用于金屬電解提取池的陽(yáng)極結(jié)構(gòu)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種用于電解提取池的陽(yáng)極結(jié)構(gòu)，所述陽(yáng)極結(jié)構(gòu)包括陽(yáng)極吊架桿、絕緣材料的支撐結(jié)構(gòu)、具有設(shè)置有催化涂層的閥金屬基板的至少一個(gè)陽(yáng)極網(wǎng)格，所述至少一個(gè)陽(yáng)極網(wǎng)格被細(xì)分為至少兩個(gè)相互絕緣的子網(wǎng)格，所述子網(wǎng)格通過(guò)與所述陽(yáng)極吊架桿連接的導(dǎo)電裝置被單獨(dú)地供應(yīng)電流，所述陽(yáng)極結(jié)構(gòu)還設(shè)置有包括至少一個(gè)電子系統(tǒng)，所述至少一個(gè)電子系統(tǒng)包括至少一個(gè)電流探針和至少一個(gè)致動(dòng)器以單獨(dú)測(cè)量并且控制向所述子網(wǎng)格中的每個(gè)的電流供應(yīng)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
用于金屬電解提取池的陽(yáng)極結(jié)構(gòu)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種適于管理金屬沉積物的均勻生長(zhǎng)的陽(yáng)極結(jié)構(gòu)，用于尤其是電解提取或電解精煉非鐵金屬的工廠中使用的電解池中，防止短路或減少陽(yáng)極的電損害。
【背景技術(shù)】
[0002]特別是對(duì)于金屬電解提取或電解精煉工廠，供應(yīng)到電化學(xué)工廠的電解池的電流可能以非常多樣的非均勻方式被分配到單個(gè)電解池電極，從而對(duì)生產(chǎn)有負(fù)面影響。由于多種不同原因，導(dǎo)致可能發(fā)生這種現(xiàn)象。例如，特別對(duì)于金屬電解提取或電解精煉工廠而言，為了允許收獲沉積在負(fù)極性電極(陰極)上面的產(chǎn)品，從負(fù)極性電極(陰極)的底座(seat)將負(fù)極性電極頻繁抽出，隨后將其放回適當(dāng)位置，以便進(jìn)行后續(xù)生產(chǎn)周期。通常對(duì)大量陰極執(zhí)行的這個(gè)頻繁操縱經(jīng)常導(dǎo)致在匯流桿(bus-bar)上的重新定位并不完美并且遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到完美電接觸，這也是由于相關(guān)底座上可能形成的污垢而導(dǎo)致的。還可能的是，在電極上以不規(guī)則形式發(fā)生產(chǎn)品沉積，伴隨著形成使陰極表面輪廓改變的產(chǎn)品質(zhì)量梯度。當(dāng)發(fā)生這個(gè)時(shí)，由于事實(shí)上不再是沿著整個(gè)表面恒定的陽(yáng)極-陰極間隙，導(dǎo)致達(dá)成了電失衡條件:隨著各陽(yáng)極-陰極對(duì)之間間隙的變化而變化的電阻變?yōu)榭勺兊?，使電流分布不均勻?wèn)題惡化。例如，對(duì)于銅而言，經(jīng)常觀察到這種現(xiàn)象，其中較少的沉積發(fā)生陰極的上部分，而在沉積較少處存在大量氣體，造成電阻增大。
[0003]對(duì)于銅而言，同樣十分常見(jiàn)的另一個(gè)問(wèn)題是偶爾形成枝晶狀沉積物，該枝晶狀沉積物與局部陽(yáng)極-陰極間隙減小一樣快地局部生長(zhǎng)，直到達(dá)成了短路條件。在發(fā)生短路的情況下，電流往往會(huì)集中在短路陰極上而將電流從剩余的陰極抽走，嚴(yán)重妨礙了生產(chǎn)，而在短路陰極與電解池?cái)嚅_(kāi)連接之前，這是不可修復(fù)的。
[0004]如以上提到的，電流的不均勻分布還引起質(zhì)量和生產(chǎn)能力的損失，使由鈦網(wǎng)格(mesh)制造的現(xiàn)代理念的陽(yáng)極的完整性和壽命受到挑戰(zhàn)。
[0005]在工業(yè)工廠中，在給定存在大量電解池和電極的情況下，保持均勻沉積、防止短路或減少由于短路造成的陽(yáng)極損害的工作十分復(fù)雜并且難以實(shí)施。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明允許管理在電解提取池的陰極表面上沉積的金屬的均勻生長(zhǎng)和/或防止例如由于枝晶(dendrite)、不規(guī)則沉積生長(zhǎng)的現(xiàn)象或因可使陽(yáng)極和陰極直接電接觸的機(jī)械事故而導(dǎo)致可能出現(xiàn)的短路或陽(yáng)極損害。
[0007]此外，本發(fā)明允許在上述情況發(fā)生的情況下，通過(guò)只對(duì)陽(yáng)極的有限部分選擇性斷開(kāi)電流流動(dòng)來(lái)保持陽(yáng)極操作，從而限制生產(chǎn)損失并且優(yōu)化金屬沉積處理。
[0008]因此，本發(fā)明提升了生產(chǎn)能力和產(chǎn)品質(zhì)量并且保護(hù)了陽(yáng)極結(jié)構(gòu)。
[0009]在隨附權(quán)利要求書(shū)中闡述了本發(fā)明的各個(gè)方面。
