Brevet FR2476150A1 — publié le 19810821

Anode métallique recouverte d'un revêtement pour la production électrolytique de métaux. La présente invention se rapporte à une anode métallique recouverte d'un revêtement pour la production électrolytique de métaux et dont la surface active est constituée par des barreaux disposés parallèlement à distance les uns des autres dans un plan et électriquement raccordés à une barre d'alimentation électrique. Dans le domaine de la production électrolytique des métaux, en particulier des métaux non ferreux, à partir de solutions acides contenant le métal à produire, on s'efforce de remplacer les anodes en plomb ou en alliage de plomb par des anodes métalliques. Le noyau de ces anodes métalliques est réalisé en métal pour valve, par exemple en titane, tandis que le revêtement est par exemple réalisé en platine ou en oxyde de platine. L'avantage essentiel de ces anodes métalliques réside dans l'économie d'énergie électrique par rapport aux anodes classiques en plomb ou en graphite.Cette économie d'énergie provient de la plus grande surface susceptible d'autre obtenue avec les anodes métalltques, de la grande activité du revêteeet et de la stabilité de forme qui permettent une réduction considerable de la tension d'anode. Avec les anodes métalliques, une autre économie d'exploitation est obtenue par le fait que la purification et la neutralisation de l'électrolyte est facilitée attendu que le reveAtement des anodes métalliques n'est pas détruit par C1-, NO3 ou H2S04 libre. Une autre réduction du cott résulte du fait que, lorsque l'on utilise des anodes métalliques, ltélectrolyte n'a pas besoin d'etre mélangé à des produits d'addition coQteux, par exemple du cobalt, comme cela est nécessaire lorsque l'on utilise des anodes en plomb. Par ailleurs, l'encrassement par le plomb de l'électrolyte et du métal obtenu que l'on ne peut pas empêcher avec les anodes en plomb se trouve supprimé. Pour finir, les anodes métalliques permettent d'augmenter la densité de courant et par conséquent la productivité. Dans une anode métallique connue du type précité (demande de brevet allemand 24 04 167), la surface active est constituée par des barreaux parallèles et verticaux disposés à distance les uns des autres dans un plan vertical. La carac téristique essentielle de cette anode connue réside dans le fait que la surface de l'anode opposée à la cathode est de 1,5 à 20 fois plus petite sue la surface de la cathode opposée et que la densité de courant sur l'anode est de 1,5 à 20 fois supérieure à la densité de courant sur la cathode.On doit ainsi normalement obtenir de façon écnomique sur les cathodes un départi métallique relativement pur de la structure cristalline et de la pureté recherepées. La rentabilité de l'anode connue réside apparemment dans le fait que la réduction de la surface de l'anode par rapport à la cathode entratne une demi nution de la quantité de matériau entrant dans la fabrication de l'anode, d'où une sérieuse économie d'un matériau onéreux. La réduction du coQt de fabrication est malgré tout assortie de graves inconvénients. La surface de l'anode connue qui est considérablement diminuée par rapport à celle de la cathode et la nécessité qui en résulte de travailler avec de fortes densités de courant font que le tracé et la régularité des trajets de courant sont difficiles à mattriser dans l'élément.Or,une répartition irrégulière et un tracé non exactement prévisible des trajets de courant donnent lieu à un dépôt de métal irrégulier sur la cathode. L'anode connue fonctionnant avec une forte densité de courant, la composante anodique de la tension d'élément est élevée. L'inconvénient majeur qui en résulte pour un élément équipé d'une telle anode est une grande consommation d'énergie. La forte densité de courant et la section transversale réduite des conducteurs de l'anode connue par suite de la diminution de la surface et par conséquent du faible volume provoquent une grande chute ohmique interne avec pour conséquence une augmentation de l'énergie électrique nécessaire. Pour pallier cet inconvénient, l'anode connue nécessite plusieurs barres d'alimentation électrique de structure et de tracé compliqués qui renchérissent considérablement la construction. Dans l'anode connue, les barreaux sont formés par un profilé rond, c'est-à-dire qu'ils présentent une section transversale circulaire. Il en résulte qu'une partie considérable de la surface des barreaux qui porte le revêtement actif se situe hors de vue de la cathode dans une zone non parcourue par le courant. Cette partie de la surface des barreaux n'entre que pour une très faible part dans la surface active de l'anode. De ce fait, l'anode connue n'a qutun faible rendement par suite de l'utilisation insuffisante du revêtement, c'est-à-dire de la surface active de l'anode. Par ailleurs, l'anode connue présente