SE445050B - Katod for elektrolytisk raffinering av koppar - Google Patents

Description

*e 8000607-5 2 och fästas, samt att de bygelförsedda plåtarna skall monteras med bärskenor. , c (b) Katodplåtarna av koppar kan ej heller lätt görasä exakt plana och även om de till att börja med i huvudsak än-Q plana blir de ofta skeva under användning och förorsaka korta slutning mellan katod och anod. Även om förlusterna av planhet ej är så svåra, förorsakar avvikelse i parallellismen mellan; katod och anod olikformig kopparavlagring, varvid överdriven, avlagring vid "toppar" eller punkter med kort bana påskyndarg. kortslutningen vid dessa punkter. Kortslutníng är ett allvan1¿ ligt problem eftersom det kräver ett arbetslag, vars uppgiftg helt består i att patrullera byggnaden med elektrolytcelL§r,_+ för att avhjälpa kortslutningar.

Byglarna 9 har ibland ej mer än linjekontakt eller;-, till och med punktkontakt med bärskenan 7. Detta försämrar ej. den verkliga avlagringsprocessen för koppar, men motståndet: ökar och följaktligen ökar även kostnaderna för energi.

Omfattande forskning och experiment har genomförts~,g, inom industrin för kopparraffinering för att förbättra den¿ _, moderplåt, från vilken anodplåtar framställes. Visst arbete utföres med rostfritt stål, men detta var i huvudsak otill- fredsställande på grund av inkonsekventa resultat, vilketi resulterade i problem, t.ex. passivitet, lokaliserad korrosion och varierande adhesion hos kopparavlagringarna. ' Startämnen av titan har fått avsevärd användning på grund av de inneboende egenskaperna hos titan, vilket åstad- kommer en oxidhinna, som synes väl lämpad att övervinna¿pro-¿, blemen med för liten eller för stor adhesion hos kopparavlagç ringen, varjämte korrosionsmotståndet är exceptionellt§gott._' Den mest avancerade formen av en på nytt användbar stagšplåt eller katodplåt av titan är komplicerad, genom att den šestår av en sammansatt bärskena, som primärt utgöres av koppar och innefattar en titankomponent, vid vilken katodplåten av titan är svetsad. I en utföringsform utgöres bärskenan av en koppar: skena innesluten i ett títanskal och katodplåtens övre kant-;: parti är svanhalsformat, så att detta parti direkt kan svetsas vid ena sidan hos bärskenans hölje. I en annan utföringsform_i utgöres bärskenan av en kopparskena med en invändig kärnstångq av titan som sträcker sig i längdriktningen. I detta fall är~ katodplâten svanhalsformad enligt tidigare samt är svetsad vid 3 8000607-5 kärnstången över korta tappar av titan, som sträcker sig genom hål i kopparskenan, varvid varje tapp vid ena änden är svetsad vid kärnstången och vid den andra änden vid kanten hos katod- plåten.

Ett exempel på det tidigare, ovan beskrivna arrange- manget med titan utgör föremål för den brittiska patentskriften 1 H15 793.

Titan saknar emellertid ej brister. Det är dyrbart och dess framställning i en speciell form är komplicerad. Den ur- sprungliga avsikten med föreliggande uppfinning var att över- _vinna eller undanröja åtminstone vissa av de angivna bristerna och i en föredragen utföringsform undanröjes alla dessa brister på ett speciellt enkelt och billigt sätt medelst en katod, vilken i huvudsak helt består av rostfritt stål, är återanvänd- bar ett mycket stort antal gånger, bibehåller sin planhet, åstadkommer en obruten strömbana mellan samlingsskenan och bärskenan samt mellan bärskenan och plåten, åstadkommer en permanent oxidbeläggning, som verkar som ett effektivt skilje- lager vilket gör det lättare att skala av den avsatta kopparen från katodpllåten under upprätthållande av tillräcklig adhesion för att kvarhålla den avsatta kopparen under uppbyggnaden samt är speciellt lämpad för mekanisk hantering vid framställning och användning.