[0010]在一個(gè)方面，本發(fā)明涉及一種用于電解提取池的陽(yáng)極結(jié)構(gòu)，所述陽(yáng)極結(jié)構(gòu)包括陽(yáng)極吊架桿、由絕緣材料制成的支撐結(jié)構(gòu)、包括設(shè)置有催化涂層的閥金屬基板的至少一個(gè)陽(yáng)極網(wǎng)格，所述至少一個(gè)陽(yáng)極網(wǎng)格被細(xì)分為至少兩個(gè)相互絕緣的子網(wǎng)格，通過(guò)與所述陽(yáng)極吊架桿連接的導(dǎo)電裝置向所述子網(wǎng)格單獨(dú)地供應(yīng)電流，所述陽(yáng)極結(jié)構(gòu)還設(shè)置有至少一個(gè)電子系統(tǒng)，所述至少一個(gè)電子系統(tǒng)包括至少一個(gè)電流探針和至少一個(gè)致動(dòng)器以單獨(dú)測(cè)量并且控制對(duì)各個(gè)單獨(dú)的子網(wǎng)格供應(yīng)的電流。
[0011]術(shù)語(yǔ)“陽(yáng)極網(wǎng)格”旨在定義面對(duì)相應(yīng)的陰極的電極。
[0012]術(shù)語(yǔ)“子網(wǎng)格”旨在定義將陽(yáng)極網(wǎng)格細(xì)分得到的一系列投影(projected)幾何表面。
[0013]術(shù)語(yǔ)“網(wǎng)格”是指有孔結(jié)構(gòu)。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的陽(yáng)極結(jié)構(gòu)可包括連接到同一吊架桿并且位于支撐結(jié)構(gòu)相對(duì)側(cè)的兩個(gè)陽(yáng)極網(wǎng)格，其中各陽(yáng)極網(wǎng)格面對(duì)相應(yīng)的陰極，并且其中各陽(yáng)極網(wǎng)格被細(xì)分成至少兩個(gè)子網(wǎng)格。陽(yáng)極結(jié)構(gòu)還可包括夾在兩個(gè)陽(yáng)極網(wǎng)格之間的纖薄(slim)面板。該面板可由多個(gè)較小的子面板構(gòu)成。該面板可具有與陽(yáng)極網(wǎng)格的投影表面面積相當(dāng)?shù)恼w面積并且是幾毫米厚；它可由諸如塑料或樹(shù)脂材料制成，耐受酸性電解液并且易于在電解池的操作溫度下工作。
[0015]將陽(yáng)極網(wǎng)格細(xì)分得到的子網(wǎng)格可具有相等或不同的面積。
[0016]優(yōu)選地，絕緣材料的支撐結(jié)構(gòu)以及在陽(yáng)極結(jié)構(gòu)操作期間浸沒(méi)在電解液中的所有元件應(yīng)該耐受酸性電解液環(huán)境。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的陽(yáng)極結(jié)構(gòu)可具有以下優(yōu)點(diǎn):通過(guò)其電流控制系統(tǒng)，通過(guò)僅斷開(kāi)陽(yáng)極網(wǎng)格中正受到電流不規(guī)則影響的片段，從而允許陽(yáng)極的連續(xù)操作，即使是在陰極處的金屬存在枝晶或高度不規(guī)則沉積的情況下。
[0018]以上描述的子網(wǎng)格可與諸如塑料或樹(shù)脂的材料相互電絕緣。另外地或可選擇地，子網(wǎng)格可因其間存在的物理間隙而相互絕緣。物理間隙(如果存在的話)可被有利地選擇為超過(guò)3mm，例如8mm左右。
[0019]可用直接測(cè)量或借助于間接評(píng)估流入子網(wǎng)格的電流(諸如，例如評(píng)估局部溫度變化或觸發(fā)對(duì)無(wú)源電子部件(例如，熱敏電阻或可恢復(fù)熔絲，其中，它們均可既充當(dāng)電流探針又充當(dāng)電子系統(tǒng)的致動(dòng)器)中電流密度的特定電響應(yīng))對(duì)供應(yīng)到各個(gè)單獨(dú)的子網(wǎng)格的電流執(zhí)行單獨(dú)測(cè)量。
[0020]在根據(jù)本發(fā)明的所述陽(yáng)極結(jié)構(gòu)的一個(gè)實(shí)施例中，所述至少一個(gè)陽(yáng)極網(wǎng)格被細(xì)分為面積范圍在25cm2和225cm2之間的子網(wǎng)格。
[0021 ]術(shù)語(yǔ)“面積”旨在定義幾何投影面積。
[0022]在一個(gè)實(shí)施例中，根據(jù)本發(fā)明的所述陽(yáng)極結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電裝置是金屬桿、面板或線纜。所述導(dǎo)電裝置可被小型化和/或被組裝在一個(gè)或多個(gè)電子電路中。
[0023]在一個(gè)實(shí)施例中，根據(jù)本發(fā)明的所述陽(yáng)極結(jié)構(gòu)的所述金屬桿、板或線纜由電阻率是1.5 X 10—8至3.0 X 10—8 Ω Xm的導(dǎo)電材料(諸如，銅、鋁或其合金)制成。所述導(dǎo)電裝置的電阻率是指用使用四線測(cè)量設(shè)置的萬(wàn)用表在20°C下執(zhí)行的測(cè)量。
[0024]在一個(gè)實(shí)施例中，根據(jù)本發(fā)明的所述陽(yáng)極結(jié)構(gòu)使相互電絕緣的所述子網(wǎng)格被緊固裝置固定到所述絕緣材料的支撐結(jié)構(gòu)。
[0025]在其他實(shí)施例中，根據(jù)本發(fā)明的所述陽(yáng)極結(jié)構(gòu)使所述導(dǎo)電裝置和所述至少一個(gè)電子系統(tǒng)通過(guò)諸如樹(shù)脂或塑料的材料被嵌入和密封在所述支撐結(jié)構(gòu)內(nèi)部。
[0026]在其他實(shí)施例中，根據(jù)本發(fā)明的所述陽(yáng)極結(jié)構(gòu)的各子網(wǎng)格裝配有至少一個(gè)電子系統(tǒng)，所述電子系統(tǒng)單獨(dú)地控制所述子網(wǎng)格的電流供給。
[0027]在另一個(gè)實(shí)施例中，所述電子系統(tǒng)包括有源部件(諸如，晶體管、M0SFET、開(kāi)關(guān)、負(fù)載晶體管、運(yùn)算放大器、微控制器單元(MCU)、模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC))和/或無(wú)源電子部件。
