FI57134C - FOER ANVAENDNING VID ELEKTROMETALLURGISKA TILLAEMPNINGAR AVSEDD SKIKTAD ELEKTROD SAMT FOERFARANDE FOER DESS FRAMSTAELLNING - Google Patents

Description

1- ..- ~Ί KU ULUTUSJULKAISU c η λ -r λ •jtijr* M («»UTLAeONINOSSKHIFT 57134 ^ ¢45) * n t« o π ΐ* x niy o r* r;«y 1.) \>ό lv301- ..- ~ Ί WHERE IS A PUBLICATION c η λ -r λ • jtijr * M («» UTLAeONINOSSKHIFT 57134 ^ ¢ 45) * n t «o π ΐ * x niy o r * r;« y 1.) \> ό lv30

Patent me i de la t ^ ^ ^ (51) tCv.lk.‘/lnt.CI.* C 2$ C? 7/02Patent me i de la t ^ ^ ^ (51) tCv.lk. ’/ Lnt.CI. * C 2 $ C? 7/02

SUOMI — FINLAND (21) P»teftttH»k«Mi« — Ptt«itai»Mcnlnf I56O/7IFINLAND - FINLAND (21) P »teftttH» k «Mi« - Ptt «Itai» Mcnlnf I56O / 7I

(22) H»k*ml*ptWi — AiMttknlngtdtf 21.05.7U(22) H »k * ml * ptWi - AiMttknlngtdtf 21.05.7U

(23) AlkupUvt— Glltlfhatsdif 21.05 7U(23) AlkupUvt— Glltlfhatsdif 21.05 7U

(41) Tulkit )ulkl*ek*l — Bllvlt offantllf 25 H jk ^(41) Interpreters) ulkl * ek * l - Bllvlt offantllf 25 H jk ^

Patentti- ja rekisterihallitut Nthtlviksif-non |. kuuL|Ulk*un pvm—Patents and registries Nthtlviksif-non |. Month * and date—

Patent- och registantyralaan Anaektn ut lijd och utl.*krift*n publicorad 29.02.80 (32)(33)(31) Pyydetty «uotkaui —Begird prlorlttc 2U. 05.73 USA(US) 3637½ (71) The Anaconda Company, Montana, US; 25 Broadway, New York, N.Y., USA(US) (72) James Kitchell Grunig, Tucson, Arizona, USA(US) (7*0 Berggren Oy Ab (5U) Sähkömetallurgisisea sovellutuksissa käytettävä kerroksinen levy-elektrodi sekä menetelmä sen valmistamiseksi - För användning vid elektrometallurgiska tillämpningar avsedd skiktad elektrod samt förfarande för dess framställning Tämän keksinnön kohteena on metallurgisiin sovellutuksiin tarkoitettu elektrodi. Nykyisellään on olemassa laaja valikoima sellaisia elektrodeja. Tarkoituksena elektrodin iän pidentämiseksi on nykyisin kehitteillä kerrostettuja levyjä, jotka sisältävät anodina käytettyä, sähköisesti aktiivista ainetta, esimerkiksi metallien elektro-lyysierotusprosesseissa. Sellainen levyaines koostuu tyypillisesti kuparilevystä, joka on päällystetty haponkestävällä metallilla, esimerkiksi putkimetallilla (valve metal), kuten tantali tai niobi. Putkimetallilla tarkoitetaan metallia, joka hapettuessaan muodostaa pinnalleen sähköä johtamattoman kerroksen. Tärkeimmät haponkestävät putkimetallit ovat titaani, sirkonium, hafnium, niobi, tantaali, molybdeeni ja volframi.Patent- och registrantyralaan Anaektn ut lijd och utl. * Krift * n publicorad 29.02.80 (32) (33) (31) Pyydetty «uotkaui —Begird prlorlttc 2U. 05.73 USA (US) 3637½ (71) The Anaconda Company, Montana, US; 25 Broadway, New York, NY, USA (72) James Kitchell Grunig, Tucson, Arizona, USA (7 * 0 Berggren Oy Ab (5U) Laminated plate electrode for use in electrometallurgical applications and method for its manufacture - For The present invention relates to an electrode for metallurgical applications. Such a plate material typically consists of a copper plate coated with an acid-resistant metal, such as valve metal, such as tantalum or niobium, a metal that, when oxidized, forms an electrically non-conductive layer on its surface. pony-resistant tubular metals include titanium, zirconium, hafnium, niobium, tantalum, molybdenum and tungsten.

