(57)【要約】  電解セル用として、電流を運ぶ導体付近の磁場強さを測定するために１つ以上のセンサーを使う装置と方法が説明される。プロセサーが該センサーと電気的に通信し、該電解セルへそしてそれからやはり電流を運ぶ他の導体の磁場に基づき補償される磁場強さを決定する。該プロセサーは、該導体により運ばれる陰極電流を決定し、該セルの陽極及び陰極間の開路及び短絡開路を識別するために、この補償された磁場強さを使う。該説明される装置と方法は隣り合う陰極の磁場間の相互作用を明らかにする。
2007529629.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
装置に於いて、該装置が
導体付近に発生される磁場強さを測定するよう適合された１つ以上のセンサーを具備しており、前記導体は電解セルへのそしてそれからの電流を運ぶよう適合されており、そして該装置は又
前記磁場を、前記電解セルへのそしてそれからの電流を運ぶよう適合された他の導体により発生される他の磁場について補償することにより、前記導体付近に発生される補償された磁場強さを決定するために前記センサーの１つ以上と電気通信するプロセサーを具備することを特徴とする該装置。
【請求項２】
前記プロセサーが前記導体により運ばれる陰極電流を決定するため前記補償された磁場強さを使うことを特徴とする請求項１の該装置。
【請求項３】
更に、
前記陰極電流に基づき前記電解セルの陽極及び陰極間の短絡を識別する手段を具備することを特徴とする請求項２の該装置。
【請求項４】
更に、
前記陰極電流に基づき前記電解セルの陽極又は陰極に於ける開路を識別する手段を具備することを特徴とする請求項２の該装置。
【請求項５】
更に、
前記陰極電流が指定された値の上にあるときに前記電解セルの陽極及び陰極間の短絡を識別する手段、を具備することを特徴とする請求項２の該装置。
【請求項６】
更に、
前記陰極電流が指定された値の下にあるときに前記電解セルの陽極又は陰極に於ける開路を識別する手段、を具備することを特徴とする請求項２の該装置。
【請求項７】
前記センサーの１つ以上がホール効果センサーであることを特徴とする請求項１の該装置。
【請求項８】
前記装置が前記電解セルの各陰極用に１つ以上のセンサーを具備することを特徴とする請求項１の該装置。
【請求項９】
更に、
前記補償された磁場強さを中央処理ユニットへ通信する手段を具備することを特徴とする請求項１の該装置。
【請求項１０】
前記装置が手持ち式小型機器、ポール、レイルカー、ロボット、そしてクレーンから成るグループから選択されることを特徴とする請求項１の該装置。
【請求項１１】
更に、
前記装置が前記導体の１つ以上に物理的に近く近接した時前記センサーを賦活するために前記センサーの１つ以上と電気通信する近接センサーを具備することを特徴とする請求項１の該装置。
【請求項１２】
１つの方法に於いて、該方法が
１つ以上のセンサーを提供する過程を具備しており、前記センサーは導体付近に発生される磁場強さを測定するよう適合されており、前記導体は電解セルへの又はそれからの電流を運ぶよう適合されており、そして該方法は又
前記磁場強さを、前記電解セルへの又はそれからの電流を運ぶよう適合された他の導体により発生された他の磁場について補償することにより、前記導体付近に発生される補償された磁場強さを決定する過程を具備していることを特徴とする該方法。
【請求項１３】
更に、
前記補償された磁場強さに基づき前記導体により運ばれる陰極電流を決定する過程を具備することを特徴とする請求項１２の該方法。
【請求項１４】
更に、
前記陰極電流に基づき前記電解セルの陽極及び陰極間の短絡を識別する過程を具備することを特徴とする請求項１２の該方法。
【請求項１５】
更に、
前記陰極電流に基づき前記電解セルの陽極又は陰極に於ける開路を識別する過程を具備することを特徴とする請求項１２の該方法。
【請求項１６】
更に、
前記陰極電流が指定された値の上にあるときに前記電解セルの陽極及び陰極間の短絡を識別する過程、を具備することを特徴とする請求項１２の該方法。
【請求項１７】
更に、
もし前記陰極電流が指定された値の下にあるときに前記電解セルの陽極又は陰極に於ける開路を識別する過程、を具備することを特徴とする請求項１２の該方法。
【請求項１８】
前記センサーの１つ以上がホール効果センサーであることを特徴とする請求項１２の該方法。
【請求項１９】
更に、
前記電解セルの各陰極用にセンサーを提供する過程を具備することを特徴とする請求項１２の該方法。
【請求項２０】
更に、
前記補償された磁場強さを中央制御ユニットへ通信する過程を具備することを特徴とする請求項１２の該方法。
【請求項２１】
更に、
手持ち式小型機器、ポール、レイルカー、ロボット、そしてクレーンから成るグループから選択された装置を介して前記センサーの１つ以上を提供する過程を具備することを特徴とする請求項１２の該方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本出願はその全開示が引用によりここに組み入れられる２００４年３月１７日出願の米国特許仮出願第６０／５５３，８９９号の米国特許法第１１９条ｅ項の優先権を請求するものである。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、例えば、ｉ）銅、亜鉛、ニッケル、鉛、コバルトそしてその他の類似金属用の電気精錬（ｅｌｅｃｔｒｏｒｅｆｉｎｉｎｇ）及び電解抽出（ｅｌｅｃｔｒｏｗｉｎｎｉｎｇ）システム、ｉｉ）クロルアルカリシステム（ｃｈｌｏｒ−ａｌｋａｌｉ  ｓｙｓｔｅｍｓ）の様な電解セル（ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ  ｃｅｌｌ）、そしてｉｉｉ）アルミニウム及びマグネシウム電気分解の様な溶融塩電気分解（ｍｏｌｔｅｎ  ｓａｌｔ  ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｓｉｓ）、を含む電気冶金（ｅｌｅｃｔｒｏｍｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌ）システム用の電解セルモニタリング（ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｉｃ  ｃｅｌｌ  ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ）に関する。
【０００３】
本発明の配備が銅生産の銅精錬（ｃｏｐｐｅｒ  ｒｅｆｉｎｅｍｅｎｔ）段階中に電解セルモニタリングで使われる限り、銅生産（ｃｏｐｐｅｒ  ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ）はここでは例示的、代表的、そして非限定的目的で説明される。
【背景技術】
【０００４】
銅生産は、その各々が公知であり、図１でブロック線図のフオーマットで示され、下記で詳しく述べる採鉱（ｍｉｎｉｎｇ）、粉砕（ｃｒｕｓｈｉｎｇ）及び磨砕（ｇｒｉｎｄｉｎｇ）、選鉱（ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ）、溶融（ｓｍｅｌｔｉｎｇ）、転化（ｃｏｎｖｅｒｔｉｎｇ）、そして精錬（ｒｅｆｉｎｉｎｇ）の手順（ｐｒｏｃｅｄｕｒｅｓ）を有する１連の過程を備える。描かれている様に、採鉱１０は鉱石（ｏｒｅ）をほどき、集める。粉砕及び磨砕１２は該鉱石を粉砕され、磨砕された鉱石に変えるが、それらは望まれる鉱石鉱物（ｄｅｓｉｒｅｄ  ｏｒｅ  ｍｉｎｅｒａｌｓ）が遊離した微細粉末を含んでいる。選鉱１４は該望まれる鉱石鉱物を水性スラリー（ｗａｔｅｒｙ  ｓｌｕｒｒｙ）として集めるが、次いで該スラリーは溶融に好適な液体濃縮物（ｌｉｑｕｉｄ  ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅ）を作るために濾過され、乾燥される。溶融１６は銅マット（ｃｏｐｐｅｒ  ｍａｔｔｅ）を作るために該液体濃縮物内で鉄及び硫黄を溶融する｛すなわち、融解し（ｍｅｌｔｓ）、酸化させる｝。転化１８は酸化により該銅マットをブリスター銅（ｂｌｉｓｔｅｒ  ｃｏｐｐｅｒ）に転化する。そして最後に、精錬２０で該ブリスター銅をより精錬された銅（ｍｏｒｅ  ｒｅｆｉｎｅｄ  ｃｏｐｐｅｒ）に精錬する。