Användning av uppfinningsföremålet under experiment har visat sig så framgångsrik, att det anses ekonomiskt att utsträcka användningen av denna katod inom sökandens anlägg- ning för elektrolytisk kopparraffinering.

Det konventionella förfarandet vid raffinering ut- nyttjar katodplåtar inom ett begränsat antal celler för att framställa två tunna skivor av raffinerad koppar från varje plåt varje dag. Dessa skivor monteras därefter till katoder enligt vad som visas i fig. 1.

Det speciella förfarandet vid framställning av start- eller katodplåtar, vilket innefattar ytterligare reglering, högre energiförbrukning per producerad mängd koppar samt avse- värda kostnader med avseende på arbete, kan elimineras genom användning av föreliggande uppfinning i alla cellerna och under längre växttid (en vecka eller mer istället för endast 2H timmar) före avskalningen. Uppfinningen åstadkommer även en lämplig elektrod för mekanisk hantering och mekanisk avskalning 8000607-5 u av produkten, som utgöres av kommersiell raffinerad katodkepï par.

De exakta dimensionerna hos startämnet i samverkanfmed noggrant dimensionerade anoder gör det dessutom möjligt attšf arbeta med mindre mellanrum mellan elektroderna, varigenom“3ï energikostnaderna avsevärt minskar och vad som är viktigareV: kortslutningar i hög grad elimineras, så att arbetskostnadefiåa ytterligare minskas och möjligheterna för övervakning av koåtf slutningar med datorer underlättas. Den mer intensiva driftån, som möjliggöres med mindre mellanrum och större strömtäthefiåï vid vilken raffineringsförloppet kan genomföras på grund av f elimineringen av kortslutningar, innebär dessutom att anlägg- ningen för en bestämd årlig produktion kan inrymmas i en mindre byggnad, vilket medför avsevärda besparingar i ínvesteringenf för denna byggnad.

Elimíneringen av startplåtar och dessas krav på speciß ella anoder med stor area och speciellt möjligheten att erhålla flera "avskalningar“ från en laddning av anoder minskar mängden av koppar under arbete i processen under varje tidpseriod.*:~ Eftersom denna minskning kan vara av storleksordningen 20%ïáv t.ex. 10000 ton, minskas den mängd pengar, som är investerad i kopparen i processen i avsevärd grad.

Uppfinningen utgöres av en katod, som är avsedd att användas vid elektrolytisk raffinering av koppar och innefattar: en bärskena av rostfritt stål, som är försedd med en? plan, undre yta med ändpartier, avsedda att vila på stöd och elektriska kontakter; en plan katodplât av rostfritt stål, som vid sin övre kant är svetsad vid nämnda, undre yta för att sträcka sig vinkelrätt ut från den undre ytan; en plätering av koppar vilken omsluter skenan ochßåtßï minstone katodplåtens övre kantparti, vilket är fastsvetsat'ï vid den undre ytan samt organ för att maskera åtminstone~de upprättstående sidokanterna hos katodplâten.

Det torde framhållar, att de termer, som användes i det följande, t.ex. "undre yta", "övre kant" och liknande, som hänför sig till en speciell orientering av katoden eller dennas delar, har använts för att underlätta beskrivningen. Dessa “- termer hänför sig till en katod, när denna användas på normälfi sätt, upphängd i en elektrolytisk cell. 5 8000607-5 En föredragen utföringsform av uppfinningen kommer i det följande att beskrivas under hänvisning till bifogade ritningsfigurer, av vilka fig. 1 är en perspektivvy av en elektrod enligt en känd utföringsform, fig. 2 är en liknande perspektivvy av en katod enligt uppfinningen, som ej är skal- enlig enligt vad tidigare angivits, fig. 3 är en sidovy av katoden enligt fig. 1 ritad i den för närvarande föredragna skalan, fig. Ä är en ändvy av katoden enligt fig. 5, fig. 5 visar den av cirkeln 5 inneslutna delen av fig. Ä i förstorad skala och fig. 6 är en sektion efter linjen 6-6 i fig. 3 i ytterligare förstorad skala.

