WO2022271052A1 - Катод с вынесенными контактными площадками для получения сферических ронделей - Google Patents

Катод с вынесенными контактными площадками для получения сферических ронделей Download PDF

Info

Publication number
WO2022271052A1
WO2022271052A1 PCT/RU2022/050193 RU2022050193W WO2022271052A1 WO 2022271052 A1 WO2022271052 A1 WO 2022271052A1 RU 2022050193 W RU2022050193 W RU 2022050193W WO 2022271052 A1 WO2022271052 A1 WO 2022271052A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
cathode
metal
rounds
contact
insulated
Prior art date
Application number
PCT/RU2022/050193
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Дмитрий Павлович ТЮКИН
Нина Валерьевна АРУТЮНОВА
Original Assignee
Публичное акционерное общество "Горно-металлургическая компания "Норильский никель"
Акционерное общество "Норметимпэкс"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Публичное акционерное общество "Горно-металлургическая компания "Норильский никель", Акционерное общество "Норметимпэкс" filed Critical Публичное акционерное общество "Горно-металлургическая компания "Норильский никель"
Publication of WO2022271052A1 publication Critical patent/WO2022271052A1/ru

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25CPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25C7/00Constructional parts, or assemblies thereof, of cells; Servicing or operating of cells
    • C25C7/02Electrodes; Connections thereof
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25DPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D17/00Constructional parts, or assemblies thereof, of cells for electrolytic coating
    • C25D17/10Electrodes, e.g. composition, counter electrode
    • C25D17/12Shape or form
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25CPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25C1/00Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of solutions
    • C25C1/06Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of solutions or iron group metals, refractory metals or manganese
    • C25C1/08Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of solutions or iron group metals, refractory metals or manganese of nickel or cobalt