【０００５】
今、図１を参照すると、より特定的な説明が今提供されるがそれは更に例示的、代表的、非限定的な目的のためである。
【０００６】
Ａ．採鉱１０
公知の様に、輝銅鉱（ｃｈａｌｃｏｃｉｔｅ）、黄銅鉱（ｃｈａｌｃｏｐｙｒｉｔｅ）、そして斑銅鉱（ｂｏｒｎｉｔｅ）の様な硫化銅（ｃｏｐｐｅｒ  ｓｕｌｆｉｄｅ）又は硫化銅鉄（ｃｏｐｐｅｒ−ｉｒｏｎ−ｓｕｌｆｉｄｅ）の鉱物の１つ以上を有する、種々の鉱物を備える多量の鉱石が地球表面の下に存在する。該鉱石をほどき、それを粉砕及び磨砕用設備への搭載、運搬を可能にするために、爆発物が爆発させられるよう、この鉱石内に孔が開けられる。
【０００７】
Ｂ．粉砕（ｃｒｕｓｈｉｎｇ）及び磨砕（ｇｒｉｎｄｉｎｇ）１２
粉砕及び磨砕設備では、該鉱石は種々の鉱石粉砕及び磨砕機構により粉砕され、水と混合され、そして微細な粉末に磨砕されるが、その後それは選鉱設備へ汲み上げられる。粉砕され、磨砕された鉱石は典型的に２重量パーセント（”ｗｔ％”）より少ない銅を含む。
【０００８】
Ｃ．選鉱１４
該選鉱設備では、該粉砕及び磨砕された鉱石はスラリー液体濃縮物に濃縮される。特に、該粉砕及び磨砕された鉱石は浮遊セル（ｆｌｏａｔａｔｉｏｎ  ｃｅｌｌ）内で水、化学剤（ｃｈｅｍｉｃａｌｓ）及び空気と混合されるが、それは該粉砕、磨砕された鉱石内の銅を該浮遊セル内で立ち上がる空気泡（ａｉｒ  ｂｕｂｂｌｅｓ）に付着させる。該空気泡が該浮遊セルの表面頂部まで浮遊すると、それらは集められ該液体濃縮物を形成する。
【０００９】
かくして、選鉱１４は該粉砕及び磨砕された鉱石をスラリー液体濃縮物内へと濃縮し、該濃縮物は典型的に約２５−３５重量パーセントの銅（及び２０−３０重量パーセントの水）を含む。種々のフイルターを使って、該濃縮物は脱水（ｄｅｗａｔｅｒｅｄ）され、湿気のある銅濃縮物（ｍｏｉｓｔ  ｃｏｐｐｅｒ  ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅ）を作るが、それはコンベアベルト、ローダー（ｌｏａｄｅｒｓ）、レイルカー（ｒａｉｌ  ｃａｒｓ）及び類似のものによる取り扱いに適合可能（ａｍｅｎａｂｌｅ）である。
【００１０】
Ｄ．溶融（Ｓｍｅｌｔｉｎｇ）１６
熱と酸素を使って、該濃縮物はスラグと銅マットと呼ばれる銅−鉄硫化物（ｃｏｐｐｅｒ−ｉｒｏｎ  ｓｕｌｆｉｄｅ）に溶融（ｓｍｅｌｔｅｄ）される。特に、その湿気のある濃縮物は最初に大きな回転ドラム又は類似の乾燥装置内で乾燥される。次いで、それは溶融過程に供給されるが、そこでは今や乾燥した濃縮物は酸素の濃い空気（ｏｘｙｇｅｎ−ｅｎｒｉｃｈｅｄ  ａｉｒ）と混合され、濃縮物バーナー（ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅ  ｂｕｒｎｅｒ）を通して溶融炉（ｓｍｅｌｔｉｎｇ  ｆｕｒｎａｃｅ）内に吹き込まれる。該溶融炉内では、該今や乾燥した濃縮物は華氏２３００度より高い温度に曝され、それによりそれは部分的に酸化し、該溶融濃縮物内の硫黄及び鉄を酸化させることにより発生する熱のために融解（ｍｅｌｔｓ）する。
【００１１】
この過程は次の３つの産物：ｉ）オフガス（ｏｆｆ−ｇａｓｓｅｓ）、ｉｉ）スラグ（ｓｌａｇ）、及びｉｉｉ）銅マット、を発生する。二酸化硫黄（すなわち、ＳＯ2）を含む、該オフガスは該溶融炉内のオフテークライザー（ｏｆｆ−ｔａｋｅ  ｒｉｓｅｒ）を通して廃ガス処理システム（ｗａｓｔｅ  ｇａｓ  ｈａｎｄｌｉｎｇ  ｓｙｓｔｅｍ）へ回される。該スラグは酸化珪素及び鉄、すなわちより特定的には、脈石鉱物（ｇａｎｇｕｅ  ｍｉｎｅｒａｌ）、フラックス、そして酸化鉄を含み、それは該銅マットに比し低比重（すなわち、より低い密度）を有し、かくしてそれが該銅マットの頂部上に浮くことを可能にする。他方、該銅マットは硫化銅及び硫化鉄を含み、それは該スラグに比して高い比重（すなわち、より高い密度）を有し、かくしてそれが成形し、集まり、該溶融炉の底部に配置されたたらい（ｂａｓｉｎ）又はセトラー（ｓｅｔｔｌｅｒ）へ沈むことを可能にする。
【００１２】
周期的に、該スラグは取り出される（ｔａｐｐｅｄ  ｏｆｆ）。特に、該溶融炉の側壁内の種々のタップ孔（ｔａｐ−ｈｏｌｅｓ）を通して該スラグを該銅マットからスキムすることにより該スラグと銅マットは従来式に分離される。これらのタップ孔は、該銅マットを除去すること無しに該溶融炉から該スラグが除去されることを可能にするために、該側壁の比較的高い高さに配置されるのが普通である。逆に、該銅マット用の種々のタップ孔は、該スラグを除去すること無しに該銅マットが該溶融炉から除去されることを可能にするために、該側壁上の比較的低い高さに配置されるのが普通である。
【００１３】
かくして、溶融１６は該液体濃縮物を銅マットに溶融するが、該銅マットは典型的に約３５−７５重量パーセントの銅を含む。
【００１４】
Ｅ．転化１８
該スラグが該銅マットから分離された後、該銅マットは、ｉ）転化炉内に直接転送されか、ｉｉ）転化炉への後続する供給用に保持炉（ｈｏｌｄｉｎｇ  ｆｕｒｎａｃｅ）内に転送されるか、又はｉｉｉ）粒（ｇｒａｎｕｌｅｓ）を形成するために該銅マットを水の中でフラッシュ冷却（ｆｌａｓｈ−ｃｏｏｌｉｎｇ）することにより固体形に転化されるが、該粒は該転化炉への後続する供給用に大きな、閉じた空間内に貯蔵堆積（ｓｔｏｃｋ−ｐｉｌｅｄ）される。該転化炉内で、種々の残留不純物が該銅マットから除去され、その結果はブリスター銅（ｂｌｉｓｔｅｒ  ｃｏｐｐｅｒ）と呼ばれる融解銅（ｍｏｌｔｅｎ  ｃｏｐｐｅｒ  ）を生ずる。
【００１５】
２つの基本的種類の転化炉−すなわち、フラッシュ転化炉（ｆｌａｓｈ  ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ  ｆｕｒｎａｃｅｓ）及びバス転化炉（ｂａｔｈ  ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ  ｆｕｒｎａｃｅ）がある。各々の目的は金属硫化物を金属酸化物に酸化する（すなわち、転化する）ことである。サスペンション炉としても知られる代表的フラッシュ転化炉はそのマグナ、ユタ設備（Ｍａｇｎａ，  Ｕｔａｈ  ｆａｃｉｌｉｔｙ）でケネコットユタ銅社（Ｋｅｎｎｅｃｏｔｔ  Ｕｔａｈ  Ｃｏｐｐｅｒ  Ｃｏｒｐ．）により使われるフラッシュ転化炉を含む。代表的バス転化炉はｉ）そのホーン、カナダ設備（Ｈｏｒｎｅ，  Ｃａｎａｄａ  ｆａｃｉｌｉｔｙ）でノランダ社（Ｎｏｒａｎｄａ，  Ｉｎｃ．）により、ｉｉ）そのサドベリー、カナダ設備（Ｓｕｄｂｕｒｙ，  Ｃａｎａｄａ  ｆａｃｉｌｉｔｙ）でインコ社（Ｉｎｃｏ  Ｌｔｄ．）により、そしてｉｉｉ）そのナオシマ、日本設備（Ｎａｏｓｈｉｍａ，  Ｊａｐａｎ  ｆａｃｉｌｉｔｙ）で三菱マテリアル社（Ｍｉｔｓｕｂｉｓｈｉ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｃｏｒｐ．）により使われるバス転化炉を含む。