Nämä kerroslevyt ovat tavallisimmin paksuudeltaan 1-2 mm ja ne on aikaansaatu kerrostamalla yhteen paksumpia levyjä ja valssaamalla kerrostettu levy halutun paksuiseksi ja leikkaamalla sitten saatu levy sopivan kokoiseksi. Leikkauksen jälkeen paljastuu kerrostetusta levystä kuparipinta jokaiselta reunalta, johon kohdistuu sähkökemiallinen vaikutus käytössä mikäli sitä ei suojata. Tämän seu- 57134 rauksena on kehitetty lukuisia menetelmiä, ei kuitenkaan yhtään luotettavaa, kuparireunan suojaamiseksi vaikutukselta. Yksi menetelmä sisältää paljastuneen kuparireunan päällystämisen johtamattomalla aineella, mutta tämä ei ole osoittautunut luotettavaksi, koska nämä päällysteet ovat olleet alttiita kemialliselle vaikutukselle ja ne ovat kuluneet nopeasti elektrodin pinnalta käytön aikana ja jättäneet paljaan kuparipinnan.These plywood sheets are usually 1-2 mm thick and are obtained by laminating thicker sheets together and rolling the laminated sheet to the desired thickness and then cutting the resulting sheet to a suitable size. After cutting, a layer of copper is exposed on the laminated plate at each edge, which is subjected to electrochemical action in use if it is not protected. As a result, numerous, but not reliable, methods have been developed to protect the copper edge from impact. One method involves coating the exposed copper edge with a non-conductive material, but this has not been shown to be reliable because these coatings have been exposed to chemical action and have rapidly worn off the electrode surface during use and left a bare copper surface.

Tämä keksintö tuo kerrostetun levyelektrodin, joka on nopea ja helppo valmistaa ja joka suojelee kuparireunaa sähkökemialliselta vaikutukselta.The present invention provides a layered plate electrode which is quick and easy to manufacture and which protects the copper edge from electrochemical action.

Tarkemmin sanottuna, kyseinen keksintö koskee sähkömetallurgisissa sovellutuksissa käytettävää kerroksista levyelektrodia, joka koostuu sisemmästä kuparikerroksesta ja kuparikerroksen kummallakin puolella olevasta ohuesta haponkestävästä ulkokerroksesta, jolloin ulkokerrokset ovat oleellisesti yhdensuuntaisia ja ulottuvat kuparikerroksen sen reunan yli, joka joutuu anodisen vaikutuksen alaiseksi, muodostaen uran,jota rajoittavat kuparikerroksen reunat ja ulkokerrosten ne osat, jotka ulottuvat kuparikerroksen reunan yli ja keksinnölle on tunnusomaista, että haponkestävä putkimetalli kokonaan täyttää sekä tiivistää mainitun uran ja että haponkestävällä putkimetallil-la on alhaisempi sulamispiste kuin haponkestävillä metallisilla ulkokerroksilla. Keksintö käsittää myöskin menetelmän mainitun elektrodin valmistamiseksi, jossa menetelmässä muodostetaan kerroksinen levy, jossa on kuparinen sisäkerros ja haponkestävät metalliset ulkokerrokset kuparikerroksen kummallakin puolella sekä paljaat kupa-rireunat. Menetelmälle on tunnusomaista, että poistetaan osa kupari-reunasta reunauran muodostamiseksi ulkokerrosten väliin ja tiivistetään mainittu ura putkimetallilla, jolla on alhaisempi sulamispiste kuin ulkokerroksen muodostavalla haponkestävällä metallilla.More specifically, the present invention relates to a layered plate electrode for use in electrometallurgical applications, comprising an inner copper layer and a thin acid-resistant outer layer on each side of the copper layer, the outer layers extending substantially parallel to the groove, extending beyond the and those portions of the outer layers which extend beyond the edge of the copper layer and the invention is characterized in that the acid-resistant tubular metal completely fills and seals said groove and that the acid-resistant tubular metal has a lower melting point than the acid-resistant metallic outer layers. The invention also comprises a method of manufacturing said electrode, comprising forming a layered plate having a copper inner layer and acid-resistant metallic outer layers on either side of the copper layer and bare copper edges. The method is characterized in that part of the copper edge is removed to form an edge groove between the outer layers and said groove is sealed with a tubular metal having a lower melting point than the acid-resistant metal forming the outer layer.

