|
|
больше ...
Термины запроса в документе
Реферат
[RU] Безопасный анод для электрохимических ячеек, типа вертикальных анодов, состоящих из подвесной конструкции на основе первой горизонтальной штанги, вторых вертикальных распределительных штанг, образованных медным или алюминиевым сердечником с титановым внешним слоем, и покрытых или непокрытых титановых анодных пластин, прикрепленных ко вторым распределительным штангам с обеих сторон, так что безопасный анод включает в себя адаптерный элемент, который содержит по меньшей мере один узел ограничителя тока, расположенный между по меньшей мере одной из вторых вертикальных распределительных штанг и по меньшей мере одной покрытой или непокрытой титановой анодной пластиной, соединяя вертикальную распределительную штангу с покрытой или непокрытой титановой анодной пластиной.
Полный текст патента
(57) Реферат / Формула:
Безопасный анод для электрохимических ячеек, типа вертикальных анодов, состоящих из подвесной конструкции на основе первой горизонтальной штанги, вторых вертикальных распределительных штанг, образованных медным или алюминиевым сердечником с титановым внешним слоем, и покрытых или непокрытых титановых анодных пластин, прикрепленных ко вторым распределительным штангам с обеих сторон, так что безопасный анод включает в себя адаптерный элемент, который содержит по меньшей мере один узел ограничителя тока, расположенный между по меньшей мере одной из вторых вертикальных распределительных штанг и по меньшей мере одной покрытой или непокрытой титановой анодной пластиной, соединяя вертикальную распределительную штангу с покрытой или непокрытой титановой анодной пластиной.
Евразийское (21) 201892472 (13) A1
патентное
ведомство
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОЙ ЗАЯВКЕ
(43) Дата публикации заявки (51) Int. Cl. C25C 7/02 (2006.01)
2019.04.30 C25C 7/00 (2006.01)
(22) Дата подачи заявки 2017.04.26
(54) БЕЗОПАСНЫЙ АНОД ДЛЯ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ ЯЧЕЕК
(31) P201630554
(32) 2016.04.29
(33) ES
(86) PCT/IB2017/052403
(87) WO 2017/187357 2017.11.02
(71) Заявитель:
ИНДУСТРИЕ ДЕ НОРА С.П.А. (IT)
(72) Изобретатель:
Прадо Пуэо Феликс (ES)
(74) Представитель:
Медведев В.Н. (RU)
(57) Безопасный анод для электрохимических ячеек, типа вертикальных анодов, состоящих из подвесной конструкции на основе первой горизонтальной штанги, вторых вертикальных распределительных штанг, образованных медным или алюминиевым сердечником с титановым внешним слоем, и покрытых или непокрытых титановых анодных пластин, прикрепленных ко вторым распределительным штангам с обеих сторон, так что безопасный анод включает в себя адаптерный элемент, который содержит по меньшей мере один узел ограничителя тока, расположенный между по меньшей мере одной из вторых вертикальных распределительных штанг и по меньшей мере одной покрытой или непокрытой титановой анодной пластиной, соединяя вертикальную распределительную штангу с покрытой или непокрытой титановой анодной пластиной.
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
2420-551639ЕА/85 БЕЗОПАСНЫЙ АНОД ДЛЯ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ ЯЧЕЕК
ОПИСАНИЕ
ЗАДАЧИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Следующее изобретение, как отражено в названии данного описания, относится к безопасному аноду для электрохимических ячеек, типа вертикальных анодов, используемых в электрохимических ячейках, и, в частности, для электровыделения металлов, с анодами, состоящими из подвесной конструкции на основе горизонтальной токоподводящей штанги и вертикальных распределительных штанг, соединенных с токоподводящей штангой, распределительные штанги которого образованы медным или алюминиевым сердечником и титановыми наружным слоем или оболочкой.
Исходя из этого обычного варианта осуществления, первая задача изобретения состоит в том, чтобы электрическое соединение между вертикальными распределительными штангами и покрытой или непокрытой титановой анодной пластиной или пластинами обеспечивалось посредством соответствующих адаптерных элементов, которые содержат узел ограничителя тока, для предотвращения коротких замыканий, которые могли бы разрушать или повреждать покрытые или непокрытые титановые анодные пластины.
Вторая задача изобретения состоит в том, чтобы уменьшить дисперсию выделения пузырьков кислорода с серной кислотой, канализируя их через центральную часть анода, для чего анодные пластины располагаются под углом относительно вертикальной плоскости, определяемой вертикальными распределительными штангами, создавая эффект тяги, который уносит их и облегчает их сбор коллектором, избегая образования вредного "кислотного тумана" и его серьезного воздействия на окружающую среду.
Это приводит к значительному экономическому преимуществу, потому что, с одной стороны, это позволяет избежать разрушения или повреждения покрытых или непокрытых титановых анодных пластин, а, с другой стороны, если происходит короткое замыкание, затронутая им пластина не разрушается, а другие пластины продолжают функционировать.
ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ
Настоящее описание описывает безопасный анод для электрохимических ячеек и применимо к ячейкам для электролитического получения (электровыделения) металлов, таких как медь.
ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Сначала можно указать, что контейнеры, ванны, или электрохимические ячейки наполняются раствором электролита, который состоит, помимо других компонентов, из осаждаемого металла и в который погружается множество пар анод/катод, в чередующихся положениях, при подаче на которые электрического тока металл осаждается на катодах.
Это означает, что когда вертикальные аноды используются в упомянутых ячейках для электровыделения металлов, упомянутые вертикальные аноды выполнены из подвесной конструкции, основанной на горизонтальной токоподводящей штанге и вертикальных распределительных штангах, соединенных с токоподводящей штангой, распределительные штанги которой образованы медным или алюминиевым сердечником и титановыми наружным слоем или оболочкой.
Следовательно, покрытые или непокрытые титановые анодные пластины электрически соединены с распределительными штангами, и операция анодного электролиза протекает на поверхности анодных пластин.
Обычные аноды представляют множество комбинаций с точки зрения числа вертикальных штанг в расчете на одну горизонтальную токоподводящую штангу.