【００１６】
転化炉の種類に関係無く、該銅マットは該銅マットの酸素との反応により該転化炉内でブリスター銅に転化される。特に、バス転化炉では、融解銅マットは該炉に充填され、羽口（ｔｕｙｅｒｅｓ）又はガス噴射器を通して空気又は酸素豊富な（ｏｘｙｇｅｎ−ｅｎｒｉｃｈｅｄ）空気が該融解銅マット内に吹き付けられる。酸化珪素フラックスが、酸化される鉄と組み合わせ、スラグを形成するために該バス転化炉に追加される。
【００１７】
他方、フラッシュ転化過程は、最初に該マットを適当な寸法（すなわち、粉末）に磨砕し、次いで酸素豊富な空気｛約（ｃａ．）７０−９０％酸素｝を使ってこれをフラッシュ反応炉内に吹き込むことにより、固体化した銅マットを扱う。フラックスも、典型的に酸化カルシウムとして、該粉末化したマット（ｐｏｗｄｅｒｅｄ  ｍａｔｔｅ）に追加されるが、それは又酸化珪素又は酸化カルシウムと酸化珪素の組み合わせであってもよい。該粉末化したマットは該酸素雰囲気内で燃焼（ｃｏｍｂｕｓｔｓ）し、該材料とフラックスを融解するに充分な熱を発生し、融解ブリスター及びスラグを作る。
【００１８】
これらの転化過程は次の２つの産物：ｉ）スラグとｉｉ）ブリスター銅、を発生する。該スラグは脈石鉱物、銅金属（すなわち、Ｃｕ0）、酸化銅（主にＣｕ2Ｏの形の）、フラックス、及び酸化鉄を含み、それは該ブリスター銅に比し低い比重（すなわち、より低い密度）を有し、かくしてそれが該ブリスター銅の頂部上に浮遊することを可能にする。他方、ブリスター銅は脈石鉱物、銅金属（すなわち、Ｃｕ0）、酸化銅（主にＣｕ2Ｏの形の）、及び硫化銅（主にＣｕ2Ｓの形の）を有し、それは該スラグに比して高い比重（すなわち、より高い密度）を有し、かくしてそれが成形し、集まり、該転化炉の底部に配置されたたらい又はセトラーへと沈むことを可能にする。該頂部スラグ層は典型的に約３０ｃｍの深さであるが、該底部ブリスター銅層は約５０ｃｍの深さである。
【００１９】
もし該転化炉がロータリーバス転化炉（ｒｏｔａｒｙ  ｂａｔｈ  ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ  ｆｕｒｎａｃｅ）であるなら、該スラグ及びブリスター銅は間歇ベースでマウス（ｍｏｕｔｈ）又はスパウト（ｓｐｕｔ）から別々に注がれる。他方、もし該転化炉が静止バス変換炉（ｓｔａｔｉｏｎａｒｙ  ｂａｔｈ  ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ  ｆｕｒｎａｃｅ）であるなら、該スラグ及びブリスター銅除去用に出口が提供される。これらの出口は該転化炉の１つ以上の側壁上の種々の高さに配置された種々のタップ孔を有するのが典型的であり、そして溶融炉で用いられたそれと同様な仕方で、各々は相手方から独立に該転化炉から除去される。他の種類の転化炉は、例えば、該スラグを保持するのに好適な堰（ｗｅｉｒ）を使い、該スラグ及びブリスター銅を連続的にオーバーフローさせるために１つ以上の出口を利用するのが普通である。
【００２０】
該スラグ及びブリスター銅の間で起こる相分離（ｐｈａｓｅ  ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ）は完全でない。かくして、示した様に、該スラグは、銅金属（すなわち、Ｃｕ0）及び酸化銅（主にＣｕ2Ｏの形の）の形であるのが通常である追加の銅を含む一方、該ブリスター銅は種々のウェースト及び未回収鉱物（ｗａｓｔｅ  ａｎｄ  ｕｎ−ｒｅｃｏｖｅｒｅｄ  ｍｉｎｅｒａｌｓ）（例えば硫黄）を含み、それらは、主に酸化銅（主にＣｕ2Ｏの形の）、硫化銅（主にＣｕ2Ｓの形の）及びフェロシリケート（ｆｅｒｒｏｓｉｌｉｃａｔｅ）、その他の形である。スラグ内にある銅は損失金属値（ｌｏｓｔ  ｍｅｔａｌ  ｖａｌｕｅ）を有し、それは該スラグを該溶融炉へ戻るようリサイクルすることにより回復され得る一方、該ブリスター銅内の該ウェースト及び未回収鉱物値（ｗａｓｔｅ  ａｎｄ  ｕｎ−ｒｅｃｏｖｅｒｅｄ  ｍｉｎｅｒａｌ  ｖａｌｕｅｓ）は不純物を構成するが、該不純物は陽極炉内か又は電気精錬を通してか何れかで結果的に除去される。
【００２１】
かくして、転化１８は該銅マットをブリスター銅に転化し、該ブリスター銅は９８重量パーセントより高い銅を含むのが典型的である。
【００２２】
Ｆ．精錬２０
最終的に、該ブリスター銅は、通常最初に乾式冶金的に（ｐｙｒｏｍｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌｌｙ）そして次いで電解式（ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｉｃａｌｌｙ）に、精錬される。特に、該ブリスター銅は更に銅含有量を昇級させるために、反射式又は回転式陽極炉内での点火精錬（ｆｉｒｅ  ｒｅｆｉｎｉｎｇ）の様な、追加的純化過程（ｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ  ｓｔｅｐ）に供される。次いで、該ブリスター銅は陽極と呼ばれる大きな、厚いプレートに鋳造され、それはトラック、レイル（ｒａｉｌ）、又は類似のものにより陽極鋳造プラントから電解銅精錬所（ｅｌｅｃｒｏｌｙｔｉｃ  ｃｏｐｐｅｒ  ｒｅｆｉｎｅｒｙ）へ転送されることが多い。該電解銅精錬所では、該陽極は酸性溶液内に降ろされる（ｌｏｗｅｒｅｄ）が、該溶液は約１２０−２５０ｇｐｌの遊離硫酸（ｆｒｅｅ  ｓｕｌｆｕｒｉｃ  ａｃｉｄ）と約３０−５０ｇｐｌの溶解銅（ｄｉｓｓｏｌｖｅｄ  ｃｏｐｐｅｒ）を含む。次いで該陽極は正の直流源に電気的に接続される。該陽極をこの水性電解液で電解（ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｚｅ）させるために、それらは、負に荷電された、スターターシート（ｓｔａｒｔｅｒ  ｓｈｅｅｔｓ）又は陰極と呼ばれる不溶性の、インターリーブ（ｉｎｔｅｒｌｅａｖｅｄ）された、ステンレス鋼ブランクにより隔てられる。次いで、予め決められた時間の長さ該陽極と陰極の間に電気が送られ、該陰極でプレートを形成するように銅イオンを該陽極から陰極へ移動（ｍｉｇｒａｔｅ）させるが、該プレートは１００万分の２０（２０  ｐａｒｔｓ  ｐｅｒ  ｍｉｌｌｉｏｎ）より少ない不純物（すなわち、硫黄プラス非銅金属で、酸素は含まない）しか含まない。一般に約０．１−０．５Ｖの電圧は対応する約１６０−３８０Ａ／ｍ2の電流密度を用いて該陽極を溶かし、該陰極上にその銅を析出（ｄｅｐｏｓｉｔ）させるのに充分である。精錬された銅が析出される２枚の陰極プレートを作る各陽極と共に、該陰極は次いで洗浄され、究極的最終使用のために用意される。
【００２３】
