KR910010149B1 - 전기야금 공정용 전극 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

전기야금 공정용 전극

[발명의 상세한 설명]

[발명의 배경]

본 발명은 전극 및, 그 전극을 전기야금 공정에 사용하는 것에 관한 것이다.

전기정련, 전해추출, 전기성형등과 같은 전기야금 공정에서는 당분야에 잘 알려져 있는 바와 같이 전극을 사용한다. 본 발명은 그러한 공정에 적용될 수 있는 전극 구조중 하나를 개시하고 있으나, 하기의 설명은 주로 구리의 전기정련에 관한 것이다.

일반적으로, 구리의 전기정련은, 용융 및 주조에 의해 거친구리(blister copper)의 양극을 형성시킨 후, 제조 전해조내의 순수한 구리의 제조 개시용 박판상에 불순한 양극으로부터 1-2주간에 걸쳐 구리를 전착시키는 것으로 구성된다. 그 다음, 순수한 구리의 음극 생성물을 융용 및 가용하여 와이어, 봉, 빌릿(billet)등과 같은 소망의 형태로 성형한다. 당분야에 통상의 지식을 가진 자라면 알 수 있는 바와 같이, 거친구리의 양극은 약 98%의 구리 및 소량의 불순물을 함유하는 반면에, 출발 재료로서의 박판 또는 최종 제품 형태로 음극에 전착된 순수한 구리는 약 99.99%의 구리를 함유한다.

전착 개시용 재료로서의 박판은 주로 약 0.5-0.7㎜의 두께를 갖는 순수 구리의 박판이며, 특수한 스트립퍼 전해조내에서 불순 양극(통상 ″스트립퍼 양극(Stripper anode)″으로 불림)으로부터 전착 개시용 소재상에 구리를 24시간 전착시킴으로써 제조되는 것이 일반적이다. 전착 개시용 소재는 각종 금속, 예컨대 구리와 스테인리스강 및 티탄으로 만들어질 수 있으며, 전착 방법은, 전착된 얇은 구리로된 전착 개시용 박판을 전착 개시용 소재로부터 매일 빼내고 박리시키는 것을 제외하고는, 순수 구리 음극 제조용 전해조의 조작 방법과 동일하다. 전착 개시용 박판의 최종 제조는, 소재로부터의 박리, 세척, 직선화 및 보강, 원하는 크기로의 가장자리 다듬질, 제조 전해조내 지지를 위한 절단된 전착 개시용 박판의 루우프의 부착단계들로 구성될 수 있다. 어떤 공정에서는 장기간에 걸쳐 구리를 전착 개시용 소재상에 석출시켜 구리 음극 생성물을 제조하는데, 이 생성물은 소재로부터 박리된 다음, 용융되고, 원하는 최종형태로 가공된다. 석출물은 보통 2㎜이상이다.

그러나 유감스럽게도, 전착 개시용 박판의 제조는 전기정련 공업에 있어서 계속 문제시되고 있는데, 그이유는, 요구되는 품질 기준이 높아 공정에서의 스크랩(scrap) 비율이 크게 되기 때문이다. 첫재, 전착 개시용 박판은 전착조의 크기에 따라 제한받는 일정한 크기를 갖는 것이 보통이며, 양극의 제조 및 전착후 남는 양극 스크랩의 재생을 위한 에너지와 노동력에 많은 비용이 들기 때문에 양극이 최적의 크기를 가지는 것이 공업적으로 중요하다. 그러나, 양극은 전착 개시용 소재를 사실상 완전하고 균일하게 피복하여야 하기 때문에, 공업상의 문제는 전기 정련 비용을 최소로 하기 위하여 양극의 크기와 전착 개시용 소재의 크기를 상호관련 시키는 것이었다.

