Насыпной анод

Полезная модель относится к конструкциям растворимых анодов, применяемых при электролитическом рафинировании меди с примесями других металлов, и может быть использована, в частности, для получения катодной меди.
Известен анод для установок электролитического нанесения покрытий, представляющий собой перфорированный контейнер из гибкого пружинящего листового металла, на внутренних стенках которого выполнены кольцевые зубчатые венцы, внутренние полости которых являются отверстиями перфорации (авт.св. СССР N 1339168, кл. C25D 17/10, 1987). Зубья металлических венцов контактируют с поверхностью насыпных анодов, находящихся в контейнере, обеспечивая токоподвод к ним через электропроводящие стенки контейнера, которые постепенно сжимаются по мере растворения загрузки. Одновременно зубчатые венцы способствуют появлению зазоров между стенками контейнера и кусковым материалом загрузки и омыванию последних со всех сторон поступающим из ванны электролитом. За счет увеличения контакта стенок контейнера с анодным материалом и увеличения площади его сообщения с электролитом повышаются скорость растворения загрузки и качество наносимых покрытий.
Недостатком конструкции является то, что она позволяет обеспечить хороший электрический контакт только с частью загрузки, находящейся вблизи поверхности контейнера, а не во всем ее объеме. Следует иметь в виду, что между анодными кусками всегда имеются пустоты и перемыкания. Внутри такой загрузки происходит неравномерное распределение электролита, поступающего через перфорированные стенки контейнера из основной ванны. Все это приводит к неоднородности распределения электрического потенциала по объему загрузки в ходе процесса электролиза, и как следствие - к снижению скорости и равномерности растворения анодного материала.
Известны перфорированные анодные контейнеры, имеющие сборно-разборную конструкцию, в которых торцевые стенки и дно выполнены из токопроводящего листового материала, химически и электрохимически устойчивого в условиях эксплуатации, а боковые стенки - из коррозионно-стойкого жесткого листового диэлектрика, либо контейнеры, полностью выполненные из диэлектрика (авт. св. СССР NN 1713992, 1708945, 1756387, кл. C25D 17/10, 1992]. Для восполнения убыли токопроводящей контактной поверхности ввиду применения диэлектрика и улучшения равномерности распределения электрического потенциала по высоте перерабатываемых насыпных анодов в рабочий объем контейнера вводят металлические контактные элементы. Эти элементы одним концом погружены в насыпные аноды, а другой их конец жестко закреплен на электропроводящей стенке контейнера или через проводники соединен с электропроводными элементами контейнера.
Такие конструкции также характеризуются неравномерным распределением электрического потенциала по объему анодной загрузки в результате причин, указанных выше.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению выбран анод, который содержит перфорированный контейнер, снабженный контактными элементами, стенки которого изготовлены из токопроводящего материала, стойкого к воздействию агрессивных сред, выполненный в виде короба с наклонными боковыми стенками, благодаря чему контейнер имеет сечение с переменной площадью, уменьшающейся в сторону днища (SU 1071670, C25D 17/10, 1982). Благодаря имеющемуся наклону боковых стенок короба и сужению его к нижней части обеспечивается улучшение токового контакта между растворяемым материалом и корпусом контейнера.
Недостатком анода данной конструкции является сложность обслуживания анода т.к. удаление шлама производится через верх контейнера, что приводит к частой остановке процесса для удаления отработанного материала и загрузке новой порции, что, в свою очередь, приводит к перерасходу анодного материала на единицу произведенного продукта.
Технической задачей предлагаемой конструкции анода является преодоление указанных недостатков.
Указанная задача решается в заявляемом техническом решении тем, что насыпной анод для электролитических ванн, представляющий собой перфорированный контейнер, из токопроводящего материала, стойкого к воздействию агрессивных сред, выполненный в виде короба с наклонными боковыми стенками, обеспечивающими переменное сечение, уменьшающееся в сторону днища, с насыпной загрузкой, соединенной с токоподводом, согласно предлагаемому решению, днище контейнера выполнено съемным, контейнер дополнительно снабжен вертикальными глухими токопроводящими перегородками, делящими его полость на несколько вертикальных секций, и верхней рамой, выполненной с выступами для крепления анода на стенках электролизной ванны, на которых закреплены контактные элементы. Днище выполнено сборным и включает жестко закрепленную на корпусе контейнера сквозную раму и установленную внутри нее съемную заглушку, выполненную в форме П-образного профиля.
Причем, перфорированные передняя и задняя панели контейнера выполнены двухслойными из сеток с разным размером ячеек. При этом внутренняя сетка является мелкоячеистой, имеющей размер ячеек преимущественно не более 0,2×0,2 мм.
Кроме того, детали анода, расположенные ниже верхней рамы, предназначенные для работы в электролите, выполнены из стали, стойкой в горячих растворах серной кислоты, а сама верхняя рама может быть выполнена из менее коррозионностойкой стали.
Кроме того, один из контактных элементов верхней рамы представляет собой медную пластину.
Предлагаемая полезная модель поясняется чертежами.
На фиг. 1 представлен общий вид анода, на фиг. 2 вид сбоку, на фиг. 3 каркас анода, на фиг.4 узел крепления днища к каркасу.