[0028]使用有源部件可具有以下優(yōu)點(diǎn):允許進(jìn)行有源控制并且提供記錄和管理流入子網(wǎng)格的電流的能力。
[0029]可以利用根據(jù)本發(fā)明的所述陽(yáng)極結(jié)構(gòu)和電解器的陰極池間桿(cathodicintercell bar)或平衡桿(如果存在的話)之間的電位差來(lái)向這些有源部件供電。電子系統(tǒng)或其部件中的一個(gè)或多個(gè)可與導(dǎo)電裝置(諸如，金屬線纜)電連接，導(dǎo)電裝置從陽(yáng)極結(jié)構(gòu)延伸并且與陰極池間桿或平衡桿電接觸。
[0030]在另一個(gè)實(shí)施例中，電子系統(tǒng)包括諸如熱敏電阻或可恢復(fù)熔絲(諸如，可恢復(fù)PTTC恪絲，也被稱(chēng)為聚合正溫度系數(shù)恪絲、聚合恪絲(polyfuse)或聚合開(kāi)關(guān)(polyswitch))的無(wú)源部件。發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，使用這些無(wú)源部件可簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)置。熱敏電阻和可恢復(fù)熔絲是自致動(dòng)的無(wú)源器件，提供對(duì)流過(guò)電路的電流的間接測(cè)量并且提供控制和消除過(guò)電流的簡(jiǎn)單裝置，從而既充當(dāng)電流探針又充當(dāng)電子系統(tǒng)的致動(dòng)器。它們的特性在于電壓和電流之間的高度非線性響應(yīng)關(guān)系并且它們?cè)诓恍枰獠侩娫椿虻谌礁缮娴那闆r下通過(guò)自觸發(fā)電路中的電流流動(dòng)的中斷/啟動(dòng)來(lái)防止過(guò)電流故障?？山Y(jié)合可用于記錄和警告目的的有源部件地實(shí)現(xiàn)用于電流控制的這些無(wú)源部件。
[0031]在另一個(gè)方面，本發(fā)明涉及一種將金屬沉積在包括至少一個(gè)如上所述的陽(yáng)極結(jié)構(gòu)的電化學(xué)金屬電解提取工廠中的系統(tǒng)。所述系統(tǒng)還可用于電鍍和電解精煉工廠中并且可用于防止短路的發(fā)生，減少由于枝晶接觸而導(dǎo)致的陽(yáng)極損害和/或用于管理金屬的均勻沉積。所述系統(tǒng)還由于將陽(yáng)極網(wǎng)格分隔成至少兩個(gè)子網(wǎng)格而通過(guò)只斷開(kāi)陽(yáng)極結(jié)構(gòu)的一部分，允許將陽(yáng)極維持在操作中，即使是發(fā)生了局部電流異常的情況下。
[0032]發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過(guò)利用電子系統(tǒng)選擇性中斷向特定子網(wǎng)格的供電，可以有效阻止沿著與陽(yáng)極表面垂直的方向在陰極上形成的任何枝晶以及可以在陰極上得到均勻的金屬沉積。
[0033]在另一個(gè)方面，本發(fā)明涉及一種將金屬沉積在包括至少一個(gè)如上所述的陽(yáng)極結(jié)構(gòu)的金屬電解提取工廠中的系統(tǒng)，其中，各子網(wǎng)格與選自正溫度系數(shù)熱敏電阻或可恢復(fù)熔絲之中的至少一個(gè)無(wú)源電子系統(tǒng)串聯(lián)電連接。為了防止過(guò)電流故障，根據(jù)各無(wú)源電子系統(tǒng)的特性電流參數(shù)來(lái)選擇各無(wú)源電子系統(tǒng)。當(dāng)無(wú)源系統(tǒng)是正溫度系數(shù)可恢復(fù)熔絲時(shí)，可如下文中所述地有利選擇其特性電流參數(shù):I)保持電流值，其等于可以在操作條件下供應(yīng)到各個(gè)單獨(dú)的子網(wǎng)格的最大標(biāo)稱(chēng)電流;2)跳閘電流(trip current)值，其低于各子網(wǎng)格的最大安全電流。可取的是，選擇在標(biāo)稱(chēng)操作條件下壓降穩(wěn)定并且壓降值低的無(wú)源電子系統(tǒng)，以使無(wú)源器件在低于保持電流的電流下操作時(shí)的能量損失和過(guò)熱減至最少。
[0034]以下定義是指在如上所述的陽(yáng)極結(jié)構(gòu)的操作溫度(通常為45°C至55°C)下測(cè)得的量。
[0035]術(shù)語(yǔ)“跳閘電流”旨在定義無(wú)源電子系統(tǒng)通過(guò)其值時(shí)中斷電流流動(dòng)的無(wú)源電子系統(tǒng)的特性電流閾值。在“跳閘”狀態(tài)下，僅僅小值的雜散電流(被稱(chēng)為漏電流)可流過(guò)無(wú)源部件。
[0036]術(shù)語(yǔ)“保持電流”旨在定義當(dāng)?shù)陀诨虻扔谄渲禃r(shí)保證無(wú)源部件不讓裝置跳閘的特性電流閾值。
[0037]術(shù)語(yǔ)“最大安全電流”旨在定義沒(méi)有危及單獨(dú)的子網(wǎng)格和電路的安全和保護(hù)的最大電流。
[0038]術(shù)語(yǔ)“標(biāo)稱(chēng)電流”旨在定義在理想操作條件下(S卩，在生產(chǎn)過(guò)程中沒(méi)有出現(xiàn)相關(guān)臨界狀況的情況下)流入子網(wǎng)格的電流。
[0039]上述的熱敏電阻或可恢復(fù)熔絲可被封在由空氣或泡沫填充的腔室中，以將它們與環(huán)境熱隔離并且確保它們?cè)诓僮髌陂g的可靠性。
