(7)에서 플러시될 때 입구(3)쪽으로 분말 금속을 안내 또는 배향하는데 도움을 준다.

프로세스 유동 상태에서, Cu 이온을 전기정련시키기 위한 금속 이온을 함유한 프로세스 용제는 도 1에 도시된 바와 같이 입구(3)로부터 출구(4)까지 셀을 통해 상방으로 통과된다. 프로세스 용제가 유동 통로(8)를 통해 통과되는 동안에, 캐소드(7)로부터 애노드(6)까지 유동 통로에 걸쳐서 전압이 가해진다. 이것은 예를 들면 금속 입자 또는 금속 분말의 형태와 같은 침착된 금속이 캐소드(7)상에 침착되게 한다. 몇 시간후에, 고체 구리가 유동 통로(8)를 적어도 부분적으로 폐색하는 경우에, 셀(1)을 통과하는 프로세스 용제의 유동이 차단된다.

셀은 분말 금속이 캐소드상에 침착되게 촉진한다. 도금 금속과 별개로서의 분말의 형성은 유동 통로내의 난류에 의해 중진되고, 프로세스 용제의 유속을 감소시키고, 이에 의해 본 출원인의 종래 기술의 셀과 비교할 때 캐소드상에서의 용제의 속도를 감소시키고, 전류 밀도를 감소시키고, 전류 밀도를 감소시키고, 비교적 낮은 긍급 용제를 처리할 수 있게 된다. 특정 프로세스 파라미터는 프로세스 용제의 등급에 따라서 좌우되는 분말 금속의 형성을 야기시킬 것이다.

금속과 보다 유사한 용제내의 금속의 등급을 보다 낮추면 분말을 생성할 것이다. 또한, 셀 및 전류 밀도를 통해 유체의 속도를 보다 낮추면 보다 유사한 용제는 도금 금속과 별개로서의 분말 금속을 생성할 것이다. 또한, 플러그 유동과 별개로서의 셀을 통한 난류는 분말의 형성을 또한 촉진시킨다.

그후에, 플러시 용제의 유동은 출구(4)로부터 입구(3)까지 반대방향 또는 하방향으로 이뤄진다. 중력에 의해 도움을 받는 플러시 용제는 캐소드(7)상에 침착된 분말 금속을 이동시키고, 이 분말 금속은 캐소드(7)를 입구(3)쪽으로 하방으로 변위시킨다. 입구(3)는 플러시 유동 상태에서 출구로서 작용한다.

단부 캡(12)에 의해 규정된 챔버의 테이퍼진 벽은 출구(3)쪽으로 그리고 출구(3)를 통해 분말 금속을 안내하는데 도움을 준다. 플러시 용제의 압력은 플러시 프로세스에 도움을 주도록 프로세스 용제의 압력보다 통상적으로 높다.

전형적으로 입구(3)로부터의 분말 금속은 예를 들면 중력 배수시에 플러시 용제에 의해서 하류 수집 또는 다른 처리 지점으로 운반된다.

플러시 유동 상태는 20초 내지 25초 동안 통상 실행되지만, 이러한 특정 시간은 중요한 것이 아니다. 금속이 셀로부터 플러시된 후에, 플러시 용제의 유동은 차단되며, 프로세스 용제의 유동은 회수된다.

도 3에서, 참조부호(30)는 일괄적으로 셀의 뱅크를 가리킨다. 셀의 각각은 도 1 및 도 2를 참조하여 상술한 바와 같다. 따라서, 도 1 및 도 2에서의 셀의 구성요소는 동일한 참조부호를 사용했다.

셀의 각 뱅크(30)는 평행하게 연결된 전형적으로 5개 내지 20개의 다수의 셀(1)을 포함한다. 메인 입구(32)는 셀(1)의 각각의 입구(3)에 작동식으로 연결되고, 메인 출구(34)는 셀(1)의 각각의 출구(4)에 작동식으로 연결된다.

