專利名稱：封裝的陰極吊桿及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通常用于精煉和提煉金屬的沉積陰極。本發(fā)明尤其涉及一種沉積陰極組件，所述組件包括沉積板和包覆有保護(hù)覆層的吊桿，其中將覆層與沉積板和吊桿的內(nèi)部焊接接合處之間的間隙填滿，從而把焊縫封裝在耐蝕性材料中，并防止腐蝕性介質(zhì)的進(jìn)入。
背景技術(shù)：
通過電解可以實(shí)現(xiàn)對(duì)各種有色金屬的精煉或提煉。由于金屬比水更容易被氧化和還原，因此，電精煉技術(shù)包括將陰極和由天然金屬制成的陽極一起放入合適的酸浴中。在陽極和陰極之間施加電壓會(huì)導(dǎo)致天然金屬的氧化，并且使純金屬離子從酸浴中電解遷移到陰極上。金屬離子在陰極上沉積為高純度的精煉金屬，在酸浴的底板上留下大部分雜質(zhì)?？蛇x地是，在電提煉過程中，制成陽極的材料不是被精煉的金屬，例如在電提煉銅時(shí)使用的陽極由鉛、錫和鈣(Pb、Sn和Ca)的合金制成。將被精煉的金屬，在此處為銅，主要通過浸析和溶劑萃取過程，以可溶的形式投放入電解池中。在陽極和陰極之間施加電壓使銅從溶液中遷移出，然后以精煉金屬狀態(tài)沉積在陰極上。
陰極通常包括平的方形沉積板，該沉積板沿其上邊緣連在導(dǎo)電吊桿上。所述吊桿在精煉時(shí)橫跨在容納酸浴的箱上，又常規(guī)地通過一對(duì)導(dǎo)電母線桿與外部電源電接觸，所述母線桿平行地沿箱的相對(duì)邊緣延伸，并且其上放置有所述吊桿的兩端。因此吊桿提供了雙重用途提供在酸浴中懸掛沉積板的裝置，以及在沉積板與電源之間提供電流流動(dòng)的路徑。
經(jīng)過適當(dāng)?shù)臅r(shí)間后，當(dāng)從陽極向陰極或是從可溶(溶液)形式向陰極遷移出足夠的銅時(shí)，從酸浴中取出陰極?？蛇x地是，可使用其它金屬來制造陰極。在使用上述任一種金屬時(shí)，可以用多種公知的剝離技術(shù)來獲得該精煉金屬，包括刮、錘、使用壓縮空氣等等。這樣有利地是，除了對(duì)上述精煉金屬的去除外，很少地或不再需要其它預(yù)備工作便可以再利用陰極。
現(xiàn)有技術(shù)公開了多種陰極，它們具有由不同于精煉金屬的金屬制成的沉積板和其它元件。所述金屬包括例如鋁、鈦和不銹鋼。這些金屬體現(xiàn)了多個(gè)有利于將其用作沉積板的特性，包括相對(duì)高的抗拉強(qiáng)度和非常好的抗腐蝕性。然而，抗拉強(qiáng)度和抗腐蝕性的增加通常會(huì)帶來傳導(dǎo)率的降低，從而導(dǎo)致過程效率的降低。
現(xiàn)有技術(shù)公開的陰極組件中的吊桿采用與沉積板相同或類似的材料制成。將吊桿和沉積板焊接在一起，然后，在吊桿、焊縫和沉積板的小部分上涂覆高傳導(dǎo)性的覆層，所述覆層如銅，用于提高導(dǎo)電軌與沉積板之間的傳導(dǎo)率。這些現(xiàn)有技術(shù)中的陰極組件的缺點(diǎn)是，傳導(dǎo)性覆層的厚度很大地限制了電流和由此導(dǎo)致的電解過程的效率。另外，傳導(dǎo)性覆層暴露在酸浴的腐蝕性流體中，由于噴濺等原因會(huì)導(dǎo)致點(diǎn)蝕和其它腐蝕效應(yīng)，進(jìn)而會(huì)降低覆層的傳導(dǎo)率、以及減少向沉積板表面的覆層的電解遷移。
