用于金属电沉积的优化装置以及系统的制作方法

1.本技术涉及一种用于金属电沉积的优化系统，该优化系统能够在从最低到最高的宽电流密度范围内运行，优选在电解过程中运行。
2.该系统由优化装置组成，这些优化装置在其整个表面上具有多个开口，这有利于富含金属的电解质的通过，从而促进金属在装置所在的阳极区域中的电沉积，获得具有均匀沉积物的金属阴极。此外，该装置设法尽可能地使阳极变直以及分开阳极。
3.该系统包括优选为塑料的至少一个电沉积优化装置，其改善了电极中电流的均匀分布，从而提高了系统电流的效率，避免了由于短路造成的电流损失。这样，阳极在运行中持续时间更长，提高了整个生产的物理质量，并且实际上将由于结瘤导致的废品减少到零。因此，整个废弃百分比转化为所获得的金属阴极产量的增加。
4.此外，所述系统和装置沿着每个阳极的两侧安装，解决了电解过程中存在的部分主要问题。


背景技术：

5.已知，在例如通过电解提取和电解精炼来生产金属阴极的电解过程期间，最初使用平的、直的或竖直的阳极板。主要由铅或任何其他适用于该过程的材料制成的这样的阳极，由于它们被浸没在其中的热酸性电解质的腐蚀作用而退化。在这种情况下，在电解池运行期间，阳极氧化，由于在其表面上形成的氧化物的逐渐分离而导致阳极变薄。然后，在损失厚度时，阳极板的性质改变，其中包括它们的机械性质仍然容易变形，例如屈曲成凹形，失去其原始的竖直度。
6.阳极的变形导致阳极的低效运行，由于变形的阳极倾向于减少其与相邻阴极中的一者或两者的分离或简单地连接。所述分离或接触的减少助长了在待收获的阴极中产生短路，而短路导致结瘤、畸形或突起，由于结瘤和电流效率的损失而在阴极生产中产生损失。
7.此外，一旦阳极发生退化和变形的情形，腐蚀就会加剧，板也会愈加变薄，这将导致更大的变形以及阴极生产和电流效率的更大损失。阳极的这种退化过程在阳极板的拐角处达到顶点，由于这些阳极板变薄，这些阳极板开始更加弯曲，直到最终需要更换受影响的阳极板。
8.在这种情况下，目前在电解提取或电解精炼过程中使用的阳极，随着热酸性电解质的使用和腐蚀，会腐蚀、变薄以及变形，失去它们的竖直度，并且因此由于这些阳极与一个或两个相邻阴极的接近而产生微短路。这导致电沉积板中的结瘤或突起，从而导致电流效率的损失以及由于结瘤而使收获的板废弃，此外，随着使用的增加，阳极的退化加剧，这多次迫使过早更换受影响的阳极或阳极组。
9.在这种情况下，已经尝试过各种解决方案改善阳极的性能，以降低电解介质对这样的部件的影响。然后，已经使用钛合金或其他材料设计过阳极，虽然钛合金或其他材料设法增加了阳极的使用寿命，但是钛合金或其他材料使阳极的使用成本大大增加。因此，需要一种解决方案，其允许增加阳极的使用寿命而不管其组成为何，同时减少其退化对阴极的
生产和质量的影响。
10.在这点上，有一些方法被设计来加强新阳极，诸如在专利申请cl 778-1996中描述的方法。这个申请描述了一种方法，其中通过诸如液压机等的大型机器，在阳极的整个表面上施加巨大的机械压力来压印图形，在板上印刷各种形状来加强它们。然后，当所述板投入使用时，它们比没有冲压的板保持更长时间的刚性，这部分地解决了上述问题。然而，由申请cl 778-1996提出的解决方案的一个很大的缺点是，一旦一个或多个阳极开始腐蚀，它们就会损失厚度，不可避免地变形或屈曲，从而引发前面提出的问题，即产生质量差的阴极、电流效率损失，并因此由于结瘤而导致相应的阴极的废弃。
11.在现有技术中发现的另一种类型的解决方案对应于大约电解池大小的庞大系统，其中所述系统使用通道形导向装置将阳极与阴极等距离地分开，使得阳极和阴极竖直地移动。当母阴极不使用边缘盖时应用的所述导向装置，在阳极和阴极完全竖直时，即当它们是新的时，工作良好。然而，一旦阳极开始使用，它们无论如何都会开始腐蚀、损失厚度和变形，根据上文所述，母阴极也会发生同样的情况。然后，当需要取出变形的阳极和/或阴极时，位移导向装置成为障碍，使得运行效率低，因为电极由于使用而变形，使得它们难以沿着所述导向装置滑动。因此，这种系统的缺点是实施成本高，此外，当阳极变形时，导向通道不能使阳极变直或加强。在这种情况下，需要一种解决方案，其除了给阳极提供刚性之外，还允许将阴极和阳极同时从电解池中取出并不间断地插入。