I fig. 2-6 visas en bärskena 11 av rostfritt stål, lämpligen med I-formad tvärsektion. Bärskenan kan ha annan form, men den visade formen föredrages på grund av att den har låg vikt och följaktligen är ekonomisk med avseende på material- åtgången, varjämte den är konstruktivt tillfredsställande samt erbjuder en relativt stor yta för strömöverföring. Skenan 11 har en plan undre yta 12 samt ändpartier 13, avsedda att vila mot ett underlag och elektriska kontakter enligt vad som är väl känt.

En plan startplåt iü av rostfritt stål är enligt vad som visas vid 15 i fig. 5 vid den övre kanten fastsvetsad vid den undre ytan 12, så att plåten sträcker sig vinkelrätt ut från denna yta 12. Plåten lä är lämpligen försedd med ett par hål 16, upptagna innan svetsningen. Dessa hål underlättar masshantering av ett antal katoder medelst stödstänger eller gafflar, som sträcker sig genom hålen.

Ett antal olika rostfria stål kan effektivt tjäna som startplåtar enligt uppfinningen, men för att underlätta av- skalning av koppar är det lämpligt att använda den kvalitet av rostfritt stål, som betecknas som "AISI 316 ELC“ och har en ytfinish känd under beteckningen "2B". Detta stål har ungefär- ligen följande analys i viktprocent: Kol 0,03 % Nickel 12,0 % Krom 17,0 % Molybden 2,25 % och ytfinishen 2B är en ytfinish mellan blank och mattoch har en silvergrå, halvblank yta, framställd genom kallvalsníng, 8000607-5 6 avhärdning och avskalning samt slutlig lätt valsning med polerade valsar. ' Den angivna stålsorten och ytfinishen föredrages, eftersom experiment ha visat, att de åstadkommer.en tillfreds- ställande seghet hos vidhäftníngen mellan stålplåten och kopparavlagringen för att hindra kopparn att av sig själv flaga av eller lossna från stålet, men denna stelhet är ej sådan, att den förhindrar lätt avskalníng av kopparn från stål- plâten. Avskalningen kan genomföras medelst knivliknande blad eller kilar, som inskjutes mellan stålplåten och den avsatta kopparen vid kopparens övre kant. Vid användning av rostfritt stål av det angivna slaget och ytfinishen har emellertid experiment visat, att effektiv avskalning kan genomföras auto- matiskt genom att den med koppar belagda katodentföres genom en hamringsstation, i vilken den avsatta kopparen kraftigt piskas intill dess övre kant från båda sidor, vilket lossar kopparens övre kant, varefter avskalníngen fullbordas genom att en eller flera luftströmmar riktas in i det obetydliga mellanrummet mellan stålet och kopparens lossade övre kant.

Bärskenan kan vara tillverkad av samma rostfria stål, som startplåten. Bärskenan kan emellertid vara tillverkad av något annat rostfritt stål under förutsättning att plåten kan svetsas vid detta.

Enligt vad som tidigare angivits, är rostfritt stål ej någon speciellt god ledare och en bärskena, enbart tillverkad av sådant stål, är ej tillräckligt god ledare för överföring av ström mellan samlingsskena och startplåt. Det har visat sig, att den nackdel helt enkelt kan undanröjas genom kopparpläte- ring av bärskenan och den övre kanten hos den vid denna fast- svetsade plåten. Dennaplätering kan anbringas genom känd plåte- ringsteknik och en tjocklek av omkring 1 mm föredrages för att åstadkomma tillfredsställande elektrisk ledningsförmåga och förmåga att motstå korrosion och mekaniskt spill. Enligt vad tidigare angivits anses förekomsten av en oxidhinna på start- plåten som önskvärd på grund av dess förmåga att verka som ett skiljelager för att underlätta avskalningen av koppar från plå- ten. gp Bredden hos den kopparbelagda kanten upp-till vid startplåten är ej kritisk under förutsättning att den upphör tätt ovanför elektrolytens övre yta. Någon avsättning av koppar 7 8000607-5 på det pläterade området får uppenbarligen ej ske.Pläterings- arean, på vilken raffínerad koppar avsättes under processens förlopp får ej heller sträcka sig upp till de nedre kanter 17, som begränsar hålen 16. Härav följer, att kopparpläteringen lämpligen bör upphöra före kanterna 17, under förutsättning att den täcker den lämpligen sandblästrade svetsmetallen vid 15.