年当たり３００，０００トンの銅陰極を作る典型的銅精錬所では、セル内にサスペンド（ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ）された合計１３１，０００ピース用として、各々が４６の陽極と４５の陰極ブランクを有する１、４４０程の電解セルがある。この様な従来の銅製錬所では、各陰極と各陽極は該陽極の支持耳部（ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ  ｅａｒｓ）及び該陰極のハンガーバー（ｈａｎｇｅｒ  ｂａｒｓ）上の２つ以上の接触点を通して該精錬所電流供給システム（ｒｅｆｉｎｅｒｙ  ｃｕｒｒｅｎｔ  ｓｕｐｐｌｙ  ｓｙｓｔｅｍ）に電気的に接続される。これは合計２６０，０００以上の電気接続があり得ることを意味する（すなわち、陽極当たり２及び陰極当たり２が陰極及び陽極の数を掛け算される）。該精錬過程の効率的動作には該陽極及び陰極ブランクの間に短絡が無いこと（ａｂｓｅｎｃｅ  ｏｆ  ｓｈｏｒｔ  ｃｉｒｃｕｉｔｓ）が重要である。続いて詳細に述べられる様に、もし該陽極及び陰極が誤整列（ｍｉｓ−ａｌｉｇｎｅｄ）されるか又は陰極上の銅析出が均一でない仕方で成長し、陽極と接触するなら、短絡が起こり得る。短絡が起こると、望まれる銅メッキ過程（ｄｅｓｉｒｅｄ  ｃｏｐｐｅｒ  ｐｌａｔｉｎｇ  ｐｒｏｃｅｓｓ）は混乱（ｄｉｓｒｕｐｔｅｄ）し、電気的使用効率は低下する。従って、該短絡は該陽極及び陰極に跨る電圧差（ｖｏｌｔａｇｅ  ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ）の減少に帰着する。
【００２４】
精錬過程の効率的動作には該陽極及び陰極間の開路及び短絡（ｏｐｅｎ  ａｎｄ  ｓｈｏｒｔ  ｃｉｒｃｕｉｔｓ）の無いことが重要である。次に詳細に述べる様に、もし該陽極及び陰極が誤整列されるか又は陰極上の銅析出が均一でない仕方で成長し、陽極と接触するなら、短絡が起こり得る。該短絡が起こると、望まれる銅メッキ過程は混乱する。他方、もし電流供給部と該陽極又は陰極との間に接触不良（ｐｏｏｒ  ｃｏｎｔａｃｔ）があるなら開路（ｏｐｅｎ  ｃｉｒｃｕｉｔｓ）が起こり得る。開路が起こると、電気使用の効率は低下する。
【００２５】
かくして、精錬２０は該ブリスター銅を精錬された銅に精錬するが、該精錬された銅は典型的に約９９．９９重量パーセントの銅を含む｛すなわち、実効的に純銅（ｐｕｒｅ  ｃｏｐｐｅｒ）｝。
【００２６】
その後、精錬２０は該精錬された陰極銅が、当該技術で公知の従来方法と技術を使って何等かの数の最終銅製品（ｃｏｐｐｅｒ  ｅｎｄ−ｐｒｏｄｕｃｔｓ）にも変換されることを可能にする。
【００２７】
銅精錬２０の効率はセルモニタリングの効率を高めることにより高められる。特に、少なくとも１つの重要なセルパラメーター（ｃｅｌｌ  ｐａｒａｍｅｔｅｒ）−すなわち、電解セル内の各個別陰極を通る電流流れ、が綿密に（ｃｌｏｓｅｌｙ）モニターされる必要がある。このセルパラメーター、及びその他を適切にモニターするのに失敗することは金属回収（ｍｅｔａｌ  ｒｅｃｏｖｅｒｙ）を減じ、スクラップ率（ｓｃｒａｐｅ  ｒａｔｅ）を増やし、そして非効率的エネルギー使用へ導く。それにも拘わらず、銅の電解精錬中に開路及び短絡が起こるのが普通である。それらは、ｉ）陽極及び陰極の貧弱な物理的性質、ｉｉ）電流源と該陽極及び陰極との間の接触不良、ｉｉｉ）陽極及び陰極の誤整列（ｍｉｓａｌｉｇｎｍｅｎｔ）、そしてｉｖ）電解質温度、添加物レベル（ａｄｄｉｔｉｖｅ  ｌｅｖｅｌｓ）、又は化学（ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ）での局所的変動（ｌｏｃａｌ  ｖａｒｉａｔｉｏｎｓ）、を含む多くの理由で起こる。かくして、効率的電解セルモニタリングはシステムオペレーターが陽極及び陰極間の開路及び短絡を検出することを可能にするので銅の電解精錬中重要であり、そして、もしそれらが修正されないなら、電流効率を減じ、不充分な陰極成長（ｐｏｏｒ  ｃａｔｈｏｄｅ  ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ）の様な下流処理問題に帰着するからである。公知の様に、銅不純物、銅含有量、及び銅外観も又開路及び短絡により究極的に不利に影響される。
【００２８】
従来のモニタリングは陽極及び陰極の間の短絡を識別（ｉｄｅｎｔｉｆｙｉｎｇ）することにのみ焦点合わせされた。これは該陰極を通って流れる異常な磁場を検出するために手持ち式ガウスメーターを手動式に使うことにより達成されるのが普通である。この様な手順は、メーター針の大きなふれ（ｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）を検出するために該手持ちガウスメーターを綿密に観察しながら、各セル内の該陽極及び陰極上を物理的に歩くことを要するのが一般的である。しばしば、該ガウスメーターは長い棒又はポールの遠位の端部に固定され、それによりそれは陰極ハンガーバーの近くに保持され得る。どうしても、そのタスクは作業学的に難しく、事故を起こし勝ちでもある。更に、該セル上を歩くことは該陽極及び陰極をしばしば誤整列させ、起こり得る汚染に導き、そして又しばしば更に進んだ問題へも導く。
【００２９】
短絡（ｓｈｏｒｔｓ）は熱を発生するので、新開発の技術は赤外線カメラと画像処理技術の使用を含む。しかしながら、従来のガウスメーター技術の様に、これらは一般に短絡を検出するのみで、開路は検出しない。
【００３０】
開路及び短絡の検出はそれらの原因よりも寧ろそれらの結果に関わるが、それは電極品質を改良するための広く認識された技術である。従って、短絡が検出された後、欠陥（ｆａｕｌｔ）を標定（ｌｏｃａｔｅ）するためにステンレス鋼ロッドで該陽極及び陰極間をプローブし、該短絡の中枢（ｅｐｉｃｅｎｔｅｒ）で成長する誤った銅ノジュール（ｅｒｒａｎｔ  ｃｏｐｐｅｒ  ｎｏｄｕｌｅ）を物理的に分離する（すなわち、破り外す）ことによりそれはクリヤーされるのが一般的である。しばしばこれは該セルから該陰極を物理的に上げることを要する。しかしながら、不幸にして、重要な破損が既に起こった後まで、多くの開路及び短絡は検出されないことが多い。
【００３１】
結果として、短絡のみならず、開路も又検出する改良されたセル電流モニタリングデバイスと方法の要請がある。この様なデバイスと方法は銅生産の銅精錬段階２０の間のエネルギー利用と効率を高めるだろう。かくして、銅生産の銅精錬段階２０の間電解セル電流を有効にモニターするニーヅが存在する。
【発明の開示】
【００３２】
１つの装置は電解セルへの又はそれからの電流を運ぶよう適合された導体付近に発生する磁場強さ（ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｆｉｅｌｄ  ｓｔｒｅｎｇｔｈ）を測定するセンサーを具備する。該装置は又、該磁場強さを、該電解セルへの又はそれからの電流を運ぶよう適合された他の導体により発生される他の磁場について補償することにより、該導体付近に発生される補償された磁場強さを決定するために、該センサーと電気通信するプロセサーを具備する。１実施例では、この装置は更に該陰極電流に基づき該電解セルの陽極及び陰極間の短絡及び開路を識別する手段を具備する。もう１つの実施例では該短絡及び開路は該陰極電流を予め決められた値と比較することにより識別され得る。１実施例では、該センサーはホール効果センサー（Ｈａｌｌ  Ｅｆｆｅｃｔ  ｓｅｎｓｏｒｓ）である。もう１つの実施例では、該装置は該電解セルの各陰極用に多数のセンサーを具備する。もう１つの実施例では、該装置は該補償された磁場強さを中央制御ユニットへ通信する手段を具備する。もう１つの実施例では、該装置は手持ち式小型機器（ｈａｎｄ−ｈｅｌｄ）、ポール（ｐｏｌｅ）、レイルカー（ｒａｉｌ  ｃａｒ）、ロボット（ｒｏｂｏｔ）、又はクレーン（ｃｒａｎｅ）デバイスである。もう１つの実施例では、更に該装置は、該装置が該導体に物理的に近く近接している時該センサーを賦活するために該センサーと電気通信する近接センサー（ｐｒｏｘｉｍｉｔｙ  ｓｅｎｓｏｒ）を具備する。
【００３３】