[0040]發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，即使是在陽(yáng)極/陰極接觸件枝晶接觸或誤對(duì)準(zhǔn)的情況下，借助于無(wú)源電子系統(tǒng)(諸如，熱敏電阻或可恢復(fù)熔絲)供應(yīng)到特定子網(wǎng)格的電力的選擇性的和及時(shí)的中斷也以有利簡(jiǎn)化的方式防止了對(duì)子網(wǎng)格的相當(dāng)大的短路損害，因?yàn)檫@些無(wú)源部件不需要外部電源并且它們的操作是自調(diào)節(jié)的。
[0041]上述的系統(tǒng)可與警告和/或數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)配對(duì)。例如，陽(yáng)極結(jié)構(gòu)可與發(fā)光二極管(LED)配對(duì)，可使用LED提供關(guān)于陽(yáng)極結(jié)構(gòu)的至少一個(gè)子網(wǎng)格中異常出現(xiàn)的電流的可視警告。另外地或可替代地，根據(jù)本發(fā)明的所述陽(yáng)極結(jié)構(gòu)可裝配有將關(guān)于系統(tǒng)操作的數(shù)據(jù)發(fā)送到主中央計(jì)算機(jī)的無(wú)線通信裝置。
[0042]在另一個(gè)方面，本發(fā)明涉及一種在金屬電解提取工廠中沉積金屬的方法，其中，對(duì)于各陽(yáng)極網(wǎng)格，所述電子系統(tǒng)以預(yù)定時(shí)間間隔檢測(cè)各子網(wǎng)格中的電流。在執(zhí)行測(cè)量之后，所述電子系統(tǒng)為各陽(yáng)極網(wǎng)格確定在其子網(wǎng)格中循環(huán)的相對(duì)最大電流并且斷開(kāi)向與檢測(cè)到的相對(duì)最大電流對(duì)應(yīng)的一個(gè)子網(wǎng)格或多個(gè)子網(wǎng)格的電流供應(yīng)。在這樣的至少一個(gè)子網(wǎng)格中，系統(tǒng)斷開(kāi)電流，直到進(jìn)行后續(xù)測(cè)量。這種方法促進(jìn)了在陰極表面上沉積的金屬的均勻生長(zhǎng)。
[0043]由于在陽(yáng)極結(jié)構(gòu)和被斷開(kāi)的子網(wǎng)格(其電位對(duì)應(yīng)于電解液電位的)之間存在電位差，因此本領(lǐng)域技術(shù)人員可使用此能量差完全地或部分地為電子系統(tǒng)和/或警告或電流記錄裝置的有源部件供電。
[0044]在另一個(gè)方面，本發(fā)明涉及一種在金屬電解提取工廠中沉積金屬的方法，其中所述電子系統(tǒng)以預(yù)定時(shí)間間隔為各陽(yáng)極網(wǎng)格檢測(cè)各子網(wǎng)格中的電流。在執(zhí)行測(cè)量之后，所述電子系統(tǒng)為各陽(yáng)極網(wǎng)格確定在其子網(wǎng)格中循環(huán)的相對(duì)最大電流并且將該相對(duì)最大電流與特定的預(yù)定值進(jìn)行比較。如果相對(duì)最大電流值超過(guò)所述預(yù)設(shè)閾值，則所述電子系統(tǒng)斷開(kāi)向與檢測(cè)到的相對(duì)最大電流對(duì)應(yīng)的一個(gè)子網(wǎng)格或多個(gè)子網(wǎng)格的電流供應(yīng)，直到進(jìn)行下一次測(cè)量?？稍诿看螠y(cè)量之后，重新定義預(yù)設(shè)的電流閾值。其值可由MCU基于例如子網(wǎng)格的電流值歷史來(lái)限定。
[0045]在金屬電解提取或電解精煉工廠中，可例如為了均勻沉積金屬、防止短路或減少對(duì)陽(yáng)極的短路損害而有利地采用上述方法。
[0046]在另一個(gè)方面，本發(fā)明涉及一種將金屬沉積在電化學(xué)金屬沉積工廠中的方法，其中所述電子系統(tǒng)以預(yù)定時(shí)間間隔為各陽(yáng)極網(wǎng)格測(cè)量各子網(wǎng)格的電流并且斷開(kāi)其中電流值超過(guò)特定預(yù)設(shè)閾值的那些子網(wǎng)格(如果存在的話)中的電流供應(yīng)。在這些子網(wǎng)格中，系統(tǒng)斷開(kāi)電流，直到進(jìn)行后續(xù)測(cè)量。另外，在這種情況下，可在進(jìn)行每次測(cè)量之后重新定義預(yù)設(shè)電流閾值，并且對(duì)于不同的子網(wǎng)格，該預(yù)設(shè)電流閾值可以是不同的。對(duì)于各陽(yáng)極網(wǎng)格，可以預(yù)設(shè)在操作期間可被斷開(kāi)的子網(wǎng)格的最大數(shù)量，以避免系統(tǒng)有任何崩潰風(fēng)險(xiǎn)。在這種情況下，通過(guò)根據(jù)子網(wǎng)格的電流值、相對(duì)位置和先前的電流歷史為子網(wǎng)格賦予優(yōu)先級(jí)來(lái)選擇要斷開(kāi)的子網(wǎng)格?？衫鐬榱朔乐苟搪坊驕p少對(duì)陽(yáng)極的短路損害，有利地采用上述方法。
[0047]在另一個(gè)方面，本發(fā)明涉及一種將金屬沉積在包括至少一個(gè)如上所述的陽(yáng)極結(jié)構(gòu)的金屬電解提取工廠中的方法，所述方法適于防止短路或減少對(duì)陽(yáng)極的短路損害，其中，所述電子系統(tǒng)以預(yù)定時(shí)間間隔為各陽(yáng)極網(wǎng)格檢測(cè)各子網(wǎng)格中的電流。對(duì)于各陽(yáng)極網(wǎng)格，所述電子系統(tǒng)計(jì)算流入將陽(yáng)極網(wǎng)格細(xì)分得到的子網(wǎng)格的平均電流并且計(jì)算它們與平均值的相對(duì)偏差。相對(duì)偏差的意思是子網(wǎng)格的電流值和平均值之差除以平均電流值。所述系統(tǒng)斷開(kāi)向其中相對(duì)偏差超過(guò)預(yù)定值的子網(wǎng)格的電流供應(yīng)。在此子網(wǎng)格中，所述系統(tǒng)斷開(kāi)電流，直到進(jìn)行后續(xù)測(cè)量。所述預(yù)定值可以在子網(wǎng)格之間改變并且適時(shí)改變，例如，所述預(yù)定值可由MCU在每次測(cè)量之后重新定義所述預(yù)定值，并且其值可以基于電流值歷史和子網(wǎng)格位置。
