NO129153B - - Google Patents

Description

Sammensatt katode for elektrolytisk

utskillelse av metaller, særlig nikkel.

Ved elektrolytisk raffinering av nikkel er det kjent fra

norsk patent 110 490 å anvende som katode en bøyelig plate forsynt med ledende øyer på sin overflate avgrenset ved hjelp av forbindel-seslinjer av ikke-ledende materiale. Eh betydelig tykkelse av nikkel utskilles halv-vedheftende på disse øyer fra et bad som inneholder en tilstrekkelig mengde av spenningsminskende middel til å gi et belegg med lav mekanisk spenning, den pletterte katodepla-te fjernes fra pletteringsbadet, og det utfelte nikkel fjernes ved at platen bøyes. Ved passende valg av størrelsen av de ledende øyer kan nikkel erholdes i stykker med hvilken som helst ønsket størrelse, og katodéplaten kan brukes påny.

I henhold til det norske påtent 110 490 kan dét ikke-ledende materiale mellom øyene bestå av maling, ferniss, lakk,

I

bånd eller lignende, f.eks. materialer på plast- eller gummi-basis, som epoksyharpikser, akrylplast og polyetylener.

Slike belegg må erstattes fra tid til annen, og frem-gangsmåten har også den ulempe at vanlige sulfat-klorid-fornik-^ lingsbad ikke godt kan anvendes, da disse normalt gir belegg med en indre spenning på i det minste 14 kgf/mm strekk, og denne høye indre spenning har en tendens til å forårsake at nikkelbelegget skiller seg fra katodéplaten før den ønskede tykkelse er nådd.

Det er formålet for foreliggende oppfinnelse å avhjelpe disse ulemper.

Oppfinnelsen tilveiebringer en påny-anvendbar sammensatt katode for elektrolytisk utskillelse av metaller, særlig nikkel, hvor katodens overflate ved et nettlignende belegg av et elektrisk ikke-ledende, kjemisk bestandig materiale er oppdelt i tallrike, begrensede, elektrisk ledende avsnitt, og hvor metallet utskilles halv-vedhengende med en betydelig tykkelse på de elektrisk ledende katodeavsnitt og deretter fjernes fra katoden i form av skiver eller stykker, og katoden er hovedsakelig karakterisert ved at det elfektrisk ikke-ledende belegg består av et kjemisk motstandsdyktig glassaktig emaljebelegg smeltet fast til metallunderlaget,, og at i det minste de med emalje belagte områder av metallunderlaget er gjort ru.

En foretrukken utførelsesform av oppfinnelsen går ut på at i det minste de med emalje belagte områder av metalloverflaten er gjort ru tilsvarende en ruhet på 1,8 - 2,5^m RMK, og den ru overflate strekker seg fortrinnsvis også over de ledende avsnitt.

Den ting at metallunderlaget gjøres ru forbedrer ikke bare vedheftningen av emaljebelegget under pletteringsbetingelsene, men hvis det også strekker seg over de ledende øyer, blir det dess-uten mulig å bygge opp metallbelegg av passende tykkelse selv fra pletteringsbad som gir belegg med høy indre spenning. Fordelaktig har metallunderlaget en overflatefinish på 1,8-2,5 mikron (^um) RMK (rot-middel-kvadrat) som målt ved hjelp av et profilometer (Type QB, Model 1 av Micrometrical Manufacturing Co., Ann Arbor, Michigan). En slik finish kan hensiktsmessig fåes ved sandblåsing med et passende grovt sandprodukt og er hensiktsmessig for avsetting av nikkel med en indre spenning på 14 til 45 kgf/mm 2 slik som det avsettes fra sulfat-klorid-forniklingsbad.

Metallunderlaget på katoden må være slik at det avsatte metall ikke fester seg for sterkt til det. Fordelaktig er det av rustfritt stål, men andre, metaller som nikkel eller jern eller stål kan anvendes hvis de passiveres på en passende måte. Jern eller stål kan passiveres ved hjelp av kromplettering i områdene for de ledende avsnitt eller øyer, men dette har den ulempe at kromet kan forurense pletteringsbadet.

Hvilket materiale som enn anvendes, må katoden være tilstrekkelig robust til å tåle gjentatt bruk, og den er hensiktsmessig i det minste 0,5 mm tykk. Hvis tykkelsen ikke overskrider ca.