Definitions

  • the present invention relates to the field of non-ferrous metallurgy, in particular, to the electrolytic production of nickel in the form of separate disks and balls (rondels) by deposition on a cathode base.
  • Nickel of this form is widely used as anodes in the process of nickel plating of metal parts.
  • Spherical rondels simplify the process of dosing and transporting metal in technological processes.
  • a known method of metal deposition on small electrically conductive sections of the cathode base by passing an electric current through the electrolyte (US patent No. 3860509, 1975).
  • the sections are formed from the free ends of a plurality of thin electrical wires, placing them in a matrix of non-conductive material.
  • the area of each section is 0.0005-0.018 mm2.
  • the metal deposit formed on such a conductive surface although it tends to expand radially at the beginning of the process, becomes disc-shaped towards the end of the process.
  • the resulting metal deposit has a very small size due to the weak bond with the cathode base.
  • the deposition is carried out on the cathode in the form of a regular pyramid, which makes it possible to concentrate the flux of Ni2+ cations on its top and avoid its scattering over the surface, which happens when deposited on a flat substrate.
  • the top of the pyramid is immersed in the electrolyte and rotates around the axis at a speed of 0.5-2 rpm. With the optimal mode of rotation of the pyramid and the mode of deposition, the shape of the resulting rondels is close to spherical.
  • the closest in design is the cathode used in the process of nickel deposition of a spherical shape by passing an electric current through a sulfate-chloride electrolyte using a durable cathode block containing a rigid plate of non-conductive material, inside of which there is a conductive metal assembly (Patent US No. 4082641, 1978) .
  • Said assembly is a series of metal rods located in the body of the non-conductive block flush with the surface of the non-conductive block, forming a network of flat electrically conductive sections, each of which has an area of 0.13-1.3 cm 2 .
  • the deposition is carried out with a change in the density of the cathode current. During the time that is half of the entire deposition time cycle, the initial cathode current density is increased approximately three times, after which it is kept constant for the rest of the deposition time.
  • This method allows to obtain a precipitate in the form of a crown of a round or elliptical shape with a flat base.
  • the total surface area of such sediment is not less than three times the area of the base.
  • the task to be solved by the claimed invention is the creation of a cathode design for obtaining metal rondels having a shape close to spherical.
  • the claimed cathode for obtaining spherical rondels characterized in that it contains a flat plate of a chemically resistant polymer, having vertical grooves with holes in which a metal comb fixed and insulated with a thermopolymer is placed, formed mechanically flexible from a single piece of metal in the form of contact rods connected by conductors with contact pads, and the contact rods are insulated with bushings made of heat-shrinkable polymer with the possibility of forming contact pads remote from the cathode plane.
  • the metal comb is formed from a metal wire, tape, rod or profile of a round, square, triangular, rectangular section, amenable to mechanical bending.
  • the metal part of the cathode structure does not have welded and mechanical joints located below the expected electrolyte level, which ensures the reliability of the electrical contact of the cathode with the mains.
  • thermopolymer Sealing in the grooves of the conductors with a thermopolymer allows you to quickly remove and replace the elements of the cathode metal structure damaged during operation.
  • a rod with a contact area and an extended rondel A rod with a contact area and an extended rondel.
  • FIG.1 frontal view of the cathode with pads (5).
  • Figure 2 shows the reverse side of the cathode, which is a sheet of chemically resistant polymer (1) with vertical grooves (4) with holes and conductors (2) laid in them.
  • a groove filled with a thermopolymer (3) is shown to isolate the conductors from the electrolyte after mounting the metal parts of the cathode. All grooves after assembly of the cathode are filled with thermopolymer.
  • Fig.3 is a section along the line A-A (Fig.1) with a detailed illustration of the shape of a metal comb, which is a bent structure consisting of a conductor (2), a contact rod (6) with a contact pad (5).
  • the contact rod (6) is isolated from the electrolyte by an insulating sleeve (8) made of heat-shrinkable fluoropolymer, which closes the contact rod so that a platform (5) remains at the end, on which the metal will be deposited from the electrolyte.
  • an insulating sleeve (8) made of heat-shrinkable fluoropolymer, which closes the contact rod so that a platform (5) remains at the end, on which the metal will be deposited from the electrolyte.
  • Fig.5 and Fig.6 photo of the current laboratory sample of the proposed cathode with extended nickel rondels.
  • the electrolyte is sulfate-chloride. Extension time - 10 days.
  • Growing mode: I 2A/dm 2 .
  • the bath current increases smoothly or stepwise in accordance with the change in the area of the cathode (growth of rondels).
  • the shape of the contact pad is a semi-toroid. Laboratory tests have shown that the shape of the contact pad does not play a fundamental role. The following forms of pads have been tested:
  • the finished rondel has a shape close to spherical with minor geometry deviations and a radial blind hole in the size of the contact rod.
  • Rondels of this shape are easily tumbled in a ball mill and, due to self-abrasion against each other, acquire a metallic sheen, which is an important criterion for buyers of nickel products from the electroplating sector around the world.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Electrolytic Production Of Metals (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности, к электролитическому получению никеля в виде отдельных дисков и шаров (ронделей) путем осаждения на катодную основу. Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание конструкции катода для получения металлических ронделей, имеющих форму близкую к сферической. Катод для получения сферических ронделей, характеризующийся тем, что содержит плоскую пластину из химически стойкого полимера, имеющую вертикальные канавки с отверстиями, в которых размещена зафиксированная и изолированная термополимером металлическая гребенка, сформированная механической гибкой из единого отрезка металла в виде соединенных проводниками контактных стержней с контактными площадками, причем контактные стержни изолированы втулками из термоусадочного полимера с возможностью формирования вынесенных относительно плоскости катода контактных площадок. Металлическая гребенка формируется из металлической проволоки, ленты, прутка или профиля круглого, квадратного, треугольного, прямоугольного сечения, поддающегося механической гибке.