따라서, 구리가 전착 개시용 소재의 표면상에 완전 석출되지 않으면, 그 소재는 손상을 받을 수 있고, 전착 개시용 박판은 음극 제조에 적합치 않게된다. 또한, 전착 개시용 소재에 석출하는 석출물의 두께가 부분적으로 과대한 경우에는, 박판의 박리가 더 어려워지고 그의 최종 크기로 그 박판의 가장자리 다듬질을 할 수 없게 된다. 상기한 적합치못한 박판의 처분을 위해서 더 많은 에너지와 인적자원이 필요하며 그로인해 전기 정련비용이 상당히 증가한다.

이러한 문제를 극복하고 전기정련 비용을 감소시키기 위해, 공업계에서는 전착 개시용 소재보다 약간 작은 치수의 양극을 몇 년에 걸쳐 개발하여왔다. 예를들어, 그 양극의 크기는 전착 개시용 소재 크기의 약 80-98%, 예를들어 90-95% 정도인 것이 보통이다. 따라서, 전착 개시용 소재의 나비가 25.4㎝(10인치), 높이가 50.8㎝(20인치)일 경우, 양극의 나비는 약 22.86㎝(9인치), 높이는 45.72㎝(18인치)로 된다. 그러나, 이들 양극은 전술한 바와 같이 완전히 적합한 것이 아니며, 크기를 증가 또는 감소시킴으로써 양극구조를 수정하는 시도도 그의 성공율이 제한적이었다.

[도면의 간단한 설명]

도면은 본 발명의 바람직한 전극의 정면도이다.

[발명의 요약]

금속양극으로부터 음극에의 금속 전착은, 연속 평면 형태를 가지며 상면, 바닥 및 두 개의 수직면을 갖고, 각 수직면에 인접하여 바닥으로부터 연장하는 별개의 분리된 두 개의 다리가 있는 금속체로 구성된 전극을 사용함으로써 달성되어 음극 표면을 비교적 균일하고 완전하게 피복할 수 있다는 것이 발견되었다. 본 발명은 구리로된 전착 개시용 박판 또는 음극 구리 생성물 제조를 위해 전착 개시용 소재에 구리를 도금시키는데에 특히 양호하게 적용된다. 사용중, 구리 전극은 양극으로서 전해질에 침지되고, 24시간에 걸쳐 구리를 음극의 전착 개시용 소재에 전착시켜 전착 개시용 박판을 생산한 후, 구리 석출물을 매일 박리하고, 구리 양극이 소모될때까지 이 조작을 반복한다. 이와 동일한 과정이 박리전 석출시간을 길게(예를들어, 3일 정도)하여 음극 구리를 제조하는데에도 사용될 수 있다. 본 발명을 이용하면 양극이 소모되기전 유효 수명을 연장시킬 수 있고, 그로인해, 재용융될 전극 금속의 양이 감소된다.

[발명의 상세한 설명]

도면은, 연속 평면체(11)와 연장 다리(12)를 갖는 전극(10)을 나타낸다. 그 전극은 또한, 전극이 전해조에 침지될 때 지지체로서 역할을 하는 연장 아암(13)을 갖는 것이 바람직하다.

전극의 연속 평면체(11)와 연장 다리(12)는 음극 박판상에 전착된 금속으로 만들어진다. 구리, 니켈, 아연, 납등의 금속이 본 발명을 실시하는데에 적합하게 사용될 수 있다. 또한, 연장 아암(13)도 전극용 금속으로 사용되는 것과 동일한 금속으로 만들어지며, 전극은 통상적인 주조 공정에 따라 단일체로 주조되는 것이 일반적이다. 한가지 바람직한 구체예에서, 연장 아암들은 전극의 연속 평면체의 상부 가장자리 위에 배치되어 전해질 내에 침지되지 않는 양극 금속의 양을 최소화시키도록 하는데, 그 이유는 전착에 이용되지 않는 금속은 양극이 소모된 때 재용융 및 재주조되어야 하기 때문이다.