Det torde framgå att möjligheten att lätt skala av koppar kräver effektiv maskering av startplåtens kanter, så att avlagringen av koppar ej är kontinuerlig runt dessa kanter.

Detta är speciellt fallet vid de upprättstående sidokanterna hos plåten. Bottenkanten har mindre behov av maskering och vid denna kant kan maskeringen utelämnas. För att förbättra möjlig- heten att åstadkomma fullständig avskalning är det emellertid lämpligt att maskera den nedre kanten helt enkelt genom att varm- doppa den till ett djup av omkring 10 mm i elastiskt vax med hög smältpunkt eller annat lämpligt maskeringsmaterial.

Med avseende till maskeringen av startplåtens sido- kanter uppvisar föreliggande uppfinning ytterligare en viktig fördel utöver de tidigare angivna titanplåtarna.

På grund av den relativt höga ledningsförmågan hos metallen vid startplåtar av titan föreligger en tendens för att avsatta kopparpartiklar kryper in under materialet hos maskeringsremsorna. När detta en gång skett fortsätter koppar- kornen att växa under maskeringsremsan (som vanligtvis består av plastmaterial), och strävar därigenom att lyfta remsan och motverkar därigenom skälet för maskering och åstadkommer även ett behov för ommaskering innan ytterligare användning.

Vid startplåtar av rostfritt stål motverkar den rela- tivt dåliga ledningsförmågan koppartíllväxt under maskerings- elementen och denna tillväxt minskas därigenom i sådan grad, att den blir utan vikt.

Det är trots detta önskvärt att effektivt maskera åt- minstone sidokanterna hos startplåten och en föredragen form av maskering som användes, visas bäst i fig. 6.

Enligt denna figur består maskeringselementet av en i längdled uppslitsad plastvulst 18, som hålles vid plåten lä medelst stift 19 av plast. Stiften sträcker sig genom hål 20 utformade i plåten lä.

Vulsten 18 och stiften 19 är lämpligen tillverkade av 8000607-5 8 Visamma plastmaterial och ett lämpligt material är en mot värme och slag motståndskraftig plast av hög kvalitet, t.ex. det material som är känt under beteckningen CYCOLOY 800. Denna plast är en polymer legering av akrylonitril-butadien-styren (ABS) och polykarbonat enligt vad som beskrives i den amerikanska patentskriften_3 150 177.

Vulsten 18 och stiften 19 är fästa vid varandra medelst ett lämpligt bindmaterial, t.ex. en 3Û%-ig lösning av Cycoloy 800 i metylenklorid.

Detta bindematerial härdar till ett elastiskt tillstånd och förutom att verka som ett bindemedel uppfyller det ett viktigt ändamål på följande sätt.

Under de experiment, som resulterade i föreliggande uppfinning, visade det sig, att de anbringade vulsterna i vissa fall hade en tendens att bukta något utåt mellan de stiftformade fästelementen. Detta var naturligtvis olämpligt och ansågs bero på skillnaden i expansionen mellan plåten och vulsterna. Detta förhållande förhindrades genom att hålen 20 utfördes med överdimension enligt fig. 6. Vid anbringandet av vulsterna och stiften fylles hålen 20 av lösningsmaterialet, som härdar till ett elastiskt tillstånd för att verka som expansionsskarvar, vilka tillåter tillräcklig längsgående rörelse hos vulsterna i förhållande till startplåten för att kompensera skillnaden i expansion.