為了解決上述和其它缺點(diǎn)，現(xiàn)有技術(shù)公開了一種可選組件，其中吊桿采用具有非常低的內(nèi)電阻的高傳導(dǎo)性材料例如實(shí)心銅制成，其通常通過焊縫與沉積板相連。然而，由于使用不同的金屬，焊縫尤其容易受到早期電蝕的影響，因此用適當(dāng)形成的密合的覆層將吊桿、焊縫和沉積板的小部分包覆起來，所述覆層采用與沉積板相同或類似的材料。然后，將覆層的邊緣焊接到沉積板上，這樣可在一定程度上保護(hù)吊桿不受電解池中腐蝕性成分的影響。另外，當(dāng)完成沉積過程時(shí)，大量金屬沉積在沉積板上，使用吊桿將沉積板拉出酸浴，此時(shí)覆層還提供了加固組件的附加益處。
然而，上述現(xiàn)有技術(shù)中的組件的主要缺點(diǎn)是，腐蝕性液體通常從酸浴中溢出，包圍覆層和沉積板之間的焊縫，并滲入吊桿和沉積板之間的接合處。這會(huì)導(dǎo)致對(duì)金屬的電解遷移和對(duì)接合處的腐蝕，從而降低組件的傳導(dǎo)率和整個(gè)單元的效率。另外，當(dāng)接合處隱藏在覆層后面時(shí)，很難清洗去除腐蝕性電解液，因此很難停止腐蝕性液體的影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明通過提供一種用于精煉金屬的陰極而解決上述和其它缺點(diǎn)。所述陰極包括基本平的沉積板，其沿著自身的上邊緣固定地連在長吊桿上，從而限定連接。保護(hù)覆層鄰接沉積板，并至少部分地圍繞吊桿，從而在連接的區(qū)域內(nèi)限定空腔。使用耐蝕性材料填充空腔。該耐蝕性材料防止腐蝕性物質(zhì)滲入所述連接中。
本發(fā)明還提供了一種制造用于精煉金屬的陰極組件的方法。該陰極包括用于電沉積金屬的沉積板。所述方法包括以下步驟(a)提供具有上邊緣的基本平的沉積板；(b)將長吊桿固定在沉積板的上邊緣上，從而提供沉積板組件；(c)將保護(hù)覆層緊固到沉積板組件上，使所述覆層可以基本覆蓋在吊桿和沉積板的上邊緣之間的緊固區(qū)域，從而在覆層和沉積板組件之間限定可填充的空腔；以及(d)使用耐蝕性材料填充空腔，從而提供裝配好的陰極組件。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的說明性實(shí)施例的陰極的側(cè)視圖；以及圖2是根據(jù)本發(fā)明的說明性實(shí)施例的陰極沿圖1中的2-2線的截面圖。
具體實(shí)施例方式
下面將描述根據(jù)本發(fā)明的說明性實(shí)施例。
參考圖1，描述了總體標(biāo)記為標(biāo)號(hào)10的陰極組件。陰極組件10包括基本為方形的沉積板12，該沉積板用抗拉強(qiáng)度相對(duì)高和抗腐蝕性良好的導(dǎo)電材料制成。在說明性實(shí)施例中，使用AISI型號(hào)316L的大約3.25mm厚的奧氏體不銹鋼制作沉積板12，其表面優(yōu)選由ASTM A480的2B型形成，所述表面的粗糙度為0.16至0.60微米。
在沉積板12表面的邊緣周圍沉積的銅會(huì)發(fā)生滑移，這將導(dǎo)致沉積的銅(未示出)從沉積板12的表面的機(jī)械分離，為了防止這一情況發(fā)生，沿沉積板12的邊緣16連有一對(duì)邊緣條14，其從沉積板12的底邊緣18延伸至電解液20最高水位之上的點(diǎn)，沉積板12浸沒在該電解液20中。邊緣條14采用不導(dǎo)電的材料制成，例如聚丙烯，并提供了防止電解液和銅進(jìn)入側(cè)邊緣16上的密封。在安裝邊緣條14前將自粘性的密封墊圈帶(未示出)安裝在側(cè)邊緣16上，用于進(jìn)一步提高密封性。
參考圖2，通過首先將沉積板12插入槽26中使得沉積板12的上邊緣22連在銅吊桿24上，槽26通過在銅吊桿24的底表面28上進(jìn)行機(jī)械加工獲得。然后，用公知的TIG焊接技術(shù)將沉積板12焊接到銅吊桿24上。以這種方式，在沉積板12的兩表面上沿沉積板12的表面與吊桿24的底表面相交的點(diǎn)處的整個(gè)寬度上形成第一對(duì)焊縫30。
