CN101835923A - 电解阴极装置及其制造和使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电解阴极装置，通常用于金属的精炼或提炼，所述电解阴极装置具有导电悬挂杆和淀积板，所述淀积板沿上端连接于悬挂杆从而形成接合处。阴极装置还包括保护罩，所述保护罩具有侧边缘并且包围悬挂杆和淀积板的部分上端，以致大致密封接合处并且将悬挂杆的末端部分暴露在保护罩的侧边缘之外。保护罩的各端包括抗腐蚀材料，所述抗腐蚀材料设置为用以形成保护罩与悬挂杆之间大致连续的密封，由此至少阻碍流体流入保护罩。本发明还描述了制造和使用所述电解阴极装置的方法。

Description

电解阴极装置及其制造和使用方法

技术领域

本发明主要涉及一种电解阴极装置及其制造和使用方法，这种装置通常用于金属的精炼或提炼。

背景技术

本部分所论述的内容并非认定为现有技术或本领域技术人员所知的知识的一部分。

金属的电精炼需要将由待精炼的粗金属制成的阳极与阴极一起放置在合适的电解液中。阳极和阴极之间加载的电压促使粗金属氧化并且纯金属离子进入溶液，并穿越电解液朝向阴极发生电解迁移。纯金属离子作为精炼金属(通常具有高纯度)淀积于阴极上。大多数杂质则留在了电解液中。

金属的电积需要将由金属(不同于待精炼的金属)制成的阳极与阴极一起放置在合适的电解液中。待精炼的金属以可溶形式(例如通过滤取与溶剂萃取过程得到)添加至电解液中。阳极和阴极之间加载的电压促使金属从溶液中迁移并作为高纯度精炼金属淀积于阴极上。

通常的阴极装置包括沿上端连接至导电悬挂杆的平面淀积板。悬挂杆与外部电源电接触。通常，悬挂杆置于一对导电汇流线上，所述导电汇流线沿槽体的相对边缘平行延伸。悬挂杆支撑着处于电解液中的淀积板，并且提供了电源和淀积板之间的电流流动路径。

当积聚在淀积板的表面上的精炼金属达到适当厚度时，将阴极装置从电解液中移出。假使淀积板是永久的(例如，由与待精炼的金属不同的金属形成)，则精炼金属可由已知的剥离手段获得。通常，淀积板的竖直侧边缘是被覆盖或保护的，因此铜或其它所需金属的淀积仅发生在淀积板的平整的侧表面上并且在其下边缘周围。

在一些例子中，阴极装置包括与永久淀积板(例如不锈钢)相结合的导电悬挂杆(例如铜)。淀积板的上端通常***沿悬挂杆的底面设置的凹槽中。然后将淀积板焊接到悬挂杆上。异金属的使用使得焊接处特别易受电化腐蚀。焊接处的这种腐蚀可导致装置传导率的降低以及作为整体单元的效率的降低，并且还可导致机械及结构失效。

发明内容

这部分内容是向读者介绍本发明，而非限定任何发明。以下内容描述的装置元件或方法步骤的组合或子组合中或本申请文件的其它部分描述了一个发明或更多发明。虽然没有在权利要求中描述其它发明，但是发明人并不是舍弃或放弃仅在本发明内容中公开的任何发明的权利。

本发明一方面提供了包括导电悬挂杆和淀积板的阴极，所述淀积板沿上端连接至悬挂杆从而形成接合处。阴极装置进一步包括保护罩，所述保护罩具有侧边缘并且包围悬挂杆和淀积板的部分上端，以致充分包围接合处并且将悬挂杆的末端部分暴露在保护罩的侧边缘之外。保护罩的各端都包括抗腐蚀材料，所述抗腐蚀材料被设置成用以形成保护罩与悬挂杆之间大致连续的密封，由此至少阻碍流体流入保护罩中。在一些应用中可能仅密封或封闭保护罩的一端就足够了。