Как указано, обычные вертикальные штанги, используемые в процессах электровыделения металлов, являются биметаллическими штангами с медным или алюминиевым сердечником и титановыми наружным слоем или оболочкой. Медь или алюминий обладают низким удельным электрическим сопротивлением, которое необходимо для эффективной передачи больших токов, а титан предохраняет медь или алюминий от агрессивного химического воздействия электролита, обеспечивая в то же самое время соединение покрытых или непокрытых титановых анодных пластин с этими вертикальными штангами.
Таким образом, аноды и, в частности, анодные поверхности, используемые в процессах электровыделения металлов, для получения оптимального выхода и максимальной емкости работают близко к катодам и имеют большую площадь поверхности по отношению к короткому расстоянию анод-катод, например, поверхность размером 100x100 сантиметров с зазором 5 сантиметров. Это неизбежно создает риск электрического контакта или, другими словами, короткого замыкания между анодом и катодом в случае любой деформации или нарушения плоскостности в любой точке на поверхности катода.
Поверхности катодов являются нестабильными по своей природе, потому что их толщина быстро изменяется во время самого производственного процесса, а также потому, что увеличение толщины катода в одной точке на его поверхности уменьшает
расстояние анод-катод, что снижает электрическое сопротивление и в соответствии с законом Ома увеличивает ионный ток в данной точке.
Увеличение тока или ионное осаждение увеличивает толщину металла, осажденного на упомянутых точках, так что в результате этого имеет место система с положительной обратной связью, которая, как известно, характеризует внутренне неустойчивые процессы, которые в этих случаях заканчиваются созданием контакта анод-катод, или короткого замыкания.
Кроме того, любая ошибка при установке или существующая механическая деформация также вызовут прямой контакт анод-катод, или короткое замыкание.
Как только прямой электрический контакт между анодом и катодом установлен, потенциальные электрохимические барьеры между электролитом и анодом исчезают, а также устраняется относительно высокое сопротивление электролита. При таких обстоятельствах происходит бросок электрического тока до недопустимых значений, повреждая или разрушая покрытую или непокрытую титановую анодную пластину, и в то же самое время приводя к значительным производственным потерям.
Кроме того, в процессе работы анодов в ячейке для электровыделения металлов, и особенно меди, образуются пузырьки кислорода с серной кислотой, создавая явление, известное как "кислотный туман". Этот "кислотный туман" создает серьезную проблему загрязнения окружающей среды и может напрямую влиять на здоровье операторов, требуя использования масок в цехах и вызывая ухудшение окружающей среды в том районе, где располагается завод.
Например, в случае электровыделения меди электролит состоит главным образом из раствора серной кислоты и сульфата меди. В нормальном процессе электролиза анод производит пузырьки кислорода, которые загрязнены удерживаемой серной кислотой; большая часть этих пузырьков покидает электролит и образует часть окружающей атмосферы, создавая то, что известно как кислотный туман.
Кроме того, ограничитель тока является устройством, которое реагирует на и прерывает любой ток выше некоторого конкретного значения, которое характерно для этого конкретного устройства или этой модели.
Очень знакомым примером являются предохранители в наших домах; когда происходит короткое замыкание или прямой контакт проводов в электрической сети, предохранитель плавится и разрывает цепь, оставляя нас в темноте. В этом случае мы должны переставить или заменить предохранитель для того, чтобы восстановить освещение. Мы используем этот пример для того, чтобы объяснить понятие возврата в начальное положение и более подробно обсудить возможность автоматического
восстановления освещения без внешнего вмешательства, после некоторого периода времени, если физическое короткое замыкание исчезло. В этом случае предохранитель является предохранителем с автоматическим возвратом.
Существуют два способа защиты от коротких замыканий: один заключается в прерывании или обнулении тока, а другой - в модулировании тока до допустимых более низких значений. Оба случая считаются ограничителями тока, но мы будем называть первый случай цифровыми двухпозиционными ограничителями, а второй случай -аналоговыми ограничителями.
Также можно упомянуть патентный документ WO 2015/079072, который описывает конструкцию анода для электровыделения металлов, содержащую горизонтальную несущую штангу и вертикальные штанги, покрытые пластмассой или эпоксидом, к которым прикреплены анодные пластины, называемые подсетками, с площадью 25-225 см2, на которые подается электричество посредством соответствующей проводки и/или печатных плат, защищенных рядом изолирующих конструкций, и которые устанавливаются внутри штанг, покрытых пластмассой или эпоксидом.
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится к аноду для электрохимических ячеек, охарактеризованному в пункте 1 формулы изобретения, типа вертикальных анодов, которые содержат подвесную конструкцию, имеющую/содержащую:
- горизонтальную токоподводящую штангу и
- одну или более вертикальных распределительных штанг, соединенных с токоподводящей штангой, содержащих:
о сердечник из проводящего элемента, выбранного из группы, состоящей из меди, алюминия, свинца и их сплава, и
о наружный слой или оболочку из материала, выбранного из группы, состоящей из титана или его сплавов, вентильных металлов или их сплавов, а также свинца или его сплавов, и;
- по меньшей мере одну покрытую или непокрытую титановую анодную пластину, связанную с вертикальными распределительными штангами,
отличающемуся тем, что анод (1) включает в себя адаптерный элемент (6), расположенный между по меньшей мере одной из вертикальных распределительных штанг (3) и по меньшей мере одной из покрытых или непокрытых титановых анодных пластин (4) и содержащий по меньшей мере один узел (7) ограничителя тока с ограничителем (10) тока, причем упомянутый узел (7) ограничителя тока связан с упомянутой по меньшей мере одной вертикальной распределительной штангой (3) и
упомянутой по меньшей мере одной покрытой или непокрытой титановой анодной пластиной (4) таким образом, что соединяет вертикальную распределительную штангу (3) с покрытой или непокрытой титановой анодной пластиной (4).