l'inconvénient que le revêtement sensible et onéreux recouvrant les barreaux ronds est relativement aisément accessible de sorte qu'il peut être facilement détruit par voie mécanique, par exemple lors du montage ou du démontage de l'anode ou de la cathode. tors du montage et du démontage de l'anode connue, les barres d'alimentation électrique nécessaires disposées en partie parallèlement et en partie perpendiculairement aux barreaux ont un effet défavorable attendu qu'elles augmentent la largeur de la construction si bien que le risque de dé té- rioration de l'anode ou de la cathode se trouve augmenté lors de l'enlèvement, par exemple de l'anode, de l'élément Dans l'anode connue, aucune disposition suffisante n'est en outre prise pour renforcer la construction des barreaux si bien qu'ils peuvent se cintrer et sortir de leur plan d'ensemble avec pour conséquence une entrée en contact avec la cathode et par conséquent la formation d'un court-circuit. La présente invention a par conséquent pour objet de réaliser une anode métallique recouverte d'un reveAtement du type précité qui réalise un compromis répondant à toutes les exigences entre une structure économisant les matériaux, d'une part, et un fonctionnement avec une densité de courant acceptable, d'autre part, et qui, bien que de construction simple, permette un dépit de métal de grande pureté sur la cathode opposée, et ce, en économisant l'énergie. Avec une anode métallique recouverte d'un revêtement du type précité, ce résultat est atteint selon l'invention par le fait que la surface totale FA des barreaux et la surface Fp occupée par l'ensemble des barreaux répondent à la relation 6 ig F A : Fp > 2. La solution selon l'invention permet de réaliser une anode qui, d'une part, présente une grande surface activevmais qui, malgré tout, peut être fabriquée avec une quantité de matériaux aussi petite que possible. La grande surface active permet un fonctionnement de l'anode selon l'invention avec des densités de courant relativement faibles meAme en cas de courant électrique élevé. Cela garantit tout en économisant l'énergie un dépat de grande pureté du métal recherché sur la cathode. L'économie d'énergie est obtenue en premier lieu par l'abaissement obtenue par rapport aux solutions connues de la composante anodique de la tension d'élément. La grande surface de l'anode selon l'invention entratne également une augmentation de la section transversale conductrice totAle des barreaux et ne provoque par conséquent qu'une chute de tension interne relativement faible du courant électrique lorsqu'il parcourt les barreaux depuis la barre dtalimen- tation électrique Jusqu'd leurs extrémités éloignées de ladite barre. De ce fait, il n'est-pas nécessaire de prévoir d'autres barres d'alimentation électrique en plus de la barre d'alimentation électrique principale de sorte que la construction de l'anode selon l'invention non seulement est de faible encombrement, mais économise du matériau et par conséquent diminue les frais de fabrication. Dans l'anode selon l'invention, les barreaux sont. disposés verticalement de façon usuelle. La surface occupée par les barreaux correspond sensiblement à la surface de la cathode tournée vers l'anode. C'est gr ce à cette dernière mesure que l'on obtient une répartition régulière et facilement contrtla- ble des trajets de courant entre l'anode et la cathode. Dans un mode de réalisation particulièrement avantageux de l'anode selon l'invention, les barreaux présentent une se tion transversale sensiblement rectangulaire et sont disposés de façon que le plus grand c6té de la section transversale des barreaux soit perpendiculaire au plan occupé par l'ensemble des barreaux. Du fait de cette disposition, une grande partie de la surface active de l'anode} c'est-à-dire des barreaux ou de leur revetement, est placée perpendiculairement au plan d'ensemble des barreaux de l'anode ou de la surface de la cathode tournée vers l'anode. I1 en résulte toute une serie d'avantages. L'un de ces avantages est que la partie de la surface active qui se trouve hors de vue de la cathode dans une zone non parcourrue par le courant est relativement petite, d'où une surface active déjà géométriquement grande. Il s'ensuit une utilisation optimale du revêtement et par conséquent une très grande surface physique de l'anode selon l'invention.Par ailleurs, une grande partie du revêtement, notamment celle se trouvant sur les surfaces des barreaux perpendiculaires au plan de l'anode est protégée contre toute destruction mécanique si bien que l'anode selon l'invention non seulement peut être montée ou démontée sans problème, mais également la cathode peut être extraite sans difficulté de l'élément et à nouveau réintroduite. La structure de l'anode selon 11 invention diminue en outre le risque de courts circuits et de desctructions mécaniques dQ au dépit de