12.另一方面，在各种文献中，诸如在专利us 5762776、us 4619751和us 3997421中，描述了位于阳极表面上的分离器装置和/或绝缘体装置，它们都位于阳极的下三分之一处、其侧面上、其中央部分或前述位置的组合，允许维持阳极与阴极之间的特定分离，从而降低短路风险和电流效率损失。所述装置安装在阳极上，以提供接触和滑动表面，这些表面除了在电解系统中进行的普通运行期间有利于电极的插入和抽出之外，还保持阳极与相邻阴极之间的均匀距离。然而，当腐蚀开始以及随之发生的阳极变薄和变形时，这些装置仅允许减轻屈曲的影响，也就是说，不需要加强阳极，所以当阳极退化并因此变形时，短路以同样的方式发生。
13.从上面可以得出，为了减少变形、提高阴极的质量和产量(其中它们没有结瘤)，以及为了提高电流效率并延长阳极的使用寿命，有必要保持阳极竖直并确保阳极和阴极在其整个长度上的最大距离。然而，传统的分离系统没有考虑如何避免阳极整体屈曲，它们仅局限于减轻屈曲的影响，而使用分离器作为次要目的。上述的一个示例是，用这些分离系统的电获得的阴极的废弃百分比在4％与7％之间的范围内，这对于目前管理的高生产率是不希望的因素。此外，如文献wo2015010220中所述溶液的使用通常导致主要在靠近或接触安装在阳极上的分离系统的区域中在阴极上的矿石沉积物减少。
14.因此，本发明解决的主要问题是促进阴极仅在装置封装在阳极中的区域的电沉积，这是由于装置具有的有利于电解质的通过的多个开口而导致的。此外，该装置使阳极变直，使阳极保持平行，避免屈曲，设法在其整个长度上保持阳极与阴极之间的最大距离，等距离地在所有阴极中产生相等的电流分布，避免短路。因此，系统的电流效率增加，实际上将由于结瘤导致的废弃(废弃高达7％)降低到零，因此，提高了生产的所有阴极的质量，在相同的废弃百分比下增加了阴极的产量。


技术实现要素：

15.如上所述，现有技术中已知的装置可以部分地解决由阳极板变形引起的问题，即，保持刚性和完全竖直的阳极，同时在阳极与阴极之间有等距的间隔，避免影响电沉积电极的质量和产量的短路和结瘤的形成。
16.文献wo 2015010220的加强件没有解决的问题是，优选在低电流密度下运行时，仅在安装加强件的区域中待沉积在阴极上的金属的非沉积或部分沉积沉积在阳极上。
17.鉴于以上所述，本发明提出了一种优化金属电沉积的系统和装置，由于其具有的多个开口，该系统和装置在不改变电沉积过程的情况下，优选在低电流密度下，最大化了电解质流的通过。这允许在阴极的整个表面上均匀沉积，并使电极变直，避免由于阳极与阴极之间发生短路而导致的电流损失，这转化为系统电流效率的增加。
18.该装置由单个主体组成，该单个主体在结构上是坚固的，由主体区段组成，主体区段特别是具有倾斜侧壁的主体区段，例如，u形的截面在其后部较宽，后面是具有平行壁的主体区段，该主体区段配置较窄的截面，例如，u形，在装置的整个延伸中交替地重复主体区段的这种配置，直到达到期望的长度(例如，阳极的侧边缘的长度)，在阳极的整个长度上加强并增加其电流效率。主体的侧壁具有多个不同形状的开口，这些开口有利于电解质流的通过，这样的壁在装置的前表面相遇，形成支撑楔形区域的壁，楔形区域被布置成容纳、调节并从这个壁移开，电极的周边边缘优选为阳极的周边边缘，该周边边缘沿着其整个长度使其变直并将其与相邻电极分开。具有倾斜壁的主体区段形成分离区段以保持相邻电极之间的分离，而具有平行壁的主体区段形成循环区段以促进电解质的循环。
19.由于这些特征，本发明的电解质流动的系统和优化装置允许解决现有技术的问题，这是由于在已经存在的隔板和加强件安装的区域中金属的非沉积物的消失影响了电解池效率的至少2％的增加，这导致了更高质量的阴极的生产而没有结瘤。
20.与现有技术相比，本发明最重要的优点是，该系统和装置的特征通过有利于电解质流的通过而允许甚至在低电流密度下优化阴极的电沉积，此外，同时，使阳极变直并使阳极与阴极之间的距离最大化，实现电极中电流的均匀分布，导致金属阴极具有均匀的沉积物和没有结瘤的表面，而没有由于没有沉积物的区域而导致的废品，优选当该过程具有低电流密度时。