Под выражением "вертикальные распределительные штанги" подразумеваются всевозможные призматические элементы, способные выдерживать (вертикальное) висящее положение и подходящие для того, чтобы быть связанными или прикрепленными к адаптерному элементу. Упомянутые одна или более "вертикальных распределительных штанг" могут иметь сечение круглой, овоидальной или многоугольной формы, они могут иметь различные соотношения сторон и, в пределе, могут быть панелью, такой как, например, свинцовая панель. Кроме того, под выражением "анодная пластина" подразумевается элемент любых формы и размера, который подходит для его использования в качестве анода и который имеет по меньшей мере одну поверхность, способную выделять кислород или хлор; более конкретно, анодная пластина может быть плоским, изогнутым или частично изогнутым, гофрированным, сплошным, пористым, дырчатым, нарезанным, травленным или перфорированным материалом.
Это краткое изложение сущности описывает безопасный анод для электрохимических ячеек, типа вертикальных анодов, состоящих из подвесной конструкции на основе:
- горизонтальной токоподводящей штанги и
- вертикальных распределительных штанг, соединенных с токоподводящей штангой, причем распределительные штанги состоят из:
о медного или алюминиевого сердечника и о титановых наружного слоя или оболочки, и
- по меньшей мере одной покрытой титановой анодной пластины, связанной с вертикальными распределительными штангами,
так что безопасный анод включает в себя адаптерный элемент, который содержит узел ограничителя тока, расположенный между по меньшей мере одной из вертикальных распределительных штанг и по меньшей мере одной покрытой титановой анодной пластиной, адаптерный элемент которого соединяет соответствующую вертикальную распределительную штангу с прикрепленной к нему покрытой титановой анодной пластиной.
В одном варианте осуществления подвесная конструкция анода, в частности, состоит из:
- горизонтальной токоподводящей штанги и
- вертикальных распределительных штанг, соединенных с токоподводящей
штангой, причем распределительные штанги состоят из: о медного или алюминиевого сердечника и о титановых наружного слоя или оболочки; и
- по меньшей мере одной покрытой титановой анодной пластины, связанной с вертикальными распределительными штангами.
В одном варианте практического осуществления изобретения адаптерный элемент безопасного анода образован узлом ограничителя тока, который прикреплен напрямую к вертикальной распределительной штанге и к покрытой или непокрытой титановой анодной пластине, соединяя вертикальную распределительную штангу с анодной пластиной.
Это означает, что адаптерный элемент образован самим узлом ограничителя тока. В первой разновидности варианта практического осуществления изобретения адаптерный элемент безопасного анода образован титановой полосой, которая удерживает узел ограничителя тока, причем титановая полоса прикреплена к вертикальной распределительной штанге и соответствующей покрытой или непокрытой титановой анодной пластине, которая обладает площадью поверхности 250-1670 см2, прикрепленной к узлу ограничителя тока.
Во второй разновидности варианта практического осуществления изобретения адаптерный элемент безопасного анода образован титановой полосой, которая удерживает два узла ограничителя тока, по одному на каждом из ее двух концов, причем титановая полоса прикреплена к вертикальной распределительной штанге, а пара узлов ограничителя тока прикреплена к соответствующей покрытой или непокрытой титановой анодной пластине.
Аналогичным образом, адаптерный элемент безопасного анода, который содержит по меньшей мере один узел ограничителя тока, прикреплен к соответствующей вертикальной распределительной штанге, образуя небольшой угол относительно вертикальной плоскости с покрытой или непокрытой титановой анодной пластиной, которая прикреплена к нему имеющей тот же самый угол. Под "небольшим углом" следует понимать незначительный угол относительно вертикальной линии, то есть угол незначительной величины. Предпочтительно, как показано на чертежах, этот небольшой угол равен или меньше 3,25 градуса относительно вертикальной плоскости штанги (3). В одном более предпочтительном варианте осуществления этот небольшой угол составляет 3 градуса относительно вертикальной плоскости штанги (3).
Адаптерные элементы анода, которые содержат по меньшей мере один узел ограничителя тока, могут иметь различные величины небольшого угла, под которым они
устанавливаются, со связанными с ними анодными пластинами, также наклоненными в зависимости от различных углов относительно вертикальной плоскости.
Кроме того, адаптерные элементы анода, которые содержат по меньшей мере один узел ограничителя тока и которые имеют различные величины небольшого угла, под которым они устанавливаются, закреплены вдоль длины соответствующей второй вертикальной распределительной штанги с величиной, которая увеличивается снизу вверх, создавая эффект тяги на восходящем потоке пузырьков кислорода и кислоты.
Титановая полоса, которая составляет часть адаптерного элемента, может иметь трубчатую конфигурацию, включающую в себя ограничитель тока в ее центральной внутренней части, связанную с по меньшей мере одним загнутым под прямыми углами листом, который проходит наружу и к которому прикреплена соответствующая анодная пластина.
Аналогичным образом, титановая полоса, которая составляет часть адаптерного элемента, может иметь расположенный на ней блок из эпоксидной смолы или подобного материала, в который залит ограничитель тока.
Поскольку на срок службы анода обычно влияют вышеупомянутые короткие замыкания, а не другие причины, можно сказать, что анод является безопасным, когда он способен выдерживать короткие замыкания без значительных повреждений, оставаясь при этом работоспособным.
Поэтому узел ограничителя тока, который составляет часть адаптерного элемента и в который встроен ограничитель тока, образован коробкой. Под коробкой понимается корпус, кожух, частично или полностью замкнутый короб, которое заключает в себе или включает в себя, полностью или частично, титановую полосу. Эта коробка может быть выполнена из любого материала, при условии, что он подходит для ее назначения, а также для погружения в кислотную среду электролитической ванны для электровыделения металлов. В одном предпочтительном случае эта коробка выполнена из проводящего материала, подходящего для указанного назначения, а более предпочтительно выполнена из титана или его сплавов. Эта коробка может содержать или не содержать изолирующий материал, таким образом, что в одном конкретном варианте осуществления титановая полоса изолирована изолирующим материалом содержащей ее коробки, изолирующая среда которой включает в себя один, два или более ограничителей тока, соединенных одним выводом с промежуточной титановой полосой, а с коробкой - другим выводом.