프로세스 용제 입구 도관(36)은 메인 입구(32)에 작동식으로 연결된다. 유사하게, 프로세스 용제 출구 도관(38)은 메인 출구(34)에 작동식으로 또한 연결된다. 프로세스 용제 입구 및 출구 밸브(40, 41)는 메인 입구 및 출구(32, 34)를 통한 프로세스 용제의 유동을 개방 및 차단하기 위해 제공된다.

대응적으로, 메인 출구(34)는 플러시 용제 입구 도관(42)에 연결되고, 메인 입구(32)는 플러시 용제 출구 도관(43)에 연결된다. 전형적으로, 이것은 침전 원뿔체로 안내되는 중력 배수이다. 또한, 이들 도관은 밸브(40, 41)와 유사한 밸브(44, 45)와 결합된다.

또한, 뱅크(30)는 메인 출구(34)의 상부 영역으로부터 돌출되는 공압 밸브를 포함하는 라이저(46)의 형태인 가스 벤트 수단을 포함한다. 이것은 필요할 때 전기정련 프로세스에 의해 발생된 가스를 프로세스로부터 배기시킬 수 있다. 또한, 이것은 셀의 전체 뱅크(30)를 위한 단일 벤트를 구비함으로써 효율적으로 성취될 수 있게 한다.

전형적으로, 밸브(40, 41, 44, 45)는 공압 밸브이지만, 다른 밸브가 또한 이용될 수 있다.

또한, 뱅크(30)는 프로세스 유동 상태와 플러시 유동 상태 사이에서 뱅크를 변경시키기 위해서 밸브를 개방 및 폐쇄하기 위한 PLC 제어기의 형태인 제어 수단을 포함한다. 각 프로세스 유동 사이클은 1시간 내지 3시간, 예를 들면 2시간에 종료되고, 각 플러시 유동 사이클은 20초 내지 25초에 종료된다.

사용시에, 프로세스 용제는 밸브(40)를 통과해 도관(36)을 통해서 메인 입구(32)내로 통과된다. 다음에 이 용제는 셀(1)의 각각을 통해서 평행하게 유동한다. 셀을 통해 통과되는 동안에, 금속은 도 1 및 도 2를 참조하여 상술한 바와같이 용제로부터 전기정련된다. 다음에, 용제는 출구(4)를 통해 셀(1)을 빠져나가고, 메인 출구(34)내로 통과되어, 거기에서부터 도관(38)으로 배출된다. 여기로부터 용제는 셀의 다음 뱅크로 통과된다.

뱅크가 프로세스 유동 상태로부터 플러시 유동 상태로 변경되는 경우에, 밸브(40, 41)는 폐쇄되고, 밸브(44, 45)는 개방된다. 이것은 프로세스 용제를 차단하고, 플러시 용제가 셀을 통해 반대방향으로 유동하게 한다.

상술한 셀의 뱅크의 이점은 비교적 간단한 밸브 시스템을 제공한다는 것이다. 셀의 전체 뱅크는 개별 셀을 통한 유동을 역전시키기 위한 단지 4개의 밸브만을 구비한다. 이것은 프로세스가 보다 신뢰성있게 하고 유지가 자유롭게 한다. 또한, 가격이 저렴해진다. 또한, 단일 가스 벤트가 셀의 전체 뱅크를 위해 이용된다.

도 4는 셀의 다수의 뱅크를 포함하는 플랜트의 흐름도를 도시한 것이다. 각 뱅크는 도 3을 참조하여 상술한 것과 같다. 따라서, 도 1 내지 도 3에서와 동일한 구성요소에는 동일한 참조부호를 사용했다.

각 뱅크(30)내의 개별 셀은 평행하게 연결되고, 각 셀(1)의 입구(3) 및 출구(4)는 메인 입구(32) 및 메인 출구(34)에 각각 직접 연결된다. 다음에, 셀의 뱅크는 직렬로 연결된다. 따라서, 금속 이온을 함유한 프로세스 용제는 각 뱅크를 통해 통과된다. 금속 이온은 셀의 각 뱅크를 통해 통과될 때 용제로부터 점진적으로 벗겨진다. 따라서, 모든 플랜트에서 사용된 셀의 뱅크의 전체 개수는 공급 용제의 최초 등급, 제거하고자 하는 금속의 양 및 최종 제품 용제의 목표 등급에 따라서 좌우된다.