在可選實(shí)施例中，沉積板的上邊緣22不插入槽中，而是與吊桿24的底表面28對(duì)接。
吊桿24采用高純度的非合金實(shí)心銅制成，例如統(tǒng)一編號(hào)系統(tǒng)(UNS)編號(hào)為C11000的電解韌銅，以及第一對(duì)焊縫30主要用于在沉積板12和銅吊桿24之間提供良好的電流傳導(dǎo)。
結(jié)合圖2回看圖1，吊桿24、沉積板12的上邊緣22和第一對(duì)焊縫30都封裝在延伸的不銹鋼覆層32中，覆層32由AISI型號(hào)316的1.5mm厚的不銹鋼板制成。覆層32相稱地形成，并包括間隙配合，從而在將吊桿24縫焊到沉積板12上之后使覆層能夠在吊桿/沉積板組件上自由地滑動(dòng)。
覆層32一旦在吊桿24和沉積板12上定位，覆層32的底邊緣34焊接在沉積板12的表面上。該焊接形成第二對(duì)焊縫36，其沿沉積板12的整個(gè)寬度方向延伸，并緊靠在第一對(duì)焊縫30的下面。覆層32和第二對(duì)焊縫36提供了雙重作用，不僅加固了吊桿24，而且防止腐蝕性電解液和其它液體進(jìn)入到第一對(duì)焊縫30上、以及在沉積板12的上邊緣22與吊桿24的底表面28之間的接合處。此外，將覆層32的朝著端部38方向的底邊緣接合和焊接在一起。
參考圖1，根據(jù)上述，在電精煉過程中沉積板12浸沒在電解池(未示出)中，電解池的液位到達(dá)由標(biāo)號(hào)20表示的水平。通過銅吊桿24的端部40將沉積板支持在這一液位，銅吊桿24放置在一對(duì)導(dǎo)電母線桿上，所述母線桿平行地沿容納電解池的箱(都未示出)的相對(duì)邊緣延伸。因?yàn)樵陔娋珶掃^程中大量的金屬將沉積在沉積板12上(達(dá)到200kg/m2板或更多)，將在沉積板12和銅吊桿24之間的接合處施加相當(dāng)大的力。所述加固緩解了不少應(yīng)力，否則由大量沉積的金屬導(dǎo)致的所述應(yīng)力將施加到第一對(duì)焊縫30上，因此降低了第一對(duì)焊縫30損壞或甚至斷裂的可能性，所述損壞或斷裂將降低傳導(dǎo)率。這又提高了陰極組件10的堅(jiān)固性和可靠性，以及因此提高了其使用壽命。
結(jié)合圖1回看圖2，盡管一旦焊接到位，覆層32可以提供一些保護(hù)防止腐蝕性電解液進(jìn)入第一對(duì)焊縫34，但是由第二對(duì)焊縫36提供的密封不是閉合的。因此，如果未檢查，那么就存在這種潛在的問題，即，腐蝕性電解液或其它液體將最終滲入第二對(duì)焊縫，從而不利地影響吊桿24和沉積板12之間的接合。該問題會(huì)由于不可避免的磨損和撕裂而惡化，所述磨損和撕裂是這樣引起的由于從電解池(未示出)中反復(fù)地插入和取出陰極組件10、以及從沉積板12上去除精煉的金屬和在將沉積板12再插入電解池之前對(duì)其表面的清洗與修復(fù)。因此，為了提供附加的保護(hù)來防止腐蝕性溶液或其它液體的進(jìn)入到覆層32下，將例如環(huán)氧樹脂的耐蝕性密封膠42注入到在吊桿24的底表面28和覆層32的內(nèi)表面44之間形成的空間中。這樣可以確保在長時(shí)間段內(nèi)保持由第一對(duì)焊縫30提供的銅吊桿24和沉積板12之間的電導(dǎo)率。
通常，通過在保護(hù)覆層32上鉆若干小孔46而注入耐蝕性材料42。然后，沿覆層32的整個(gè)長度將自由流動(dòng)的耐蝕性材料42注入到在銅吊桿24的底表面和覆層32的內(nèi)表面44之間的空間中。然后，耐蝕性材料42經(jīng)硬化在第一對(duì)焊縫30的周圍形成閉合的密封。