Аналогичным образом, узел ограничителя тока, который составляет часть адаптерного элемента и в который встроен ограничитель тока, образован парой биметаллических деталей из титана/меди, с обращенными друг к другу медными
поверхностями, с расположенным между ними ограничителем тока, состоящим из слоя полимера и соответствующих листов меди на обеих поверхностях, с поперечным центральным и периметрическим углублением, соответствующим ширине меди обеих противостоящих биметаллических деталей, заполненным эпоксидной смолой или подобным изолятором.
Другим объектом изобретения является электрохимическая ячейка для электровыделения металлов, которая содержит по меньшей мере один охарактеризованный выше анод. В одном предпочтительном случае ячейка предназначена для электровыделения цветного металла, включая медь или никель, но не ограничиваясь ими.
Для полноты приведенного ниже описания, а также с целью сделать характеристики изобретения более понятными, данное описание сопровождается набором чертежей, которые в качестве иллюстрации, а не ограничения, представляют самые характерные подробности изобретения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фигура 1 показывает вид сбоку обычного анода, на котором видны горизонтальная токоподводящая штанга, вертикальные распределительные штанги и две покрытые или непокрытые титановые анодные пластины, связанные с вертикальными распределительными штангами.
Фигуры 2 и 3 показывают соответствующие виды спереди и сверху обычного крепления сваркой покрытой или непокрытой титановой анодной пластины к вертикальной штанге.
Фигуры 4 и 5 показывают соответствующие виды спереди и сверху крепления покрытой или непокрытой титановой анодной пластины к вертикальной распределительной штанге через адаптерный элемент, который содержит узел ограничителя тока.
Фигуры 6 и 7 показывают соответствующие виды спереди и сверху крепления покрытой или непокрытой титановой анодной пластины к вертикальной распределительной штанге через адаптерный элемент, который содержит, как описано в первом варианте практического осуществления, титановую полосу и узел ограничителя тока.
Фигура 8 показывает вид спереди адаптерного элемента, прикрепленного к вертикальной распределительной штанге, состоящего из титановой полосы с соответствующими узлами ограничителя тока на ее концах.
Фигура 9 показывает вид сверху одного варианта осуществления, в котором
адаптерный элемент содержит, согласно второму варианту практического осуществления, титановую полосу и два узла ограничителя тока.
Фигуры 10 и 11 показывают соответствующие виды в разрезе соединения узла ограничителя тока, соответствующего двум вариациям варианта практического осуществления, с концом титановой полосы.
Фигуры 12 и 13 показывают вид спереди крепления адаптерного элемента, состоящего из титановой полосы и двух узлов ограничителя тока, к вертикальной штанге, а также вид сверху с соответствующими анодными пластинами, прикрепленными к узлам ограничителя тока.
Фигура 14 показывает вид сверху первой разновидности варианта практического осуществления титановой полосы, которая составляет часть адаптерного элемента, с трубчатой конфигурацией и включающей по меньшей мере один ограничитель тока внутри нее, связанный с протяженным, согнутым под прямыми углами листом, к которому прикреплена соответствующая анодная пластина.
Фигура 15 показывает вид сверху второй разновидности варианта практического осуществления титановой полосы, которая составляет часть адаптерного элемента, в котором сам ограничитель тока залит в блок эпоксидной смолы или подобного материала, причем вышеупомянутая титановая полоса разделена ограничителем и прикреплена к вертикальной штанге на одном конце и к соответствующей анодной пластине на другом конце.
Фигуры 16, 17 и 18 показывают соответствующие виды спереди, сбоку и сверху одного варианта практического осуществления, в котором анодные пластины установлены под небольшим углом относительно вертикальной плоскости.
Фигуры 19 и 20 показывают вид спереди и вид сбоку одного варианта практического осуществления, в котором ряд покрытых или непокрытых титановых анодных пластин прикреплен ко второй, вертикальной распределительной штанге, иллюстрируя, что анодные пластины имеют небольшой угол, который увеличивается от нижней части к верхней части или, иными словами, снизу вверх, создавая эффект тяги.
Фигура 21 показывает вид сбоку варианта осуществления по предыдущей фигуре, на котором показан тот путь, по которому следуют пузырьки в результате эффекта тяги, создаваемого наклонным расположением анодных пластин.
Фигуры 22 и 23 показывают вид спереди крепления адаптерного элемента, содержащего узел ограничителя тока с ограничителем тока и внутренний борт, который является титановой полосой, имеющей U-образную форму и прикрепленной к вертикальной штанге, причем упомянутая титановая полоса заключена во внешнем борту,
который является коробкой, выполненной в виде U-образного контейнера, а также вид сверху с соответствующими анодными пластинами, прикрепленными к узлу ограничителя тока.
ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНОГО ВАРИАНТА ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Как показано на вышеупомянутых фигурах и в соответствии с указанной нумерацией, можно заметить, как, начиная с обычной конфигурации, в которой анод 1 состоит из подвесной конструкции на основе токоподводящей штанги 2 и ряда вертикальных распределительных штанг 3, к которым прикреплена по меньшей мере одна покрытая или непокрытая титановая анодная пластина 4 (в дальнейшем мы будет называть их просто анодными пластинами), фигура 1 чертежей показывает, что в упомянутом варианте практического осуществления у анода имеются две анодные пластины 4. В упомянутом обычном варианте осуществления анодные пластины 4 прикреплены к вертикальным распределительным штангам 3 швами 5 точечной сварки, как показано на фигуре 2 чертежей.
Начиная с обычной конфигурации, описанной выше, первый объект изобретения основан на введении адаптерного элемента 6, который содержит по меньшей мере один узел 7 ограничителя тока, как показано на фигуре 4, через который осуществляется подача электрического тока на анодные пластины 4 от соответствующей вертикальной распределительной штанги 3 или устанавливается соединение между ними.
В соответствии с фигурами 4 и 5, в одном варианте практического осуществления адаптерный элемент 6 содержит узел 7 ограничителя тока, который прикреплен непосредственно к вертикальной распределительной штанге 3 и к анодной пластине 4, так что электрический ток от вертикальной распределительной штанги 3 достигает анодной пластины через ограничитель 7 тока. В этом варианте осуществления узел 7 ограничителя тока сам действует в качестве адаптерного элемента 6.