抗腐蚀材料可包括O形环、树脂或胶带。

抗腐蚀材料可围绕悬挂杆设置并邻接保护罩的一个对应的侧边缘。

可替代地，保护罩的每个侧边缘都与悬挂杆相间隔以在其间形成腔，并且各抗腐蚀材料大致设置于对应的腔内。

一方面，淀积板通过至少一种焊接连接至悬挂杆上。另一方面，保护罩通过至少一种焊接连接至淀积板上。另一方面，淀积板和保护罩是由不锈钢制成，并且悬挂杆是由铜形成。

一方面，在保护罩的各端都设有围绕的套筒，并且所述套筒邻接于保护罩的外表面的邻近相应的侧边缘的部分以及悬挂杆的相应的相邻的暴露部分。

发明内容的另一部分，描述了制造阴极装置的方法。所述方法包括步骤：提供导电悬挂杆，并将淀积板的上端紧固于悬挂杆从而在其间形成接合处。所述方法还包括步骤：提供保护罩，所述保护罩具有侧边缘并围绕悬挂杆以及淀积板的部分上端，以致大致包围接合处并且将悬挂杆的末端部分暴露于外。所述方法进一步包括步骤：在保护罩的各端，在保护罩的一侧边缘与悬挂杆的一个相邻暴露的末端部分之间都设有抗腐蚀材料以形成密封。

一方面，所述方法还包括步骤：提供抗腐蚀材料作为其中至少一个：O形环；抗腐蚀树脂；及胶带。

另一方面，所述方法进一步包括：对于O形环，将O形环滑过悬挂杆直至所述O形环与保护罩的对应的侧边缘邻接；对于抗腐蚀树脂，围绕悬挂杆的对应的暴露的末端部分并紧靠着保护罩的对应侧边缘设置抗腐蚀树脂，并且使抗腐蚀树脂渗透入保护罩与悬挂杆之间；以及对于胶带，将胶带围绕保护罩的侧边缘以及悬挂杆的邻接侧边缘的对应的暴露部分缠绕多层。

另一方面，保护罩的每个侧边缘都与悬挂杆相间隔以在其间形成腔，并且设置步骤是通过将抗腐蚀材料设置于腔内而完成的。

本发明一方面描述了在电解池中精炼金属的方法。所述方法包括步骤：提供包含电解液的槽体、处于电解液中的阳极装置以及处于所述电解液中的阴极装置。所述方法还包括步骤：提供电源、并将所述电源电连接至阳极装置和阴极装置以形成电解池。所述方法进一步包括步骤：提供足够量的电流至电解池以促使金属离子从电解液中淀积至阴极装置的淀积板的表面上。

本发明一方面描述了电解池。电解池包括槽体、阳极装置以及阴极装置，所述槽体包括电解液，所述阳极装置处于电解液中，并且所述阴极装置处于电解液中。电解池进一步包括电连接至阳极装置以及阴极装置的电源以形成电解池。