現(xiàn)在參考圖1，如上所述，在電精煉過程中，大量的金屬將沉積在沉積板12上。因此，為了協(xié)助從電解箱(未示出)中自動(dòng)取出陰極組件10，在緊靠第二對(duì)焊縫36的下面貫穿沉積板12加工一對(duì)矩形槽48。可以將吊鉤(未示出)或其它提升裝置，例如叉形桿的叉插入槽48中，并將陰極組件升起。
盡管上文中通過本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是可以在本發(fā)明的范圍內(nèi)按照需要對(duì)該實(shí)施例進(jìn)行修改，而不違反本發(fā)明主題的精神和本質(zhì)。
權(quán)利要求
1.一種用于精煉金屬的陰極，其包括基本平的沉積板，其沿自身的上邊緣固定地連在長吊桿上，從而限定連接；保護(hù)覆層，其鄰接在所述沉積板上，并至少部分地圍繞所述吊桿，從而在所述連接的區(qū)域內(nèi)限定空腔；以及填充所述空腔的耐蝕性材料，其中所述耐蝕性材料防止腐蝕性物質(zhì)滲入所述連接中。
2.如權(quán)利要求1所述的陰極，其中所述沉積板通過至少一個(gè)焊縫與所述吊桿相連。
3.如權(quán)利要求2所述的陰極，其中所述耐蝕性材料防止腐蝕性物質(zhì)滲入所述焊縫中。
4.如權(quán)利要求1所述的陰極，其中所述耐蝕性材料是環(huán)氧樹脂。
5.如權(quán)利要求1所述的陰極，其中所述沉積板和所述覆層采用不銹鋼制造。
6.如權(quán)利要求1所述的陰極，其中所述覆層通過至少一個(gè)焊縫與所述沉積板相連。
7.如權(quán)利要求1所述的陰極，其中所述沉積板的底邊緣被加工為倒置的V剖面。
8.一種制造用于精煉金屬的陰極組件的方法，所述陰極包括用于電沉積金屬的沉積板，所述方法包括以下步驟(a) 提供具有上邊緣的基本平的沉積板；(b) 將長吊桿固定在所述沉積板的所述上邊緣上，從而提供沉積板組件；(c) 將保護(hù)覆層緊固到所述沉積板組件上，使所述覆層基本覆蓋在所述吊桿和所述沉積板的所述上邊緣之間的固定區(qū)域，從而在所述覆層和所述沉積板組件之間限定空腔；以及(d) 在所述空腔中填充耐蝕性材料，從而提供裝配好的陰極組件。
9.如權(quán)利要求8所述的制造陰極組件的方法，其中所述固定步驟包括將所述上邊緣焊接到所述吊桿上。
10.如權(quán)利要求8所述的制造陰極組件的方法，其中所述填充步驟包括在所述保護(hù)覆層上鉆至少一個(gè)孔，并向所述空腔中注入液態(tài)的所述耐蝕性材料，隨后所述耐蝕性材料硬化成固態(tài)。
11.如權(quán)利要求10所述的制造陰極組件的方法，其中所述耐蝕性材料是環(huán)氧樹脂。
全文摘要
一種用于精煉或提煉金屬的陰極，通常用于電精煉或提煉銅，所述陰極包括基本平的沉積板，其沿自身的上邊緣固定地連在長吊桿上，從而限定連接。保護(hù)覆層連接在沉積板上，至少部分地圍繞吊桿，從而在連接的區(qū)域內(nèi)限定空腔。用耐蝕性材料填充該空腔。在這種情況下耐蝕性材料防止腐蝕性物質(zhì)滲入連接中。該耐蝕性材料防止腐蝕性電解溶液和其它液體腐蝕在沉積板和吊桿之間的導(dǎo)電連接，否則會(huì)降低陰極的效率。
文檔編號(hào)C25C7/02GK1662678SQ03814268
公開日2005年8月31日 申請(qǐng)日期2003年6月17日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月18日
發(fā)明者V·魯賓遜, J·J·德圖里奧, G·S·艾佛森, I·J·比爾斯 申請(qǐng)人:福爾肯布里奇有限公司