Seuraavassa selitetään keksintöä yksityiskohtaisemmin oheisten kuvioiden avulla.In the following, the invention will be explained in more detail with the aid of the accompanying figures.

Kuviossa 1 on esitetty kerrostettu levy, josta on leikattu elektrodi ja jossa on paljaat kuparisärmät.Figure 1 shows a layered plate with a cut electrode and bare copper edges.

3 571 343,571 34

Kuviossa 2 on poikkileikkaus elektrodista piirroksen 1 linjaa 2-2 pitkin.Figure 2 is a cross-sectional view of the electrode taken along line 2-2 of Figure 1.

Kuviossa 3 on esitetty samanlainen elektrodin leikkaus kuin kuviossa 2, paitsi että elektrodin reunaan on aikaansaatu ura poistamalla osa kuparikerroksesta.Fig. 3 shows a section of the electrode similar to that of Fig. 2, except that a groove is provided in the edge of the electrode by removing a part of the copper layer.

Kuviossa 4 on esitetty suurennettu kuva osasta kuvion 3 elektrodista, jossa uraan on upotettu sähköisesti ja kemiallisesti kestävästä aineesta tehty täytekappale.Figure 4 is an enlarged view of a portion of the electrode of Figure 3 with a filler made of an electrically and chemically resistant material embedded in the groove.

Kuvio 5 on samanlainen kuin kuvio 4 paitsi, että kestävä aines on kiinnitetty paikalleen uraan.Figure 5 is similar to Figure 4 except that the durable material is secured in place in the groove.

Viitaten oheisiin kuvioihin, on numerolla 10 esitetty elektrodi, joka koostuu kuparisesta sisäkerroksesta 11 ja ulkoisista haponkestävistä metallisista kerroksista 12 ja 13. Elektrodin muotoa voidaan muutella laajoissa rajoissa eikä se muodosta keksinnössä mitään osaa. Kuten edellä on mainittu, on kerrostettu elektrodi muodostettu yhdistämällä haponkestävät metallilevyt keskeisen kuparilevyn päälle ja valssaamalla kerrostettu levy halutun paksuiseksi. Kerrostettu levy on sitten leikattu halutun kokoiseksi ja muotoiseksi, lopullisen elektrodin mukaan, kuten kuviossa 1 on esitetty, jolloin levyyn jää paljaat kuparipinnat reunoille 14.Referring to the accompanying figures, there is shown an electrode number 10 consisting of a copper inner layer 11 and outer acid-resistant metallic layers 12 and 13. The shape of the electrode can be varied within wide limits and does not form part of the invention. As mentioned above, the layered electrode is formed by joining acid-resistant metal plates over a central copper plate and rolling the layered plate to the desired thickness. The layered plate is then cut to the desired size and shape, according to the final electrode, as shown in Figure 1, leaving bare copper surfaces on the edges 14 of the plate.