附图说明

为了更好的理解本发明并且更清楚的示出上述效果如何实现，现将以示例的方式参照附图，其中附图以示例的方式示出本发明的优选的实施例，并且其中：

图1为本发明中第一实施例的阴极装置的局部投影图；

图2为图1所示阴极装置的局部立体图；

图3为从图2的线3-3看阴极装置而示出的局部端视图；

图3A和图3B是沿图1的线3A-3A和线3B-3B的相应的剖视图；

图4A和图4B是图1-3所示的阴极装置的侧端的放大的局部截面图；

图5A和图5B是本发明中第二实施例的阴极装置的侧端的放大的局部截面图；

图6A和图6B是本发明中第三实施例的阴极装置的侧端的放大的局部截面图；

图7是本发明的第四实施例的阴极装置的局部投影图；

图8是图7所示阴极装置的局部立体图；

图9是从图8的线9-9看阴极装置而示出的局部端视图；

图10A和图10B是图7-9所示阴极装置的侧端的放大的局部截面图；

图11A和图11B是本发明的第五实施例的阴极装置的侧端的放大的局部截面图；

图12A和图12B是本发明的第六实施例的阴极装置的侧端的放大的局部截面图；以及

图13是示例性电解池的示意性立体图。

具体实施方式

以下将描述多个装置或方法以提供每个要求保护的发明的实施例的例子。以下描述的实施例并非要限定某个要求保护的发明，并且每个要求保护的发明可涵盖未在下文中描述的装置或方法。要求保护的发明并非限定为具备以下描述的任一装置或方法的全部特征，或者是以下描述的多个或全部装置共同的特征。以下描述的装置或方法有可能不是任何要求保护的发明的实施例。申请人、发明人以及权利人保留以下描述的装置或方法中公开的任何发明的所有权利，所述发明可能未在本申请文件中要求保护，并且虽然所述发明在本文件中公开了，但并不是放弃、弃权或共享于众所述发明。

图1-3描述了本发明的第一实施例中的阴极装置，一般标记为20。所述阴极装置包括由导电材料制成的淀积板22，所述淀积板22具有相对较高的抗张强度和较强的抗腐蚀能力。在所述的实施例中，淀积板22可由316L不锈钢或其它具有一定抗腐蚀性以及具有例如“2B”光洁表面(finish)的合金材料制成。可以理解，基于特定应用可采用多种不锈钢光洁表面。

淀积板22连接于悬挂杆24。如图3非常清楚地示出，悬挂杆24可具有大体平整的预部和平整的侧面、以及圆形底部；虽然示出的是圆形底部，但是底部可以是平的，并且通常悬挂杆的轮廓可以改变。悬挂杆24可由铜形成。

通过在悬挂杆中设置狭槽(由图3所示26标记)、并且随后将板22焊接到悬挂杆24上(如图3B中清楚看到的标记28所示)，淀积板22可连接至悬挂杆24。可替代地，淀积板22能够被直接焊接至悬挂杆24。由于使用中可能出现大电流、并且可能需要避免大电流集中在个别位置，所以淀积板22可以两侧沿其整个长边(除了两个开口30处)焊接至悬挂杆。淀积板22上设有开口30以助于将阴极装置从槽体(未示出)中拿出。可替代地，其它阴极装置可设有吊钩。可以理解，尽管这里参考的是将板22焊接至悬挂杆24，由于它们形成于不同材料，至少相对于不锈钢板22，特征在于铜焊而非实际的焊接操作。

围绕所述悬挂杆24设有保护罩40以掩蔽焊接处28并提供额外的结构强度。保护罩40能够用与淀积板相同或相似的材料制成，例如但不限于不锈钢或其它具有一定的抗腐蚀性能的合金。保护罩40被设置为紧密围绕悬挂杆24，但是可以不必紧密到以致防止流体渗透。保护罩的下边缘42与淀积板22邻接并且在标记44处与其焊接。这些焊接处沿着与板22接触的下边缘42的整个长度延伸。

如图1所示，保护罩40延伸超过淀积板22的边缘，并且下边缘42的外部将直接彼此相对；如果必要，它们能够被进一步变形或挤压以致邻接或接近于彼此。随后，额外的焊接处(标记为46)用于封锁保护罩40的这些部分。此外，对于下边缘42的穿过开口30延伸的部分，需要时能够被挤压或变形以致它们邻接或接近于彼此。随后提供额外的焊接处(标记为48)来封锁下边缘42的这些部分，焊接处48类似于图3A示出的焊接处46。总体上，所述配置为用以确保：关于保护罩40和淀积板22，焊接或密封是连续的并且没有遗留能渗透流体的开口，除了在保护罩40的末端处。

相应地，在保护罩40的末端还是会存在保护罩40和悬挂杆24之间的流体的潜在渗透的问题，例如来自电解液和/或在阴极清洗过程的腐蚀性流体。在保护罩40的两端设有侧边缘(标记为50)。这些侧边缘50使在悬挂杆24的两端的悬挂杆24的部分52暴露在外。