１つの方法は導体付近に発生した磁場強さを測定するよう適合されたセンサーを提供する過程を具備しており、そこでは該導体は電解セルへのそしてそれからの電流を運ぶよう適合されている。又該方法は該磁場を、該電解セルへのそしてそれからの電流を運ぶよう適合された他の導体により発生された他の磁場について補償することにより、該導体付近に発生された補償された磁場強さ決定する過程を具備する。１実施例では、該方法は該補償された磁場強さに基づき該導体により運ばれる陰極電流を決定する。もう１つの実施例では、該方法は更に、該陰極電流に基づき該電解セルの陽極及び陰極間の短絡及び開路を識別する過程を具備する。もう１つの実施例では、該方法は更に、該陰極電流を予め決められたしきい値と比較することに基づいて開路及び短絡を識別する過程を具備する。もう１つの実施例では、該センサーはホール効果センサーである。もう１つの実施例では、該方法は更に該電解セルの各陰極にセンサーを提供する過程を具備する。もう１つの実施例では、該方法は更に該補償された磁場強さを中央制御ユニットに通信する過程を具備する。もう１つの実施例では、該方法は更に手持ち式小型機器、ポール、レイルカー、ロボット、又はクレーンデバイスである装置を介して該センサーを提供する過程を具備する。
【実施例１】
【００３４】
今、図２を参照すると、電解セル２２が示されるが、該セルでは陽極プレート（ａｎｏｄｅ  ｐｌａｔｅｓ）｛すなわち、”陽極（ａｎｏｄｅｓ）”｝Ａと陰極シート（ｃａｔｈｏｄｅ  ｓｈｅｅｔｓ）｛すなわち、”陰極（ｃａｔｈｏｄｅｓ）”｝Ｃが相互に近接して交互に配置され、水性電解液（ａｑｕｅｏｕｓ  ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ）（示されてない）内に浸される。銅生産中、該陽極Ａ及び該陰極Ｃは、該電解セル２２の長さ方向に走る正及び負の電流レイル（ｃｕｒｒｅｎｔ  ｒａｉｌｓ）２４とイヤーコンタクト（ｉｎ  ｅａｒ−ｃｏｎｔａｃｔ）している。該陽極Ａが該正（＋）電流レイル２４に接続され、該陰極Ｃが該負（−）電流レイル２４に接続されると、該陽極Ａから該陰極Ｃへの銅イオン移動（ｃｏｐｐｅｒ  ｉｏｎ  ｍｉｇｒａｔｉｏｎ）に役立つよう電流レイル２４は電流を該電解セル２２へ運ぶ。特定的には、電気は予め決められた時間の長さだけ該正に荷電された陽極Ａと該負に荷電された陰極Ｃの間で送られ、それは下記式により該陰極Ｃにプレートを形成するように銅イオンを該陽極Ａから該陰極Ｃへ移動させる。
【００３５】
Ｃu＋＋＋２ｅ−＝Ｃu0
今、図３を参照すると、該銅イオンが該陰極Ｃから該陽極Ａへ移動すると、電流（ｉ）が該陰極Ｃ内に形成される。示される様に、これらの個別電流（ｉ）は、該陰極Ｃが垂れ下がる（ｄｅｐｅｎｄｓ）銅バー２６で形を成すよう該陰極Ｃの上へ流れる。これらの電流（ｉ）は該銅バー２６に沿い負電流レイル２４の方へ流れる。該負電流レイル２４に物理的に近い点Ｐでのこれらの電流（ｉ）の全部の和の合計は特定の陰極Ｃにより集められた陰極電流（Ｉ）と近似する。
【００３６】
もし該陽極Ａ及び陰極Ｃの間に何等開路又は短絡が存在しないなら、該陰極Ｃ上にメッキされる銅の速度は、下記の等価の式の何れかにより表される様に、該陰極電流（Ｉ）に直接比例する：
ｄＣｕ／ｄｔ＝Ｉ／８４０（ｋｇ／ｈ）
又は
ｄＣｕ／ｄｔ＝０．００２６Ｉ（ポンド／時）
今、図４を参照すると、もし該陽極Ａ及び陰極Ｃの間に短絡｛別名”ショート（ｓｈｏｒｔｓ）”｝が進展（ｄｅｖｅｌｏｐｓ）するなら比較的大きな陰極電流（Ｉ）が作られる。これは電流スパイクとして反映される。短絡条件は銅生産を減ずるが、何故ならば該銅イオンは該陽極Ａから該陰極Ｃへ成功裡に移動出来ないからである。従って、該陰極Ｃに不充分な銅しかメッキされない。
【００３７】
同様に、もし該陽極Ａ及び陰極Ｃ間に開路｛別名”オープン（ｏｐｅｎ）”｝が進展するなら比較的小さな陰極電流（Ｉ）が作られる。これは電流低下（ｃｕｒｒｅｎｔ  ｄｒｏｐ）として反映される。該陽極Ａから該陰極Ｃへの銅イオンの移動を助ける代わりに、該オープン条件は、電流が電流レイル２４で無駄な熱に変わるので、電流効率を減ずる。
【００３８】
電流スパイク及び電流低下は該電解セル２２の各陰極Ｃについて該負電流レイル２４の近くの点Ｐで該陰極電流（Ｉ）を測定することにより検出される。例えば、図４でｘ軸に沿ってプロットされた各個別陰極Ｃと、ｙ軸に沿ってプロットされたアンペアで測定された陰極電流（Ｉ）と、を用いると、短絡は陰極６と１５で容易に識別される一方、開路（ｏｐｅｎｓ）は陰極２１で容易に識別される。特に、電流は陰極６及び１５でベースライン（例えば、約５２５Ａ）上に著しくスパイクを成し（例えば、約７５０Ａ以上）、それぞれ陽極Ａ及び陰極Ｃ間で短絡の存在を示す。同様に、電流は陰極２１でベースライン（例えば、約５２５Ａ）の下へ著しく低下し（例えば、約３００Ａ以下）、それぞれ陽極Ａ及び陰極Ｃ間の開路の存在を示す。この例では、例えば、約５２５Ａの陰極電流（Ｉ）は該電解セル２２の該陽極Ａから該陰極Ｃへの有効な銅イオン移動を表した。これは典型的陰極Ｃが該電解セル２２を跨いで流れる合計電流から理想的に分担する平均電流（Ｉ）である。従って、この５２５Ａベースラインからの相対的偏差（ｒｅｌａｔｉｖｅ  ｄｅｖｉａｔｉｏｎｓ）の大きさも又特定の陽極Ａ及び陰極Ｃの間の開路又は短絡の深刻さ（ｓｅｖｅｒｉｔｙ）を示すために使われ得る。
【００３９】
今、図５を参照すると、それはｘ軸に沿って各陰極Ｃと、ｙ軸に沿ってアンペアで測定した陰極電流（Ｉ）をプロットする。図５で見られる様に、同じ５２５Ａベースラインが有効な銅イオン移動を表すためにプロットされる。しかしながら、それからの比較的大きな偏差は今は無効な銅イオン移動を表す。例えば、陰極１，３，１２，そして１５での陰極電流（Ｉ）は該ベースラインの上に著しく立ち上がり、短絡の存在を示す。同様に、陰極２５，３１，そして３２での陰極電流（Ｉ）はベースラインの下に著しく低下し、開路の存在を示す。図４に於ける様に、これらのベースラインからの偏差は該陽極Ａから該陰極Ｃへの無効銅イオン移動（ｉｎｅｆｆｅｃｔｉｖｅ  ｃｏｐｐｅｒ  ｉｏｎ  ｍｉｇｒａｔｉｏｎ）を示す。該陽極Ａ及び陰極Ｃ間の該開路又は短絡の相対的深刻さ（ｒｅｌａｔｉｖｅ  ｓｅｖｅｒｉｔｙ）も又識別され得る。とにかく、この電解セル２２は最早受け入れ可能な又は良好な動作ステイタスにあるとは考えられず、該電解セル２２から該陰極Ｃを物理的に除去することを要するかもしれないが、短絡の中枢で成長する誤った銅ノジュールを分離（すなわち、破り外す）するか、又は該電流レイル２４と該陽極Ａ又は該陰極Ｃの間の良好な接触を再確立（ｒｅ−ｅｓｔａｂｌｉｓｈｉｎｇ）する、ことにより該欠陥をクリヤする様な、該状況を修正するアクションが必要である。
【００４０】
今、図６を参照すると、それも又ｘ軸に沿った各陰極Ｃと、ｙ軸に沿ったアンペアで測定された陰極電流（Ｉ）をプロットしている。図６で見られる様に、同じ５２５Ａベースラインが再び有効銅イオン移動を表すようプロットされている。しかしながら、それからの比較的小さな偏差は有効な銅イオン移動をなお表し得る。例えば、陰極４，５，２２，２３，４４，そして４５（及びその他のもの）での陰極電流（Ｉ）は該ベースライン上に立ち上がるが、そのスパイクは短絡の存在を識別するのに充分な程ひどくはない（ｎｏｔ  ｓｅｖｅｒｅ  ｅｎｏｕｇｈ）。同様に、陰極３，３９，４３そして４６での該陰極電流（Ｉ）はベースラインの下に低下するが、該低下は開路の存在を識別するのに充分な程ひどくはない。このベースラインから許容出来るドリフト内に留まりながら、この電解セル２２はなお受け入れ可能な又は良好な動作ステイタス内にあると考えられる。普通の状況では、該陰極電流（Ｉ）は該ベースライン付近をランダムに変動（ｆｌｕｃｔｕａｔｅｓ）する。該ランダムな変動がしきい値の望ましい境界又は範囲に含まれる限りそれは正常な動作条件内にあると考え得る。