Description

Катод с вынесенными контактными площадками для получения сферических ронделей
Настоящее изобретение относится к области цветной металлургии, в частности, к электролитическому получению никеля в виде отдельных дисков и шаров (ронделей) путем осаждения на катодную основу. Никель такой формы широко используют в качестве анодов при проведении процесса никелирования металлических деталей. Шаровидные рондели упрощают процесс дозирования и транспортировки металла в технологических процессах.
Известен способ осаждения металла на малые электропроводные участки катодной основы при пропускании электрического тока через электролит (патент US № 3860509, 1975). Участки формируют из свободных концов множества тонких электрических проводов, помещая их в матрицу из непроводящего материала. Площадь каждого участка составляет 0,0005-0,018 мм2. Металлический осадок, получаемый на такой проводящей поверхности, хотя и имеет тенденцию к радиальному расширению в начале процесса, к концу его приобретает дискообразную форму. Кроме того, получаемый металлоосадок имеет очень незначительные размеры из-за непрочной связи с катодной основой.
Известен способ получения шаровидных ронделей электролитического никеля размером 2,5 см (Патент US № 4147597, 1979). Осаждение проводят, пропуская ток через сульфат-хлоридный электролит на электропроводные участки круглой формы, выделенные в непроводящей поверхности катодной основы. Поверхность этих участков специально обрабатывают методом шлифования до получения четких "микрозазубрин" размерами 0,6-7,6 мкм округлой или пирамидальной формы. Это позволяет надежно удерживать металлоосадок на катодной основе при проведении процесса осаждения металла. Однако конструкция катода, используемого в данном способе не позволяет получать никель правильной шарообразной формы.
Известен способ получения никеля шарообразной формы: Патент RU № 2074267, 1997 г. Указанный способ позволяет получить электролитный никель правильной шарообразной формы. Это достигается тем, что в способе получения никеля шарообразной формы, включающем его осаждение из сульфат-хлоридного электролита на электропроводные участки катодной основы, покрытой диэлектриком, каждый из которых имеет площадь не более 0,5 см2, при изменении плотности катодного тока во время периода осаждения t, осаждение проводят на участки, имеющие форму правильной пирамиды, при первоначальной плотности катодного тока, равной 0,6-0,8 А/дм2, которую затем изменяют следующим образом: от 0 до 1/4 t поддерживают постоянной; от 1/4 t до 1/2 t увеличивают не более, чем на 0,01 (А/дм2)/ч; от 1/2 t до 1/4 t поддерживают постоянной; при 3/4 t увеличивают на 1,5-3 А/дм2; от 3/4 t до t поддерживают постоянной.
Осаждение ведется на катод в виде правильной пирамиды, что позволяет сконцентрировать на ее вершине поток катионов Ni2+, избежать его рассеивания по поверхности, что бывает при осаждении на плоскую подложку. Пирамида вершиной погружается в электролит и вращается вокруг оси со скоростью 0,5-2 об/мин. При оптимальном режиме вращения пирамиды и режиме осаждения форма получаемых ронделей близка к шаровидной.
Недостатком указанной конструкции катода является сложность конструкции и низкая производительность, не позволяющая ставить производство ронделей на поток.
Наиболее близким по конструкции является катод, применяемый в процессе осаждения никеля шарообразной формы путем пропускания электрического тока через сульфат-хлоридный электролит с использованием долговечного катодного блока, содержащего жесткую плиту из непроводящего материала, внутри которой находится проводящий металлический узел (Патент US № 4082641, 1978). Указанный узел представляет собой ряды металлических стержней, расположенных в теле непроводящего блока заподлицо с поверхностью непроводящего блока, образуя сеть плоских электропроводных участков, каждый из которых имеет площадь 0,13-1,3 см2. Осаждение проводят с изменением плотности катодного тока. В течение времени, составляющего половину всего временного цикла осаждения, первоначальную плотность катодного тока увеличивают примерно в три раза, после чего остальную часть времени осаждения ее поддерживают постоянной.
Данный способ позволяет получать осадок в форме короны круглой или эллиптической формы с плоским основанием. Общая площадь поверхности такого осадка не менее, чем в три раза превышает площадь основания. Однако получение никеля шарообразной формы с использованием указанной конструкции катода данного изобретения невозможно.
Недостатки данной конструкции катода:
Сложность конструкции, избыточная металлоемкость и, как следствие, чрезмерный вес. При изготовлении такого катода, например, из титана, сложность изготовления вырастает многократно вследствие использования листового титанового проката и специального сварочного оборудования при сборке.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание конструкции катода для получения металлических ронделей, имеющих форму близкую к сферической.