В дополнение, в соответствии с фигурами 6 и 7 чертежей, в первой разновидности варианта практического осуществления адаптерный элемент 6 образован титановой полосой 8, которая прикреплена на одном из своих концов к вертикальной распределительной штанге 3, а на другом своем конце она включает в себя узел 7 ограничителя тока, в то время как, в соответствии с фигурой 8 чертежей, во второй разновидности варианта практического осуществления адаптерный элемент 6 состоит из прикрепленной к вертикальной распределительной штанге 3 титановой полосы 8, которая имеет два узла 7 ограничителя тока, по одному на каждом своем конце, к которым прикреплена соответствующая анодная пластина 4, причем электрический ток достигает анодных пластин 4 от вертикальной распределительной штанги 3 через титановую полосу
8 и соответствующий ограничитель 7 тока.
Узел ограничителя тока, предпочтительно с автовозвратом, может быть реализован с использованием любого имеющегося в промышленности механизма, то есть, например, биметаллического выключателя, цифровых предохранителей с автоматическим возвратом, аналоговых предохранителей с автоматическим возвратом, транзисторов с отсечкой или регулировкой и т.д.
В качестве примера и в соответствии с фигурами 8, 9 и 10 чертежей, мы можем констатировать, что первый тип узла 7 ограничителя тока, используемого в качестве компонента адаптерного элемента 6, может быть образован парой биметаллических деталей 9 из титана/меди, с обращенными друг к другу медными поверхностями, с проложенным между ними ограничителем 10 тока, состоящим из слоя полимера и соответствующих листов меди с обеих сторон, с поперечным центральным и периметрическим углублением, соответствующим ширине меди обеих обращенных друг к другу биметаллических деталей 9, заполненным эпоксидной смолой 11 или подобным изолятором.
Таким образом, фигура 8 чертежей показывает, как, применительно к узлу 7 ограничителя тока, две заштрихованные части соответствовали бы меди биметаллической детали 9, а контур вокруг них соответствовал бы поперечному центральному и периметрическому углублению, которое, вместе с двумя биметаллическими деталями 9 с проложенным между ними самим ограничителем 10 тока, было бы заполнено эпоксидной смолой 11 или другим изолирующим материалом.
Второй тип узла 7 ограничителя тока, в соответствии с фигурами 11, 12 и 13 чертежей, может состоять из титановой коробки 12, в которой один конец титановой полосы 8 заделан расположенным между ними изолирующим материалом 13, который включает в себя два ограничителя 10 тока, так что, предпочтительно, он включает в себя две титановые коробки 12, как показано на фигуре 13 чертежей, по одной на каждом конце титановой полосы 8, которые соединены одним выводом с титановой полосой 8, а своим другим выводом - с титановой коробкой 12, иными словами, путь электрического тока был бы таким: вертикальная распределительная штанга 3 - титановая полоса 8 -ограничитель 10 тока - титановая коробка 12 - анодная пластина 4.
Отметим, что мы опустили объяснение расширения до 3, 4 и т.д. ограничителей в расчете на один адаптерный элемент, поскольку это мы считаем это очевидным на основе представленных случаев с 1 и 2 ограничителями на адаптер.
Изолирующий материал 13 может быть слоем эпоксидной смолы или пластмассы, или любого другого эквивалентного материала.
Следуя логике, конструкция, описанная в связи с адаптерным элементом, может аналогичным образом иметь другие варианты осуществления, эквивалентные описанным, так, на фигуре 14 чертежей можно увидеть, как титановая полоса 8, которая составляет часть адаптерного элемента 6, может иметь трубчатую конфигурацию и вмещать внутри себя хорошо изолированный ограничитель 10 тока, связанный с согнутым под прямыми углами первым листом 14, к которому прикреплена соответствующая анодная пластина 4. Аналогичным образом, также возможна двойная конфигурация, такая, что изнутри трубчатой полосы 8 проходят два согнутые под прямыми углами листа 14, по одному на каждом конце, к которым прикреплены соответствующие анодные пластины 4.
Аналогичным образом, в соответствии с вариантом осуществления по фигуре 15, сам ограничитель тока, который составляет часть адаптерного элемента 6, может быть залит в блоке 15 эпоксидной смолы, расположенном "вклиненным" на титановой полосе 8, разделяя ее на две части, и титановая полоса 8 которого может быть согнута под прямыми углами для возможности ее прикрепления к соответствующей анодной пластине 4. Как и в предыдущем случае, адаптерный элемент может иметь двойную конфигурацию, чтобы прикреплять его к двум анодным пластинам 4.
Число вертикальных распределительных штанг 3 и анодных пластин 4 на анод 1 не влияет на объект изобретения, но их адекватное число делает возможной корректировку характеристик и стоимости установки, так что практичное число элементов составляет: 3 вертикальные штанги, 30 адаптерных элементов на анод, где каждый питает 2 анодные пластины, то есть в общей сложности 60 анодных пластин на анод. В дополнение к этому, анодные пластины имеют площадь 250-1670 см2.
В дополнение, в обычном аноде число анодных пластин 4 равно одной или двум, так что в случае двух пластин получается одна на поверхность, как показано на фигуре 1 чертежей. Хотя объект изобретения может быть применен к этой обычной модели, его эффективность увеличивается в том случае, если устанавливается большее число анодных пластин 4 на анод, но стоимость и трудности установки предотвращают чрезмерно высокие значения, устанавливая таким образом компромисс между ними двумя.
Мы полагаем, что площадь анодного материала определяет анодную пластину, которая отличается от другой, при условии, что электрическое сопротивление между обеими площадями является достаточно высоким с тем, чтобы когда устанавливается катодный контакт с одной из них, другая могла продолжать свой процесс электролиза, обеспечивая по меньшей мере порядка 30% активности.