셀의 단지 하나의 뱅크만이 한번에 플러시된다. 이것은 플러시되는 셀의 뱅크를 단순히 바이패스시킴으로써 용제와 함께 플랜트를 통해서 프로세스 용제의 연속적인 유동이 가능하게 한다. 뱅크는 평행한 셀을 통해 반대방향으로 플러시 용제를 통과시킴으로써 플러시된다. 플러시 용제 및 부유동반된 금속 분말은 메인 입구에 수집되며, 다음에 중력에 의해 침전 탱크로 이동된다.

상술한 셀의 주 이점은 구리 튜브와 별개로서 용이하게 취급할 수 있는 금속 분말을 생성한다는 것이다. 또한, 금속 분말은 수동 취급이 아닌 프로세스 장치에 의해 자동적으로 형성되게 한다. 종래 기술의 셀에 있어서는 셀을 주기적으로 개방하여 구리의 대형 튜브를 제거하고, 다음에 셀을 폐쇄하여 프로세스를 재개해야 한다. 상술한 프로세스는 본 출원인이 알고 있는 단지 비침습성 자동 전기정련이다. 이들 특성의 결과, 대형 산업 플랜트에 실시 및 적용가능하다.

상술한 셀의 이점은 비교적 효율적으로 분말 금속을 생성할 수 있다. 캐소드 애노드 갭이 비교적 좁기 때문에, 전류 밀도가 소정의 전압에 있어서 보다 높게 되어, 금속 제품의 양품률이 보다 높아지게 한다.

상술한 플랜트의 다른 이점은 단일 메인 입구 및 단일 메인 출구와, 한 세트의 밸브가 이용되어, 분말 금속을 제조하기 위해서 셀의 플러시를 제어할 수 있다는 것이다.

물론, 상술한 것은 본 발명의 도시된 예로만 주어진 것이며, 본 발명에 대한 모든 변경 및 수정이 설명된 본 발명의 정신 및 영역을 벗어남이 없이 본 기술 분야에 숙련된 자들에 의해 이뤄질 수 있다.

Claims (31)

1. 용제로부터 분말 형태의 금속을 전기정련하기 위한 셀에 있어서,

   일 단부쪽에 입구를 그리고 대향 단부쪽에 출구를 구비하는 하우징과,

   상기 하우징을 통해 실질적으로 축방향으로 연장되는 애노드와,

   상기 애노드로부터 외측으로 멀리 이격되어 상기 애노드를 둘러싸는 캐소드로서, 상기 애노드와 상기 캐소드 사이에 5㎜ 내지 25㎜의 갭의 유동 통로를 규정하는, 상기 캐소드와,

   상기 애노드와 상기 캐소드 사이에 전위차를 가하기 위한 수단을 포함하는

   금속 전기정련 셀.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 애노드 및 상기 캐소드가 실질적으로 원통형인

   금속 전기정련 셀.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 캐소드가 상기 하우징의 벽에 의해 형성되거나, 상기 하우징의 벽에 인접해 위치된 슬리브에 의해 형성되는

   금속 전기정련 셀.
4. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서,

   상기 애노드와 상기 캐소드 사이의 갭이 10㎜ 내지 15㎜인

   금속 전기정련 셀.
5. 제 1 항 내지 제 4 항중 어느 한 항에 있어서,

   상기 셀중 일 단부가 비교적 상부 배향이며, 상기 셀의 대향 단부가 사용시에 비교적 하부 배향이며, 상기 입구는 상기 하부 단부에 또는 이에 인접해 위치되며, 상기 출구는 상기 상부 단부에 또는 이에 인접해 위치되는

