TW201317398A - 利用框型骨架為界限的金屬電解冶金電解池之陽極室及其電化電解池 - Google Patents

Abstract

本發明係關於一種金屬電解冶金電解池之陽極室，裝設陽極，由金屬基材組成，具有塗膜，包括觸媒層。陽極室之設計係供容納在陽極表面利用陽極反應產生的氧氣泡。

Description

利用框型骨架為界限的金屬電解冶金電解池之陽極室及其電化電解池

本發明係關於一種金屬電解冶金電解池之陽極室，裝設陽極，由金屬基材組成，具有塗膜，包括觸媒層。陽極室之設計係供容納在陽極表面利用陽極反應產生的氧氣泡。

電解冶金法一般係在含有電解浴以及複數陽極和陰極的不分隔電化電解池內進行；在此類方法中，諸如銅電積法，在一般由不銹鋼製的陰極發生之電化反應，會導致銅以金屬形式澱積在陰極本身。而一般由鉛製之陽極，因電化反應生成氣態氧的結果，以氣泡形式脫離電極表面，朝電解質表面移動。一旦到達電解質自由表面，氣泡破裂，升騰為酸性霧沫(氣溶體)，基本上是酸電解質液滴懸浮於電解浴上層之氛圍所組成。酸霧除有害周圍環境工作人員健康外，對電解池室所有金屬零件具腐蝕性和危險性，會損壞現有器材。

已知有若干化學和物理技術，用來控制金屬電積電解池周圍環境內釋出的酸霧濃度；包含採用表面活性劑，和機械方法，諸如使用符在電解質表面之珠粒層，強制氣泡沿迂迴途徑，發生酸霧分離。

近年嘗試把歷時釋出有害物料的鉛陽極，改換成在鈦或其他閥金屬表面加觸媒基材上所得非消耗性陽極。此種陽極除保證更佳能量效率外，更能抵抗腐蝕，並可避免在製法中產生鉛雜質的問題。

另外觀察到在後一種陽極上釋氧，涉及尺寸很小的氣泡(微泡)形式，導致比鉛陽極放出更多酸霧。上述控制酸霧的方法，則無同樣成效。

由此可證亟需提供新系統，適於在使用閥金屬陽極包括表面觸媒層的電積法中，減少或消弭酸霧。

本發明各種面向，規範在所附申請專利範圍內。

本發明之一面向係關於以框型骨架為界限的金屬電解冶金電解池之陽極室，包括一陽極，係由出自閥金屬基材塗佈至少一種耐腐蝕性觸媒層所得，該陽極係插到透氣性隔片組成之包殼內，該透氣性隔片利用也是框型凸緣保固於該框型骨架，有一除霧器位於陽極上方，以該透氣性隔片和該骨架為界。如此造型的優點是，保持微泡拘限在封閉空間內。為保固透氣性隔片用的框型骨架，可為塑膠材料，例如由四個直節固定在極端所形成。把透氣性隔片保固在框所用凸緣元件，亦可為塑膠材料，例如利用螺栓固定。

本案所用「陽極室」一辭，係指應用於電積電解池內存在的各陽極之結構，可視需要取代預先存在的鉛陽極。

在一具體例中，陽極室包括陽極，具有機械性結構，由擴孔網、衝孔片材或平坦片材構成。

另外，陽極室包括陽極，具有機械性結構，由平行配置成彼此面對的一對擴孔網或衝孔片材構成。後一解決方案提供陽極，區分成二平行面對之元件，其優點是把電阻降減到最少，電流分配均勻化。

在一具體例中，本發明陽極室包括陽極，有單一或双重機械性結構，其中基材之閥金屬為鈦，施加於基材上之至少一觸媒層包括銥和鉭之氧化物。

在又一具體例中，陽極室包括透氣性隔片，由多孔性片材或例如烴型陽離子交換膜組成。若透氣性隔片為多孔性片材，則與氣相接觸的片材部份，可視需要設備不透氣層，以防氧氣可能漏到環境中。

在一具體例中，除霧器係由塑膠材料，或一層擴孔塑膠泡綿，或密實之薄片製成。除霧器之目的，在於截留被液相分離的氧氣帶出來的酸性電解質霧沫。氧氣通過除霧器後，排放至大氣，或最好送到多岐管，連接到抽氣器，進一步減少可能剩餘之酸霧殘跡，盡量防止釋放至外面大氣。