주조 공정에 있어서, 구리와 같은 금속이 용융된후, 래들(ladle)로부터, 바퀴의 원주상에 지탱된 일련의 고체 구리 주형내로 연속적으로 주입될 수 있다. 그 구리가 주입된 후, 주형이 냉각되고, 고화된 구리의 주조물이 주형에서 제거된다음, 속이 빈 주형이 ″주입 단계″로 복귀되며, 그러한 과정이 반복된다. 이형제로는 공지의 것이 사용될 수 있다.

전극의 두께는, 원하는 도금 수명 및 전해조 전극의 간격에 따라 매우 다양할 수 있다. 본 발명의 전극은 연장 다리를 갖지 않는 전극에 비해 더 긴 유효 도금 수명을 가지며, 생산되는 음극 생성물의 단위량당 요구되는 양극의 양을 감소시킴으로서 작동 비용을 낮출수 있다. 마찬가지로, 전극의 연속 평면체 및 연장 다리의 크기는, 전해조 탱크의 크기 및 전착 개시용 박판의 크기에 따라 제약되고 광범위하게 변경될 수 있다. 따라서, 전기 도금 분야에 통상의 지식을 가진자라면 잘 알 수 있는 바와같이, 전착 개시용 박판상에 완전하고 상실상 균일한 도금을 하기 위해서는 전극 평면체와 연장 다리의 크기를 원하는 전착 개시용 박판의 크기와 상관시키는 것이 중요하다(연장 다리의 사용은 양극의 전극이 상기의 균일하고 완전한 전착을 제공할 수 있게 한다).

본 발명의 전극은, 한정된 거리만큼 서로 분리되어 있고 각 수직면에 인접하여 바닥으로부터 연장하는 별개의 분리된 2개의 다리를 일체로 가진다. 바닥을 따라서 측정한 각 연장 다리의 치수는 바닥 치수의 약 35% 이내, 예를들어 25%이고, 바닥으로부터 밖으로 연장된 각 다리의 치수는 수직면 치수의 약 15% 이내, 예를 들어, 10%인 것이 바람직하다. 한가지 바람직한 전극에 있어서, 바닥을 따라서 측정한 각 연장 다리의 치수는 바닥 치수의 약 5 또는 10-20%이고, 바닥으로부터 밖으로 연장된 각 다리의 치수는 수직면 치수의 약 2-8%이다.

매우 바람직한 한가지 전극이 도면에 도시되어 있는데, 여기서, 각 다리는 치수가 같지 않은 2개의 평행한변(12a,12b)과 수직의 변 및, 상기 평행한 변들중 짧은 변(12a)과 둔각을 이루는 변을 갖는 4변형 금속형재(刑裁)로 되어 있다. 둔각의 크기는 여러 가지로 변할 수 있는데 예를들어 약 135°이상일 수 있고, 각이 약 120°이하, 예를들어 116°일때 우수한 결과가 얻어졌다.

본 발명은 또한, (a) 본 발명의 양극 구조물을 전해질내에 침지시키고, (b) 음극 구조물을 상기 전해질내에 침지시키고, (c) 양극과 음극 사이에 전류를 통과시킴으로써 음극 위에 금속을 전착시키고, (d) 전착된 금속을 음극으로부터 회수하는 것으로 이루어진, 전극을 이용한 전기 정련 방법을 제공한다.

또한, 전해조와, 연속 평면 형태를 갖는 음극과, 본 발명의 양극 구조물로 이루어지고, 음극과 양극 각각의 적어도 표면의 일부분이 전해조내에 침지되어 있는 전기 정련 장치도 제공된다.

당분야에 통상의 지식을 가진자가 본 발명을 보다 더 잘 이해할 수 있도록 다음과 같이 예시적인 실시예를 제시한다.