Данная задача решается за счет того, что заявленный катод для получения сферических ронделей, характеризующийся тем, что содержит плоскую пластину из химически стойкого полимера, имеющую вертикальные канавки с отверстиями ,в которых размещена зафиксированная и изолированная термополимером металлическая гребенка, сформированная механической гибкой из единого отрезка металла в виде соединенных проводниками контактных стержней с контактными площадками, причем контактные стержни изолированы втулками из термоусадочного полимера с возможностью формирования вынесенных относительно плоскости катода контактных площадок.
Металлическая гребенка сформирована из металлической проволоки, ленты, прутка или профиля круглого, квадратного, треугольного, прямоугольного сечения, поддающегося механической гибке.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является:
1) Получение формы рондели близкой к сферической за счет выноса виртуального центра растущей рондели на расстояние от плоскости катода не менее одного диаметра рондели, что обеспечивает равномерный рост в трех осях координат X, Y, Z,
2) Снижение металлоемкости при использовании в процессе изготовления металлической проволоки, прутка, ленты вместо листового проката,
3) При изготовлении металлической части конструкции катода используется только одна операция – гибка,
4) Металлическая часть конструкции катода не имеет сварных и механических соединений, размещенных ниже предполагаемого уровня электролита, что обеспечивает надежность электрического контакта катода с питающей сетью.
5) Герметизация в канавках проводников термополимером позволяет оперативно извлекать и заменять поврежденные в процессе эксплуатации элементы металлоконструкции катода.
Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображено:
Катод в сборе. Фронтальный вид.
Катод в сборе. Обратная сторона.
Металлическая гребенка.
Стержень с контактной площадкой и нарощенной ронделью.
Катод с ронделями (фото 1).
Катод с ронделями (фото 2).
Фиг.1 – фронтальный вид катода с контактными площадками (5). На Фиг.2 изображена обратная сторона катода, представляющего из себя лист химически стойкого полимера (1) с вертикальными канавками (4) с отверстиями и уложенными в них проводниками (2). Справа показана канавка с заливкой термополимером (3) для изоляции проводников от электролита после монтажа металлических частей катода. Все канавки после сборки катода заливаются термополимером. Фиг.3 – разрез по линии А–А (Фиг.1) с детальной иллюстрацией формы металлической гребенки, представляющей из себя гнутую конструкцию, состоящую из проводника (2), контактного стержня (6) с контактной площадкой (5). Фиг.4–одиночный контактный стержень (6) с нарощенной ронделью (9). Контактный стержень (6) изолируется от электролита изолирующей втулкой (8) из термоусадочного фторполимера, закрывающей контактный стержень так, чтобы на конце оставалась площадка (5), на которую будет осаждаться металл из электролита. Увеличением или уменьшением длины изолирующей втулки (8) возможно изменение площади контактной площадки (5) и, как следствие, за счет этого возможна регулировка усилия отрыва готовой рондели от катода при съеме. Указанное усилие нормируется в пределах 5-15 кг.
Фиг.5 и Фиг.6 – фото действующего лабораторного образца предлагаемого катода с нарощенными никелевыми ронделями. Металл гребенки – титан (ВТ1-00), проволока Ø 3 мм. Электролит сульфатно-хлоридный. Время наращивания - 10 дней. Режим наращивания: I= 2А/дм2. Ток ванны увеличивается плавно или ступенчато в соответствии с изменением площади катода (ростом ронделей). Анод –растворимый, никель НПА-1. рН = 2, t˚С = 55˚.
Форма контактной площадки – полутороид. Лабораторные испытания показали, что форма контактной площадки принципиальной роли не играет. Были испытаны следующие формы контактных площадок:
1) Полусфера
2) Полутороид
3) Плоская квадратная
4) Плоская круглая
В рамках испытаний доказано, что в процессе роста рондели после достижения диаметра 5-7 мм их форма становится круглой не зависимо от формы контактной площадки. Готовый рондель имеет близкую к сферической форму с незначительными отклонениями геометрии и радиальным глухим отверстием по размеру контактного стержня. Рондели данной формы легко галтуются в шаровой мельнице и вследствие самоистирания друг об друга приобретают металлический блеск, что является важным критерием для покупателей никелевой продукции из сектора гальванопокрытий по всему миру.
Все размеры на чертежах взяты с работающего катода и указаны для примера исполнения.
Таким образом, заявляемая конструкция катода с вынесенными контактными площадками для получения сферических ронделей позволяет достигнуть заявленный технический результат.