Tätä keksintöä toteutettaessa, on välttämätöntä poistaa kuvioissa 1 ja 2 näkyvistä kuparireunoista osa kemiallisella tai sähkökemiallisella syövytyksellä tai mekaanisella jyrsinnällä. Kemiallinen syö-vytys voidaan suorittaa käyttämällä mitä tahansa tavallista ainetta, esimerkiksi happoja, jotka vaikuttavat kupariin mutta eivät hapon-kestävään aineeseen. Mekaaninen jyrsintä voidaan suorittaa käyttämällä jyrsinterää, jonka halkaisija tai paksuus on sellainen, että se sopii haponkestävien kerrosten 12 ja 13 väliin siten, että se selektiivisesti poistaa vain kuparikerrosta. On edullista poistaa kuparia suunnilleen samalle syvyydelle kuin mitä kuparikerroksen paksuus on. Kuviossa 3 on esitetty elektrodi sen jälkeen kun kuparia on poistettu ja siitä ilmenee ura 15, jonka muodostavat uusi kuparin reuna 16 ja päällyskerroksen osat 12 ja 13, jotka ulottuvat kupari-kerroksen ulkopuolelle. Ura tarvitsee aikaansaada vain sille osalle elektrodia, mikä joutuu anodisen vaikutuksen alaiseksi.In carrying out the present invention, it is necessary to remove some of the copper edges shown in Figures 1 and 2 by chemical or electrochemical etching or mechanical milling. Chemical etching can be performed using any conventional substance, for example acids that act on copper but not on the acid-resistant substance. Mechanical milling can be performed using a milling blade having a diameter or thickness such that it fits between the acid-resistant layers 12 and 13 so as to selectively remove only the copper layer. It is preferred to remove the copper to approximately the same depth as the thickness of the copper layer. Figure 3 shows the electrode after the copper has been removed and shows a groove 15 formed by a new copper edge 16 and parts 12 and 13 of the cover layer which extend beyond the copper layer. The groove only needs to be provided for the part of the electrode that is subjected to the anodic effect.

" 57134"57134

Sen jälkeen kun kupari on poistettu, pannaan muodostuneeseen uraan 15 haponkestävää putkimetallia, jolla on alempi sulamispiste kuin ulkokerrosten 12 ja 13 haponkestävällä aineella. Kuten parhaiten ilmenee kuviosta 4, on uraan 15 pantu läpäisemätöntä ainesta oleva tanko tai lanka 17· On edullista käyttää lankaa, vaikkakin aineksen muitakin muotoja voidaan käyttää. Langan mitat ovat sellaiset, että mikäli menetellään edellä esitetyn mukaisesti, se sopii tiiviisti uraan 15 ja peittää täydellisesti paljastuneen uuden kuparipinnan 16. Alhaisen sulamispisteen omaavaa putkimetallia kuumennetaan niin, että se sulaa ja muodostaa tiivisteen 18 siten kuin kuviossa 5 on esitetty. Materiaalin sulatuksessa käytetään tavallista kaarihitsaustekniikka inertissä kaasukehässä, esimerkiksi argonissa, joko kuluvilla tai kulumattomilla elektrodeilla. Käytetty lämpötila on sopiva sulattamaan aines 17* mutta ei riittävä vaikuttamaan mainittavasti hapon-kestäviin metallisiin päällysteisiin 12 ja 13. Suorittamalla kuumennus argonikehässä on mahdollista estää läpäisemättömän aineksen hauraiden seosten muodostuminen. Tuloksena saadaan vahva tiiviste 18, joka peittää täydellisesti kuparin. Voidaan käyttää myöskin muita tunnettuja menetelmiä langan sulattamiseksi, kuten ionipommi-tusta, kuumennusta ultraäänen energialla ja laserkuumennusta.After the copper has been removed, an acid-resistant tubular metal having a lower melting point than the acid-resistant material of the outer layers 12 and 13 is placed in the formed groove 15. As best seen in Figure 4, a rod or wire 17 of impermeable material is inserted into the groove 15. · It is preferable to use a wire, although other forms of material may be used. The dimensions of the wire are such that, if treated as described above, it fits tightly into the groove 15 and completely covers the exposed new copper surface 16. The low melting point tubular metal is heated to melt and form a seal 18 as shown in Figure 5. The material is smelted using standard arc welding techniques in an inert atmosphere, such as argon, with either wearing or non-wearing electrodes. The temperature used is suitable for melting the material 17 * but not sufficient to have a significant effect on the acid-resistant metallic coatings 12 and 13. By carrying out heating under an argon atmosphere, it is possible to prevent the formation of brittle mixtures of impermeable material. The result is a strong seal 18 that completely covers the copper. Other known methods for melting wire can also be used, such as ion bombardment, ultrasonic heating and laser heating.