[실시예]

구리 40g/ℓ, H₂SO₄140g/ℓ 및 염화물 0.030g/ℓ의 조성을 갖는 황산구리 전해욕을 전해조내에 넣었다. 가장자리 부분이 도금되는 것을 방지하기 위하여 가장자리 스트립을 가지고 티탄으로된 전착 개시용 소재를 전해조내에 장치하고 음극으로서 전기회로에 연결시켰다. 전해욕에 침지된 전착 개시용 소재의 치수(가장자리 스트립은 제외)는 나비 96.52㎝×높이 104.14㎝이었다. 마찬가지로, 거친 구리의 스트립퍼 양극(stripper anode)을 전해욕내에 침지시킨 후 양극으로서 연결시켰다. 침지된 양극은 그 치수나 나비 약 87.63㎝×높이 99.06㎝이고, 각 수직면에 인접하여 바닥으로부터 연장하는 2개의 다리를 갖는데, 각 다리는 높이가 약 5.08㎝이고, 도면에 도시된 바와 같이 10.16㎝와 12.7㎝ 길이의 평행한 변들을 갖는다.

다음에, 약 24암페어/입방피이트(216암페어/㎠)의 전류 밀도에서 약 24시간에 걸쳐 구리를 전착 개시용 소재상에 도금시킨후, 구리를 박리시키고, 수일동안 이 조작을 되풀이하였다. 얻어진 전착 개시용 박판은 구리가 전착 개시용 소재의 표면상에 완전하고 균일하게 전착된 공업적 품질의 것이었다. 또한, 그 박판은 전착 개시용 소재로부터 손쉽게 박리될 수 있었다.

나비가 약 87.63㎝이고 높이가 각각 (1) 96.52㎝, (2) 99.06㎝ 및 (3 106.68㎝인 스트립퍼 양극들(연장 다리를 갖지 않는)을 사용하여 유사한 비교 시험을 했으나 충분히 공업적으로 허용가능한 전착 개시용 박판이 얻어지지 않았다. 즉, 전착 개시용 소재가 완전하게 도금되지 않거나 혹은 구리가 현저히 바닥 근처에서만 전착되어 도금됨으로써, 가장자리가 다듬어질 수 없는 두꺼운 박판이 생성되었다.

Claims (8)

1. 연속 평면 형태를 가지며, 상면, 바닥 및 두 개의 수직면을 갖고, 별개의 분리된 두 개의 다리가 상기 수직면들 각각에 인접하여 상기 바닥으로부터 일체로 연장하여 있는 금속체로 구성되어, 상기 금속체가 양극으로 이용될 때 음극판에 금속이 균일하게 전착되게 하는, 전이야금에 사용하기 위한 전극.
2. 제1항에 있어서, (a) 바닥을 따라 측정한 각 연장 다리의 치수가 바닥 치수의 25% 이내이고, (b) 바닥으로부터 밖으로 연장된 각 다리의 치수가 수직면 치수의 10% 이내인 전극.
3. 제2항에 있어서, (a) 바닥을 따라 측정한 각 연장 다리의 치수가 바닥 치수의 5-20% 이내이고, (b) 바닥으로부터 밖으로 연장된 각 다리의 치수가 수직면 치수의 2-8% 인 전극.
4. 제1항에 있어서, 금속이 구리인 전극.
5. 제1항에 있어서, 각 다리가 치수가 같지 않은 두 개의 평행한 변들과, 수직의 변 및, 상기 평행한 변들중 짧은변과 둔각을 이루는 변을 갖는 4변형 금속형재로된 전극.
6. (a) 제1항 내지 제5항중 어느 한항의 양극 구조물을 전해질내에 침지시키고, (b) 음극 구조물을 전해질내에 침지시키고, (c) 양극과 음극 사이에 전류를 통과시킴으로써, 금속을 음극상에 전착시키고, (d) 전착된 금속을 음극으로부터 회수하는 단계들로 이루어진 금속 전기 정련 방법.
7. 제6항에 있어서, 금속이 구리이고 양극이 구리로 된 금속 전기 정련 방법.
8. (a) 전해조, (b) 표면의 적어도 일 부분이 전해조내에 들어있는 연속 평면 형태를 갖는 음극 및, (c) 제1항 내지 제5항중 어느 한항의 양극 구조물을 포함하는 전기 정련 장치.

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