Каждый адаптерный элемент 6 будет содержать по меньшей мере один узел 7 ограничителя тока, который в случае короткого замыкания отключит ток или по меньшей
мере ограничит этот ток до приемлемых значений, считающихся неопасными для целостности анода и не приводящими к большим потерям тока. Мы рекомендуем значение, сходное с нормальным рабочим или номинальным током, но мы смогли работать и с более высокими значениями без значительного влияния на характеристики, вплоть до тока короткого замыкания, который не превышает пятикратное значение номинального рабочего тока.
В дополнение, вторая задача изобретения заключается в том, чтобы попытаться управлять выбросами "кислотного тумана", производимого анодным электролизом. Для этого в ячейках для электровыделения металлов, таких как медь, для анодов, которые питают две анодные пластины 4, как показано на фигуре 1, отстоящие друг от друга на 1030 мм, посредством расположения анодных пластин 4 под небольшим углом, как показано на фигурах 17, 20 и 21, можно управлять и канализировать образующиеся пузырьки, получая путь, следующий по стрелкам "А", в результате угла наклона анодных пластин, который может быть получен очень широким набором различных способов.
Кроме того, при изменении величины угла наклона анодных пластин и при их расположении с увеличивающимся углом снизу вверх создается компоновка с рисунком перевернутого шеврона, которая создает эффект тяги, позволяющий избежать дисперсии и обеспечивающий контролируемый выброс кислотных пузырьков, поскольку они ограничены и поднимаются как в дымоходе между двумя сторонами анодных пластин анода.
Угол наклона анодных пластин, как мы упоминали, может достигаться различными путями, и, по сути, во-первых, адаптерный элемент 6, который содержит узел 7 ограничителя тока, фигура 5 чертежей, может быть прикреплен к вертикальной распределительной штанге 3 непосредственно под желаемым углом, либо сама титановая полоса 8 может быть прикреплена к соответствующей вертикальной распределительной штанге 3 в соответствии с желаемым углом, либо сама титановая полоса 8, как показано на фигурах 17 и 18, может быть скручена, и ее концы могут быть отогнуты, и, когда прикрепляется соответствующий узел ограничителя тока, прикрепляемая к нему анодная пластина будет иметь желаемый угол.
Это явление, которое концентрирует восходящий поток пузырьков внутри анода, обеспечивает следующие преимущества:
- уменьшение сопротивления электролита прохождению тока между анодом и катодом, потому что движущиеся вверх пузырьки между анодом и катодом являются изоляторами, и поэтому они увеличивают эффективное сопротивление электролита;
- более однородное осаждение меди на катодной пластине; хорошо известно, что в
нижней части анода существует более высокая плотность тока, и поэтому более высокая вероятность короткого замыкания, или, другими словами, немного большая толщина меди на его нижней части. Если между анодом и катодом будет предотвращено появление пузырьков, которые концентрируются в верхней части, то получаемая медная пластина будет более плоской с меньшей разностью в толщине между верхней и нижней частями медной пластины;
- уменьшение вероятности того, что эти пузырьки достигнут катода и вызовут окисление, которое оказывает отрицательное влияние на эффективность процесса катодного осаждения металла и его качество, и
- когда большой процент кислотных пузырьков поднимается через узкую внутреннюю область между двумя анодными поверхностями, установка коллектора на выходе такого "дымохода" обеспечит весьма эффективный сбор "кислотного тумана" и в результате значительно уменьшит загрязнение окружающей среды.
В дополнение, в одном варианте практического осуществления, показанном на фигурах 22 и 23 чертежей, узел (7) ограничителя тока содержит по меньшей мере один внешний борт, который является коробкой (12), содержащей изолирующий материал (13), и по меньшей мере один внутренний борт, который является титановой полосой (8), причем упомянутый по меньшей мере один внутренний борт частично или полностью заключен внутри упомянутого по меньшей мере одного внешнего борта, упомянутые по меньшей мере один внешний борт и по меньшей мере один внутренний борт имеют U-образный профиль, таким образом, что упомянутый по меньшей мере один внутренний борт прикреплен и частично охватывает участок по меньшей мере одной из упомянутых вертикальных распределительных штанг (3), а упомянутый по меньшей мере один внешний борт связан или прикреплен к по меньшей мере одной анодной пластине (4).
Этот вариант осуществления имеет преимущество упрощения производства адаптерных элементов, а также уменьшения производственных затрат. Фактически, упомянутый вариант осуществления может обеспечить улучшение в терминах производства, встраивания и электрического кпд адаптерного элемента в соответствии с изобретением. Что касается изготовления, U-образный профиль титановой полосы (8) и коробки (12) позволяет эффективно управлять и/или уменьшать количество титана, требуемого для изготовления адаптерного элемента. Контейнер делается из двух U-образных профилей путем помещения одного внутри другого; эти профили изготавливают в виде длинных полос автоматически и с высокой производительностью с использованием кромкозагибочных станков без потребности в сварке и сложных резах. Кроме того, сварка выводов ограничителей тока выполняется с большим комфортом и эффективностью за
счет роботизированного процесса; это означает высокую производительность при весьма конкурентоспособных затратах. Наконец, что касается электрического кпд, необходимо учитывать, что при обертывании или окружении токораспределительной штанги самим адаптером путь тока перпендикулярен поверхности адаптера, что означает максимальное сечение и минимальную длину цепи.
Вышеописанный вариант осуществления может использоваться в конфигурации, которая обеспечивает эффект тяги, если это необходимо. В таком случае он представляет собой анодную пластину, устанавливаемую с наклоном или изгибом относительно вертикального положения, чтобы направить поток пузырьков газа от электрохимической реакции, протекающей на аноде. Например, анодные пластины сгибаются с формой в виде символа интеграла "|", или любыми другими формами, которые специалист сочтет подходящими для данной цели. Альтернативно, между анодными пластинами и адаптерным элементом можно вставлять проводящий клин или формователь, который позволяет приваривать анодную пластину под углом относительно вертикального направления.