Vulsterna 18 utformas lämpligen först genom sträng- pressning eller formsprutning och det är därvid önskvärt att de punkter 21, som begränsar öppningen hos slitsen 22 är placerade närmare varandra än vad som visas i fig. 6. När vulsten anbringas vid plåten har sålunda slitsens 22 sidor en inbyggd, elastisk belastning, som strävar att pressa dessa sidor till tät anliggning mot plåten.

Som ytterligare försiktighetsåtgärd är punkterna 21 lämpligen förseglade i förhållande till startplåten genom att remsor av vax eller annat tätníngsmaterial anbringas enligt vad som visas vid 23.

Claims (10)

8000607-5 Patentkrav

1. Katod för användning vid elektrolytisk raffinering av koppar, k ä n n e t e c k n a d av att katoden innefattar: en bärskena (11) av rostfritt stål, som uppvisar en plan, undre yta (12) med ändpartier (13), avsedda att vila mot ett stöd och mot elektriska kontakter; en plan startplåt (lü) av rostfritt stål, vars övre kant är fastsvetsad mot nämnda undre yta (12) mellan dess ändpartíer (13), för att sträcka sig vinkelrätt ut från nämnda undre yta (12); en kopparbeläggning,som omsluter bärskenan (11) samt åtminstone det övre kantpartietlnsstartplåten (11), medelst vilket denna är fastsvetsad mot nämnda undre yta (12); samt maskeringsorgan (18) åtminstone vid startplåtens (11) upprätt- stående sidokanter.

2. Katod enligt krav 1, k ä n n e te c k n a d av att bärskenan (11) har en med en I-balk överensstämmande tväramtimm

3. Katod enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a d av att startplåten (lü) är försedd med lyfthâl (16) utformade som ínskärníngar i den kant hos plåten (lü), med vilken denna är fastsvetsad vid bärskenan (11).

4. H. Katod enligt något av föregående krav, k ä n n e- t e c k n a d av att startplåten (1H) är utformad av ett rostfritt stål som innehåller 0,05 vikt% kol, 12,0 vikt% nickel, 17,0 vikt% krom och 2,25 vikt% molybden.

5. Katod enligt något av föregående krav, k ä n n e- t e c k n a d av att kopparbeläggning är utformad genom plätering.

6. Katod enligt något av föregående krav, k ä n n e- t e c k n a d av att maskeringsorganen dels utgöres av plast- vulster (18), vardera försedd med en längsgående slits (22), medelst vilken vulsten omsluter startplåten (ih) dels av ett antal plaststift (19), som sträcker sig genom hål (20) ut- formade i startplåten (lü), varvid de partier hos stíften (19) som är belägna på motstående sidor hos slitsen (20) är bundna i vulsten (18).

7. Katod enligt krav 6, k ä n n e t e c k n a d av att vulsten är så utformad genom strängpressning och stiften 8000607-5 10 (19) är så anbringade vid vulsten, att slitsens (22) sidor är elastiskt belastade till kraftig anliggning mot det mellan dessa belägna partiet hos startplåten (lü).

8. Katod enligt krav 6 eller 7, k ä n n e t e c k n a d av att hålen (20) i startplåten (19) för att upptaga stiften (19) är överdimensionerade relativt stiften (19) samt att det på så sätt uppstående utrymmet är fyllt med ett elastiskt lös- ningsmaterial, så att var och en av de av stiften (19) bildade förbindningarna bildar en expansionsförbindning.

9. Katod enligt något av kraven 6-8, k ä n n e t e c k- n a d av att maskeríngsorganen innefattar vaxremsor, medelst vilka slitsens (22) inre är förseglad i förhållande till det i slitsen (22) inskjutna partiet hos startplåten (14).

10. Katod enligt något av föregående krav, k ä n n e- t e c k n a d av att startplåtens (lß) nedre kant är maskerad medelst en beläggning av elastiskt vax med hög smältpunkt.