根据本发明，每个暴露的接合处都采用抗腐蚀性材料，即至少能够抵抗电解液及阴极清洗中所用的流体的腐蚀的材料，其中在使用中阴极装置暴露于电解液和阴极清洗。在本发明的第一实施例中，在保护罩40的两端，抗腐蚀材料是作为O形环54设置的，其滑过悬挂杆的暴露的部分52直至其邻接相应的侧边缘50，以致形成悬挂杆24与保护罩40之间的流体密封物，如图4A所示。O形环54能够由柔软的材料制成，例如但不限于塑料、橡胶或其它弹性材料。

再如图4B所示，第一实施例的变体包括保护套筒60。保护套筒60能够由铜、不锈钢或任意其它类似材料形成，并且所述材料能够具有与悬挂杆24或保护罩40的铜相同的成分。该套筒60包括第一部分62和第二部分64，其中所述第一部分62具有与悬挂杆24的截面相对应的截面、并且用来形成围绕悬挂杆24的紧密配合；所述第二部分64比第一部分62大，用于形成邻近侧边缘50围绕保护罩40的紧密配合。如图4B所示，每个保护套筒60滑动于悬挂杆24的任一端，以致封闭相应的侧边缘50与O形环54，因此保护O形环。在适当位置，保护套筒60能够被固定在悬挂杆24上，例如通过保护套筒60中简单形成的小缺口压入悬挂杆24并形成相应的配合缺口。在使用时，通常没有很大的负荷施加于保护套筒60，因此上述手段应足以将每个保护套筒60固定就位。可替代地，机械螺母或焊接能够被用于将保护套筒60紧固就位。

在使用中，O形环54与两个侧边缘部分50之间的紧密配合应能形成流体密封，所述流体密封能够防止或至少阻碍或大大减少流体进入保护罩40与悬挂杆24之间的任何缝隙，由此减少流体接触焊接处28的可能性，所述焊接处28处于板22与悬挂杆24之间，易受腐蚀。

参照图5和图6，它们示出本发明的其它两个实施例，这两个实施例都包括这种变化，即具有与第一实施例类似的保护壳60。

首先参照图5A，在每个侧边缘50都设有珠状或条状抗腐蚀树脂，或其它类型的环氧树脂、密封剂或粘合剂，标记为70。所述物质可以提供为流体形式，以便它能够例如通过毛细管作用在保护罩40与悬挂杆24之间渗透，如标记72所示。

对于第一实施例，图5B示出这样的变化，其中抗腐蚀树脂珠70在各端由保护壳60保护，这大体对应于图4B所示。基于所用材料的尺寸，保护壳60的尺寸能够相应地调整。

图6A示出第三实施例，其中抗腐蚀的胶带80围绕保护罩40的各端缠绕。胶带80可具有自粘性或不需要额外的粘性层以使其固定。在每个侧边缘50以及悬挂杆的相应的暴露部分52的邻近表面缠绕足够多层的胶带80，以致密封或封锁保护罩40与悬挂杆24之间的任何缝隙。例如，胶带80可以是由E.I.杜邦(Dupont)公司制造并以商标特富龙(Teflon^TM)销售的聚四氟乙烯(PTFE)，或者胶带80可以是硅树脂带。

再次，对于前两个实施例，在每个接合处，胶带80可由保护套筒60保护。对于其它实施例，保护套筒60可以相应地改变尺寸。

参照图7-12示出了本发明的第四、第五和第六实施例及其变体，为了简化和简明，相同的部件给定了相同的附图标记，并且不再重复对这些部件描述。可以理解，至少在部分实施例中，这些部件中的一部分可能需要在尺寸上等有些改变以适应这些不同的实施例及其变体，但是这些部件的功能与之前的实施例中的功能相类似。

在图7-12中，保护罩标记为90，并且设有放大的末端部分92。因此，现在标记为94的侧边缘与暴露的悬挂杆末端部分52相间隔。所述间隔在保护罩90的两端中的各端限定了腔96。