0,8 mm, kan katoden lett bøyes, f.eks. ved å føres mellom gummival-ser, hvorved metallbelegget faller av. Fra et elektroraffinerings-messig synspunkt anvender man imidlertid med fordel tykkere og sti-vere katoder, f.eks. med tykkelse på 3,5-6,5 mm, for å sikre god

kontakt til katodesamleskinnen og for å unngå at katoden slår seg eller blir vindskjev i pletteringstanken, hvilket kan resultere i kortslutning. Belegget på slike forholdsvis stive katoder kan hensiktsmessig fjernes ved vibrering eller hamring.

pet glassaktige emaljebelegg bør hefte godt til metallunderlaget, være relativt ikke-porøst, ikke-ledende, ripe- og splint-motstandsdyktig og motstandsdyktig.overfor det kjemiske og elektro-kjemiske raffineringsmiljø. Særlig hensiktsmessige emaljer er

alkaliborsilikatglass tilsatt tilstrekkelig kiselsyre til å øke kiselsyreinnholdet til over 50%, og som har et titanoksydinnhold på 3-10% eller mer. Emaljens lineære varmeutvidelseskoeffisient bør også være temmelig nær underlagets. Et rustfritt stål med f.eks. en varmeutvidelseskoeffisient på 9,6 x. 10~^/°C anvendes hensiktsmessig som underlag for en emalje med en varmeutvidelseskoeffisient av lignende størrelsesorden, f.eks. fra ca. 8 x 10 ^/°C til ca. 12 x 10~<7>/°C.

Den glassaktige emalje, kan påføres katodens ru-gjorte metalloverflate i et på forhånd bestemt mønster som et vandig slam eller i en annen passende form, f.eks. en oljebasert pasta, ved påsprøyting, påbørsting, neddypping eller andre.passende ar-beidsmåter. De innbyrdes forbundne områder av den glassaktige emalje skal i det minste være så vide som tykkelsen av metallet som avsettes på katodéplaten (dvs. generelt fra 3,5 til 6,5 mm).

Det ønskede mønster kan fåes ved anvendelse av en passende sjablon, f.eks. som ved silketrykkprosessen.

Selv om de ledende.avsnitt eller øyer kan ha en hvilken som helst ønsket form, kan; belegget på rektangulaar« øyer ha en tendens til å vokse sammen langs kantene, slik at det blir vanske-lig å skille stykkene fra hverandre. Det er derfor fordelaktig at de ledende øyer har sirkulær eller elliptisk form.

Etter fjerningen av eventuelt overskytende materiale opphetes den belagte katode f.eks. i en ovn til 38-93°C, hvorved slammet tørres in situ. Det opphetes deretter i en ovn, f.eks. ved 760-900°C, slik at emaljen smelter og bindes til underlaget. Tykkelsen av den smeltede emalje kan være fra ca. 0,025 til 0,25 mm eller mer. Oksyd som kan dannes på det udekkede metall i løpet av ovnsbehandlingen, fjernes ved syreetsing, og til slutt skylles den belagte katode med vann. Katoden er da ferdig til bruk.

Katoden ifølge oppfinnelsen er spesielt anvendbar ved elektrolytisk raffinering av nikkel. Når overflaten av de ledende øyer er gjort ru, fordelaktig til en overflatefinish på l,8-2,5^um RMK, kan det fordelaktig anvendes pletteringsbad bestå-ende av vandige oppløsninger som inneholder 50-90 g/l av nikkel som nikkelsulfat, 15-75 g/l av klorid som natriumklorid og 10-40 g/l av borsyre, og som har en pH på 2-4,5. Plettering fra slike bad kan utføres ved 43-66°C ved en strømtetthet på 0,5-2,7 amp/dm^.

Det nikkelbelegg som fåes fra disse bad, har en høy indre spenning. Nikkelbelegg med en lavere indre spenning, f.eks. opptil 4,2 kgf/mm strekk, som man finner hos elektrolytisk avsatt nikkel som inneholder ca. 0,02% svovel, viser en langt' bedre heft-fasthet, og når det anvendes bad som gir slike belegg, bør de le— dende avsnitt eller øyer ha en relativt glatt finish, f.eks. på 1,25-1,8^um RMK, hvorved belegget iett kan fjernes. En slik finish kan oppnås ved mekanisk polering, kjemisk polering eller elektro-polering av de ru-gjorte metalloverflater etter at emaljebelegget er påført og varmebehandlet. De deler av den opprinnelig relativt glatte overflate av metallunderlaget som svarer til de ledende øyer, kan alternativt maskeres og bare de umaskerte deler gjøres ru, f.eks. ved sandblåsing, og belegges med glassaktig emalje. Maskeringen kan derpå fjernes og emaljen opphetes.