dentrites sur la surface de la cathode. I1 s'est révélé avantageux que le rapport du petit ctté au grand caté de la section transversale rectangulaire des barreaux soit de 1:2 à 1:10. En pareil cas, il est préférable que la largeur B des barreaux, mesurée parallèlement à leur plan d'ensemble, se situe entre environ 0,5 mm et 2,5 mm. Cette conception contribue non seulement à assurer les rapports de surface recherchés, mais permet aussi d'utiliser des profilés classiques pour les barreaux et de réaliser ainsi une construction peu onéreuse liée à une fabrication pratique de l'anode. Dans le cadre de ces considérations, il est en outre préférable que la profondeur T des barreaux mesurée perpendiculairement au plan de l'anode soit de 5 mm à 25 mm environ. Ils'est en outre avéré avantageux que le rapport entre la largeur de chaque barreau et la distance de deux barreaux voisins soit de 1:4 à 1:6. Cela est particulièrement recommandé lorsque la distance libre A entre deux barreaux voisins est 2 2 a mm. Cette conception de l'anode selon l'invention permet une bonne circulation de l'électrolyte entre les barreaux. Dans un mode de réalisation particulièrement avantageux de l'anode selon l'invention, les barreaux sont situés dans le même plan que la barre d'alimentation électrique à laquelle ils sont reliés par l'une de leurs extrémités frontales, leur rac cornement électrique de même que mécanique à la barre d'alimentation électrique étant assuré par au moins une bande de rac cornement disposée parallèlement à cette dernière et dont une zone marginaie est reliée à la barre d'alimentation électrique tandis que l'autre zone marginale est reliée aux barreaux. Grâce à la grande surface géométrique qu'elle engendre, cette solution garantit non seulement une grande rigidité mécanique de l'anode selon l'invention, mais aussi un raecordement élec- trique des composants de l'anode selon l'invention d'une configuration telle qu'au niveau des zones de contact la densité ou la charge de courant prend toujours des valeurs admissibles de telle sorte que la chute de tension dans les zones de contact est fable même en cas de longues durées de service. la rigidité mécanique ainsi obtenue de l'anode selon l'invention facilite non seulement son montage et son démontage, mais supprime également le risque de court circuit par sulte d'un cintrage de la structure de l'anode pouvant entratner un contact avec la cathode. Un mode de réalisation particulièrement avantageux de cette solution consiste à disposer une bande de raccDrdement respectivement des deux catés de la barre d'alimentation elec- trique et des barreaux. Du fait de cet agencement > on peut maintenir à un niveau particulièrement bas la densité de courant dans les zones de contact entre les différents composants de l'anode selon l'invention. I1 est avantageux que la bande de raccordement soit fixée sur la barre d'alimentation électrique au moyen de raccords à vis. Cela permet un rechange partieuliserement facl- le de l'anode selon l'invention. Grâce à cette fixation il est en outre possible d'employer l'anode selon l'invention à la place par exemple d'une anode en plomb en utilisant la mSme barre d'alimentation électrique dans un élément dé existant. I1 devient ainsi possible de remplacer à peu de frais et fa ci- lement des anodes en plomb classique par une anode métallique recouverte d'un revebtement selon l'invention Le raccord à vis est conçu selon l'invention de façon que la surface de contact entre la ou les bandes de raccord ment et la barre d'alimentation électrique soit suffisa-mment grande pour que la réduction de la surface de contact provoquée par les perçages du raccord à vis n'ait pas d'effet notable sur la densité de courait ou la charge électrique dans la surface de contact. Tandis que les bandes de raccordement sont avantageusement vissées sur la barre d'alimentation électrique, il est préférable que les barreaux soient fixés à la bande de raccordement au moyen d'un soudage par points. Cela permet un raccordement particulièrement peu motteux entre les barreaux et la bande de raccordement. Pour augmenter la rigidité mécanique de la structure de l'anode selon l'invention, il est par ailleurs avantageux que les barreaux soient mutuellement reliés par plusieurs traverses. Cet effet de renforcement est encore accru si les traverses successives sont alternativement disposées sur l'un et sur l'autre caté des barreaux. En pareil cas, il est préférable que la traverse soit fixée aux barreaux par soudage par points.Il faut que les traverses soient suffisamment intégrées à la structure des barreaux pour qu'il ne se forme aucune arête en saillie susceptible de provoquer une croissance particulièrement rapide de dendrite à partir de la cathode. Une intégration peut être obtenue de façon particulièrement simple en aplatissant les traverses sur leurs surfaces tournées vers l'extérieur de manière que ces surfaces ne dépassent pas ou å peine le contour de l'anode. Le noyau des barreaux est avantageusement réalisé en métal pour valve, en particulier en titane, tandis que le revêtement est formé par du métal de platine et/ou de l'oxyde de métal de platineet/ou un oxyde non stoechiométrique conduisant l'électricité et/ou un métal commun et/ou son oxyde et/ou des mélanges des matériaux ci-dessus. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description d'un mode de réalisation pris comme exemple, mais non limitatif, et illustré par le dessin annexé, sur lequel la figure 1 est une vue de dessus du plan d'ensemble de l'anode selon l'invention; la figure 2 est une vue de l'agencement selon l'lnven- tion parallèlement au plan d'ensemble; la figure 3 est une vue agrandie du détail III de la figure 2; la figure 4 est une vue agrandie du détail IV de la figure 1. Comme il ressort de la figure lt la référence 1 désigne un bac d'éléments quia'est représenté que schdmati- quement. Sur des supports 2 placés surale bord de l1ouvertu- re du bac 1 est installée une barre d'alimentation électrique 3 qui est raccordée par une barre de contact 5 à la source de courant. La barre d'alimentation électrique 3 porte une rangée de barreaux 4 qui constitue la surface active de l'ano- de. Les barreaux de longueur LS présentent une section transversale rectangulaire de largeur 5 et de profondeur T.Les barreaux sont orientés de façon que leur profondeur T soit disposée perpendiculairement au plan d'ensemble des barreaux, c 'est-à-dire perpendiculairement au plan du dessin de la figure 1, La surface occupée par les barreaux est définie par leur longueur LS et par la distance LG séparant les cotés externes des deux barreaux extérieurs de la structure de l'anode. Les barreaux 4sont écartés d'une distance A les uns des autres. Le raccordement électrique et mécanique de la barre d'alimentation électrique, par exemple en cuivre, aux barreaux 4, par exemple en titane recouvert d'un revtementlest representé distinctement sur la figure 3. Sur cette figure, la barre d'alimentation électrique 3 et les barreaux 4 sont si- tués dans un seul et meAme plan de façon que les surfaces frontales supérieures des barreaux 4 soient eentigues b la surface inférieure de ladite barre d'alimentation électrique 3. Le raccordement de la barre d'alimentation-électrique3 aux barreaux 4 s'effectue au moyen de deux bandes de raccordement 6 qui sont disposées parallèlement des deux catis de ladite barre d'alimentation électrique et peuvent être aussi reali- sées en titane recouvert d'un recouvrement. Ces bandes 6 sont fixées à la barre d'alimentation électrique 3 au moyen de vis 7a et d'écrous 7b. Le raccordement des barreaux 4 aux bandes 6 s'effectue par des points de soudure 8.Pour renforcer encore la structure de l'anode, plusieurs traverses 9 qui sont également en titane recouvert d'un revAe'tement sont fixées par soudage par points aux barreaux 4. En pareil cas, les traverses se succédant sont alternativement disposées sur l'un ou sur l'autre caté du plan d'ensemble des barreaux 4. Dans la construction décrite, les barreaux 4 présentent une longueur L5 de 1170 mm, tandis que leur largeur B est de 2 mm et leur profondeur T de 12 mm. La distance libre A entre deux barreaux voisins est de 8 mm. La longueur totale LG de la structure de l'anode est de 852 mm. Il y a en tout 82 barreaux. L'anode décrite est conçue pour une intensité de courant de 600 A correspondant à une densité de courant de 355 A/m2 (Fp) caté anode. Pour une intensité de courant de 600 A il ne se produit dans l'anode qu'une chute ohmique d'environ 100 mV. La construction de l'anode est rigide et robuste. Cela est dû non seulement au raccordement décrit des barreaux 4 à la barre d'alimentation électrique 3 au moyen des bandes de raccordement 6 et au soudage par points des barreaux sur ces bandes 6, mais aussi à l'agencement supplémentaire des traverses 9 qui, dans l'exemple de réalisation représenté, ont un diamètre de 4 mm. De cette façon chaque barreau 4 de type lamelle est maintenu par sept points de soudure. L'anode est de construction simple, relativement peu onéreuse à fabriquer en raison de la quantité aussi faible que possible de matériau et présente une très grande surface géométrique. Sans la barre d'alimentation électrique 3 elle pèse environ 12 kg. La surface totale F A des barreaux sur laquelle est appliqué le revêtement y compris s les contacts, est d'envi- ron 3 m2. La surface active de l'anode, c'est-à-dire celle qui plonge dans l'électrolyte, est d'environ 2,4 m2, ce qui donne pour 600 A une valeur DA (densité de courant anodique) d'environ 250 A/m2 (FA). La densité de courant anodique physique effective qui résulte de la surface extrêmement grande du revêtement ne représente que quelques 5 vade la valeur DA. Cette densité de