21.前述导致电流效率增加至少2％，以相同废品阴极百分比提高产量，该百分比可达到7％，增加了所有回收阴极的物理和化学质量，增加了阳极在至少1年内的使用寿命的延长，这是允许逐渐用新阳极更换旧阳极而不降低阴极质量的足够时间。
22.因此，本发明在于一种具有多个开口的用于金属电沉积的优化装置，该装置使电解质流的通过最大化，而不改变电沉积过程，其适用于整个电流密度范围。此外，本发明还在于将所述优化装置结合到优化系统中，该优化系统在所有电流密度范围内促进金属的电沉积。除了在阳极板的整个延伸过程中使阳极板竖直并保持笔直之外，该装置和系统允许沿着阳极的整个长度相对于相邻的阴极保持等距间隔，从而在所有阴极中获得相等的电流分布，提高了系统电流的效率。最后，所述系统和装置允许获得具有均匀沉积物且没有结瘤的阴极，此外，通过避免阳极在酸性介质中在运行期间经历的持续退化而导致的变形而增加了阳极的使用寿命。
附图说明
23.作为本发明的一部分，呈现了以下代表性附图，这些附图显示了本发明的优选实施例，因此，不应被认为是对所要求保护的主题的限定。
24.图1示出了具有两个优化装置的本发明的优化系统的实施例的前视图。
25.图2a、图2b和图2c在平面中分别示出了图1的优化装置的前视投影、后视投影和侧视投影。
26.图3和图3a分别示出了图1的优化装置的中央分离区段的等距视图和其截面的剖视图。
27.图4示出了电解池的一组阳极的等距视图，其具有根据图1安装的本发明的优化系统。
28.图5示出了图1的优化装置如何在阳极与阴极之间起作用的剖面图的示意图。
29.图6示出了图1的优化装置的主体的中央循环区段的等距视图。
30.图7示出了图1的优化装置的完整等距视图。
31.图8示出了图1的优化装置主体的上部分离区段的等距视图。
32.图9示出了图1的优化装置主体的下部分离区段的等距视图。
33.图10示出了电极的前视图，其呈现了具有第一细长配置的本发明的两个优化装置。
34.图11示出了电极的前视图，其呈现了具有第二细长配置的本发明的两个优化装置。
35.图12示出了具有未延伸的楔形区域的优化装置的完整等距视图。
36.图13示出了图12的优化装置主体的上部分离区段的等距视图。
37.图14示出了图12的优化装置的中央分离区段的等距视图。
38.图15示出了图12的优化装置主体的下部分离区段的等距视图。
39.图16示出了具有根据图12的本发明的优化系统的优选实施例的电极的前视图。
40.图17示出了具有根据图12安装的本发明的优化系统的电解池的一组阳极的等距视图。
41.图18和图18a分别示出了图12的优化装置的中央分离区段的等距视图以及其截面的剖视图。
42.图19示出了图12的优化装置如何在阳极与阴极之间起作用的剖视图的示意图。
43.图20示出了具有成角度的下部拐角的阳极的示意图。
44.图21示出了包括拐角区段的优化装置的等距视图。
45.图22示出了图21的优化装置的拐角区段的细节。
46.图23示出了安装在图20的阳极上的图21的优化装置。
具体实施方式
47.为了更好地解释本发明，将结合附图对优选实施例进行描述，其中：
48.图1示出了本发明的电沉积优化系统的优选实施例的前视图，该系统由两个优化装置(10、10’)形成，这两个优化装置安装在阳极板(a)的每一侧上，通过从该装置的前表面突出的延伸的楔形区域(11、11’)固定到该阳极板(a)。尽管在图1中示出了三个延伸的楔形
区域，一个朝向装置的每一端(上部和下部)，一个朝向装置的中央部分，但是可替换实施例可以呈现连续延伸的楔形区域，即封装阳极板的整个边缘的地方。延伸的楔形区域允许维持阳极板边缘与装置之间的分离，增加电解质自由流的区。
49.图2a、图2b和图2c示出了分别在一个平面中展开前投影、后投影和侧投影的具有延伸的楔形区域(11)的根据图1的优化装置(10)的优选实施例。在图2a和图2b中，可以更详细地理解优化装置(10)的侧向轮廓，其呈现不同宽度的区段，这些区段寻求促进电解质的循环，并因此最大化阴极上的电沉积，同时保持相邻电极之间的间隙。另一方面，在图2c中，可以更详细地理解优化装置(10)的侧壁的配置，该优化装置在形成其延伸部的所有区段中具有大开口(12)。此外，可以看到延伸的楔形区域(11)的延伸尺寸，延伸的楔形区域(11)从优化装置(10)的前表面突出。