Som eksempel ble en plate av type 304 auténitisk rustfritt stål med en tykkelse på 3,5 mm sandblåst til" en overflatefinish i området 1,8-2,5 mikron, platen ble befriet for fett og maskert med et antall 3,5 mm tykke gummiskiver med en diameter på 17,5 mm, som ble festet med klebemiddel til plateoverflaten i et regelmessig mønster med en avstand mellom skivesentrene på 32 mm. Platen ble derpå påsprøytet en vandig velling av kjemisk motstandsdyktig glassaktig emalje basert på alkaliborsilikatglass som på vektbasis inneholdt 10% Ti02, 2% BaO og 2% PbO. Emaljen hadde en slik partikkelstørrelse at ikke mer enn 1-2% ble holdt tilba-

ke på en 200 mesh (74 mikron) sikt (Tyler). Før brenningen av emaljen ble belegget tørret ved 77°C i 2 timer og gummiskivene derpå fjernet fra overflaten.

Platen ble deretter opphetet i en ovn ved 870°C i 5 mi-nutter under dannelse av et belegg av glassaktig emalje med en tykkelse på 0,75 mm og med en varmeutvidelseskoeffisient på

10,5 x 10 ^/°C, mens varmeutvidelseskoeffisienten for stålplaten er 9,6 x I0"7/<O>c.

Glødeskallet som ble dannet under opphetingen, ble fjer-

net ved anodisk behandling i 25%'s vandig svovelsyre ved romtempe-råtur og med en strømtetthet på o 27 amp/dm 2. Den rensede plate ble derpå nedsenket i et vandig pletteringsbad inneholdende 60 g/l av nikkel som nikkelsulfat (NiS04, 6H20), 50 g/l klorid som natriumklorid (NaCl) og 20 g/l borsyre og med en pH på 4. Nikkel ble utfelt fra dette bad ved 60°C og en strømtetthet på 2,2 amp/dm<2>

til en tykkelse av 2,5 mm på de ledende øyer. Etter at platen var tatt ut av badet, ble de dannede sirkelformede knapper eller skiver, som hadde en diameter på ca. 19 mm, fjernet ved slag på baksiden av platen med en metallstang uten noen vesentlig beska-digelse av katodens mønstrede overflate.

Etter skyllingen ble katoden ført tilbake til badet og anvendt gjentatte ganger påny. Selv. etter 10 pletteringsperioder var katodens kvalitet ikke nevneverdig forringet.

Under den elektrolytiske utskillelse har nikkelknappene

en tendens til å vokse ut over den omgivende emalje. Det viser seg at det avsatte nikkel ikke berører emaljen, og at det forelig-

ger et snevert område mellom de to overflater som inneholder elektrolytt som har en tendens til å være mer alkalisk enn hoved-massen av elektrolytten. Det er blitt iakttatt at en overordent-

lig tynn og diskontinuerlig film av nikkel avsettes på den glassaktige emalje i det snevre området, hvor nikkelveksten sterkt nær-

mer seg emaljeoverflaten. Denne film kan tolereres så lenge den bare forekommer stedvis, men den bør fjernes (f.eks. ved dypping i salpetersyre mellom avsettingsperiodene) før den blir kontinuer-

lig og øker de ledende områder på katoden.

Selv om oppfinnelsen er blitt beskrevet spesielt i for-bindelse med elektrolytisk avsetting av nikkel, vil det forståes at en sammensatt katode fremstilt i overensstemmelse med oppfinnelsen kan anvendes sammen med passende" elektrolytter for avsetting av andre- metaller. F.eks. kan kobber og sink", som avsettes med relativt lav indre spenning, utskilles elektrolytisk, såvel som metaller-som kobolt og mangan, som avsettes med en relativt høy indre spenning.

Claims (3)

1. En påny-anvendbar sammensatt katode for elektrolytisk utskillelse av metaller, særlig nikkel, hvor katodens overflate ved et nett-lignende belegg av et elektrisk ikke-ledende, kjemisk bestandig materiale er oppdelt i tallrike, begrensede, elektrisk ledende avsnitt, og hvor metallet utskilles halv-vedhengende med en betydelig tykkelse på de elektrisk ledende katode-avsnitt og deretter fjernes fra katoden i form av skiver eller stykker, karakterisert ved at det elektrisk ikke-ledende belegg består av et kjemisk motstandsdyktig glassaktig emaljebelegg smeltet fast til metallunderlaget, og at i det minste de med emalje belagte områder av metallunderlaget er gjort ru.

2. Katode ifølge krav 1, karakterisert ved at i det minste de med emalje belagte områder av metalloverflaten er gjort ru tilsvarende en ruhet på l,8-2,5^um RMK„

3. Katode ifølge krav 2, karakterisert ved at den ru overflate også strekker seg over de ledende avsnitt.