【００４１】
該ベースラインから受け入れ可能なしきい値パラメーターと許容可能な偏差（ｔｏｌｅｒａｂｌｅ  ｄｅｖｉａｔｉｏｎｓ）を設定することは、当業者により選ばれ、公知である様に、統計的サンプリング（ｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌ  ｓａｍｐｌｉｎｇ）に基づき得て、図６では５２５Ａベースラインを囲む波線の水平ラインにより代表的に示される。これらは特定のタンクハウス（ｔａｎｋ  ｈｏｕｓｅ）用に選好の問題として選ばれる。とにかく、それらは、該電解セル２２の該陽極Ａ及び陰極Ｃ間で開路及び短絡識別のきっかけとなるパラメーター又は条件を有効に輪郭で描く。その中でのマイナーな偏差は受け入れ可能で、該陽極Ａから該陰極Ｃへの有効な銅イオン移動を禁じないとして許容され、それにより何等ユーザーの相互作用（ｕｓｅｒ  ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ）を要求しない。
【００４２】
前に説明した様に、電流（ｉ）は該陽極Ａから該陰極Ｃへの銅イオンが移動する時形成され、銅バー２６の近くの点Ｐでの陰極電流（Ｉ）を生ずる。公知の様に、この陰極電流（Ｉ）は下式により磁場Ｂを創るが
Ｂ＝μ0Ｉ／（２πｄ）
ここでμ0は透磁率定数（ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ  ｃｏｎｓｔａｎｔ）、Ｉは点Ｐでの該銅バー２６に於ける陰極電流（Ｉ）、ｄは該銅バー２６から磁場Ｂの測定点Ｐまでの距離、そしてＢは点Ｐで陰極電流（Ｉ）により誘起される磁場の強さである。見られる様に、陰極電流（Ｉ）が大きい程、強い磁場Ｂを発生し、該陰極電流（Ｉ）は上記式を再配置し、この磁場Ｂの強さを測定することにより決定され得る：
Ｉ＝２πｄＢ／μ0
今、図７を参照すると、ホール効果センサー２８はこの磁場Ｂの強さを測定する。特に、典型的ホール効果センサー２８は半導体材料製の小さなプレート片（ｐｌａｔｅｌｅｔ）を利用する。３次元空間内で、もし電流（Ｉ）が外部磁場Ｂの方向に直角にこのプレート片を通過するなら、それはアナログ出力電圧｛別名、ホール電圧（Ｈａｌｌ  ｖｏｌｔａｇｅ）｝を創り、それは該陰極電流（Ｉ）及び磁場Ｂに直角に発生する。この現象はホール効果（Ｈａｌｌ  Ｅｆｆｅｃｔ）として知られ、該ホール電圧は該陰極電流（Ｉ）に、該プレート片の磁束密度（ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｆｌｕｘ  ｄｅｎｓｉｔｙ）により測定された磁場Ｂの振幅を掛け算した積に依る。何れにしても該線形ホール効果センサー２８は該ホール効果センサー２８の該プレート片に直角の磁束に比例したホール電圧を測定する。とにかく、ホール効果センサー２８が電解セル２６内の陰極Ｃ毎に提供される。
【００４３】
再び図３を参照すると、該陰極Ｃの各々についての陰極電流（Ｉ）が、電解セル２２全体用の全体断面電流（ＩS）を表すため一緒に加算される。この断面電流（ＩS）と該電解セル２２内の陰極の数を知ると、図７の該ホール効果センサー２８からの読み値は、下式により該電解セル２２用のベースラインを設定するために正規化（ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ）され得るが、
【００４４】
【数１】
2007529629.tif 000003
【００４５】
ここでＮは該セル内の陰極Ｃの数、ＩSは電解セル２２全体用の全体の断面電流、Ｉiは陰極（ｉ）を通って流れる陰極電流（Ｉ）、Ｂiは陰極（ｉ）用のホール効果センサー２８の読み値、そしてＢ0はＢ＝０の時の該ホール効果センサー２８の静止時ホール効果センサー読み値（Ｑｕｉｅｓｃｅｎｔ  Ｈａｌｌ  Ｅｆｆｅｃｔ  ｓｅｎｓｏｒ  ｒｅａｄｉｎｇ）である。
【００４６】
今、図８を参照すると、電解セル２２内の２つの隣接する陰極Ｃの簡単化された、部分側面図が示される。前に説明した様に、陰極電流（Ｉ）は銅バー２６に沿って流れるが、該バーから各陰極Ｃが垂れ下がる。この陰極電流（Ｉ）は磁場Ｂを発生し、該場は該陰極Ｃの銅バー２６の周りに円形を成す。もし点Ｐが該銅バー２６に充分近い時、点Ｐでこの磁場Ｂの測定が行われるなら、この銅バー２６を通る該陰極電流（Ｉ）により発生される磁場Ｂは水平であり、関心のある該銅バー２６に平行に走る他の銅バー２６’を通る他の電流（Ｉ’）により発生される他の磁場Ｂ’と直角である。換言すれば、Ｌが陰極Ｃ間の距離（例えば、約１０ｃｍ）であり、そしてｄが該陰極Ｃから、ホール効果センサー２８により測定が行われる点Ｐまでの距離（例えば、約０．５ｃｍ）である場合、Ｌ／ｄは著しく大きい。従って、銅バー２６付近の該磁場Ｂはこの点Ｐでは他の銅バー２６’の周りの他の磁場Ｂ’から減結合（ｄｅｃｏｕｐｌｅｄ）される。より大きくＬ／ｄ比を増すことは更にこれらの相互作用する磁場ＢとＢ’を減結合させる。しかしながら、典型的電解セル２６内では、Ｌは固定定数であるので、Ｌ／ｄを充分大きく保つ従来の方法は、関心のある銅バー２６に非常に近い点Ｐでホール効果センサー２８の測定を行って来た。これは陰極Ｃ（ｎ）で発生される磁場Ｂ（ｎ）がその陰極Ｃ（ｎ）で該陰極電流（Ｉ）のみに依ることを保証した。
【００４７】
今、図９を参照すると、Ｌ／ｄは比較される程大きくはない（Ｌ／ｄ  ｉｓ  ｎｏｔ  ａｓ  ｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅｌｙ  ｌａｒｇｅ）。従って、点Ｐ（ｎ）での磁場Ｂ（ｎ）は、陰極Ｃ（ｎ）により発生された磁場Ｂ（ｎ）と、他の近くの陰極Ｃ（ｍ）により発生された磁場Ｂ（ｍ）の水平成分の和と、をプラスしたものの結果であるが、ここでｍ≠ｎである。換言すれば、点Ｐ（ｎ）の磁場Ｂ（ｎ）の水平成分は最早陰極Ｃ（ｎ）で発生された該陰極電流（Ｉ）によってのみでは発生されない。代わりに、それは該ホール効果センサー２８が測定しつつある該陰極Ｃ（ｎ）の両側の他の陰極Ｃ（ｍ）からの水平成分からの寄与を含む。結果として点Ｐ（ｎ）で該ホール効果センサー２８により測定される磁場Ｂ（ｎ）の強さは偏倚される。そして該偏倚は全ての陰極Ｃについて同じではない。例えば、電解セル２２の両端（ｅｉｔｈｅｒ  ｅｎｄ）の陰極Ｃは隣の陰極Ｃ（ｍ）からのより少ない寄与を受けており、何故ならばこれらの隣の陰極Ｃ（ｍ）はより少ししかない（ｆｅｗｅｒ）からである。同様に、短絡又は開路を経験しつつある隣の陰極Ｃ（ｍ）に近い陰極Ｃはそれらの電流不安定のためにこれらの隣の陰極Ｃ（ｍ）からより多い又はより少ない寄与を受ける。かくして、そこでの陰極電流（Ｉ）の精密な測定を確かめるために、電気的セル２２の各個別陰極Ｃ（ｎ）での磁場Ｂ（ｎ）を精密に測定するために補償過程（ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ  ｐｒｏｃｅｓｓ）が必要である。
【００４８】
今、図１０を参照すると、２つの隣接する陰極Ｃ（ｉ）、Ｃ（ｊ）が描かれている。該２つの陰極Ｃ（ｉ），Ｃ（ｊ）は１陰極距離（ｏｎｅ  ｃａｔｈｏｄ  ｄｉｓｔａｎｃｅ）Ｌだけ離れていると規定する。隣の陰極Ｃ（ｊ）の頂部上の測定点Ｐ（ｉ）に於ける該陰極Ｃ（ｉ）により発生される磁場Ｂ（ｉ）の水平成分を計算するために、Ｂ（ｉ）が、陰極Ｃ（ｉ）内の陰極電流（Ｉ）によってのみ発生され、陰極Ｃ（ｉ）上の点Ｑ（ｉ）で測定された磁場強さであるとする。該磁場強さＢは該陰極Ｃと観測点の間の距離に逆比例するので、陰極Ｃ（ｊ）上の点Ｐ（ｉ）での陰極Ｃ（ｉ）により発生される磁場Ｂ（ｉ）は下記式に従って磁場Ｂ（ｉ）により計算される。