   금속 전기정련 셀.
6. 제 1 항 내지 제 5 항중 어느 한 항에 있어서,

   상기 입구는 용제를 상기 셀내로 실질적으로 축방향으로 배향시키는

   금속 전기정련 셀.
7. 제 1 항 내지 제 6 항중 어느 한 항에 있어서,

   상기 출구는 반대 방향에서 상기 셀내로 통과되는 플러시 유체가 상기 셀내로 축방향으로 향하도록 배향되는

   금속 전기정련 셀.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 입구는 상기 셀의 상기 일 단부에 규정되며, 상기 출구는 상기 셀의 상기 대향 단부에 규정되는

   금속 전기정련 셀.
9. 제 8 항에 있어서,

   상기 셀이 플러시 사이클 동안에 상기 캐소드를 세정하는 분말을 입구쪽으로 안내하기 위한 수단을 더 포함하며, 이 수단을 통해서 상기 셀로부터 분말이 배수되는

   금속 전기정련 셀.
10. 제 9 항에 있어서,

    상기 분말 안내 수단이 상기 하우징의 경사진 내부 표면에 의해 형성되는

    금속 전기정련 셀.
11. 제 1 항 내지 제 10 항중 어느 한 항에 있어서,

    미립자 금속을 위한 상기 애노드와 상기 캐소드 사이의 유동 통로를 물리적으로 세정하기 위한 세정 수단을 더 포함하며, 상기 세정 수단은 상기 유동 통로를 따라 물리적으로 이동되는 기계적 클리너를 포함하는

    금속 전기정련 셀.
12. 제 1 항 내지 제 11 항중 어느 한 항에 있어서,

    상기 애노드의 단부는 애노드 둘레에 그리고 환형 유동 통로를 통해 유체를 배향하도록 폐쇄되는

    금속 전기정련 셀.
13. 제 12 항에 있어서,

    상기 하우징내의 애노드를 지지하기 위한 지지부를 더 포함하는

    금속 전기정련 셀.
14. 제 13 항에 있어서,

    상기 지지부가 상기 하우징의 일 단부에 장착되고 하우징내로 실질적으로 축방향으로 돌출되는 지지 부재를 포함하며, 상기 지지 부재는 애노드를 지지하는

    금속 전기정련 셀.
15. 제 12 항 내지 제 14 항중 어느 한 항에 있어서,

    상기 출구를 통해 셀에 들어가는 플러시 용제를 상기 캐소드와 상기 애노드 사이의 유동 통로쪽으로 배향하기 위한 대체로 원뿔형 구성을 가진 유동 형성부를 더 포함하는

    금속 전기정련 셀.
16. 제 1 항 내지 제 15 항중 어느 한 항에 있어서,

    상기 하우징이 스테인레스강의 원통형 본체와, 비전도성 재료의 단부 캡을 포함하며, 상기 단부 캡의 각각은 상기 캐소드 및 애노드의 축방향 외측에 챔버를 규정하는

    금속 전기정련 셀.
17. 제 16 항에 있어서,

    상기 캐소드의 직경은 7.5인치(190.5㎜) 내지 8.5인치(215.9㎜)이며, 상기 애노드의 직경은 6.5인치(165.1㎜) 내지 7.5인치(190.5㎜)이며, 상기 애노드와 캐소드의 직경의 차이는 0.5인치(12.7㎜) 내지 1.5인치(38.1㎜)인

    금속 전기정련 셀.
18. 제 1 항 내지 제 17 항중 어느 한 항에 있어서,

    상기 캐소드와 애노드 사이의 유동 통로를 통해 상방으로 가스를 거품화시키기 위한 것으로 캐소드로부터 금속 분말을 제거하는데 도움을 주는 수단을 더 포함하는

    금속 전기정련 셀.
19. 제 1 항 내지 제 18 항중 어느 한 항에 있어서,

    상기 하우징이 실질적으로 수직으로 연장되어 있으며, 상기 입구가 상기 셀의 바닥 단부내에 규정되며, 상기 출구가 상기 셀의 상부 단부내에 규정되며, 상기 캐소드 및 애노드가 그 사이에 10㎜ 내지 15㎜의 갭을 규정하는