Mitä aineksiin tulee, on haponkestävä metalli ulkokerroksessa edullisesti joko niobia tai tantaalia, vaikkakin mitä tahansa muista tavallisista, kerrostettuja elektrodeja valmistettaessa käytetyistä ha-ponkestävistä voidaan käyttää. Kupari on sopivin aines sisäkerrokseen. Tiivisteenä käytettynä haponkestävänä putkimetallina on edullisimmin titaani, joka sulaa noin 800°C:ssa eli alle niobin sulamispisteen 1328°C, joka on puolestaan alempi kuin tantaalilla, vaikkakin voidaan käyttää muitakin metalleja, jotka ovat sähköisesti tai kemiallisesti inaktiiveja kun ne joutuvat anodisen vaikutuksen alaiseksi. Muina haponkestävien putkimetallien yhdistelminä voivat olla niobi tiivistämässä tantaalia, niobi tiivistämässä volframia ja tantaali tiivistämässä volframia.As for the materials, the acid-resistant metal in the outer layer is preferably either niobium or tantalum, although any of the other common acid-resistant materials used in the manufacture of layered electrodes can be used. Copper is the most suitable material for the inner layer. The acid-resistant tubular metal used as the seal is most preferably titanium, which melts at about 800 ° C, i.e. below the melting point of niobium of 1328 ° C, which in turn is lower than tantalum, although other metals that are electrically or chemically inactive when subjected to anodic action can be used. Other combinations of acid-resistant tubular metals may include niobium in densifying tantalum, niobium in densifying tungsten, and tantalum in densifying tungsten.

Koska haponkestävien metallien sulamispisteet ovat yleensä suurempia kuin kuparilla, täytyy käyttää sulatusmenetelmää, joka on kyllin tehokas sulattamaan alemmalla sulavan putkimetallin kyllin tehokkaasti ja nopeasti niin, ettei kupari sula mainittavasti.Since the melting points of acid-resistant metals are generally higher than those of copper, a melting method must be used which is sufficiently efficient to melt the lower-melting tube metal sufficiently efficiently and rapidly so that copper does not melt appreciably.

Kuparisen sisäkerroksen ja haponkestävien päällyskerrosten paksuudetThicknesses of the copper inner layer and acid-resistant coating layers

Claims (8)

1. För användning vid elektrometallurgiska tillämpningar avsedd skiktad skivelektrod, omfattande ett inre kopparskikt och ett tunt syra-fast ytterskikt pä bägge sidorna av kopparskiktet, varvid ytter-skikten är väsentligen parallella och sträcker sig över den kant hos kopparskiktet som blir föremäl för anodisk attack, under bildande av en kanal som begränsas av kanterna hos kopparskiktet och de par-tier av de yttre skikten som sträcker sig över kopparskiktets kanter, kännetecknadav att en syrafast rörmetall helt utfyller och avtätar nämnda kanal och att den syrafasta rörmetallen har en lägre smältpunkt än ytterskiktet av syrafast metall.A layered electrode for use in electrometallurgical applications, comprising an inner copper layer and a thin acid-solid outer layer on both sides of the copper layer, the outer layers being substantially parallel and extending over the edge of the copper layer being subjected to anodic attack; forming a channel bounded by the edges of the copper layer and the portions of the outer layers extending over the edges of the copper layer, characterized in that an acid-resistant tube metal completely fills and seals said channel and the acid-resistant tube metal has a lower melting point than the outer layer of acid-resistant metal. 2. Elektrod enligt patentkravet 1, kännetecknadav att det syrafasta ytterskiktets metall är niob och den syrafasta rörmetallen är titan.2. An electrode according to claim 1, characterized in that the acid-resistant outer layer metal is niobium and the acid-resistant tube metal is titanium. 3. Elektrod enligt patentkravet 1 eller 2, känneteck-n a d av att ytterskiktet har en tjocklek av 1,025-0,13 mm. *J. Elektrod enligt nägot av de föregäende patentkraven, k ä n - netecknadav att kanalens dj up är ungefär detsamma som tjock-leken hos kopparskiktet.3. An electrode according to claim 1 or 2, characterized in that the outer layer has a thickness of 1.025-0.13 mm. * J. Electrode according to some of the preceding claims, characterized in that the duct depth of the duct is approximately the same as the thickness of the copper layer. 5. Förfarande för tillverkning av en elektrod enligt nägot av de föregaende patentkraven, varvid ästadkommes en skiktad skiva omfat-A method of manufacturing an electrode according to any of the preceding claims, wherein a layered disc is provided.