Наконец, настоящее изобретение дополнительно относится к следующим вариантам осуществления А-К:
A) Безопасный анод для электрохимических ячеек, типа вертикальных анодов,
состоящих из подвесной конструкции на основе:
- горизонтальной токоподводящей штанги и
- вертикальных распределительных штанг, связанных с токоподводящей штангой, распределительные штанги которой образованы:
о медным или алюминиевым сердечником и
о титановыми наружным слоем или оболочкой, и
- по меньшей мере одной титановой анодной пластины, покрытой и связанной с вертикальными распределительными штангами,
отличающийся тем, что безопасный анод (1) включает в себя адаптерный элемент (6) безопасного анода, расположенный между по меньшей мере одной из вертикальных распределительных штанг (3) и по меньшей мере одной покрытой титановой анодной пластиной (4), адаптерный элемент (6) которого содержит по меньшей мере один узел (7) ограничителя тока, в который встроен ограничитель (10) тока, который, будучи связанным с вертикальной распределительной штангой (3) и покрытой титановой анодной пластиной (4), соединяет вертикальную распределительную штангу (3) с покрытой титановой анодной пластиной (4).
B) Безопасный анод для электрохимических ячеек в соответствии с вариантом
осуществления по пункту А, отличающийся тем, что адаптерный элемент (6) безопасного анода образован узлом (7) ограничителя тока, в который встроен ограничитель (10) тока, прикрепленным к вертикальной распределительной штанге (3) и покрытой титановой анодной пластине (4).
C) Безопасный анод для электрохимических ячеек в соответствии с вариантом осуществления по пункту А, отличающийся тем, что адаптерный элемент (6) безопасного анода образован титановой полосой (8), удерживающей по меньшей мере один узел (7) ограничителя тока, причем титановая полоса (8) прикреплена к вертикальной распределительной штанге (3), а соответствующая покрытая титановая анодная пластина (4) прикреплена к узлу (7) ограничителя тока.
D) Безопасный анод для электрохимических ячеек в соответствии с вариантом осуществления по пунктам А и С, отличающийся тем, что адаптерный элемент (6) безопасного анода образован титановой полосой (8), удерживающей два узла (7) ограничителя тока, по одному на каждом конце, причем титановая полоса (8) прикреплена к вертикальной распределительной штанге (3), а соответствующая покрытая титановая анодная пластина (4) прикреплена к паре узлов (7) ограничителя тока.
E) Безопасный анод для электрохимических ячеек в соответствии с вариантом осуществления по пункту А, отличающийся тем, что адаптерный элемент (6) безопасного анода, который содержит по меньшей мере один узел (7) ограничителя тока, прикреплен к соответствующей вертикальной распределительной штанге (3) под небольшим углом относительно вертикальной плоскости, и покрытая титановая анодная пластина (4) прикреплена к нему имеющей тот же самый угол.
F) Безопасный анод для электрохимических ячеек в соответствии с вариантом осуществления по пункту Е, отличающийся тем, что адаптерные элементы (6) анода, которые содержат по меньшей мере один узел (7) ограничителя тока, могут иметь различные величины небольшого угла их установки, а связанные с ними анодные пластины (4) также являются наклонными в зависимости от этих различных углов относительно вертикальной плоскости.
G) Безопасный анод для электрохимических ячеек в соответствии с вариантом осуществления по пункту F, отличающийся тем, что адаптерные элементы (6) анода, которые содержат по меньшей мере один узел (7) ограничителя тока и которые имеют различные величины небольшого угла их установки, прикреплены вдоль длины соответствующей второй вертикальной распределительной штанги (3) с величиной, которая увеличивается снизу вверх, создавая эффект тяги.
H) Безопасный анод для электрохимических ячеек в соответствии с вариантом
осуществления по пункту С, отличающийся тем, что титановая полоса (8), которая составляет частью адаптерного элемента (6), имеет трубчатую конфигурацию, включая в себя ограничитель (10) тока в своей центральной внутренней части, связанную с по меньшей мере одним согнутым под прямыми углами листом (14), который проходит наружу и к которому прикреплена соответствующая анодная пластина (4).
I) Безопасный анод для электрохимических ячеек в соответствии с вариантом осуществления по пункту С, отличающийся тем, что титановая полоса (8), которая составляет часть адаптерного элемента (6), имеет расположенный на ней блок (15) из эпоксидной смолы или подобного материала, в который залит ограничитель (10) тока.
J) Безопасный анод для электрохимических ячеек в соответствии с вариантом осуществления по пункту А, отличающийся тем, что узел (7) ограничителя тока, который составляет часть адаптерного элемента (6) и в который встроен ограничитель (10) тока, образован коробкой (12), которая вмещает в себя титановую полосу (8), изолированную изолирующим материалом (13) содержащей ее коробки (12), изолирующий материал (13) которой включает в себя два ограничителя (10) тока, соединенные одним выводом с промежуточной титановой полосой (8), а с коробкой (12) - другим выводом.
К) Безопасный анод для электрохимических ячеек в соответствии с вариантом осуществления по пункту А, отличающийся тем, что узел (7) ограничителя тока, который составляет часть адаптерного элемента (6) и в который встроен ограничитель (10) тока, образован парой биметаллических деталей (9) из титана/меди, с обращенными друг к другу медными поверхностями, с расположенным между ними ограничителем (10) тока, состоящим из слоя полимера и соответствующих слоев меди с обеих сторон, с поперечным центральным и периметрическим углублением, соответствующим ширине меди обеих противостоящих биметаллических деталей (9), заполненным эпоксидной смолой (11) или подобным изолятором.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Анод для электрохимических ячеек, типа вертикальных анодов, снабженных подвесной конструкцией, имеющей:
- горизонтальную токоподводящую штангу и
- одну или более вертикальных распределительных штанг, соединенных с токоподводящей штангой, содержащих:
о сердечник из проводящего элемента, выбранного из группы, состоящей из меди, алюминия, свинца и их сплава, и
о наружный слой или оболочку из материала, выбранного из группы, состоящей из титана или его сплавов, вентильных металлов или их сплавов, а также свинца или его сплавов, и;
- по меньшей мере одну покрытую или непокрытую титановую анодную пластину, связанную с вертикальными распределительными штангами,
отличающийся тем, что анод (1) включает в себя адаптерный элемент (6), расположенный между по меньшей мере одной из вертикальных распределительных штанг (3) и по меньшей мере одной из покрытых или непокрытых титановых анодных пластин (4) и содержащий по меньшей мере один узел (7) ограничителя тока с ограничителем (10) тока, причем упомянутый узел (7) ограничителя тока связан с упомянутой по меньшей мере одной вертикальной распределительной штангой (3) и упомянутой по меньшей мере одной покрытой или непокрытой титановой анодной пластиной (4) таким образом, что соединяет вертикальную распределительную штангу (3) с покрытой или непокрытой титановой анодной пластиной (4).