courant anodique et l'efficacité catalytique des composants actifs du revêtement donnent une faible tension constante au niveau de l'anode selon l'invention, et ce, sur une longue durée de service. Le revêtement de la surface de l'anode qui émerge du bain sert à protéger de la corrosion les parties de l'anode réalisées en titane. La charge de courant relativement faible de la barre d'alimentation électrique 3 réalisée en cuivre d'environ 0,8 A/mm2 pour une intensité de courant de 600 A à l'anode permet de prévoir dans la barre d'alimentation électrique 3 neuf perçages 3a sur une longueur La de 852 mm. Chaque per çage 6a dans la bande de raccordement 6 reçoit un courant partiel d'environ 33A. Par suite de ce petit courant partiel dans les zones de contact et de bOn recouvrement de contact, la chute de tension dans ces zones reste constante pendant de longues périodes de fonctionnement. REVENDICATIONS 1. Anode métallique recouverte dlun revêtement pour la production électrolytique de métaux et dont la surface active est constituée par des barreaux disposés parallèlement à distance les uns aux autres dans un plan et électriquement raccordés à une barre d'alimentation électrique, caractérisée par le fait que la surface totale F A des barreaux et la surface Fp occupée par 1'ensemble des barreaux répondent à la relation 6 wFA : Fp?. 2. Anode selon la revendication 1, caractérisée par le fait que les barreaux présentent une section transversale senslblement rectangulaire et sont disposés de façon que le plus grand caté de la section transversale des barreaux soit perpendiculaire au plan occupé par l'ensemble des barreaux. 3. Anode selon la revendication 2, caractérisée par le fait que le rapport entre le petit et le grand c8té de la section transversale rectangulaire des barreaux est de 1:2 à 1:10. 4. Anode selon les revendieattons 2 et 3, caractérisée par le fait que la largeur (B) des barreaux, mesurée parallèlement à leur plan d'ensembleJest d'environ 0,5 mm à 2,5 mm. 5. Anode selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que la profondeur (T) des barreaux mesurée perpendiculairement au plan de l'anode est de 5 mm à 25 mm environ. 6. Anode selon l'une quelconque des revendications pré cédèntes,caractérisée par le fait que le rapport entre la largeur de chaque barreau et la distance de deux barreaux voisins est de 1:4 à 1:6. 7. Anode selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que la distance (A) entre deux barreaux voisins est AM2 mm. 8. Anode selon l'une quelconque des revendications pré cédentes, caractérisée par le fait que les barreaux sont situés dans le même plan que la barre d'alimentation électrique (3) à laquelle ils sont reliés par l'unie de leurs extrémités frontales, leur raccordement électrique de meme que mécanique à la barre d!alimentation électrique étant assuré par au moins une bande de raccordement (6) disposée parallèlement à cette dernière et dont une zone marginale est reliée à la barre d1ali- mentation électrique (3), tandis que l'autre zone marginale est reliée aux barreaux (4). 9. Anode selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait qu'une bande de raccordement (6) est disposée respectivement des deux cotés de la barre d'alimentation électrique (3) et des barreaux tA3. 10. Anode selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que la bande de raccordement (6) est fixée à la barre d'alimentation électrique t3) au moyen de raccords à vis (7a, 7b). 11. Anode selon la revendication 10, caractérisée par le fait que la surface de contact entre la ou les bandes de raccordement (6) et la barre d'alimentation électrique (3) est choisie suffisamment grande pour que la diminution de la surface de contact provoquée par les perçages du raccord à vis n'effecte pas sensiblement la densité de courant ou la charge électrique dans la surface de contact. 12. Anode selon l'une quelconque des revendications' précédentes, caractérisée par le fait que les barreaux (4) sont fixés à la bande de raccordement (6) par soudage par points. 13. Anode selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que les barreaux (4)sont mutuellement reliés par plusieurs traverses (9). 14. Anode selon la revendication 13, caractérisée par le fait que les traverses successives (9) sont disposées alternativement sur l'un et sur l'autre catés des barreaux (4). 15. Anode selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que la traverse t9) est fixée aux barreaux (4) par soudage par points. 16. Anode selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que le noyau des barreaux est réalisé en métal pour valve, en particulier en titane, tandis que le revêtement est formé par du métal de platine et/ou de l'oxyde de métal de platine et/ou un oxyde non stoechiométrique électriquement conducteur et/ou un métal commun et/ou son oxyde et/ou des mélanges des -matériaux cités