[0048]現(xiàn)在，將參照附圖描述例示本發(fā)明的一些實(shí)現(xiàn)方式，其唯一目的是圖示相對(duì)于本發(fā)明的所述特定實(shí)現(xiàn)方式的不同元件的相互布置;特別地，附圖并不一定按比例繪制。
【附圖說(shuō)明】
[0049]圖1示出根據(jù)本發(fā)明的陽(yáng)極結(jié)構(gòu)的三維視圖，所述陽(yáng)極結(jié)構(gòu)具有被細(xì)分成一百個(gè)子網(wǎng)格的兩個(gè)陽(yáng)極網(wǎng)格。
[0050]圖2示出子網(wǎng)格-陽(yáng)極吊架桿連接以及有源電流調(diào)節(jié)/與其關(guān)聯(lián)的連接斷開(kāi)的一種可能的系統(tǒng)的示意圖。
[0051]圖3示出子網(wǎng)格-陽(yáng)極吊架桿的連接以及無(wú)源電流調(diào)節(jié)/與其關(guān)聯(lián)的連接斷開(kāi)的一種可能的系統(tǒng)的示意圖。
[0052]圖4示出實(shí)現(xiàn)具有聚合熔絲的無(wú)源控制系統(tǒng)的根據(jù)本發(fā)明的陽(yáng)極結(jié)構(gòu)的示意性表示，面板(I)和(II)示出陽(yáng)極結(jié)構(gòu)的正視圖和側(cè)視圖；面板(III)和(IV)分別示出陽(yáng)極結(jié)構(gòu)的指定剖視圖和該剖視圖的指定部分的放大圖。
[0053]圖5示出實(shí)現(xiàn)包括MCU和功率晶體管的有源控制系統(tǒng)的根據(jù)本發(fā)明的陽(yáng)極結(jié)構(gòu)的示意性表示，面板(I)和(II)示出陽(yáng)極結(jié)構(gòu)的正視圖和側(cè)視圖，面板(III)和(IV)分別示出陽(yáng)極結(jié)構(gòu)的指定剖視圖和該剖視圖的指定部分的放大圖。
【具體實(shí)施方式】
[0054]在圖1中，示出陽(yáng)極吊架桿100，陽(yáng)極吊架桿100支撐機(jī)械連接到五個(gè)垂直桿110的支撐結(jié)構(gòu)的兩個(gè)陽(yáng)極網(wǎng)格。部分隱藏后陽(yáng)極網(wǎng)格(未標(biāo)出)的前陽(yáng)極網(wǎng)格101被細(xì)分為100個(gè)子網(wǎng)格(諸如，子網(wǎng)格102)。另外，示出電連接線纜103、子網(wǎng)格之間的絕緣間隙104和陰極106?？蓪?duì)應(yīng)于位置1051布置電流調(diào)節(jié)的電子系統(tǒng)。另外地或可替代地，可直接對(duì)應(yīng)于要控制的子網(wǎng)格(諸如，子網(wǎng)格102的位置1052)布置電流調(diào)節(jié)的電子系統(tǒng)。
[0055]在圖2中，示出有源電子微電路的示意圖，有源電子微電路是指對(duì)應(yīng)于電子系統(tǒng)電路105的區(qū)域，電子系統(tǒng)電路105—側(cè)借助相關(guān)連接線纜103連接到子網(wǎng)格102，另一側(cè)連接到陽(yáng)極吊架桿100。有源電子系統(tǒng)電路105包括電阻器109以及控制器107和有源部件108的組合。后一個(gè)部件可以是例如晶體管、M0SFET、開(kāi)關(guān)晶體管或負(fù)載開(kāi)關(guān)。元件107和108可將電阻器處的壓降與預(yù)定參考電壓進(jìn)行比較；當(dāng)電阻器的壓降大于電壓參考達(dá)預(yù)設(shè)時(shí)間段時(shí)，元件107觸發(fā)元件108的門(mén)控鎖定(gate lock)。
[0056]在圖3中，示出無(wú)源電子系統(tǒng)的示圖，無(wú)源電子系統(tǒng)是指對(duì)應(yīng)于無(wú)源電子器件101的區(qū)域，無(wú)源電子器件101可以是正溫度系數(shù)熱敏電阻或可恢復(fù)熔絲，無(wú)源電子器件101 —側(cè)借助相關(guān)連接線纜103連接到子網(wǎng)格102，另一側(cè)連接到陽(yáng)極吊架桿100。
[0057]在圖4中，面板I和II分別示出實(shí)現(xiàn)無(wú)源電流探針和控制部件的陽(yáng)極結(jié)構(gòu)的正視圖和側(cè)視圖，其包括具有端子接觸件101的導(dǎo)電吊架桿100以及均劃分成36個(gè)子網(wǎng)格(諸如，子網(wǎng)格102)的兩個(gè)陽(yáng)極網(wǎng)格。子網(wǎng)格102通過(guò)導(dǎo)電且耐化學(xué)的鉚釘(riVet)300連接到支撐裝置110，鉚釘300可由例如鈦或其合金制成。面板III示出面板I沿著點(diǎn)劃線截取的陽(yáng)極結(jié)構(gòu)的剖視圖。在面板IV中放大了包括支撐裝置110和子網(wǎng)格102的用虛線區(qū)域包圍的區(qū)域，面板IV示出子網(wǎng)格102和支撐裝置110之間的連接的放大。電連接到陽(yáng)極吊架桿(未示出)的支撐裝置110包括導(dǎo)電桿500，導(dǎo)電桿500借助鉚釘350固定到印刷電路板450。導(dǎo)電桿500借助印刷電路板跡線550連接到聚合熔絲410的一個(gè)引腳。聚合熔絲410的第二引腳通過(guò)鉚釘300電接觸子網(wǎng)格102。聚合熔絲410被包圍在熱絕緣區(qū)250(可被例如熱絕緣泡沫或空氣填充)中。電絕緣和耐化學(xué)材料200的重疊密封、絕緣并且保護(hù)以上提到的部件和電路(除了鉚釘300之外)免受電解液影響，鉚釘300部分地從支撐裝置露出并且將子網(wǎng)格102固定到結(jié)構(gòu)IlOo
[0058]在圖5中，面板I和II分別示出實(shí)現(xiàn)有源電流控制部件的陽(yáng)極結(jié)構(gòu)的正視圖和側(cè)視圖，其包括具有端子接觸件101的導(dǎo)電吊架桿100和由6 X 6個(gè)子網(wǎng)格(諸如，子網(wǎng)格102)組成的兩個(gè)陽(yáng)極網(wǎng)格。陽(yáng)極結(jié)構(gòu)還包括至少一個(gè)MCU 130。線纜連接件120在一側(cè)將MCU連接到陰極池間桿或陰極平衡桿(如果存在的話)，在另一側(cè)將MCU連接到吊架桿100(未示出其連接)。子網(wǎng)格102通過(guò)導(dǎo)電且耐化學(xué)鉚釘300連接到支撐裝置110，鉚釘300可由例如鈦或其合金制成。面板III示出面板I沿著點(diǎn)劃線截取的陽(yáng)極結(jié)構(gòu)的剖視圖。在面板IV中放大了包括支撐裝置110和子網(wǎng)格102的用虛線區(qū)域包圍的區(qū)域。面板IV示出子網(wǎng)格102和支撐裝置110之間的連接的放大圖。電連接到陽(yáng)極吊架桿(未示出)的支撐裝置110包括導(dǎo)電桿500，導(dǎo)電桿500借助鉚釘350固定到印刷電路板450。導(dǎo)電桿500借助印刷電路板跡線550連接到晶體管420的一個(gè)端子。晶體管420還與分流電阻430連接，分流電阻430借助鉚釘300與子網(wǎng)格102電接觸。在圖中未示出分流電阻430和MCU 130之間的連接以及MCU 130和晶體管420的柵極之間的連接。這些連接分別攜載輸入到MCU的信號(hào)和從MCU輸出的信號(hào)，MCU可裝配有模數(shù)轉(zhuǎn)換器(未示出)。晶體管420和分流電阻430可根據(jù)圖2的示圖連接到額外的控制晶體管(未示出)。電絕緣且耐化學(xué)材料200(諸如，樹(shù)脂或塑料)的重疊密封、絕緣并且保護(hù)以上提至_部件和電路(除了鉚釘300之夕卜)免受電解液影響，鉚釘300部分地從支撐裝置露出并且將子網(wǎng)格102固定到結(jié)構(gòu)110。
[0059]在以下示例中給出了發(fā)明人得到的最顯著結(jié)果中的一些，這些示例不旨在限制本發(fā)明的范圍。
[0060]示例I
[0061]在電解提取池內(nèi)部執(zhí)行實(shí)驗(yàn)室測(cè)試活動(dòng)，該電解提取池包含陰極和裝配有源電流控制電子系統(tǒng)的陽(yáng)極。使用3mm厚、50mm寬和100mm高的AISI 316不銹鋼片材作為陰極；陽(yáng)極由2mm厚、150mm寬和I OOOmm高的鈦擴(kuò)展網(wǎng)格組成，通過(guò)銥和鉭的混合氧化物的涂層活性化，被細(xì)分成均Idm2的子網(wǎng)格。陰極和陽(yáng)極垂直地面對(duì)彼此，其外表面之間的間隙是40mm。通過(guò)將作為成核中心的螺桿(screw)垂直于陽(yáng)極地垂直插入不銹鋼板中來(lái)人為地制作枝晶，螺桿的頂端與陽(yáng)極分隔4mm。根據(jù)圖2的示圖，各子網(wǎng)格電連接到陽(yáng)極吊架桿和電子系統(tǒng)。對(duì)于各子網(wǎng)格，電子系統(tǒng)包括兩個(gè)不同的MOSFET晶體管，一個(gè)用作功率開(kāi)關(guān)108，另一個(gè)用作控制器107。功率開(kāi)關(guān)的特征在于，漏極-源極擊穿電壓是-30V，并且在柵極閾值電壓是-1OV時(shí)導(dǎo)通電阻是8πιΩ?？刂破骶w管的特征在于，漏極-源極擊穿電壓是-30V，并且在柵極閾值電壓是4.5V時(shí)導(dǎo)通電阻是85πιΩ。使用2πιΩ的分流電阻來(lái)取代圖2的電阻器109。32位、67MHz MCU以I毫秒的時(shí)間間隔記錄各子網(wǎng)格的電流值，從而計(jì)算與各子網(wǎng)格的平均電流的相對(duì)偏差。對(duì)MCU進(jìn)行編程，以中斷其中相對(duì)偏差超過(guò)5 %的子網(wǎng)格中的電流。另外，無(wú)線ZigBee無(wú)線電通信系統(tǒng)安裝在陽(yáng)極上，并且將MCU收集到的信息發(fā)送到主控制計(jì)算機(jī)，以用于管理和警告的目的。在進(jìn)行4天操作之后，在枝晶上確有橫向生長(zhǎng)的銅，而沒(méi)有達(dá)到陽(yáng)極表面。在面對(duì)剩余子網(wǎng)格的區(qū)域中銅的生成沒(méi)有表現(xiàn)出不規(guī)則。
[0062]反例I
[0063]在不啟動(dòng)電子控制系統(tǒng)的情況下，在相同條件下測(cè)試示例I的陽(yáng)極結(jié)構(gòu)。在進(jìn)行4小時(shí)操作之后枝晶到達(dá)陽(yáng)極表面，不可挽回地?fù)p害陽(yáng)極。
[0064]示例2
[0065]在模擬電解提取池的實(shí)驗(yàn)室電解池中執(zhí)行實(shí)驗(yàn)室測(cè)試活動(dòng)，該電解池包含陰極和裝配無(wú)源電流控制電子系統(tǒng)的陽(yáng)極結(jié)構(gòu)。使用3mm厚、150_寬和I OOOmm高的Al SI 316不銹鋼片材作為陰極；陽(yáng)極由180mm長(zhǎng)、20mm寬和40mm高的銅吊架桿以及Imm厚、155mm寬和1030mm高的鈦擴(kuò)展網(wǎng)格組成，通過(guò)銥的混合氧化物的涂層具有活性，被細(xì)分成18個(gè)子網(wǎng)格，各子網(wǎng)格均為75mm寬且11Omm高，各對(duì)子網(wǎng)格之間的間隙是8mm。陽(yáng)極結(jié)構(gòu)還裝配LED、ZigBee無(wú)線電通信裝置和輸出電壓為3.3V的升壓器。使用升壓器為L(zhǎng)ED和ZigBee裝置供電，LED和ZigBee裝置是出于警告和操作管理目的而安裝的。根據(jù)圖3的示圖，各子網(wǎng)格電連接到陽(yáng)極吊架桿和電子系統(tǒng)。更具體地，電子系統(tǒng)包括正溫度系數(shù)聚合熔絲，正溫度系數(shù)聚合熔絲的特性在于在23°C下的保持電流和跳閘電流規(guī)定分別為14.0A和23.8A(發(fā)明人對(duì)這些參數(shù)執(zhí)行溫度依賴(lài)式的表征方式，以估計(jì)和驗(yàn)證電解池操作溫度下聚合熔絲的性能。40°C下，保持電流是12.2A，而跳閘電流是25.4A)。各子網(wǎng)格還連接到二極管?？偣策B接18個(gè)二極管來(lái)形成二極管-或(OR)電路，該電路向升壓器供電并且只在一個(gè)或多個(gè)子網(wǎng)格和陰極之間發(fā)生電接觸的情況下才啟動(dòng)LED。
[0066]陰極和陽(yáng)極垂直地面對(duì)彼此，其外表面之間的間隙是35mm。通過(guò)將作為成核中心的螺桿垂直于陽(yáng)極網(wǎng)格地垂直插入陰極不銹鋼板中來(lái)人為地制作枝晶；螺桿的頂端與陽(yáng)極分隔4mm。在恒電位下操作I天之后，在電解池電壓是1.8V的情況下，沉積在螺桿頂端的銅將接觸面對(duì)的陽(yáng)極子網(wǎng)格，從而導(dǎo)致銅沉積在特定的子網(wǎng)格上，LED被點(diǎn)亮并且從ZigBee通信裝置向主中央計(jì)算機(jī)發(fā)出警告信號(hào)。測(cè)試?yán)^續(xù)進(jìn)行60個(gè)小時(shí)，在此過(guò)渡期間，銅將沿著子網(wǎng)格面板的邊緣生長(zhǎng)。在測(cè)試結(jié)束時(shí)，在陽(yáng)極網(wǎng)格上不存在由于短路導(dǎo)致的機(jī)械損害；電流將在55-65A的范圍內(nèi)。最終，面對(duì)剩余子網(wǎng)格的區(qū)域中銅的生成沒(méi)有表現(xiàn)出不規(guī)則。
[0067]反例2
[0068]在相同條件下測(cè)試與示例2的陽(yáng)極結(jié)構(gòu)類(lèi)似的陽(yáng)極結(jié)構(gòu)，但沒(méi)有為該陽(yáng)極結(jié)構(gòu)設(shè)置電子控制系統(tǒng)。枝晶在進(jìn)行I天操作之后到達(dá)陽(yáng)極表面，不可挽回地?fù)p害陽(yáng)極網(wǎng)格。
[0069]之前的描述不應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明的限制，可在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下根據(jù)不同實(shí)施例使用該描述，而本發(fā)明的范圍僅僅由隨附權(quán)利要求書(shū)限定。
[0070]在本申請(qǐng)的通篇說(shuō)明和權(quán)利要求書(shū)中，術(shù)語(yǔ)“包括”及其變型不旨在排除其他元件、部件或額外處理步驟的存在。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于電解提取池的陽(yáng)極結(jié)構(gòu)，所述陽(yáng)極結(jié)構(gòu)包括陽(yáng)極吊架桿、絕緣材料的支撐結(jié)構(gòu)、具有設(shè)置有催化涂層的閥金屬基板的至少一個(gè)陽(yáng)極網(wǎng)格，所述至少一個(gè)陽(yáng)極網(wǎng)格被細(xì)分為至少兩個(gè)相互絕緣的子網(wǎng)格，所述子網(wǎng)格被通過(guò)與所述陽(yáng)極吊架桿連接的導(dǎo)電裝置單獨(dú)地供應(yīng)電流，所述陽(yáng)極結(jié)構(gòu)還設(shè)置有至少一個(gè)電子系統(tǒng)，所述至少一個(gè)電子系統(tǒng)包括至少一個(gè)電流探針和至少一個(gè)致動(dòng)器以單獨(dú)測(cè)量和控制向每個(gè)所述子網(wǎng)格的電流供應(yīng)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陽(yáng)極結(jié)構(gòu)，其中，所述至少一個(gè)陽(yáng)極網(wǎng)格被細(xì)分為面積范圍從25cm2至225cm2的子網(wǎng)格。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的陽(yáng)極結(jié)構(gòu)，其中，所述導(dǎo)電裝置是金屬板、桿或線纜。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的陽(yáng)極結(jié)構(gòu)，其中，所述金屬桿、板或線纜由在20°C下電阻率為I.5 X 10—8至3.0 X 10—8 Ω Xm的導(dǎo)電材料制成。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的陽(yáng)極結(jié)構(gòu)，其中，所述導(dǎo)電材料選自銅、鋁或其合金。6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中的任一項(xiàng)所述的陽(yáng)極結(jié)構(gòu)，其中，所述相互絕緣的子網(wǎng)格被緊固裝置固定到所述絕緣材料的支撐結(jié)構(gòu)。7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中的任一項(xiàng)所述的陽(yáng)極結(jié)構(gòu)，其中，所述導(dǎo)電裝置和所述至少一個(gè)電子系統(tǒng)通過(guò)樹(shù)脂或塑料被嵌入和密封在所述絕緣支撐結(jié)構(gòu)內(nèi)部。8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中的任一項(xiàng)所述的陽(yáng)極結(jié)構(gòu)，其中，每一所述子網(wǎng)格裝配有所述至少一個(gè)電子系統(tǒng)。9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中的任一項(xiàng)所述的陽(yáng)極結(jié)構(gòu)，其中，所述電子系統(tǒng)包括有源電子部件或無(wú)源電子部件。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的陽(yáng)極結(jié)構(gòu)，其中，所述無(wú)源電子部件是熱敏電阻或可恢復(fù)熔絲。11.一種用于在金屬電解提取工廠中沉積金屬的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括至少一個(gè)根據(jù)權(quán)利要求I至10中的任一項(xiàng)所述的陽(yáng)極結(jié)構(gòu)。12.—種用于在金屬電解提取工廠中沉積金屬的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括至少一個(gè)根據(jù)權(quán)利要求10所述的陽(yáng)極結(jié)構(gòu)，其中，每個(gè)子網(wǎng)格裝配有至少一個(gè)可恢復(fù)熔絲，并且其中每個(gè)所述可恢復(fù)熔絲的特性在于: -正溫度系數(shù)； -等于預(yù)定電流值的保持電流值，其中，所述預(yù)定電流值對(duì)應(yīng)于供應(yīng)到每個(gè)單獨(dú)的子網(wǎng)格的最大標(biāo)稱(chēng)電流； -比每個(gè)子網(wǎng)格的最大安全電流低的跳閘電流值。13.—種用于在金屬電解提取工廠中沉積金屬的方法，所述金屬電解提取工廠包括至少一個(gè)根據(jù)權(quán)利要求1至9中的任一項(xiàng)所述的陽(yáng)極結(jié)構(gòu)，所述方法包括以下步驟: -通過(guò)所述電子系統(tǒng)以預(yù)定時(shí)間間隔檢測(cè)每個(gè)陽(yáng)極網(wǎng)格的每個(gè)子網(wǎng)格中的電流； -確定與相對(duì)電流最大值對(duì)應(yīng)的每個(gè)陽(yáng)極網(wǎng)格的子網(wǎng)格； -斷開(kāi)向與相對(duì)電流最大值對(duì)應(yīng)的所述子網(wǎng)格的電流供應(yīng)，直到進(jìn)行后續(xù)檢測(cè)。14.一種用于在金屬電解提取工廠中沉積金屬的方法，所述金屬電解提取工廠包括至少一個(gè)根據(jù)權(quán)利要求1至9中的任一項(xiàng)所述的陽(yáng)極結(jié)構(gòu)，所述方法包括以下步驟: -通過(guò)所述電子系統(tǒng)以預(yù)定時(shí)間間隔檢測(cè)每個(gè)陽(yáng)極網(wǎng)格的每個(gè)子網(wǎng)格中的電流； -確定與相對(duì)電流最大值對(duì)應(yīng)的每個(gè)陽(yáng)極網(wǎng)格的子網(wǎng)格； -如果檢測(cè)到的電流超過(guò)預(yù)定閾值，則斷開(kāi)向與相對(duì)電流最大值對(duì)應(yīng)的所述子網(wǎng)格的電流供應(yīng)，直到進(jìn)行后續(xù)檢測(cè)。15.—種用于在金屬電解提取工廠中沉積金屬的方法，所述金屬電解提取工廠包括至少一個(gè)根據(jù)權(quán)利要求1至10中的任一項(xiàng)所述的陽(yáng)極結(jié)構(gòu)，所述方法包括以下步驟: -通過(guò)所述電子系統(tǒng)，以預(yù)定時(shí)間間隔檢測(cè)每個(gè)陽(yáng)極網(wǎng)格的每個(gè)子網(wǎng)格中的電流； -斷開(kāi)向其中電流超過(guò)預(yù)定值的子網(wǎng)格的電流供應(yīng)，直到進(jìn)行后續(xù)檢測(cè)。16.—種用于在金屬電解提取工廠中沉積金屬的方法，所述金屬電解提取工廠包括至少一個(gè)根據(jù)權(quán)利要求1至9中的任一項(xiàng)所述的陽(yáng)極結(jié)構(gòu)，所述方法包括以下步驟: -通過(guò)所述電子系統(tǒng)，以預(yù)定時(shí)間間隔檢測(cè)每個(gè)陽(yáng)極網(wǎng)格的每個(gè)子網(wǎng)格中的電流； -為每個(gè)陽(yáng)極網(wǎng)格計(jì)算子網(wǎng)格中的平均電流值； -斷開(kāi)向其中檢測(cè)到的電流和平均電流之間的差值超過(guò)預(yù)定閾值的子網(wǎng)格的電流供應(yīng)，直到進(jìn)行后續(xù)檢測(cè)，所述差值是用每個(gè)陽(yáng)極網(wǎng)格的平均電流的百分比表達(dá)的。
【文檔編號(hào)】C25C7/02GK106034404SQ201580009410
【公開(kāi)日】2016年10月19日
【申請(qǐng)日】2015年2月3日
【發(fā)明人】F·普拉多皮尤歐
【申請(qǐng)人】德諾拉工業(yè)有限公司