2. Анод для электрохимических ячеек по пункту 1, причем адаптерный элемент (6) прикреплен к вертикальной распределительной штанге (3) и к покрытой титаном анодной пластине (4).
3. Анод для электрохимических ячеек по пункту 1, причем адаптерный элемент (6) анода содержит титановую полосу (8), которая удерживает упомянутый по меньшей мере один узел (7) ограничителя тока, таким образом, что титановая полоса (8) прикреплена к вертикальной распределительной штанге (3), а узел (7) ограничителя тока прикреплен к соответствующей покрытой или непокрытой титановой анодной пластине (4).
4. Анод для электрохимических ячеек по пункту 1, причем адаптерный элемент (6) анода содержит титановую полосу (8) с двумя концами, которые удерживают два узла (7) ограничителя тока, по одному на каждом конце, таким образом, что титановая полоса (8) прикреплена к вертикальной распределительной штанге (3), а пара узлов (7) ограничителя тока прикреплена к соответствующей покрытой или непокрытой титановой анодной
2.
пластине (4).
5. Анод для электрохимических ячеек по пункту 1, причем адаптерный элемент (6) анода прикреплен к вертикальной распределительной штанге (3), образуя небольшой угол относительно вертикальной плоскости штанги (3), таким образом, что покрытая или непокрытая титановая анодная пластина (4), прикрепленная к узлу (7) ограничителя тока, также имеет тот же самый угол.
6. Анод для электрохимических ячеек по пункту 5, причем анод содержит более одного адаптерного элемента (6), причем каждый адаптерный элемент (6) прикреплен к вертикальной распределительной штанге (3), образуя небольшой угол относительно вертикальной плоскости штанги (3), который имеет отличающуюся от других углов величину, таким образом, что анодные пластины (4), связанные с узлами (7) ограничителя тока, также имеют те же самые углы.
7. Анод для электрохимических ячеек по пункту 5 или 6, причем угол равен или меньше 3,25 градуса относительно вертикальной плоскости штанги (3).
8. Анод для электрохимических ячеек по пункту 6 или 7, причем величина углов, образуемых адаптерными элементами (6) относительно вертикальной плоскости штанги (3), увеличивается снизу вверх вдоль длины вертикальной распределительной штанги (3).
9. Анод для электрохимических ячеек по пункту 3, причем титановая полоса (8) имеет трубчатую конфигурацию, включая в себя ограничитель (10) тока в своей центральной внутренней части, связанную с по меньшей мере одним согнутым под прямыми углами листом (14), который проходит наружу к соответствующей анодной пластины (4), к которой прикреплен лист (14).
10. Анод для электрохимических ячеек по пункту 3, причем ограничитель (10) тока адаптерного элемента (6) залит в блок (15) эпоксидной смолы или подобного материала, расположенный на титановой полосе (8).
11. Анод для электрохимических ячеек по пункту 1, причем узел (7) ограничителя тока содержит коробку (12) с изолирующим материалом (13), которая вмещает в себя титановую полосу (8), причем изолирующий материал (13) включает в себя два ограничителя (10) тока, соединенные с титановой полосой (8) одним выводом, а с коробкой (12) - другим выводом.
12. Анод для электрохимических ячеек по пункту 1, причем узел (7) ограничителя тока содержит пару биметаллических деталей (9) из титана/меди, с обращенными друг к другу медными поверхностями, с проложенным между ними ограничителем (10) тока, состоящим из слоя полимера и соответствующих слоев меди с обеих сторон, с поперечным центральным и периметрическим углублением, соответствующим ширине
10.
меди обеих противостоящих биметаллических деталей (9), заполненным эпоксидной смолой (11) или подобным изолятором.
13. Анод для электрохимических ячеек по пункту 11, причем узел (7) ограничителя тока содержит по меньшей мере один внешний борт, который является коробкой (12), содержащей изолирующий материал (13), и по меньшей мере один внутренний борт, который является титановой полосой (8), причем упомянутый по меньшей мере один внутренний борт частично или полностью заключен внутри упомянутого по меньшей мере одного внешнего борта, упомянутые по меньшей мере один внешний борт и по меньшей мере один внутренний борт имеют U-образный профиль, таким образом, что упомянутый по меньшей мере один внутренний борт прикреплен и частично охватывает участок по меньшей мере одной из упомянутых одной или более вертикальных распределительных штанг (3), а упомянутый по меньшей мере один внешний борт связан или прикреплен к по меньшей мере одной анодной пластине (4).
14. Электрохимическая ячейка для электровыделения металлов, отличающаяся тем, что она содержит по меньшей мере один анод, охарактеризованный в любом из предшествующих пунктов.
15. Электрохимическая ячейка по предшествующему пункту, причем металл является цветным металлом.
По доверенности
551639
^....
ФИГ. 8
ФИГ. 12
1 V " 1
ФИГ. 13
8 /
/ *
(19)
1/9
ФИГ. 1
2/9
ФИГ. 3
3/9
ФИГ. 5
4/9
ФИГ. 7
4/9
ФИГ. 7
4/9
ФИГ. 7
5/9
5/9
6/9
ФИГ. 15
6/9
ФИГ. 15
6/9
ФИГ. 15
6/9
ФИГ. 15
6/9
ФИГ. 15
6/9
ФИГ. 15
6/9
ФИГ. 15
6/9
ФИГ. 15
7/9
ФИГ. 18
9/9
|