50.图3和图3a分别示出了根据本发明的优选实施例的图1的优化装置(10)的分离区段的等距视图，以及所述装置的截面视图，两者都具有延伸的楔形区域(11)。特别地，图3和图3a示出了优化装置的中央分离区段(10a)，其具有确保在相邻电极之间进行正确分离的倾斜壁(13)。在图3中，可以理解，除了倾斜壁之外，该装置的所述区段包括延伸的楔形区域(11)和作为电极矫直元件参与的用于电解质自由流的开口(12、12’)。特别地，可以理解，图3和图3a所示的优化装置的中央分离区段包括两种开口的组合，较大的开口(12)和较小的开口(12’)。较小的开口(12’)布置在延伸的楔形区域(11)附近，使所述楔形区域附近的电解质流最大化。另一方面，倾斜壁除了以尽可能少的中断促进电解质的循环之外，还在其后部、至少在优化装置的延伸部的一部分中促进了更宽的u形截面配置。实际上，图3a示出了促进相邻电极之间分离的倾斜壁的所述配置。
51.图4示出了具有根据优选实施例安装的本发明的优化系统(其对应于图1所示的系统)的电解池的一组阳极的等距视图。
52.图5示出了优化装置(10)如何相对于利用延伸的楔形区域(11)相对于阳极(a)与阴极(c)之间的间距起作用的剖面图的示意图。在所述图中，可以理解优化装置(10)的具有倾斜壁(13)的分离区段如何配置相邻电极之间的相应分离。
53.图6示出了循环区段(10b)的等距视图。根据一个实施例，所述循环区段是矩形的，具有相对于分离区段具有较小宽度截面的平行壁，具有大的开口(12)以最大化电解质流的通过。例如，根据其一个实施例，具有大开口(12)的所述循环区段(10b)位于紧邻优化装置的分离区段的装置主体中，如图3所示。
54.图7示出了根据本发明优化装置的一个实施例的具有延伸的楔形区域(11)的优化装置(10)的完整等距视图。在所述图7中，可以看到装置主体中倾斜壁的分离区段(10a)与平行壁的循环区段(10b)的组合，所述区段沿着其长度交替。此外，在该图中可以看出，朝向优化装置(10)的端部布置的上部和下部分离区段(10a’)可以不同于朝向这种装置的中央布置的中央分离区段(10a)。然而，所述倾斜的区段也可以是相同的。
55.图8示出了装置主体的上部分离区段(10a’)的等距视图，上部分离区段(10a’)具有两个倾斜平面(13)，相邻的阴极在进入/移出电解池的运行期间沿着这两个倾斜平面竖直地滑动。装置主体的所述上部分离区段(10a’)结合了对应于壁或倾斜平面(13)的最宽部分的阳极间隔元件(14)、具有延伸的楔形区域(11)的紧固元件(15)和作为电极的矫直元件参与的用于使电解质通过的开口(12)。
56.图9示出了装置主体的下部分离区段(10a’)的等距视图，下部分离区段具有便于电极、特别是安装的装置具有的阳极进入电解池的两个倾斜平面(13)。该装置的所述下部分离区段(10a’)结合了对应于壁或倾斜平面(13)的最宽部分的阳极间隔元件(14)、具有延伸的楔形区域(11)的紧固元件(15)和作为电极的矫直元件参与的用于使电解质通过的开口(12)。
57.通过观察与挨着图7呈现在一页上的图3、图6、图8和图9中所示的装置区段形成对照的图7可以看出，为了便于比较，本发明的优化装置的主体由不同的主体区段形成：如图8所示的上部分离区段、如图9所示的下部分离区段、如图3所示的中央分离区段和如图6所示的两个中央循环区段。根据该实施例，上部、中部和下部分离区段具有倾斜壁、延伸的楔形区域和用于电解质流的开口。根据该实施例，中央循环区段具有平行的壁和用于电解质流的大开口。
58.图10示出了阳极(a)的前视图，其呈现了具有细长配置的本发明的两个优化装置(10、10’)。与图1所示的装置的延伸部相比，图10的装置在主体的一部分中具有细长延伸部，所述部分由图3和图6所示的主体区段组成。这个示例表明，该装置的构造很容易适应不同的长度，通过增加主体的相应区段来实现其延伸。