如图7、8、9和10所示，在第一实施例中，O形环54设于各端的腔96内以形成密封。可以注意到，放大的末端部分92通过锥形段98连接至保护罩的主要或中心部分。对于某些应用，可以证明将O形环54压入这些锥形段98中有益于强化密封效果，并且锥形段98的锥度可以相应地改变。

如图10B所示，如同前述实施例的变化提供了保护套筒，标记为1OO。保护套筒100具有小的截面，其能够大体对应于前述保护套筒60的部分62。再次，套筒100的尺寸能够设置成适于与悬挂杆24形成紧密配合，并且同上，所述套筒100可被固定或连接于相应的悬挂杆52的暴露的末端部分。

此处参照图11A和11B，在保护罩90的各端在腔96内提供了珠状抗腐蚀树脂或任意其它类型的环氧树脂、粘合剂或密封剂70。在保护罩90的各端的锥形段98的尺寸能够设置成适于促进环氧树脂或其它材料70渗透入保护罩90与悬挂杆24之间的间隙。

如图11B所示，保护套筒100能够被提供用于在保护罩90的各端来保护由抗腐蚀树脂70形成的密封。

最后，图12A和图12B提供了胶带密封80，所述胶带80在保护罩90的两端缠绕很多层以致形成放大的末端部分92与悬挂杆24之间的密封。应该注意的是放大的末端部分92能够具有距悬挂杆24更近的间距。

为了保护胶带密封80，如图12B，在保护罩90的各端设有保护套筒100。

参照图13所示电解池的配置，大体标记为11O。此处，阳极112和阴极114悬在槽体116中。大体类似的配置被用于电积和电精炼。对于电积，所提供的溶液中具有所需金属，例如铜。随后电解用于促使铜或所需金属淀积于阴极上。在电精炼中，已经得到的金属，例如还是铜，被提供作为阳极，并且通过电解的方式，所述铜进入溶液并且随后淀积于阴极上；电精炼操作的环境配置为利于所需铜在阴极上的淀积，而使其它不需要的金属和其它材料留在溶液中，或者并不淀积于阴极上。

此处，阳极和阴极标记为112、114。在118处连接至电源(未示出)。电解溶液或电解液被选定为适于特定操作的，例如电积或电精炼，并且所述电解液将被维持在所需温度等。

尽管一个或更多发明的具体实施例已经参照上述附图进行了详细的描述，可以理解，每个要求保护的发明并不限定为那些具体实施例，在不背离所附权利要求所限定的任何发明的范围或精神的基础上，本领域技术人员可以实现多个变化和更改。

Claims (26)

1.一种阴极装置，包括：

(a)导电悬挂杆；

(b)淀积板，所述淀积板沿上端连接于所述悬挂杆而形成接合处；

(c)保护罩，所述保护罩具有侧边缘并包围所述悬挂杆和所述淀积板的部分上端，以致大致包围所述接合处并且留出所述悬挂杆的末端部分暴露在所述保护罩的侧边缘之外；以及

(d)在所述保护罩的各端，设置有抗腐蚀材料以形成所述保护罩与悬挂杆之间大致连续的密封，由此至少阻碍流体流入所述保护罩中。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，每个抗腐蚀材料都构成O形环。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，每个O形环都围绕所述悬挂杆而设置并邻接于所述保护罩的一个相应的侧边缘。

4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述保护罩的每个侧边缘与所述悬挂杆相间隔以在其间形成腔，并且每个O形环大致设置于相应的腔内。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述抗腐蚀材料包括抗腐蚀树脂。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述抗腐蚀树脂围绕所述悬挂杆而设置并邻接于所述保护罩的一个相应的侧边缘。

7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述保护罩的每个侧边缘都与所述悬挂杆相间隔以在其间形成腔，并且在所述保护罩的各端，所述抗腐蚀树脂大致填充每个腔。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述抗腐蚀材料为胶带。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，在所述保护罩的各端，所述胶带缠绕所述保护罩的邻接相应的侧边缘的部分、以及所述悬挂杆的相邻的暴露部分的一部分。