    금속 전기정련 셀.
20. 셀의 뱅크에 있어서,

    평행하게 배열된 것으로 청구항 1에 규정된 바와 같은 다수의 셀과,

    상기 셀을 통해 프로세스 용제를 평행하게 배향하기 위해 뱅크내의 셀의 각각의 입구에 직접 연결된 메인 입구와,

    프로세스 용제를 상기 셀로부터 멀리 배향하기 위해 상기 셀의 각각의 출구에 직접 연결된 메인 출구와,

    필요할 때 상기 셀의 뱅크를 통해 프로세스 용제의 유동을 차단하고, 다음에 상기 메인 출구를 통과하고 뱅크의 셀의 각각을 통해서 그리고 메인 입구를 통해 반대 방향으로 플러시 용제를 통과시키기 위한 수단을 포함하는

    셀의 뱅크.
21. 제 20 항에 있어서,

    상기 유동 반전 수단은 상기 메인 입구내로의 프로세스 용제의 유동을 개방 및 차단하기 위한 프로세스 용제 입구 밸브 수단과, 하류 방향에서 상기 메인 출구를 빠져나가는 프로세스 용제의 유동을 개방 및 차단하기 위한 프로세스 용제 출구 밸브 수단을 포함하는

    셀의 뱅크.
22. 제 21 항에 있어서,

    상기 유동 반전 수단은 상기 메인 출구내로의 플러시 용제의 유동을 개방 및 차단하기 위한 플러시 용제 입구 밸브 수단과, 상기 메인 입구를 빠져나가는 플러시 용제의 유동을 개방 및 차단하기 위한 플러시 용제 출구 밸브 수단을 포함하는

    셀의 뱅크.
23. 제 22 항에 있어서,

    상기 프로세스 용제 입구 밸브 수단 및 출구 밸브 수단과, 상기 플러시 용제 입구 밸브 수단 및 출구 밸브 수단의 개방 및 차단을 각기 제어하기 위한 제어 수단을 더 포함하는

    셀의 뱅크.
24. 제 23 항에 있어서,

    상기 제어 수단이, 상기 프로세스 용제 입구 및 출구 밸브 수단이 폐쇄되는 경우에만 상기 플러시 용제 입구 및 출구 밸브 수단을 개방시키는

    셀의 뱅크.
25. 제 24 항에 있어서,

    상기 제어 수단이, 상기 플러시 용제 입구 및 출구 밸브 수단이 폐쇄되는 경우에만 상기 프로세스 용제 입구 및 출구 밸브 수단을 개방시키는

    셀의 뱅크.
26. 제 23 항 내지 제 25 항중 어느 한 항에 있어서,

    상기 제어 수단이 PLC 제어기인

    셀의 뱅크.
27. 제 20 항 내지 제 27 항중 어느 한 항에 있어서,

    상기 뱅크의 셀의 각각으로부터 가스를 밴트시키기 위한 수단을 더 포함하는

    셀의 뱅크.
28. 제 27 항에 있어서,

    상기 가스 벤트 수단이 상기 메인 출구에 작동식으로 결합된 벤트를 포함하는

    셀의 뱅크.
29. 제 20 항 내지 제 28 항중 어느 한 항에 있어서,

    상기 메인 입구가 상기 셀의 각각의 하부 단부에 인접 또는 이에 근접하여 위치된

    셀의 뱅크.
30. 제 29 항에 있어서,

    상기 메인 출구가 상기 셀의 상부 단부에 인접 또는 이에 근접하여 위치된

    셀의 뱅크.
31. 제 30 항에 있어서,

    상기 메인 입구가 상기 셀의 하부 단부의 실질적으로 바로 아래에서 짧은 거리로 이격되어 있으며, 상기 메인 출구는 상기 셀의 각각의 상부 단부의 바로 위에서 짧은 거리로 이격되어 있는

    셀의 뱅크.