本發明另一面向係關於金屬電解冶電用之電化電解池， 包括至少一個上述陽極室。

擬議之結構適於安裝在以電化方式進行金屬萃取，尤其是銅和鎳萃取之工場，新建或更換預存在的鉛電極。

茲參照附圖說明本發明舉例之若干實施方式，唯一目的在於說明不同元件相對於發明之該項特別實施方式的相互配置；具體而言，圖式不一定按比例繪製。

第1圖表示以塑膠骨架2為界限的陽極室一具體例之前視圖和相對應側視圖，於保固凸緣3固定多孔性隔片4，由一對平行擴孔網5彼此面對形成陽極，襯材6旨在防止氧氣漏至外部環境，還有墊片7、除霧器8、集流滙流排8和氧氣出口噴嘴1。本發明人等所得某些最重要結果，在以下實施例中提出，惟無意以此限制本發明程度。

實施例

在實驗室實驗用電解池內，組裝第1圖所示陽極室。電解池包括二個不銹鋼陰極，高100公分，寬70公分，中間置入第1圖之陽極室，包括陽極，由出自一對鈦製70×70公分平行擴孔網彼此面對組成的基材製得，有鉭和銥氧化物質之觸媒層，總體負載9 g/m²，Ta：Ir莫耳比以元素計為35：65。陽極室又包括二片以矽粉親水化之多孔性聚丙烯，頂部裝設薄層之不透氣新平橡膠；以及除霧器，係由孔隙平均直徑100 μm的開孔式擴孔聚胺酯體所構成。銅在一定電流密度700 A/m²，經電解冶金5小時。電解質含60 g/l硫酸銅和100 g/l硫酸。在電解池水平上方全周緣大約40公分高度，進行酸氣溶體檢定，為時45分鐘。檢知每立方公尺空氣的氣溶體平均濃度為0.3毫克。

比較例

組裝電解池，包括二個不銹鋼陰極，高100公分，寬70公分，中間置放陽極，是出自一對鈦製70×70公分平行擴孔網彼此面對組成的基材製得，有鉭和銥氧化物質之觸媒層， 總體負載9 g/m²，Ta：Ir莫耳比以元素計為35：65。銅在一定電流密度700 A/m²，經電解冶金5小時。電解質含60 g/l硫酸銅和100 g/l硫酸。在電解質暴露表面，置放三層直徑19毫米的空心聚丙烯珠粒。在電解池水平上方沿全周緣約40公分高度，進行酸氣溶體檢定，為時45分鐘。檢知每立方公尺空氣的氣溶體平均濃度為1.3毫克。

前述並無意用來限制本發明，可按照不同具體例使用，不悖其範圍，而其程度純以所附申請專利範圍為準。

本案說明書和申請專利範圍從頭到尾，「包括」一辭或其變化使用，並無意排除其他元素、組份或附加製法步驟之存在。

說明書內提到文件、規則、材料、裝置、文章等，目的純為提供本發明文脈。並非倡議或代表此等物件任何部份全部，形成前案基礎之一部份，或本案每一項申請專利範圍優先權日之前，涉及本發明領域之一般常識。

1‧‧‧氧氣出口噴嘴

2‧‧‧塑膠骨架

3‧‧‧保固凸緣

4‧‧‧多孔性隔片

5‧‧‧擴孔網

6‧‧‧襯材

7‧‧‧墊片

8‧‧‧除霧器

9‧‧‧集流滙流排

第1圖表示陽極室可能具體例之前視圖和相對應側視圖，陽極室包括陽極，由一對擴孔網形成，內部配置二個集流滙流排。

1‧‧‧氧氣出口噴嘴

2‧‧‧塑膠骨架

3‧‧‧保固凸緣

4‧‧‧多孔性隔片

5‧‧‧擴孔網

6‧‧‧襯材

7‧‧‧墊片

8‧‧‧除霧器

9‧‧‧集流滙流排

Claims (7)

1. 一種利用框型骨架為界限的金屬電解冶金電解池之陽極室，包括：包殼，含有透氣性隔片，利用框型凸緣保固於該框型骨架；至少一陽極，係出自閥金屬基材塗佈至少一耐腐蝕觸媒層而得，該陽極係插入該包殼內側；除霧器，位在該陽極上方，利用該隔片和該骨架為界限者。
2. 如申請專利範圍第1項金屬電解冶金電解池用之陽極室，其中該閥金屬基材具有機械式結構，由擴孔網、衝孔板或平坦板構成者。
3. 如申請專利範圍第1項之陽極室，其中該閥金屬基材具有機械式結構，係由一對擴孔網或衝孔板平行設置彼此面對而構成者。
4. 如申請專利範圍第1至3項中一項之陽極室，其中該基材之閥金屬係鈦，而該陽極之該觸媒層包括銥和鉭之氧化物者。
5. 如申請專利範圍第1項之陽極室，其中該透氣性隔片係在多孔性片材和烴型陽離子交換膜之中選出者。
6. 如申請專利範圍第1項之陽極室，其中除霧器係由塑膠材料，或一層擴孔塑膠泡綿或密實薄片製成者。
7. 一種金屬電解冶金用之電化電解池，包括申請專利範圍第1項之至少一個陽極室者。