10.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述保护罩的每个侧边缘都与所述悬挂杆相间隔以在其间形成腔，并且在所述保护罩的各端，胶带围绕所述悬挂杆的外表面缠绕，使得所述胶带大致填充所述腔。

11.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述淀积板通过至少一种焊接连接于所述悬挂杆上。

12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述保护罩通过至少一种焊接连接于所述淀积板上。

13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述淀积板与所述保护罩由不锈钢制成，并且所述悬挂杆是由铜形成的。

14.根据上述权利要求1至13中任一项所述的装置，进一步包括，在所述保护罩的各端，套筒围绕并邻接于所述保护罩的外表面的相邻于相应的侧边缘的部分以及所述悬挂杆的相应的相邻暴露部分而设置。

15.一种制造阴极装置的方法，包括：

提供导电悬挂杆；

将淀积板的上端固定于所述悬挂杆从而在其间形成接合处；

提供保护罩，所述保护罩具有侧边缘并且包围所述悬挂杆以及所述淀积板的部分上端，以致大致包围所述接合处并且留出所述悬挂杆的末端部分暴露于外；以及

在所述保护罩的各端，于所述保护罩的一个侧边缘和所述悬挂杆的一个相邻的暴露末端部分之间设置有抗腐蚀材料以形成密封。

16.根据权利要求15所述的方法，进一步包括：提供所述抗腐蚀材料作为以下至少一种：O形环、抗腐蚀树脂、以及胶带。

17.根据权利要求16所述的方法，所述方法包括：

对于所述O形环，将O形环滑过所述悬挂杆直至所述O形环与所述保护罩的对应的侧边缘邻接；

对于所述抗腐蚀树脂，围绕所述悬挂杆的相应的暴露末端部分并紧靠着所述保护罩的相应侧边缘设置珠状抗腐蚀树脂，并且使所述抗腐蚀树脂渗透入所述保护罩与所述悬挂杆之间；以及

对于所述胶带，将所述胶带围绕所述保护罩的侧边缘以及所述悬挂杆的邻接所述侧边缘的相应的暴露部分缠绕多层。

18.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述保护罩的每个侧边缘都与所述悬挂杆相间隔以在其间形成腔，并且所述设置步骤(d)是通过将抗腐蚀材料设置于所述腔内而完成的。

19.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述固定步骤是通过至少一种焊接将所述淀积板连接于所述悬挂杆而完成的。

20.根据权利要求15所述的方法，进一步包括步骤：通过至少一种焊接将所述保护罩连接于所述淀积板。

21.根据权利要求15所述的方法，进一步包括：用不锈钢形成所述淀积板以及保护罩。

22.根据上述权利要求15至21中任一项所述的方法，进一步包括：在所述保护罩的各端，围绕所述保护罩的一个侧边缘的外表面的一部分并围绕所述悬挂杆的一个相邻的暴露部分设置有套筒。

23.一种在电解池中电精炼或电积金属的方法，所述方法包括：

提供包含电解液的槽体；

提供处于所述电解液中的阳极装置；

提供处于所述电解液中的如上述权利要求1至14中任一项所述的阴极装置；

提供电源；

将所述电源电连接至所述阳极装置和所述阴极装置以形成所述电解池；以及

供应足够量的电流至所述电解池以促使金属离子从所述电解液中淀积至所述阴极装置的所述淀积板的表面上。

24.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，淀积至所述淀积板上的所述金属离子包括铜。

25.一种电解池，包括：

(a)槽体，所述槽体包括电解液；

(b)阳极装置，所述阳极装置处于所述电解液中；

(c)如上述权利要求1至14中任一项所述的阴极装置，所述阴极装置处于所述电解液中；以及

(d)电源，所述电源电连接至所述阳极装置以及所述阴极装置以形成所述电解池。

26.一种包括如说明书中和/或权利要求书中和/或附图中描述的一个或多个特征的任意组合的阴极装置。

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