【００４９】
Ｂij＝｛ｄ／（Ｌ2＋ｄ2）1／2｝Ｂi
Ｂijの水平成分は下記式により計算される。
【００５０】
Ｂ（h）ij＝Ｂijｓｉｎ（β）＝｛ｄ／（Ｌ2＋ｄ2）1／2｝Ｂij
従って
Ｂ（h）ij＝｛ｄ2／（Ｌ2＋ｄ2）｝Ｂi
第１次の見積もりとしてｄ2／（Ｌ2＋ｄ2）＞＞１なので、Ｂ（ｉ）は、Ｃ（ｉ）の他の陰極により発生される水平場成分も含んでいる、該ホール効果センサー２８による点Ｑに於ける測定値で置き換え可能である。
【００５１】
上記式は、１陰極距離Ｌ離れた陰極Ｃにより発生された磁場の水平成分である。何等かの２つの隣り合う陰極Ｃ間の距離が同じ、すなわちＬ、と仮定して、陰極Ｃ（ｋ）で陰極Ｃ（ｉ）により発生される場の水平成分は次式で与えられる。
【００５２】
Ｂhik＝ｄ2Ｂi／｛［（ｋ−ｉ）Ｌ］2＋ｄ2｝
λik＝ｄ2／｛［（ｋ−ｉ）Ｌ］2＋ｄ2｝とする。これは陰極Ｃ（ｋ）での陰極Ｃ（ｉ）により寄与された水平成分の場の係数（ｆｉｅｌｄ  ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）である。
【００５３】
この表記（ｎｏｔａｔｉｏｎ）を用いると、Ｂhik＝λikＢiである。
【００５４】
今次の生データ（ｒａｗ  ｄａｔａ）、Ｂ＝［Ｂ1，Ｂ2，Ｂ3，．．．．．．ＢN、］について、Ｂ（ｉ）は陰極Ｃ（ｉ）に於けるホール効果センサー２８からの場強さ読み値である。
【００５５】
そして次の補償されたデータ、ＢC＝［ＢC1，ＢC2、ＢC3、．．．．．．ＢCN、］について、ここでＢCiはＢ（ｉ）の補償された場強さである。それはＣ（ｉ）を通る陰極電流流れ（ｃａｔｈｏｄｅ  ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  ｃｕｒｒｅｎｔ  ｆｌｏｗ）（Ｉ）により発生された真（ｔｒｕｅ）の又は実（ｒｅａｌ）の場強さを表す。
【００５６】
λikを第ｋ陰極への第ｉ陰極の磁場寄与の係数とする。すると係数λik＜＜１は小さい数である。従って第１次見積もりは下記式で与えられる。
【００５７】
【数２】
2007529629.tif 000004
【００５８】
その時下記となり、
【００５９】
【数３】
2007529629.tif 000005
【００６０】
ここでλik＝ｄ2／｛［（ｋ−ｉ）Ｌ］2＋ｄ2｝である。
そしてλikは下記特性を有する：
λik＝ｄ2／｛［（ｋ−ｉ）Ｌ］2＋ｄ2｝＝ｆ（｜ｋ−ｉ｜）
λik＝λki
λik＝λ（ｍ）、  ｍ＝｜ｉ−ｋ｜＝１，２，．．．Ｎ−１
λik＝ｄ2／｛（ｍＬ）2＋ｄ2｝
これらの関係は該磁場補償に関する計算を大いに簡単化する。λ（ｍ）は、ｍが増加すると、非常に急激に減少するので、該補償された値を計算する時は２，３項で充分である。
【００６１】
これで、陰極電流は下記式による補償されたデータを使って計算され得るが、
【００６２】
【数４】
2007529629.tif 000006
【００６３】
ここでＮはセル内の陰極Ｃの数、ＩSは電解セル２２全体用の全断面電流、Ｉiは陰極（ｉ）を通る陰極電流流れ（Ｉ）、ＢCiは陰極（ｉ）により発生され補償された場強さ、そしてＢ0はＢ＝０の時のホール効果センサー２８の静止時ホール効果センサー読み値である。
【００６４】
加えて、該磁場強さは次の３成分：Ｂ（ｘ），Ｂ（ｙ），Ｂ（ｚ）を有するベクトルである。１成分は説明して来た、水平成分である。２及び３次元場ベクトルも又それぞれ相互に対し直角に設置された多数の（すなわち、２つ又は３つの）ホール効果センサー２８を使って測定され得る。当業者には理解される様に、この様な場ベクトルは増加した測定値と補償値を提供する。例えば、相互に対し９０°で設置された２つのホール効果センサー２８は磁場強さベクトルを測定出来る。磁場Ｂの方向は陰極Ｃのどちらの側で開路又は短絡が起こったかに関する情報を提供するが、それは問題のある陽極Ａの表示となる（すなわち、陰極Ｃの言わば北又は南側で）。更に、相互に対し９０°で設置されたそれらの２セットのホール効果センサー２８は特に、基本的３角法の原理（ｂａｓｉｃ−ｔｒｉｇｏｎｏｍｅｔｒｉｃ  ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ）を適用することにより該陰極Ｃ上の何処で該開路又は短絡が起こったかに関する情報を提供する。
【００６５】
再び図７を参照すると、何時該ホール効果センサー２８が陰極Ｃの銅バー２６に物理的に近く近接するかを検出するために該ホール効果センサー２８と電気的に通信する近接センサー３０も提供される。この静電容量近接センサー（ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ  ｐｒｏｘｉｍｉｔｙ  ｓｅｎｓｏｒ）３０はそれが陰極Ｃの銅２６に近付いた時オンに切り替わり、それが同じものから離れるよう動くとオフに切り替わる。従って、該近接センサー３０は、該ホール効果センサー２８の出力が、それが陰極Ｃに非常に近い時だけモニターされるよう、該ホール効果センサー２８に同期するため使われる。
【００６６】
好ましい実施例では、又該近接センサー３０は該ホール効果センサー２８に整合されるが、それは、同じものに組み合わされたデバイスが該電解セル２２の陰極電流（Ｉ）を測定する時、それらが共に電解セル２２の陰極Ｃの銅バー２６と整合されるようにするためである。
【００６７】
通常は、該ホール効果センサー２８は出来るだけ該銅バー２６の近くで操作されるが、この要請は本発明の磁場Ｂ補償技術により取り除かれている。
【００６８】
好ましい実施例では、該近接センサー３０は又、組み合わされたデバイスが、どの陰極Ｃをそれが測定しようとしているか、そして該デバイスが該電解セル２２の陰極Ｃを横切って動く時何時それが与えられた電解セル２２の測定を終了したか、を知るように、カウンター（ｃｏｕｎｔｅｒ）として機能する。代わりにか又はそれと連携してか何れかで、無線周波識別（ｒａｄｉｏ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）（ＲＦＩＤ）リーダー３２が該電解セル２２に取り付けられたＲＦＩＤタグ（ＲＦＩＤ  ｔａｇｓ）（示されてない）又は類似品を読むために提供され得る。この様な実施例では、キーボード３４及びＬＣＤデイスプレー３６又は類似のものも又この様な目的に提供され得るが、オペレーターは特定の電解セル２２について他の識別情報を手動で入力することを避けることが出来る。
【００６９】
好ましい実施例では、該電解セル２２について集められたデータは、更に進んだ同じものの処理用に中央コンピュータ及びデータベース（示されてない）へ適当なトランシーバー（ｔｒａｎｓｃｅｉｖｅｒ）３８を通して送信され、１つ以上のこれらの要素間の通信は適当なプロセサー４０により協調させられ得る。
【００７０】
今、図１１を参照すると、手持ち式小型機器デバイス（ｈａｎｄ−ｈｅｌｄ  ｄｅｖｉｃｅ）４２が本発明の第１の好ましい実施例を具体化するが、そこではオペレーターハンドル４４はシャフト４６に結合されるが、該シャフトは測定ヘッド（ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  ｈｅａｄ）４８に結合されており、該測定ヘッド４８はホール効果センサー２８，近接センサー３０，又はＲＦＩＤリーダー（ＲＦＩＤ  ｒｅａｄｅｒ）３２の１つ以上を有する。該手持ち式デバイス４２は該シャフト４６内の再充電可能なバッテリーパック５０により又はハンドル４４を通して接続された交流電源（示されてない）により、又は他の仕方で電力を与えられてもよい。加えて、該手持ち式デバイス４２の測定ヘッド４８の底部（ｂｏｔｔｏｍ）は、測定精度を更に高めるよう該ホール効果センサー２８と該電解セル２２の該銅バー２６との間に一貫した距離が得られるよう、１つ以上のガイドそり（ｇｕｉｄｅ  ｓｌｅｄｓ）５１又は支持用物体（ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ  ｏｂｊｅｃｔｓ）又は類似のものを有してもよい。