Контейнер включает лицевую и заднюю перфорированные стенки 1, глухие боковые стенки 2, днище 3, верхнюю раму 4 и три глухие перегородки 5, разделяющие полость контейнера на секции и придающие жесткость каркасу контейнера. Рама 4 жестко закреплена на каркасе контейнера, выполнена фигурной формы из двух металлических панелей Т-образной формы, соединенных между собой металлическими пластинами, площадь сечения нижней части рамы 4 соответствует верхнему сечению контейнера, а верхняя часть имеет выступы для крепления анода на стенках электролизной ванны. На выступах жестко закреплены контактные пластины с одной стороны медная 6, предназначенная для контакта с анодной шиной электролизной ванны и стальная 7 (для компенсации по толщине). В раме 4 выполнены пазы 8 для крепления крючков гребенки подъемного механизма.
Боковые стенки 2, перегородки 5 и днище 3 имеют П-образную форму, например, гнутого швеллера. Причем боковые стенки 2 и перегородки 5 выполнены сужающимися в сторону днища 3, для придания продольному сечению контейнера переменной площади, уменьшающейся в сторону днища.
Днище 3 выполнено сборным и состоит из сквозной стальной рамы и вставленной в нее внутренней съемной заглушки, выполненной в форме П-образного профиля, соответствующего размерам рамы. При сборке днище надевается на боковые стенки 2 и фиксируется на них сваркой. А заглушка фиксируется на передней и задней стенках рамы четырьмя штырями, на которые надеваются с двух сторон пластиковые колпачки, предохраняющие от случайного касания контейнера с катодной пластиной во избежание короткого замыкания во время электролизного процесса.
Для удаления отработанного материала, днище разбирают следующим образом, фиксирующие штыри снимают и с помощью специальных крючков вынимают внутреннюю П-образную заглушку.
Перфорированные стенки 1 выполнены двухслойными и состоят из сеток с разным размером ячеек. Внутренняя сетка мелкоячеистой структуры имеет размер ячеек преимущественно не более 0,2×0,2 мм. Такой размер ячеек позволяет удерживать мелкие гранулы внутри контейнера и предотвращать проникновение частиц анода в электролит. Поверх мелкоячеистой сетки закреплена конструкционная упрочняющая сетка с более крупными ячейками, например, 10×10 мм, которая усиливает прочность конструкции анода. Сетки приварены друг другу и к каркасу контейнера по периметру и дополнительно зафиксированы сваркой на перегородках 5.
В целях экономии средств корпус контейнера выполнен из разнородных материалов, верхняя рама, которая эксплуатируется выше уровня электролита выполнена из коррозионностойкой стали, например, сталь марок AISI 316, AISI 321, детали же, расположенные под верхней рамой, предназначенные для работы в электролите, представляющем собой горячий 12-20%-ный раствор серной кислоты, выполнены из стали высокой коррозионной стойкости, работающей в серной кислоте при температуре до 80°С, например, из стали марок AISI 904, AISI 904L или 06ХН28МДТ.
Процесс электролитического растворения насыпного анода и получения катодной меди производят в электролитической ванне длиной 4 метра, в которой одновременно могут с шагом 125 мм быть установлены 30 анодов и 29 катодов одновременно, процесс ведут в медносернокислом электролите, с содержанием свободной серной кислоты 12-20% при температуре 40-62°С. Для ввода в эксплуатационный режим в контейнер через раму 4 с использованием воронки специальной формы загружается медный сыпучий материал, подлежащий растворению.
Размер контейнера позволяет вмещать 150-200 кг медного сыпучего материала, в процессе работы ежедневно подсыпается примерно 10-15 кг. Для уплотнения сыпучего материала применяют ультразвуковой или другой доступный вибратор, который прикладывают к стенке контейнера на несколько секунд. Сыпучий материал уплотняется, тем самым обеспечивая хороший контакт для проведения процесса.
Контейнеры устанавливается медной пластиной 6 на анодную шину. Размер контейнеров подобран таким образом, что верхняя рама 4 не касается электролита. На каждый анод распределяется ток 400-500 ампер.
2
Процесс осаждения меди производится на медную основу размером 1×1 м, толщина пластины примерно 1 мм, вес 9-10 кг. Процесс ведется при плотности тока 200-250 А/м и при напряжении на ванне 0,4-0,8 В. Через 5-6 дней работы электролизной ванны из нее достают катоды весом по 80-90 кг.
По мере растворения куски меди уменьшаются и благодаря сужению корпуса сползают к днищу 3, а в освободившееся верхнее пространство ежедневно добавляется свежая порция медного насыпного материала. В результате в течение процесса в придонной части контейнера скапливается шлам. Для его удаления контейнеры при помощи подъемного механизма достают из электролизной ванны, вынимают П-образную заглушку из днища 3 и удаляют часть скопившегося в придонной зоне материала, примерно на высоту 20 см. Затем вставляют П-образную заглушку в днище, контейнер возвращают в электролизную ванну и добавляют новую порцию медного сыпучего материала.
Предлагаемая конструкция насыпного анода имеет следующие преимущества:
- простота обслуживания благодаря съемному днищу, что облегчает удаление отработанного материала и снижает потери анодного материала;
- благодаря дополнительным электропроводящим внутренним перегородкам, которые обеспечивают дополнительную жесткость каркаса, что также облегчает обслуживание, обеспечивается дополнительный контакт с насыпной загрузкой анода и тем самым достигается высокая электропроводность системы в целом и, как следствие, экономия энергетических ресурсов.
Кроме того, увеличивается срок службы анода благодаря использованию для деталей, работающих в электролите стали, стойкой в горячих растворах серной кислоты.
Благодаря сужающейся конструкции анода, уменьшается балластная масса сырья, что приводит к увеличению эффективности процесса с использованием такого анода.