59.在这种情况下，考虑到优化装置的优选材料是塑料，主体区段的添加在制造模具的水平上完成，或者通过一些合适的成形过程完成。
60.图11示出了有由图3和图6所示区段组成的主体的更多部分的细长装置的前视图。通过这种配置，有可能实现覆盖阳极侧边缘(a)的100％延伸部的装置长度。图11举例说明了该装置在其构造方面的优点，即可以交替主体区段，特别是循环区段和中央分离区段，以获得不同延伸的装置配置。
61.图12示出了具有非延伸的楔形区域(11a)的优化装置(10)的完整等距视图，也就是说，其中阳极板的边缘被布置成实际上接触或非常接近优化装置(10)的前表面。
62.类似于图8，图13示出了装置主体的上部分离区段的等距视图，上部分离区段具有两个倾斜平面，阴极在进入/移出电解池的运行期间沿着这两个倾斜平面竖直地滑动。所述装置主体的上部分离区段结合了阳极间隔元件、具有非延伸的楔形区域(11a)的紧固元件和作为电极矫直元件参与的用于使电解质通过的开口。类似于图3，在图14中可以看到，该装置的中央分离区段，除了倾斜壁之外，还包括非延伸的楔形区域和作为元件电极矫直器参与的用于电解质自由流的开口。以同样的方式，图15示出了装置主体的下部分离区段的等距视图，下部分离区段具有有利于电极、特别是安装的装置具有的阳极进入电解池的倾斜平面。该装置的所述下部分离区段结合了阳极间隔元件、具有非延伸的楔形区域(11a)的紧固元件和作为电极矫直元件参与的用于使电解质通过的开口。
63.通过观察与挨着图12呈现在一页上的图13、图6、图14和图15中描绘的装置区段形成对照的图12可以看出，为了便于比较，本发明的优化装置的主体由不同的主体区段形成：如图13所示的上部分离区段、如图15所示的下部分离区段、如图14所示的中央分离区段和如图6所示的两个中央循环区段。根据该实施例，上部、中部和下部分离区段具有倾斜壁、非延伸的楔形区域和用于电解质流的开口。根据该实施例，中央循环区段具有平行壁和用于电解质流的大开口。
64.图16示出了具有本发明的电沉积优化系统的优选实施例的阳极(a)的前视图，该
系统具有非延伸的楔形区域(11a、11a’)。在这种情况下，图17示出了具有根据一个实施例安装的本发明的优选优化系统的电解池的一组阳极的等距视图，该系统具有对应于图16的非延伸的楔形区域(11a、11a’)。
65.类似于图3和图3a，图18和图18a分别示出了根据本发明的优选实施例的优化装置的分离区段(10a)的等距视图，以及所述装置的截面的剖视图，两者都具有非延伸的楔形区域(11a)。另一方面，图19示出了优化装置如何利用非延伸的楔形区域相对于阳极与阴极之间的距离起作用的剖视图的示意图。
66.最后，本发明包括附加实施例，其中，为了确保阳极板的刚性，它包括称为拐角区段的附加区段。如图20所示，在一些电解提取设备中，阳极板(a)在其下部拐角不总是直的，并且由于电解池和过程的设计，优选阳极板的拐角以一定角度(优选45
°
)终止，如图20所示。在运行一段时间后，阳极板由于腐蚀而受到非常强烈的磨损，特别是在拐角，腐蚀使阳极板相对于主体过早变薄，这反映在阳极中，以及在其拐角处弯曲的阳极板，而这是短路的主要焦点，短路会在要收获的阴极拐角带来畸形的沉积物或突起。
67.为了避免这种情况，如图21所示，优化装置(10)可以在其下部包括具有角形的拐角区段(16)，以便在拐角处保护阳极板。所述拐角区段还可以包括u形通道形式的楔形区域(17)，楔形区域(17)在阳极下边缘紧密地接收阳极。呈通道形式的楔形区域(17)的壁在其上部部分具有滑动角，滑动角防止由于腐蚀而从电极脱离的污泥的积聚。在图22中，可以更详细地看到具有楔形区域(17)的拐角区段(16)，并且在图23中，可以看到安装在阳极(a)上的具有拐角区段(16、16’)的两个优化装置(10、10’)。
68.这样，避免了阳极与阴极之间的任何接近，消除了短路，因此，获得了具有优异物理和化学质量的阴极。另一个好处是阳极将延长它们的使用寿命，由于它们目前因为拐角变薄而被放电，过早地损失厚度并提前产生问题，所以使用这种装置可以最大限度地延长阳极的使用寿命。