【実施例２】
【００７１】
同様な流儀で、図１２−１４は本発明の代わりの実施例を描くが、そこでは自立的な（ａｕｔｏｎｏｍｏｕｓ）｛例えば、無人の（ｕｎ−ｍａｎｎｅｄ）｝デバイスが本発明のより新規な特徴の１つを組み入れている。
【００７２】
特に、図１２−１３は本発明の第２実施例によるポールデバイス（ｐｏｌｅ  ｄｅｖｉｃｅ）５２を描いており、そこではホール効果センサー配列（Ｈａｌｌ  Ｅｆｆｅｃｔ  ｓｅｎｓｏｒ  ａｒｒａｙ）５４が１つ以上のホール効果センサー２８，好ましくは各電解セル２２の各陰極Ｃ用に１つのホール効果センサー２８がよいが、を組み入れ、それにより、例えば該電解セル２２の陰極Ｃの全てを含む、多数の陰極Ｃの同時測定を可能にする。
【００７３】
この様な実施例では、該ホール効果センサー配列５４はそれからのデータを処理するために処理ヘッド（ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  ｈｅａｄ）５６に接続されてもよく、該処理ヘッド５６はキーボード３４，ＬＣＤデイスプレー３６又は類似のもの、トランシーバー３８、又はプロセサー４０（示されてない）の１つ以上を有する。
【００７４】
加えて、該ホール効果センサー配列５４は又、モニターされつつある該電解セル２２のステイタスを視覚的に示すために該ホール効果センサー２８と組み合わされた１つ以上のＬＥＤ５８を有してもよい。例えば、第１の（例えば、赤色の）ＬＥＤは短絡の存在を示し、一方第２の（例えば、緑色の）ＬＥＤは開路の存在を示す。予め規定されたしきい値により問題陰極Ｃを自動的に識別するために、自動化されたマーキング機構（例えば、チョーク、テープ、インクジェット、又は類似のもの）が出来るように、オーディオの指示器と警報器（ａｕｄｉｏ  ｉｎｄｉｃａｔｏｒｓ  ａｎｄ  ａｌａｒｍｓ）が同様に提供され得る。この様な実施例では、同じものに応答するための自動配備が出来るように、開路及び短絡クリヤー用クルー（ｏｐｅｎ  ａｎｄ  ｓｈｏｒｔ  ｃｌｅａｒｉｎｇ  ｃｒｅｗｓ）が電解セル２２データの可視の又は可聴のコミュニケーター（ｖｉｓｉｂｌｅ  ｏｒ  ａｕｄｉｂｌｅ  ａｌａｒｍ  ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｏｒｓ）に応答することが出来る。この様な実施例では、電解セル２２のデータを通信するために該出力が提供される。この種の指示器はオペレーターが、努力の集中を電解セル２２の大きな集団（ｐｏｐｕｌａｔｉｏｎ）から外し、より即刻の注意を要するこの様な電解セル２２に集中することを可能にする。
【実施例３】
【００７５】
同様に、図１４は本発明の第３の実施例によるレイルカーデバイス（ｒａｉｌ  ｃａｒ  ｄｅｖｉｃｅ）を描くが、そこではホール効果センサー配列５４は１つ以上のホール効果センサー２８，好ましくは各電解セル２２の各陰極Ｃ用に１つのホール効果センサー２８がよいが、と組み合わされ、それにより多数の陰極Ｃの同時測定を可能にしており、該ホール効果センサー配列５４は１対のレイル６０又は類似のものに沿うようレイルカーデバイス５８により運ばれ、それからのデータを処理するために処理ヘッド５６に接続される。
【実施例４】
【００７６】
本発明の第４実施例（示されてない）によれば、オーバーヘッドクレーン（ｏｖｅｒｈｅａｄ  ｃｒａｎｅ）、ロボット（ｒｏｂｏｔ）、又は他のデバイスも又本発明の配備を行うことが出来るが、そこでは該ホール効果センサー配列５４は１つ以上のホール効果センサー２８，好ましくは各電解セル２２の各陰極Ｃに１つのホール効果センサー２８がよいが、と組み合わされ、それにより多数の陰極Ｃの同時測定を可能にしており、該ホール効果センサー配列５４は該オーバーヘッドクレーン、ロボット、又は他のデバイスにより担われ、それからのデータを処理するために処理ヘッド５６に同様に接続される。
【００７７】
説明された様に、多くの本発明の配備はハードウエア、ソフトウエア、ファームウエア（ｆｉｒｍｗａｒｅ）又はその何等かの種々の組み合わせで実現され得ることは当業者は認識するであろう。更に、ここで説明された本発明の配備を実行するよう付加されたどんな種類のプロセサー４０又は他の装置も適合される。例えば、ハードウエア及びソフトウエアの典型的組み合わせは、ロードされ、実行する時、該説明された本発明の配備が実現されるようプロセサー４０を制御する、コンピュータプログラムを有する汎用マイクロプロセサーチップ（ｇｅｎｅｒａｌ  ｐｕｒｐｏｓｅ  ｍｉｃｒｏｐｒｏｃｅｓｓｏｒ  ｃｈｉｐｓ）｛例えば、エムピーユー（ＭＰＵ）｝とすることも出来る。従って、該プロセサー４０は該ホール効果センサー２８と集積化された部品であってもよく、或いはそれから物理的に遠隔であってもよい。
【００７８】
更に、この仕様書は本発明の配備の例示的、代表的、そして非限定的実施例を説明していることは容易に明らかとされるべきである。従って、本発明の範囲はこれらの実施例の何れにも限定されない。寧ろ、これらの実施例の詳細と特徴は必要なだけ開示された。かくして、同業者に明らかな、多くの変更と変型は本発明の範囲から離れることなく本発明の範囲内に入り、本発明の配備は必然的にそれらを含む。従って、本発明の精神と範囲を公にするために、付記する請求項を作成する。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
発明の配備を構成する利点と特徴、そしてそれと共に提供される典型的機構の種々の構造と動作の側面、の明確な概念は本仕様書の必須部分を形成する添付の例示的、代表的そして非限定的図解を参照することにより容易に明らかになるが、該図解では一般的に同様な参照数字は幾つかの図の同じ要素を呼称している。
【図１】電気冶金的銅生産の流れ図である。
【図２】電解セルの平面図である。
【図３】図２からの１枚の陰極シートの正面図である。
【図４】開路及び短絡を経験する電解セルの陰極についての電流の連続グラフ図である。
【図５】中で或る陰極が開路又は短絡を経験する電解セル内の各個別陰極についての電流の詳細なグラフ図である。
【図６】中で各陰極が良好な動作条件にある電解セル内の各個別陰極についての電流の詳細なグラフ図である。
【図７】本発明の配備を実施する部分的アーキテクチャーの機能的概要である。
【図８】比較的大きいＬ／ｄ比を有する２つの隣接する陰極の部分側面図である。
【図９】比較的小さいＬ／ｄ比を有する３つの隣接する陰極の部分側面図である。
【図１０】磁場補償を有する２つの隣接する陰極の部分側面図である。
【図１１】本発明の第１実施例の手持ち式小型機器デバイスの部分断面図である。
【図１２】本発明の第２実施例のポールデバイスの斜視図である。
【図１３】図２の電解セル上で動作する図１２のポールデバイスの部分斜視図である。
【図１４】本発明の第３の実施例のレイルカーデバイスの斜視図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【国際調査報告】
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