Claims (2)

  1. Катод для получения сферических ронделей, характеризующийся тем, что содержит плоскую пластину из химически стойкого полимера, имеющую вертикальные канавки с отверстиями, в которых размещена зафиксированная и изолированная термополимером металлическая гребенка, сформированная механической гибкой из единого отрезка металла в виде соединенных проводниками контактных стержней с контактными площадками ,причем контактные стержни изолированы втулками из термоусадочного полимера с возможностью формирования вынесенных относительно плоскости катода контактных площадок.
  2. Катод по п. 1, в котором металлическая гребенка сформирована из металлической проволоки, ленты, прутка или профиля круглого, квадратного, треугольного, прямоугольного сечения, поддающегося механической гибке.
PCT/RU2022/050193 2021-06-24 2022-06-21 Катод с вынесенными контактными площадками для получения сферических ронделей WO2022271052A1 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021118462 2021-06-24
RU2021118462 2021-06-24

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2022271052A1 true WO2022271052A1 (ru) 2022-12-29

Family

ID=84545832

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2022/050193 WO2022271052A1 (ru) 2021-06-24 2022-06-21 Катод с вынесенными контактными площадками для получения сферических ронделей

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2022271052A1 (ru)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4082641A (en) * 1976-04-01 1978-04-04 Falconbridge Nickel Mines Limited Reusable integrated cathode unit
SU704464A3 (ru) * 1973-02-20 1979-12-15 Инвайротек Корпорейшн (Фирма) Электролизер дл извлечени металлов из водных растворов
US4235696A (en) * 1979-07-23 1980-11-25 The International Nickel Co., Inc. Mandrel for nickel rounds with a monolithic surface
RU2065509C1 (ru) * 1995-06-28 1996-08-20 Акционерное общество "Кварта" Способ получения никеля шарообразной формы и устройство для его осуществления
RU2074267C1 (ru) * 1995-11-15 1997-02-27 Акционерное общество "Кварта" Способ получения никеля шарообразной формы
RU2483143C1 (ru) * 2011-12-07 2013-05-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева" (РХТУ им. Д.И. Менделеева") Катод электролизера для получения металлических порошков

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU704464A3 (ru) * 1973-02-20 1979-12-15 Инвайротек Корпорейшн (Фирма) Электролизер дл извлечени металлов из водных растворов
US4082641A (en) * 1976-04-01 1978-04-04 Falconbridge Nickel Mines Limited Reusable integrated cathode unit
US4235696A (en) * 1979-07-23 1980-11-25 The International Nickel Co., Inc. Mandrel for nickel rounds with a monolithic surface
RU2065509C1 (ru) * 1995-06-28 1996-08-20 Акционерное общество "Кварта" Способ получения никеля шарообразной формы и устройство для его осуществления
RU2074267C1 (ru) * 1995-11-15 1997-02-27 Акционерное общество "Кварта" Способ получения никеля шарообразной формы
RU2483143C1 (ru) * 2011-12-07 2013-05-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева" (РХТУ им. Д.И. Менделеева") Катод электролизера для получения металлических порошков

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3417089B1 (en) Articles including a multi-layer coating and methods
CN109952391A (zh) 在工件上提供层压涂层的方法,及由其制备的制品
KR102243188B1 (ko) 도금재 및 그 제조 방법
US20100181670A1 (en) Contact structure for a semiconductor and method for producing the same
CA1306440C (en) Rotary electroplating of spaced conductive areas
KR102273727B1 (ko) 전해 동박 제조 장치
WO2022271052A1 (ru) Катод с вынесенными контактными площадками для получения сферических ронделей
RU208678U1 (ru) Катод для получения сферических ронделей
CN87104216A (zh) 工业镍磷电镀
CN109149198A (zh) 电接触部件、镀层端子、装接有端子的电线以及线束
RU219715U1 (ru) Катод для получения сферических ронделей
AU7918900A (en) Method for producing an electrolytically coated cold band, preferably used for the manufacture of battery shells, and for battery shells manufactured according to this method
WO2017143048A1 (en) Articles including nickel-free coating and methods
JP5888732B2 (ja) 電気めっき方法およびめっき装置
US2505196A (en) Method for making abrasive articles
JP2009087561A (ja) リチウム二次電池用銅箔及びその製造方法
RU2074267C1 (ru) Способ получения никеля шарообразной формы
JP2562967B2 (ja) 鋼線の電気めっき方法
Zabludovsky et al. The application of program-controlled pulsed current for obtaining metallic coatings with specific properties
RU2065509C1 (ru) Способ получения никеля шарообразной формы и устройство для его осуществления
EP2729603A1 (en) Distribution plate in electrolyte bath
CN220952109U (zh) 一种银电解用复合耐腐导电棒
CN108857286A (zh) 波纹形放电加工电极线及其制备方法
JP6004461B2 (ja) 電気めっき方法およびめっき装置
US527110A (en) Charles r

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 22828863

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE