BG2816U1 - Permanent cathedine - Google Patents
Permanent cathedine Download PDFInfo
- Publication number
- BG2816U1 BG2816U1 BG3665U BG366517U BG2816U1 BG 2816 U1 BG2816 U1 BG 2816U1 BG 3665 U BG3665 U BG 3665U BG 366517 U BG366517 U BG 366517U BG 2816 U1 BG2816 U1 BG 2816U1
- Authority
- BG
- Bulgaria
- Prior art keywords
- permanent cathode
- cathode plate
- permanent
- electrolyte
- metal
- Prior art date
Links
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 46
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 46
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims abstract description 32
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims abstract description 30
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 24
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims abstract description 24
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 claims abstract description 12
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 claims abstract description 9
- 238000004070 electrodeposition Methods 0.000 claims abstract description 3
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 24
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims description 24
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 claims description 18
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 claims description 3
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 24
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 21
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 21
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 19
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 19
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 19
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 description 17
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 15
- 238000000034 method Methods 0.000 description 12
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 11
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 9
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 8
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 6
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 6
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 5
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 5
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000010406 cathode material Substances 0.000 description 4
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 4
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 4
- 238000005097 cold rolling Methods 0.000 description 3
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 3
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 3
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000007670 refining Methods 0.000 description 3
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 3
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 2
- 229910000365 copper sulfate Inorganic materials 0.000 description 2
- ARUVKPQLZAKDPS-UHFFFAOYSA-L copper(II) sulfate Chemical compound [Cu+2].[O-][S+2]([O-])([O-])[O-] ARUVKPQLZAKDPS-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- UMGDCJDMYOKAJW-UHFFFAOYSA-N thiourea Chemical compound NC(N)=S UMGDCJDMYOKAJW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M Chloride anion Chemical compound [Cl-] VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 206010014405 Electrocution Diseases 0.000 description 1
- 229910000640 Fe alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N Urea Natural products NC(N)=O XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 229910001566 austenite Inorganic materials 0.000 description 1
- 210000000988 bone and bone Anatomy 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001805 chlorine compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000000866 electrolytic etching Methods 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- 238000005098 hot rolling Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 1
- 238000005554 pickling Methods 0.000 description 1
- 239000002985 plastic film Substances 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 239000012925 reference material Substances 0.000 description 1
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 238000010186 staining Methods 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B11/00—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for
- C25B11/02—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by shape or form
- C25B11/03—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by shape or form perforated or foraminous
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25C7/00—Constructional parts, or assemblies thereof, of cells; Servicing or operating of cells
- C25C7/02—Electrodes; Connections thereof
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25C1/00—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of solutions
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25C7/00—Constructional parts, or assemblies thereof, of cells; Servicing or operating of cells
- C25C7/06—Operating or servicing
- C25C7/08—Separating of deposited metals from the cathode
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
- C25D3/00—Electroplating: Baths therefor
- C25D3/02—Electroplating: Baths therefor from solutions
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
- C25D5/00—Electroplating characterised by the process; Pretreatment or after-treatment of workpieces
- C25D5/34—Pretreatment of metallic surfaces to be electroplated
- C25D5/36—Pretreatment of metallic surfaces to be electroplated of iron or steel
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Electrolytic Production Of Metals (AREA)
- Electroplating Methods And Accessories (AREA)
Abstract
Полезният модел се отнася до постоянен катод (1), който да се използва като електрод при електролитното отделяне на метали, включващ постоянна катодна плоча (4) най-малко частично направена от стомана и осигуряваща възможност за електрохимично отлагане на метал от електролитен разтвор върху нейната повърхност (6), в който случай размерите на граничните области на зърното (7) на повърхността (6) на постоянната катодна плоча (4) са разположени така, че да бъдат подходящи за адхезията на отложения метал на повърхността и свалянето на метал от повърхността най-малко в част от повърхността, която е в контакт с електролита.The useful model refers to a permanent cathode (1) to be used as an electrode for the electrolytic separation of metals comprising a permanent cathode plate (4) at least partially made of steel and enabling the electrochemical deposition of metal from an electrolytic solution on its a surface (6) in which case the dimensions of the boundary regions of the grain (7) on the surface (6) of the permanent cathode plate (4) are arranged to be suitable for the adhesion of the deposited metal to the surface and the removal of metal from the surface at least in part of the surface which is in contact with the electrolyte.
Description
Полезният модел се отнася до постоянен катод, дефиниран в независимите претенции, за използване при електролитно извличане и електролитно отделяне на метали.The utility model refers to a permanent cathode defined in the independent claims for use in electrolytic extraction and electrolytic separation of metals.
Предшестващо състояние на техникатаBACKGROUND OF THE INVENTION
Когато намерението е да се произведе чист метал, като например мед, се използват хидрометалургични методи като електролитно рафиниране или извличане. При електролитно рафиниране, медните аноди с примеси се разтварят електрохимично и разтворената мед от тях се редуцира върху катода. При електролитно извличане, медта се редуцира директно от електролитния разтвор, който обикновено е разтвор на меден сулфат. Степента на отлагане на метала, като например мед, върху катодните повърхности, зависи най-вече от използваната плътност на тока. Катодите, използвани в процеса може да бъдат стартерни листове направени от метала за редуциране, или постоянни катоди направени от стомана, например. Преход към използването на постоянни катоди бе преобладаващата тенденция в електролитни инсталации от дълго време и на практика, всички нови процеси за електролиза на мед се базират на тази технология. Постоянен катод сам по себе си. се формира от катодна плоча и прикачен висящ носач, с помощта на който катодът се потапя в електролитната вана. Медта може механично да бъде извлечена от постоянната катодна плоча на катода и постоянните катоди може да се използват повторно. Постоянните катоди може да се използват както при електролитно рафиниране, така и при извличане на метали. Чистата устойчивост на корозия на класа стомана използвана като постоянна катодна плоча в електролита, не е достатъчна за гарантиране, че необходимите свойства на катода са изпълнени.Where the intention is to produce pure metal such as copper, hydrometallurgical methods such as electrolytic refining or extraction are used. In electrolytic refining, the impure copper anodes are electrochemically dissolved and the dissolved copper is reduced to the cathode. In electrolytic extraction, copper is reduced directly from the electrolyte solution, which is usually a solution of copper sulfate. The degree of deposition of the metal, such as copper, on the cathode surfaces depends mainly on the current density used. The cathodes used in the process may be starter sheets made of metal for reduction, or permanent cathodes made of steel, for example. The transition to the use of permanent cathodes has been the predominant trend in electrolytic installations for a long time and in practice, all new copper electrolysis processes are based on this technology. Permanent cathode per se. is formed by a cathode plate and a suspended support, by which the cathode is immersed in the electrolyte bath. Copper can be mechanically extracted from the permanent cathode plate of the cathode and the permanent cathodes can be reused. Permanent cathodes can be used for both electrolytic refining and metal recovery. The sheer corrosion resistance of steel grade used as a permanent cathode plate in the electrolyte is not sufficient to ensure that the required cathode properties are fulfilled.
Съществено внимание трябва да се обърне на адхезивните свойства на повърхността на катодната плоча. Повърхностните свойства на постоянната катодна плоча трябва да бъдат подходящи, така че отлагащият се метал не трябва спонтанно да се отделя от повърхността по време на електролитния процес, а да прилепва достатъчно, обаче да не пречи отложеният метал да бъде отстранен с помощта на машина за отделя не, например. Най-важните свойства необходими за постоянна катодна плоча включват корозионна устойчивост, праволинейност и повърхностни свойства по отношение на адхезията и отстраняемостта на отлагането.Particular attention must be paid to the adhesive properties of the surface of the cathode plate. The surface properties of the permanent cathode plate must be appropriate so that the deposited metal does not spontaneously separate from the surface during the electrolytic process but adheres sufficiently, however, to prevent the deposited metal from being removed by a separating machine no, for example. The most important properties required for a permanent cathode plate include corrosion resistance, straightness, and surface properties in terms of adhesion and deposition removability.
Метод от предшестващото състояние на техниката е производството на плочи на постоянен катод от неръждаема стомана. Неръждаема стомана е желязна сплав съдържаща повече от 10.5% хром и по-малко от 1.2% въглерод. Хромът образува тънък окисен слой върху повърхността на стоманата, известен като пасивен филм, който значително подобрява устойчивостта на корозия на стоманата. Други легиращи елементи също може да бъдат използвани да повлияят на свойствата на пасивния филм и следователно на устойчивостта на корозия. Например, молибденът подобрява издръжливостта на пасивния филм срещу точкова корозия, причинена от хлориди, при която защитният пасивен филм се уврежда локално. Легиращи елементи също се използват за повлияване на други свойства, например механични свойства и производствени свойства като заваряемост.A prior art method is the manufacture of a stainless steel cathode permanent cathode. Stainless steel is an iron alloy containing more than 10.5% chromium and less than 1.2% carbon. Chromium forms a thin oxide layer on the surface of the steel, known as a passive film, which greatly improves the corrosion resistance of the steel. Other alloying elements can also be used to influence the properties of the passive film and therefore the corrosion resistance. For example, molybdenum improves the resistance of the passive film against point corrosion caused by chlorides, in which the protective passive film is locally damaged. Alloying elements are also used to influence other properties, such as mechanical properties and manufacturing properties such as weldability.
Неръждаеми стомани са широко използвани в приложения, изискващи добра устойчивост на корозия като например обработващата промишленост, химическата промишленост и целулознохартиената промишленост. Поради големия обем на употреба, неръждаеми стомани обикновено се произвеждат чрез горещо валцуване. След това, валцовъчната окалина се отстранява от повърхността на стоманата. Когато се правят по-тънки плочи с по-строги допуски за дебелина, се използва студено валцуване. Обработката след студено валцуване зависи от желаното качество на повърхността. Стандарт SFS-EN 10088-2 дефинира например, че повърхност от тип 2В трябва да бъде студено валцувана, топлинно обработена, байцвана и валцована при повърхностно отстраняване на окалината. По този начин 2В описва пътя на производство на материала и следователно само специфицира свойствата на повърхността на много общо ниво, с основните параметри като повърхностна гладкост и блясък.Stainless steels are widely used in applications requiring good corrosion resistance, such as the manufacturing, chemical, and pulp industries. Due to the large volume of use, stainless steels are usually produced by hot rolling. The rolling mound is then removed from the surface of the steel. When thinner plates are made with tighter thickness tolerances, cold rolling is used. Cold rolling treatment depends on the desired surface quality. For example, SFS-EN 10088-2 defines that a type 2B surface must be cold-rolled, heat-treated, sanded and rolled when surface removed. In this way, 2B describes the production path of the material and therefore only specifies the surface properties at a very general level, with basic parameters such as surface smoothness and shine.
Повърхностна грапавост обикновено се използва за описване на повърхности. Повърхностна грапавост може да бъде дефинирана по безброй различни начини, но, например, широко използваният индекс Ra се отнася до средно аритметичното отклонение на повърхностна грапавост. Все пак, той не касае повърхностния профил при приготвена за експлоатация при всякакви атмосферни условия повърхностна грапавост оформена на върхове и долини. С други думи, повърхности от много различни качества може да имат съвсем същия индекс Ra. Това е илюстрирано на фигури la, lb и 1с.Surface roughness is usually used to describe surfaces. Surface roughness can be defined in countless different ways, but, for example, the widely used index R a refers to the arithmetic mean deviation of surface roughness. However, it does not affect the surface profile when prepared for use in all weather conditions, surface roughness formed on peaks and valleys. In other words, surfaces of many different qualities may have exactly the same index R a . This is illustrated in Figures 1a, 1b and 1c.
Съгласно патентна публикация US 7807028 В2, се предлага постоянна катодна плоча да бъде направена от сплав най-малко частично съставена от двойно рафинирана стомана. Двойно рафиниран клас стомана се отнася до стомана съдържаща 30% до 70% аустенит като останалото е феритна структура. Желаната структура може да се създаде чрез подходящо сплавяне. Съгласно публикацията, грапавостта на повърхността на катодната плоча е съществен фактор за прилепването на металното отлагане. Публикацията също така представя структури, които да бъдат направени на повърхността на катодната плоча за осигуряване прилепването на металното отлагане. Такива структури включват, например, различни типове отвори, вдлъбнатини и издатини.According to patent publication US 7807028 B2, it is proposed that a permanent cathode plate be made of an alloy at least partially composed of double refined steel. Double refined steel grade refers to steel containing 30% to 70% austenite and the rest is a ferrite structure. The desired structure can be created by suitable fusion. According to the publication, the roughness of the surface of the cathode plate is an important factor in the adhesion of metal deposition. The publication also presents structures to be made on the surface of the cathode plate to ensure adhesion of metal deposition. Such structures include, for example, different types of openings, dents and projections.
Съгласно патентна публикация US 7807029 В2, се предлага постоянна катодна плоча да бъде направена от стомана клас 304. Този клас е универсална неръждаема стомана, имаща състав много близък до класа известен като киселинноустойчива стомана и аустенитна структура. Съгласно тази публикация, грапавостта на повърхността на катодната плоча е съществен фактор за прилепването на металното отлагане, и също така тази публикация представя структури, които да бъдат направени на повърхността на катодната плоча за осигуряване прилепването на металното отлагане. Допълнително се предлага стоманата да бъде произведена със степен на грапавост на повърхнината 2В, за да се постигне подходяща адхезия на металното отлагане.According to patent publication US 7807029 B2, it is proposed that a permanent cathode plate be made of steel grade 304. This class is a universal stainless steel having a composition very close to the class known as acid-resistant steel and austenitic structure. According to this publication, the roughness of the surface of the cathode plate is an essential factor in the adhesion of the metal deposition, and also this publication presents structures to be made on the surface of the cathode plate to ensure the adhesion of the metal deposit. It is further suggested that the steel be produced with a surface roughness of 2B in order to achieve adequate adhesion of metal deposition.
Оптимална повърхност обикновено се дефинира като се използват параметри като параметър на повърхностната грапавост Ra. Начин за описване на повърхност с определена степен на грапавост на повърхнината е AIS 1 316 2В, описващ определен клас стомана, която е валцована при повърхностно отстраняване на окалината. Характерният път на производство произвежда гладка, полуярка, но не огледална повърхност.Optimal surface is usually defined using parameters such as the surface roughness parameter R a . A method of describing a surface with a degree of surface roughness is AIS 1 316 2B, describing a particular class of steel that is rolled upon surface removal of the scale. The characteristic production path produces a smooth, semi-bright but not mirror surface.
Публикацията US 7807028 В2 предлага параметъра 2В за степента на грапавост на катодната повърхност, което означава, че повърхността е обработена чрез методи включващи студено валцуване, топлинна обработка и байцване. Обработка на материала и параметрите на обработка се използват за повлияване на свойствата на крайната повърхност. Все пак, само посочените по-горе начини на дефиниране на повърхността не може да се считат достатъчни за дефиниране на оптимална повърхност за постоянен катод.Publication US 7807028 B2 provides parameter 2B for the degree of roughness of the cathode surface, which means that the surface has been machined by methods including cold rolling, heat treatment and staining. Material processing and machining parameters are used to influence the properties of the final surface. However, only the above methods of surface definition cannot be considered sufficient to define an optimal surface for a permanent cathode.
При електролитно отлагане на твърди метали като никел върху постоянен катод се срещат някои проблеми. Прилепването към катодната плоча трябва да бъде много силно, тъй като металното отлагане започва лесно да се отлепя от плочата. От друга страна, ако адхезията е твърде силна, е трудно да се свали отлагането, тъй като е почти невъзможно да се пъхне нож между отлагането и катодната плоча.There are some problems with electrolytic deposition of solid metals such as nickel on a permanent cathode. The adhesion to the cathode plate should be very strong as the metal deposition begins to easily peel off from the plate. On the other hand, if the adhesion is too strong, it is difficult to remove the deposition because it is almost impossible to insert a knife between the deposition and the cathode plate.
Цел на полезния моделPurpose of utility model
Цел на полезния модел е да представи нов тип постоянен катод за електролитно пречистване и извличане на метал, с използваеми свойства и за предпочитане над нивото на предшестващото състояние на техниката. Друга цел на полезния модел е да дефинира параметрите на степен на грапавост на повърхността за оптимална постоянна катодна плоча, като се имат предвид горните проблеми с използването на постоянни катоди.The purpose of the utility model is to present a new type of permanent cathode for electrolyte purification and metal recovery, with usable properties and preferably above the prior art. Another objective of the utility model is to define surface roughness parameters for an optimal permanent cathode plate, taking into account the above problems with the use of permanent cathodes.
Друга цел на полезния модел е да осигури подобрен постоянен катод за електролитно отлагане на твърди метали.Another objective of the utility model is to provide an improved permanent cathode for the electrolytic deposition of solid metals.
Резюме на полезния моделSummary of utility model
Основните характеристики на полезния модел са видни от приложените претенции.The main features of the utility model are apparent from the appended claims.
Полезният модел се отнася до постоянен катод, който да се използва като електрод при електролитното отделяне на метали, включващ постоянна катодна плоча най-малко частично направена от стомана и осигуряваща възможността за електрохимично отлагане на метал от електролитен разтвор върху нейната повърхност. Размерите на граничната област на зърното на повърхността на постоянната катодна плоча са подготвени да бъдат подходящи за адхезията на отложения метал върху повърхността и свалянето на метал от повърхността най-малко в част от повърхността, която е в контакт с електролита.The utility model refers to a permanent cathode to be used as an electrode in the electrolyte separation of metals, including a permanent cathode plate at least partially made of steel and allowing the electrochemical deposition of metal from an electrolytic solution on its surface. The grain boundary area dimensions of the surface of the permanent cathode plate are prepared to be suitable for adhesion of the deposited metal to the surface and removal of metal from the surface at least in part of the surface that is in contact with the electrolyte.
Съгласно едно изпълнение на полезния модел, размерът на зърната в постоянната катодна плоча е 1 до 40 pm, измерен чрез метода на линейно засичане. Съгласно едно изпълнение на полезния модел, средната ширина на гранична област на зърното W в постоянната катодна плоча е 1 до 3 pm. Средната дълбочина на граничната област на зърното d в постоянната катодна плоча е по-малко от 1 pm. Съгласно полезния модел, оптимален постоянен катод може да бъде създаден чрез повлияване върху свойствата на граничната област на зърното на повърхността на постоянната катодна плоча.According to one embodiment of the utility model, the grain size in the permanent cathode plate is 1 to 40 µm, measured by the linear detection method. According to one embodiment of the utility model, the average width of the grain boundary region W in the permanent cathode plate is 1 to 3 pm. The average depth of the boundary region of the grain d in the permanent cathode plate is less than 1 pm. According to a useful model, an optimal permanent cathode can be created by influencing the properties of the grain boundary region of the surface of the permanent cathode plate.
Съгласно едно изпълнение на полезния модел, постоянната катодна плоча е най-малко частично от феритна стомана. Съгласно друго изпълнение на полезния модел, постоянната катодна плоча е най-малко частично от аустенитна стомана. Съгласно едно изпълнение на полезния модел, постоянната катодна плоча е най-малко частично от двойно рафинирана стомана. Свойствата на повърхността на материала на постоянната катодна плоча съгласно полезния модел, правят възможно да се използват различни класове стомана за електролитното отделяне на метали.According to one embodiment of the utility model, the permanent cathode plate is at least partially made of ferrite steel. According to another embodiment of the utility model, the permanent cathode plate is at least partially austenitic steel. According to one embodiment of the utility model, the permanent cathode plate is at least partially made of double-refined steel. The surface properties of the material of the permanent cathode plate according to the utility model make it possible to use different grades of steel for the electrolytic separation of metals.
Съгласно едно изпълнение на полезния модел, постоянната катодна плоча включва повърхностна зона, осигурена със силно адхезивни свойства и повърхностна зона осигурена със слабо адхезивни свойства, като споменатите адхезивни свойства са зависими от размерите на граничните области на зърното в споменатата повърхностна зона. За предпочитане, повърхностната зона със слабо адхезивни свойства формира част от повърхността, която е в контакт с електролита и споменатата повърхностна зона е разположена при място където свалянето на метално отлагане е определено да започне.According to one embodiment of the utility model, the permanent cathode plate includes a surface zone provided with highly adhesive properties and a surface zone provided with poorly adhesive properties, said adhesive properties depending on the size of the grain boundary regions in said surface zone. Preferably, the surface area with weakly adhesive properties forms a part of the surface that is in contact with the electrolyte, and said surface area is located at the point where removal of the metal deposition is determined to begin.
Полезният модел се отнася също до приспособление, което да се използва за електролитно отделяне на метали, споменатото приспособление съдържащо електролитна вана на електролитен разтвор, в която аноди и постоянни катоди са редуващо се разположени, и споменатите постоянни катоди се поддържат във ваната чрез поддържащ елемент, като по този начин постоянният катод съгласно полезния модел е част от приспособлението.The utility model also relates to a device to be used for electrolytic separation of metals, said device comprising an electrolytic bath of an electrolytic solution, in which the anodes and permanent cathodes are alternately arranged, and said permanent cathodes are maintained in the bath by a support element, thus the permanent cathode according to the utility model is part of the fixture.
Полезният модел се отнася също така до метод за третиране на повърхността на постоянна катодна плоча, при който постоянната катодна плоча е оформена най-малко частично от стоманена плоча. Съгласно метода, граничните области на зърното на повърхността на постоянната катодна плоча най-малко върху част от повърхността, която е в контакт с електролита, се третират химически или електрохимично за постигане на желаните повърхностни свойства за адхезията на отложен метал на повърхността и свалянето на метал от повърхността.The utility model also relates to a method for treating the surface of a permanent cathode plate in which the permanent cathode plate is formed at least in part from a steel plate. According to the method, the boundary regions of the grain of the surface of the permanent cathode plate at least on a part of the surface which is in contact with the electrolyte are treated chemically or electrochemically to achieve the desired surface properties for the adhesion of deposited metal to the surface and metal removal. from the surface.
Съгласно една характерна черта на полезния модел, повърхността на постоянната катодна плоча се третира докато се постигне желаната сила на разделяне, например чрез ецване на повърхността на постоянната катодна плоча.According to one feature of the utility model, the surface of the permanent cathode plate is treated until the desired separation force is achieved, for example, by etching the surface of the permanent cathode plate.
Съгласно едно изпълнение на полезния модел, различни зони на повърхността на постоянната катодна плоча, които са в контакт с електролита, се третират по различен начин, за да се получи зона със силна адхезия и зона със слаба адхезия. За предпочитане, зоната със слаба адхезия се прави върху част от повърхността на катодната плоча, където свалянето на метално отлагане е определено да започне.According to one embodiment of the utility model, different areas of the surface of the permanent cathode plate that are in contact with the electrolyte are treated differently to produce a strong adhesion zone and a weak adhesion zone. Preferably, the zone of weak adhesion is made on a portion of the surface of the cathode plate where the deposition of metal deposition is determined to begin.
Пояснение на приложените фигуриExplanation of the annexed figures
Полезният модел е описан по-подробно чрез позоваване на фигурите, където фигури la, lb и 1с илюстрират грапавостта на повърхността на постоянна катодна плоча.The utility model is described in more detail by reference to the figures, where figures 1a, 1b and 1c illustrate the roughness of the surface of a permanent cathode plate.
Фигура 2 илюстрира приспособление съгласно полезния модел.Figure 2 illustrates a utility according to the utility model.
Фигура За илюстрира постоянен катод.Figure 3a illustrates a permanent cathode.
Фигура ЗЬ илюстрира повърхността на постоянния катод.Figure 3b illustrates the surface of the permanent cathode.
Фигура 4 илюстрира повърхността на парче проба от постоянна катодна плоча.Figure 4 illustrates the surface of a sample piece of permanent cathode plate.
Фигури 5а и 5Ь илюстрират постоянни катоди със зони с различни адхезивни свойства.Figures 5a and 5b illustrate permanent cathodes with zones with different adhesive properties.
Фигура 6 илюстрира сваляне на отлагане от постоянния катод.Figure 6 illustrates the deposition of deposition from the permanent cathode.
Фигура 7 илюстрира предпочитания път на разрушаване между отлагане и катодната плоча.Figure 7 illustrates a preferred failure path between deposition and cathode plate.
Подробно описание на полезния моделDetailed description of the utility model
Фигури la, lb и 1с илюстрират различни варианти на повърхностната грапавост на катодна плоча 4 в постоянен катод 1. Фигури la, lb и 1с имат същия Ra индекс, описващ повърхностна грапавост, въпреки че те изглеждат различни в близък план, както схематично е илюстрирано на фигурите. Съгласно полезния модел, индексът на чистата повърхностна грапавост не е достатъчен за постигане на достатъчно оптимална постоянна катодна повърхност.Figures 1a, 1b, and 1c illustrate various variations of surface roughness of cathode plate 4 in permanent cathode 1. Figures 1a, 1b, and 1c have the same R a index describing surface roughness, although they appear to be different in close-up as schematically illustrated in the figures. According to the utility model, the index of pure surface roughness is not sufficient to achieve a sufficiently optimal permanent cathodic surface.
Постоянният катод 1 съгласно полезния модел, е илюстриран в неговата работна среда на фигура 2. Постоянният катод е предназначен да бъде използван за електролитното отделяне на метали. В този случай постоянният катод е поставен в електролитен разтвор в електролитната вана 3 редуващо се с аноди 2 по цялата дължина на ваната и желаният метал се отлага от електролитния разтвор върху повърхността на катодната плоча 4 в постоянните катоди 1. Постоянната катодна плоча 4 се поддържа във ваната с помощта на поддържащ елемент 5.The permanent cathode 1 according to the utility model is illustrated in its operating environment in Figure 2. The permanent cathode is intended to be used for the electrolyte separation of metals. In this case, the permanent cathode is placed in an electrolyte solution in the electrolyte bath 3 alternately with anodes 2 over the entire length of the bath, and the desired metal is deposited from the electrolyte solution on the surface of the cathode plate 4 in the permanent cathodes 1. The permanent cathode plate 4 is maintained in bath using a support element 5.
В предшестващото състояние на техниката са описани постоянни катоди, при което повърхностната грапавост представлява решаващ фактор за адхезията на металното отлагане. Въпреки това, в допълнение на повърхностна грапавост породена от производствения процес, металната повърхност също има гранични области на зърното, които играят съществена роля при адхезията на мед върху повърхността. Твърд метал има кристална структура, което означава, че атомите са плътно прилепнали в нормална решетка, и самата решетка се простира на голямо разстояние в сравнение с междуатомното разстояние. Тези кристали заедно са обозначени като зърна. Зърната формират зони на неравномерен обем, тъй като техния растеж е ограничен от съседни зърна нарастващи в същото време. В многозърнест метал, всяко зърно се съединява със съседните си зърна плътно по своята повърхност при граничната област на зърното. Граничната област на зърното е зона с висока повърхностна енергия, в която отлагащата се мед образува първични активни центрове. Ето защо трябва да се обърне специално внимание на броя и свойствата на граничните области на зърното.Permanent cathodes have been described in the prior art, wherein surface roughness is a crucial factor in the adhesion of metal deposition. However, in addition to the surface roughness generated by the manufacturing process, the metal surface also has boundary regions of the grain that play an essential role in the adhesion of copper to the surface. The solid metal has a crystalline structure, which means that the atoms are tightly adhered to a normal lattice, and the lattice itself extends a great distance compared to the atomic distance. These crystals together are referred to as grains. The grains form areas of uneven volume as their growth is limited by adjacent grains growing at the same time. In multi-grain metal, each grain fuses with its adjacent grains tightly along its surface at the grain boundary. The grain boundary region is a high surface energy zone in which the deposited copper forms primary active centers. Therefore, special attention should be paid to the number and properties of grain boundary regions.
Граничните области на зърното може да се видят с оптичен микроскоп или сканиращ електронен микроскоп, но проучване на размерите на граничните области на зърното изисква атомно-силов микроскоп (AFM). Един AFM има сонда с повишена чувствителност, свързана с гъвкаво носещо рамо. Когато сондата се движи по повърхността на пробата, която е в процес на проучване, се регистрират взаимодействия между повърхността и сондата като огъване на носещото рамо. Огъването може да бъде измерено с лазерен лъч, който позволява генерирането на триизмерен образ на профила на повърхността на пробата. Един AFM може да се използва за измерване на размерите, дълбочина и ширина, на граничната област на зърното. Ширината и дълбочината на граничните области на зърното естествено варират до известна степен. Това вариране може да бъде представено като нормално отклонение позволявайки статистическа обработка на размерите.The grain boundaries can be seen with an optical microscope or scanning electron microscope, but studying the size of the grain boundaries requires an atomic force microscope (AFM). An AFM has a high sensitivity probe connected to a flexible support arm. When the probe moves over the surface of the sample under study, interactions between the surface and the probe are recorded as the bending of the support arm. The bending can be measured with a laser beam that allows a three-dimensional image to be generated of the profile of the sample surface. An AFM can be used to measure the size, depth and width of the grain boundary. The width and depth of the grain boundary regions naturally vary to some extent. This variation can be represented as a normal deviation allowing statistical processing of the dimensions.
Размерът на зърната на един материал може да бъде определен по няколко различни начина. Един от методите е метода на линейно засичане (Metals Handbook, Desk Edition, ASM International, Metals Park, Ohio, USA, 1998 pp. 1405-1409), при който размерът на зърната I е i = i/nl при което Nl е броят гранични области на зърното, разделен с разстоянието на измерване. Съгласно формулата, размерът на зърното е обратно пропорционален на броя гранични области на зърното на единица дължина.The grain size of a material can be determined in several different ways. One method is the linear detection method (Metals Handbook, Desk Edition, ASM International, Metals Park, Ohio, USA, 1998 pp. 1405-1409), in which the grain size I is i = i / n l wherein N l is the number of grain boundary regions divided by the measurement distance. According to the formula, the grain size is inversely proportional to the number of grain boundary regions per unit length.
Фигури За и ЗЬ илюстрират повърхността 6 на постоянна катодна плоча 4 в постоянен катод 1 съгласно полезния модел и схематичната фигура представя ширината W и дълбочината d на граничната област на зърното между зърна 8 в повърхността. Ширината на граничната област на зърното може да бъде оценена от изображение, взето с помощта на оптичен микроскоп или сканиращ електронен микроскоп, или може да бъде измерена от AFM резултати. В съответствие с полезния модел, се третира най-малко част от повърхността на постоянната катодна плоча 6, която е в контакт с електролита. Граничните области на зърното 7 между зърна 8 в повърхността на постоянната катодна плоча 6 се третират, така че да бъдат подходящи за адхезията на отложения метал върху повърхността и свалянето на метал от нея. Една оптимална повърхност на метал за растежа може да бъде постигната в съответствие с полезния модел. В съответствие с полезния модел, размерите на граничните области на зърното 7 в повърхността 6 са модифицирани за постигане на оптимална повърхност на постоянния катод. Размерът на зърното на зърна 8 в повърхността 6 на оптимална постоянна катодна плоча 4, измерен чрез метода на линейно засичане е 1 до 40 pm, средната ширина на граничната област на зърното W е 1 до 3 pm, и дълбочината на граничната област на зърното d е по-малко от 1 pm. Постоянна катодна плоча съгласно полезния модел, може да бъде произведена от аустенитна стомана, например. В съответствие с полезния модел, повърхността на постоянната катодна плоча се третира чрез електроецване, например, докато се постигне желаната сила на разделяне. Силата на разделяне представлява разединяемостта на отложения материал от повърхността. Ако силата на разделяне е твърде малка, металното отлагане ще бъде преждевременно самостоятелно отделено от повърхността на постоянната катодна плоча, докато прекадено голяма сила на разделяне затруднява отделянето на металното отлагане от повърхността на постоянната катодна плоча.Figures 3a and 3b illustrate the surface 6 of a permanent cathode plate 4 in a permanent cathode 1 according to the utility model, and the schematic figure represents the width W and the depth d of the grain boundary region between the grains 8 in the surface. The grain boundary width can be estimated from an image taken with an optical microscope or scanning electron microscope, or can be measured by AFM results. According to the utility model, at least a portion of the surface of the permanent cathode plate 6 which is in contact with the electrolyte is treated. The boundary regions of the grain 7 between the grains 8 in the surface of the permanent cathode plate 6 are treated so as to be suitable for the adhesion of the deposited metal to the surface and the removal of metal from it. An optimal metal surface for growth can be achieved in accordance with the utility model. In accordance with the utility model, the dimensions of the boundary regions of the grain 7 in the surface 6 are modified to achieve an optimal surface of the permanent cathode. The grain size of the grains 8 in the surface 6 of the optimum permanent cathode plate 4, measured by the linear detection method is 1 to 40 pm, the average width of the grain boundary region W is 1 to 3 pm, and the depth of the grain boundary region d is less than 1 pm. According to the utility model, a permanent cathode plate may be made of austenitic steel, for example. In accordance with the utility model, the surface of the permanent cathode plate is treated by electrocution, for example, until the desired separation force is reached. The separation force is the separability of the deposited material from the surface. If the separation force is too low, the metal deposition will be prematurely self-separated from the surface of the permanent cathode plate, while too high a separation force makes it difficult to separate the metal deposition from the surface of the permanent cathode plate.
Тъй като пълното отлагане на твърд метал се нуждае от силна адхезия върху катодната повърхност, за да се избегне обелване или самостоятелно сваляне, тя също така прави началото на свалянето по-трудно. Може да бъде трудно да се вмъкне нож между катодната плоча и отлагането, за да се свали отлагането от плочата. Огъване на плочата може да се окаже невъзможно поради твърдостта на металното отлагане. Този проблем може да бъде решен чрез разполагане на зона с по-малка адхезия близо до нивото на електролита, тоест близо до нивото където започва отлагането. Тази зона на слаба адхезия се отделя лесно и дава добра начална точка за сваляне на отлагането. Две или повече зони с различни адхезивни свойства може лесно да бъдат произведени, например, чрез ецване на една зона и чрез неецване на друга зона.Since complete deposition of solid metal requires strong adhesion to the cathode surface to avoid peeling or self-removal, it also makes the beginning of removal more difficult. It may be difficult to insert a knife between the cathode plate and the deposition to remove deposition from the slab. Bending of the plate may not be possible due to the hardness of the metal deposit. This problem can be solved by positioning an area with less adhesion near the electrolyte level, that is, near the level where deposition begins. This area of weak adhesion is easily separated and provides a good starting point for deposition deposition. Two or more zones with different adhesive properties can be easily produced, for example, by etching one zone and not etching another zone.
Фигура 5а илюстрира постоянен катод осигурен с три повърхностни зони 6а, 6Ь и 6с с различни адхезивни свойства. Линия L показва нивото на електролитен разтвор когато постоянната катодна плоча 4 е потопена в електролитна вана. Основната част от повърхността на катодната плоча, зона 6а, се ецва по такъв начин, че желаните относителни размери на граничните области на зърното са постигнати, за подобряване на адхезията на метално отлагане върху постоянната катодна плоча 4. Частта на постоянната катодна плоча 4 над нивото на електролита L, зона 6с, може да не бъде ецвана или леко ецвана. Между по-силно ецваната зона 6а и не-ецваната или леко ецваната зона 6с, под нивото на електролита L, има трета зона 6Ь, която не е ецвана или е ецвана по такъв начин, че размерите на граничната област на зърното причиняват само слаба адхезия. Адхезивните свойства на двете не-ецвани или леко ецвани зони 6Ь и 6с може да бъдат сходни или различни. Важно е, че постоянната катодна плоча 4 съдържа най-малко една зона 6а със силна адхезия и най-малко една зона 6Ь със слаба адхезия, като зоната 6Ь със слаба адхезия най-малко частично лежи под нивото на електролита L.Figure 5a illustrates a permanent cathode provided by three surface zones 6a, 6b and 6c with different adhesive properties. Line L shows the level of electrolyte solution when the permanent cathode plate 4 is immersed in an electrolytic bath. The main part of the surface of the cathode plate, zone 6a, is etched in such a way that the desired relative dimensions of the grain boundary regions are achieved to improve the adhesion of metal deposition to the permanent cathode plate 4. The portion of the permanent cathode plate 4 above the level of electrolyte L, zone 6c, may not be etched or slightly etched. Between the stronger etched zone 6a and the non-etched or lightly etched zone 6c, below the electrolyte level L, there is a third zone 6b which is not etched or etched in such a way that the grain boundary area dimensions cause only slight adhesion . The adhesive properties of the two non-etched or slightly etched zones 6b and 6c may be similar or different. It is important that the permanent cathode plate 4 contains at least one strong adhesion zone 6a and at least one weak adhesion zone 6b, with the weak adhesion zone 6b at least partially lying below the level of the electrolyte L.
Фигура 5Ь показва едно алтернативно изпълнение, където зоната 6Ь със слаба адхезия е разположена в централната област на ширината на катодната плоча 4 и краищата на зоната под електролита линия L формират част от по-силно ецваната зона 6а.Figure 5b shows an alternative embodiment where the weak adhesion zone 6b is located in the central region of the width of the cathode plate 4 and the edges of the area under the electrolyte line L form part of the more strongly etched zone 6a.
Изпълненията от фигури 5а и 5Ь позволяват лесно да започне сваляне когато основната част 6а на постоянната катодна плоча 4 има силна адхезия на отлагане. При случая на мед, сваляне лесно може да се започне чрез огъване на постоянната катодна плоча 4, за да се разхлаби адхезията на отлагането върху плочата. Все пак, ако е наслоен никел като силно отлагане с помощта на така наречените постоянни катоди за пълно отлагане, огъване на постоянната катодна плоча 4 може да бъде трудно, тъй като никелът е твърд метал, който не се деформира лесно.The embodiments of Figures 5a and 5b make it easy to begin removal when the main portion 6a of the permanent cathode plate 4 has strong deposition adhesion. In the case of copper, removal can easily be initiated by bending the permanent cathode plate 4 to loosen the adhesion of deposition on the plate. However, if nickel is deposited as strong deposition with the help of so-called permanent cathodes for complete deposition, bending the permanent cathode plate 4 can be difficult as nickel is a hard metal that does not deform easily.
Добри адхезивни свойства са по-добре постигнати чрез ецване най-малко на част от катодната плоча 4. В изпълненията от фигури 5а и 5Ь, частта 6Ь на катодната плоча 4, разположена точно под нивото на електролита L се запазва не ецвана или е просто леко ецвана, за да се получи зона 6Ь с много по-слаби адхезивни свойства, отколкото основната част 6а на катодната плочаGood adhesive properties are better achieved by etching at least part of the cathode plate 4. In the embodiments of Figures 5a and 5b, the part 6b of the cathode plate 4, located just below the level of the electrolyte L, is not etched or is simply slightly etchings to give a zone 6b with much weaker adhesive properties than the main part 6a of the cathode plate
4. Произвеждане на този вид постоянна катодна плоча 4 е по принцип лесно. Зоните 6Ь, 6с, които не трябва да бъдат ецвани, например, се покриват с лента, или даже още по-просто, плочата просто се потапя до известна дълбочина в разтворителя за ецване.4. Generating this type of permanent cathode plate 4 is generally easy. The zones 6b, 6c, which need not be etched, for example, are covered with tape, or even more simply, the plate is simply immersed to a certain depth in the etching solvent.
Фигура 6 илюстрира действието на постоянна катодна плоча 4 съгласно фигура 5а. На практика, металните наслоявания 11 са от двете страни на катодната плоча 4, но за опростяване, само едно метално отлагане 11 е показано на фигура 6.Figure 6 illustrates the operation of a permanent cathode plate 4 according to Figure 5a. In practice, the metal deposits 11 are on either side of the cathode plate 4, but for simplicity, only one metal deposit 11 is shown in Figure 6.
Сваляне на металното отлагане 11 от постоянната катодна плоча 4 започва чрез пъхване на нож 10, или клин, на машина за отделяне, между постоянната катодна плоча 4 и металното отлагане 11. Основната част от металното отлагане 11 е силно прилепена към повърхността 6а на катодната плоча 4 със силна адхезия. В горната част на металното отлагане 11, има отлагане lib само със слаба адхезия към повърхността 6Ь на катодната плоча 4. Следователно, в тази зона е лесно да се пъхне ножа 10 между металното отлагане 10Ь и плочата 4. Това дава добра начална точка за сваляне на металното отлагане 11.Removal of the metal deposition 11 from the permanent cathode plate 4 begins by inserting a separation machine knife 10, or wedge, between the permanent cathode plate 4 and the metal deposition 11. The main part of the metal deposition 11 is strongly adhered to the surface 6a of the cathode plate 4 with strong adhesion. At the top of the metal deposit 11, there is a deposition of lib with only a slight adhesion to the surface 6b of the cathode plate 4. Therefore, it is easy to insert a knife 10 in this zone between the metal deposit 10b and the plate 4. This gives a good starting point for removal of metal deposition 11.
Принципът зад функционирането на началната точка на сваляне може да бъде теоретично обяснен с базисните механики на разрушаване. Силата необходима за генериране на лом, т.е. за да се отстрани отложеният метал 11 от постоянната катодна повърхност 6а, 6Ь, може да бъде приравнена приблизително на следната формула:The principle behind the operation of the starting point of the removal can be theoretically explained by the basic fracture mechanics. The force required to generate breakage, i. in order to remove the deposited metal 11 from the permanent cathode surface 6a, 6b, it can be approximated by the following formula:
1.12 '/па където F е необходимата сила, А е зоната, която трябва да бъде отделена, К, е фактора на интензивност на стреса, и а е първоначалният размер на процепа.1.12 '/ pa where F is the required force, A is the area to be separated, K is the stress intensity factor, and a is the initial gap size.
Ако първоначалният размер на процепа а е много малък, необходимата сила F следователно ще бъде много голяма. Обратно, когато стойността на а се увеличава, например чрез генериране на гореописаната начална точка за отделяне, силата F може да бъде значително намалена.If the initial size of slot a is very small, the required force F will therefore be very large. Conversely, when the value of a increases, for example, by generating the above-mentioned starting point for separation, the force F can be significantly reduced.
Фигура 7 илюстрира самостоятелното израв няване на предпочитания път на разрушаване 13 в разделителната повърхност между металното отлагане 11 и постоянната катодна плоча 4, когато се сваля при наличието на дефекти 12 в горния край на отлагането 11. Тъй като разделителната повърхност между металното отлагане и катодната плоча 4 е най-слабата точка, разрушаването преференциално ще се случи по разделителната повърхност, макар че краищата на металното отлагане 11 са „перести“, както е изобразено на фигура 7.Figure 7 illustrates the self-alignment of the preferred fracture path 13 in the separation surface between the metal deposition 11 and the permanent cathode plate 4 when removed in the presence of defects 12 at the upper end of the deposition 11. As the separation surface between the metal deposition and the cathode plate 4 is the weakest point, the fracture will preferentially occur on the separation surface, although the ends of the metal deposit 11 are "peppered" as shown in Figure 7.
По-нататък полезният модел е илюстриран с помощта на примери.The utility model is further illustrated by way of examples.
Пример 1.Example 1.
Използваните постоянни катодни плочи имат материали с различни свойства на граничната област на зърното. Материалите са: AISI 316L 20 (EN 1.4404) в доставено състояние 2В (проба 1), AISI 3I6L(EN 1.4404) силно ецвана (проба 2). LDX2101 (ΕΝ 1.4162) в доставено състояние 2Е (проба 3) ja AIS1 444 (EN 1.4521) 2В с две различни степени на ецване (проби 4 и 5). Материал 25 AISI 316L е ецван, за да се увеличат граничните области на зърното, а материал AISI 444 е ецван, за да се отворят граничните области на зърното. Използваният метод на ецване е електролитно θ ецване. Малки проби се отрязват от материалите на постоянната катодна плоча и се подлагат на AFM изследване за определяне размерите на граничната област на зърното на материалите. Измерените размери са представени в таблица 35 1. В таблицата, W се отнася до ширината на граничната област на зърното и d се отнася до дълбочината на граничната област на зърното.The permanent cathode plates used have materials with different properties in the grain boundary region. The materials are: AISI 316L 20 (EN 1.4404) delivered 2B (sample 1), AISI 3I6L (EN 1.4404) strongly etched (sample 2). LDX2101 (Ε41 1.4162) in delivered state 2E (sample 3) and AIS1 444 (EN 1.4521) 2B with two different etching rates (samples 4 and 5). Material 25 AISI 316L is etched to enlarge the grain boundary regions and material AISI 444 is etched to open grain boundary regions. The etching method used is electrolytic etching. Small samples were cut off from the materials of the permanent cathode plate and subjected to AFM testing to determine the grain boundary area of the materials. The dimensions measured are shown in Table 35 1. In the table, W refers to the width of the grain boundary and d refers to the depth of grain boundary.
Таблица 1. Средни размери на гранична област на зърното в материалите на постоянната , „ катодна плоча.Table 1. Mean dimensions of the grain boundary region in the materials of the permanent cathode plate.
2816 Ul2816 Ul
Проведени са експерименти от лабораторен мащаб за отлагане на мед върху тези избрани повърхности на постоянен катод. Повърхността на постоянния катод е покрита с перфориран пластмасов лист, така че е възможно отлагане общо на четири медни диска с диаметър 20 mm върху всеки постоянен катод по време на един експеримент на електролиза. Използваният в експеримента анод е плоча, изрязана от лист катодна мед. Разстоянието между катодните и анодните повърхности е 30 mm. След отлагане, медните дискове се отделят от постоянната катодна плоча с помощта на специално устройство за сваляне, което може да измерва силата необходима за разделяне.Laboratory scale experiments were performed to deposit copper on these selected permanent cathode surfaces. The surface of the permanent cathode is covered with a perforated plastic sheet so that a total of four copper disks of 20 mm diameter can be deposited on each permanent cathode during an electrolysis experiment. The anode used in the experiment is a plate cut from a sheet of cathode copper. The distance between the cathode and anode surfaces is 30 mm. After deposition, the copper disks are separated from the permanent cathode plate by a special removal device that can measure the force required for separation.
Оборудването за електролиза се състои от 3-литров електролитен електролизер и 5-литров циркулационен резервоар. Електролитът се изпомпва от циркулационния резервоар в електролитния електролизер, от който се връща обратно в циркулационния резервоар чрез преливане, при скорост на циркулация на разтвора 7 Ι/min. Циркулационният резервоар е оборудван със загряващо устройство и бъркалка.The electrolysis equipment consists of a 3 liter electrolytic cell and a 5 liter circulation tank. The electrolyte is pumped from the circulation tank into the electrolytic cell, from which it is returned back to the circulation tank by overflow, at a solution circulation rate of 7 Ι / min. The circulation tank is equipped with a heating device and a stirrer.
Електролитът използван за експеримента е направен от меден сулфат и сярна киселина и съдържа 50 g/Ι мед и 150 g/Ι сярна киселина. Прибавя се също солна киселина към електролита, така че електролитът има съдържание на хлорид 50 mg/1. Като добавки се използват костно лепило и тиоурея и непрекъснато се подават в циркулационния резервоар като воден разтвор. Температурата на електролита в електролит ния електролизер се поддържа при 65°С чрез регулиране на температурата на електролита в циркулационния резервоар. Катодната плътност на тока при експериментите е 30 mA/cm2, което добре съответства на плътността на тока, използван в електролиза от производствен мащаб. Продължителността на електролизата при всеки експеримент е 20 h. След електролизата, маската на плочата се отстранява от постоянния катод и медните дискове се отделят от постоянния катод след определен период от време от края на експеримента. Необходимата сила за отделяне се измерва, и силите са представени в таблица 2 като относителни сили, където референцията е AISI316L при доставни условия 2В. Изборът на референция се базира на факта, че такъв материал на постоянен катод обикновено се използва при инсталации за електролиза на мед.The electrolyte used for the experiment is made of copper sulfate and sulfuric acid and contains 50 g / Ι copper and 150 g / Ι sulfuric acid. Hydrochloric acid is also added to the electrolyte so that the electrolyte has a chloride content of 50 mg / l. Bone adhesive and thiourea are used as additives and are continuously fed into the circulation tank as an aqueous solution. The electrolyte temperature in the electrolytic cell is maintained at 65 ° C by adjusting the temperature of the electrolyte in the circulation tank. The cathodic current density in the experiments is 30 mA / cm 2 , which corresponds well to the current density used in production scale electrolysis. The duration of the electrolysis in each experiment was 20 h. After electrolysis, the plate mask is removed from the permanent cathode and the copper disks are separated from the permanent cathode after a period of time from the end of the experiment. The required separation force is measured, and the forces are presented in Table 2 as relative forces, where the reference is AISI316L under delivery conditions 2B. The choice of reference is based on the fact that such a permanent cathode material is commonly used in copper electrolysis installations.
Въз основа на резултатите от експеримента, величината на силата на разделяне е ясно зависима от размерите на граничната област на зърното на материала на постоянния катод. Ецване може да се използва за последващо отваряне на граничните повърхности на зърното на материалите в размера както на ширината, така и на дълбочината. Двойно рафинираният материал LDX 2101 не се третира по никакъв начин преди експериментите, и също така силата на разделяне, измерена върху този материал е поголяма от силата на разделяне, измерена върху референтния материал.Based on the results of the experiment, the magnitude of the separation force is clearly dependent on the size of the grain boundary region of the permanent cathode material. Etching can be used to subsequently open the grain boundary surfaces of materials in both width and depth. The double-refined LDX 2101 material is not treated in any way before the experiments, and also the separation force measured on this material is greater than the separation force measured on the reference material.
Таблица 2. Сили на разделяне, измерени върху различни материали на постоянен катодTable 2. Separation forces measured on various permanent cathode materials
Едно сравнение на измерените сили на разделяне с размерите на граничната област на зърното, измерени при AFM анализа (Таблица 1) показва, че колкото са по-широки и по-дълбоки граничните области на зърното, се изисква толкова по-голяма сила на разделяне. Особено съотношението между ширината и дълбочината на граничните области на зърното има съществен ефект върху необходимата сила на разделяне.One comparison of the measured separation forces with the grain boundary area dimensions measured in the AFM analysis (Table 1) shows that the wider and deeper the grain boundary regions, the greater the separation force required. In particular, the ratio of the width and depth of the boundary regions of the grain has a significant effect on the required separation force.
Повърхностните грапавости (Ra индекси) на материалите на постоянния катод, избрани за експериментите на разделяне също са измерени, и измерените стойности са представени в таблицаThe surface roughness (R a indices) of the permanent cathode materials selected for the separation experiments were also measured, and the measured values are presented in a table.
3. Може да се отбележи, че третиране с ецване.3. It may be noted that pickling treatment.
2816 Ul наред c други неща, променя повърхностната грапавост до известна степен. Въпреки това, не може да се намери ясна корелация при сравнение на повърхностни грапавости и резултатите от измерването от експериментите на разделяне. Индексът на повърхностната грапавост не измер ва размерите на граничната област на зърното. Затова само индексът на грапавост не може да се счита като достатъчен критерий за постигане на желаната адхезия и сила на разделяне.2816 Ul, among other things, changes surface roughness to some extent. However, no clear correlation can be found when comparing surface roughness and measurement results from separation experiments. The surface roughness index does not measure the size of the grain boundary region. Therefore, the roughness index alone cannot be considered as a sufficient criterion for achieving the desired adhesion and separation strength.
Таблица 3. Ra индекси на материали на постоянната катодна плоча.Table 3. R a material indices of the permanent cathode plate.
Освен това, средни размери на зърното на различните материали на постоянен катод са измерени с помощта на микроскоп и метода на линейно засичане. Резултатите от измерването са представени на таблица 4.In addition, the average grain sizes of the various materials of the permanent cathode were measured using a microscope and a linear detection method. The measurement results are presented in Table 4.
Таблица 4. Размери на зърното на материали на постоянната катодна плоча.Table 4. Grain dimensions of the materials of the permanent cathode plate.
Пример 2.Example 2.
Когато постоянните катоди се тестват при електролиза на мед от производствен мащаб, възниква явление наречено самостоятелно отделяне веднага след началото. Това означава, че медта наслоена върху повърхността на постоянния катод спонтанно се отделя от повърхността на постоянната катодна плоча или по време на процеса на отлагане, или когато постоянния катод се повдига от електролитната вана. Явлението естествено причинява проблеми при електролитна инсталация и такива постоянни катоди не може да се използват. Парче проба се отрязва от самостоятелно отделящия постоянен катод (материал AISI 316L) за анализиране на неговата повърхност. Повърхностната структура на постоянната катодна плоча е илюстрирана на фигура 4 като изображение на сканиращ електронен микроскоп.When permanent cathodes are tested for electrolysis of copper on a production scale, a phenomenon called self-separation occurs immediately after onset. This means that copper deposited on the surface of the permanent cathode spontaneously separates from the surface of the permanent cathode plate either during the deposition process or when the permanent cathode rises from the electrolyte bath. The phenomenon naturally causes problems in the electrolytic installation and such permanent cathodes cannot be used. A sample piece is cut off from the self-releasing permanent cathode (AISI 316L material) to analyze its surface. The surface structure of the permanent cathode plate is illustrated in Figure 4 as an image of a scanning electron microscope.
Повърхностната структура на постоянната катодна плоча веднага показва, че граничните 15 области на зърното на материала са се отворили твърде много по време на байцването, и повече не може да се намери подходяща адхезионна повърхност за медта. Състоянието на доставяне на постоянната катодна плоча е 2В и съгласно 4θ измерванията Ra индексът на нейната повърхност варира между 0.4 и 0.5 pm. Ширината на граничната област на зърното на пробата, измерена от изображение на сканиращ електронен микроскоп е 8 до 10 pm.The surface structure of the permanent cathode plate immediately indicates that the boundary 15 regions of the grain of the material have opened too much during baking and no suitable adhesive surface can be found for copper. The delivery state of the permanent cathode plate is 2B and, according to 4θ, the measurements R a of its surface index vary between 0.4 and 0.5 pm. The grain boundary width of the sample, measured by scanning electron microscope images, is 8 to 10 pm.
Появата на самостоятелно отделяне върху 45 катода показва, че състоянието на доставяне и индексите на повърхностна грапавост на постоянна катодна плоча не са достатъчен критерий за правилно функциониране на плочата при електролиза на мед, но че размерите на граничната област на зърното трябва да се контролират.The emergence of self-separation at 45 cathodes indicates that the delivery state and surface roughness indices of a permanent cathode plate are not a sufficient criterion for the proper functioning of the plate in copper electrolysis, but that the grain boundary area dimensions must be controlled.
Очевидно е за специалиста в областта, че с напредъка на технологията, основната идея наIt is obvious to a person skilled in the art that with the advancement of technology, the basic idea behind
2816 Ш полезния модел може да бъде осъществена по няколко различни начина. Така, полезният модел и неговите изпълнения не са ограничени до примерите описани по-горе, но може да варират в рамките на обхвата на претенциите.The 2816 W utility model can be implemented in several different ways. Thus, the utility model and its embodiments are not limited to the examples described above, but may vary within the scope of the claims.
Claims (5)
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FI20110210A FI20110210L (en) | 2011-06-23 | 2011-06-23 | Permanent cathode and method for treating the surface of the permanent cathode |
| FIFI20110000210 | 2011-06-23 | ||
| PCT/FI2012/050637 WO2012175803A2 (en) | 2011-06-23 | 2012-06-19 | Permanent cathode and a method for treating the surface of a permanent cathode |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| BG2816U1 true BG2816U1 (en) | 2017-11-15 |
Family
ID=44206746
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| BG3665U BG2816U1 (en) | 2011-06-23 | 2012-06-19 | Permanent cathedine |
Country Status (17)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20140131221A1 (en) |
| EP (1) | EP2723920A4 (en) |
| JP (1) | JP2014517159A (en) |
| KR (2) | KR20160005798A (en) |
| CN (1) | CN103748267A (en) |
| AT (1) | AT15652U1 (en) |
| AU (1) | AU2012273906B2 (en) |
| BG (1) | BG2816U1 (en) |
| BR (1) | BR112013033245A2 (en) |
| CA (1) | CA2838877A1 (en) |
| CL (1) | CL2013003666A1 (en) |
| ES (1) | ES1186663Y (en) |
| FI (1) | FI20110210L (en) |
| MX (1) | MX2013014910A (en) |
| PE (1) | PE20142001A1 (en) |
| RU (1) | RU2566119C2 (en) |
| WO (1) | WO2012175803A2 (en) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FI125980B (en) * | 2013-12-18 | 2016-05-13 | Outotec Finland Oy | Procedure for maintenance of used cathode plates |
| FI128294B (en) * | 2015-01-27 | 2020-02-28 | Outokumpu Oy | Method for manufacturing a plate material for electrochemical process |
| CN109750322A (en) * | 2019-03-15 | 2019-05-14 | 北京矿冶科技集团有限公司 | A kind of enclosed type electrolytic tank permanent cathode |
| CN115584538A (en) * | 2022-11-12 | 2023-01-10 | 邯郸市创力机械有限公司 | Method for stripping precipitate on permanent cathode plate |
| WO2024263955A1 (en) | 2023-06-21 | 2024-12-26 | SiTration, Inc. | Methods and apparatus for extracting metals from materials |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA1036536A (en) * | 1974-02-08 | 1978-08-15 | Aubrey S. Gendron | Electrodeposition of thick nickel deposits on permanent cathode blanks |
| JPS52110009U (en) * | 1976-02-17 | 1977-08-22 | ||
| CA1081160A (en) * | 1977-01-28 | 1980-07-08 | Aubrey S. Gendron | Anodized steel cathode blanks |
| FI108546B (en) * | 1998-09-24 | 2002-02-15 | Outokumpu Oy | Method for making cathode suspension rod |
| ITMI20020535A1 (en) * | 2002-03-14 | 2003-09-15 | De Nora Elettrodi Spa | OXYGEN DEVELOPMENT ANODE AND ITS SUBSTRATE |
| US7807028B2 (en) * | 2005-03-09 | 2010-10-05 | Xstrata Queensland Limited | Stainless steel electrolytic plates |
| FI121996B (en) * | 2007-02-13 | 2011-07-15 | Outotec Oyj | Method of manufacturing a cathode plate and cathode plate |
| US8038855B2 (en) * | 2009-04-29 | 2011-10-18 | Freeport-Mcmoran Corporation | Anode structure for copper electrowinning |
-
2011
- 2011-06-23 FI FI20110210A patent/FI20110210L/en not_active Application Discontinuation
-
2012
- 2012-06-19 RU RU2013155581/02A patent/RU2566119C2/en active
- 2012-06-19 PE PE2013002882A patent/PE20142001A1/en unknown
- 2012-06-19 WO PCT/FI2012/050637 patent/WO2012175803A2/en not_active Ceased
- 2012-06-19 CA CA2838877A patent/CA2838877A1/en not_active Abandoned
- 2012-06-19 AU AU2012273906A patent/AU2012273906B2/en active Active
- 2012-06-19 US US14/127,484 patent/US20140131221A1/en not_active Abandoned
- 2012-06-19 BG BG3665U patent/BG2816U1/en unknown
- 2012-06-19 KR KR1020157037113A patent/KR20160005798A/en not_active Withdrawn
- 2012-06-19 EP EP12802588.9A patent/EP2723920A4/en not_active Ceased
- 2012-06-19 KR KR1020147001746A patent/KR20140024470A/en not_active Ceased
- 2012-06-19 JP JP2014516406A patent/JP2014517159A/en active Pending
- 2012-06-19 MX MX2013014910A patent/MX2013014910A/en unknown
- 2012-06-19 AT ATGM50023/2017U patent/AT15652U1/en not_active IP Right Cessation
- 2012-06-19 ES ES201730708U patent/ES1186663Y/en not_active Expired - Fee Related
- 2012-06-19 BR BR112013033245A patent/BR112013033245A2/en active IP Right Grant
- 2012-06-19 CN CN201280031101.4A patent/CN103748267A/en active Pending
-
2013
- 2013-12-20 CL CL2013003666A patent/CL2013003666A1/en unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| PE20142001A1 (en) | 2014-12-24 |
| CL2013003666A1 (en) | 2014-08-01 |
| MX2013014910A (en) | 2014-02-19 |
| KR20160005798A (en) | 2016-01-15 |
| RU2013155581A (en) | 2015-07-27 |
| WO2012175803A2 (en) | 2012-12-27 |
| WO2012175803A3 (en) | 2013-02-21 |
| AU2012273906B2 (en) | 2015-11-26 |
| KR20140024470A (en) | 2014-02-28 |
| ES1186663U (en) | 2017-07-03 |
| EP2723920A2 (en) | 2014-04-30 |
| FI20110210A7 (en) | 2012-12-24 |
| ES1186663Y (en) | 2017-09-27 |
| US20140131221A1 (en) | 2014-05-15 |
| JP2014517159A (en) | 2014-07-17 |
| AU2012273906A1 (en) | 2014-02-06 |
| RU2566119C2 (en) | 2015-10-20 |
| EP2723920A4 (en) | 2015-04-29 |
| FI20110210L (en) | 2012-12-24 |
| FI20110210A0 (en) | 2011-06-23 |
| WO2012175803A4 (en) | 2013-04-04 |
| CN103748267A (en) | 2014-04-23 |
| BR112013033245A2 (en) | 2017-03-01 |
| AT15652U1 (en) | 2018-04-15 |
| CA2838877A1 (en) | 2012-12-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5430147B2 (en) | Stainless steel electrolytic plate | |
| US8062498B2 (en) | Method of manufacturing a cathode plate, and a cathode plate | |
| BG2816U1 (en) | Permanent cathedine | |
| Favero et al. | Effect of the applied potential of the near surface microstructure of a 316L steel submitted to tribocorrosion in sulfuric acid | |
| KR960004786B1 (en) | Cold rolled steel strip electro-welded so that the nickel coating has a large diffusion depth and a method of manufacturing the same | |
| EP3309278B1 (en) | Method for manufacturing electrolytic aluminum foil | |
| JP4441642B2 (en) | Titanium cathode electrode for producing electrolytic copper foil, rotating cathode drum using the titanium cathode electrode, method for producing titanium material used for titanium cathode electrode, and method for correcting titanium material for titanium cathode electrode | |
| JP4465084B2 (en) | Copper foil manufacturing method and manufacturing apparatus | |
| JP7388948B2 (en) | Method for monitoring peelability and manufacturing method for metallic titanium foil | |
| US6921443B1 (en) | Process for producing stainless steel with improved surface properties | |
| JP2023125429A (en) | Titanium foil manufacturing method and titanium foil | |
| Kelly | Adherence of electrodeposited zinc to aluminum cathodes | |
| ES3011013T3 (en) | Method for manufacturing a plate material for electrochemical process | |
| Lai et al. | The mechanical properties of electrodeposited iron foil | |
| JP4523234B2 (en) | Fuel cell separator | |
| JP6521806B2 (en) | Method of manufacturing aluminum foil | |
| Lai et al. | Electroforming and mechanical properties of iron-nickel alloy foil | |
| Eastwood et al. | Developments in permanent stainless steel cathodes within the copper industry | |
| Crosby et al. | The Adherence of Thick Silver Plate on Steel. II | |
| Choi et al. | Quantitative Study of Surface Morphology by Atomic Force Microscopy |