КАТОДНЫЙ ЭЛЕМЕНТ ДЛЯ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОГО ОСАЖДЕНИЯ МЕТАЛЛОВ

Полезная модель относится к цветной металлургии, в частности к электрометаллургическому получению цветных металлов из растворов.
Известна конструкция катода для электролитического рафинирования меди, содержащая матричный лист с защитным покрытием боковых кромок. Защитное покрытие выполнено в виде жгута с пазом и крепится к листу на шпильках, пропущенных через отверстия, выполненные на боковых кромках листа и в жгуте (см. авт. св-во СССР №1344252, М. кл. C25C 7/02, опубл. 07.10.1997 г.).
Защитное покрытие боковых кромок выполнено из органического материала. Граница соприкосновения паза жгута с матричным листом уплотнена восковым покрытием.
По мнению ее создателей, известная конструкция позволяет обеспечить возможность повторного использования катода.
Однако между жгутом и матрицей в известной конструкции недостаточно прочная связь, что способствует проникновению электролита между ними, разрушению краев.
Известен катодный элемент для электролитического осаждения металлов, выбранный в качестве ближайшего аналога, содержащий матрицу с зафиксированными горячим формованием на каждом из ее продольных краев монолитными, выполненными из полимерного материала, изоляторами кромок, наружный контур которых по толщине выполнен с выступами, расположенными симметрично по обе стороны от матрицы, а в местах своего сопряжения с телом матрицы имеют скосы, выполненные под острым углом к телу матрицы, которая в свою очередь, на участках расположения изолятора кромок, оснащена сквозными отверстиями (см. патент RU №2205250, М.кл. C25C 7/02, опубл. 27.05.2003 г.).
При этом, боковые продольные края матрицы могут быть выполнены с утолщениями цилиндрической формы.
А сквозные отверстия на матрице в местах расположения на ней изоляторов кромок, могут быть выполнены в шахматном порядке.
По мнению создателей известной конструкции катодного элемента, она позволяет предотвратить разрушение катода в процессе электролитического осаждения металла за счет создания химической связи между матрицей и изолятором кромок на продольных краях матрицы.
Однако известная конструкция изолятора кромок в поперечном сечении имеет профиль, при котором его ширина превышает его толщину. Помимо этого толщины каждого из участков профиля изолятора кромок известной конструкции выполнены не одинаковой по контуру. А сквозные отверстия, выполненные на матрице в месте расположения на ней изоляторов кромок, имеют диаметры, не совпадающие по величине с толщинами большей части профиля изолятора кромок.
Причем, такое положение дел имеет место и в случае, если боковые кромки матрицы выполнены без утолщений и в случае их выполнения с утолщениями цилиндрической формы, а также как при расположении сквозных отверстий по краю матрицы в местах расположения на ней изолятора кромок в один ряд, так и при их расположении в шахматном порядке.
Именно разнотолщинность профиля изолятора кромок и отсутствие их согласованности с размерами диаметров сквозных отверстий, превышение ширины изолятора кромок над его толщиной и служит причиной того, что не обеспечивается равномерная кристаллизация электроизоляционного материала изолятора кромок по всему его профилю, включая сквозные отверстия, это приводит к приподниманию так называемых
«лепестков» изолятора кромок, расположенных в месте его прилегания к телу матрицы, проникновению электролита в образовавшиеся промежутки и выходу катода из строя.
А выполнение на матрице в месте расположения изоляторов кромок сквозных отверстий, расположенных в шахматном порядке еще в большей степени способствует отсутствию равномерной кристаллизации электроизоляционного материала изолятора кромок по всему его профилю и в местах расположения этих отверстий, за счет еще большего увеличения разнотолщинности его профиля по всему периметру и еще большей рассогласованности этих размеров с размерами сквозных отверстий, поскольку для шахматного порядка их расположения характерно уменьшение диаметров этих отверстий.
Помимо этого, расположение сквозных отверстий на матрице в шахматном порядке способствует еще большему увеличению ширины изолятора кромок и, как следствие, еще большему увеличению разнотолщинности его профиля и, следовательно, к еще большей неравномерности кристаллизации электроизоляционного материала по всему его профилю.
При этом, необходимость уменьшения диаметра сквозных отверстий, способствует снижению жесткости крепления изолятора
кромок на матрице и, как следствие, к появлению возможности срыва изоляторов кромок, то есть к выходу катодного элемента из строя.
Таким образом, техническим результатом, на решение которого направлена данная полезная модель, является обеспечение более надежного удерживания изолятора кромок на теле матрицы.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном катодном элементе для электролитического осаждения металлов, содержащем матрицу с зафиксированными горячим формованием на каждом из его продольных краев монолитными, из электроизоляционного материала, изоляторами кромок, наружный контур которых по толщине выполнен с выступами, а в местах своего сопряжения с телом матрицы имеет скосы, выполненные к ее телу под острым углом, при этом выступы и скосы расположены симметрично по обе стороны от матрицы, которая в свою очередь, на участках расположения на ней изоляторов кромок, оснащена сквозными отверстиями, согласно полезной модели, ширина профиля наружного контура каждого из изоляторов кромок равняется его толщине в области выступов, их толщины на участках, расположенных до выступов, с противолежащей скосам стороны изоляторов кромок, выполнены равными по величине и
совпадающими с размерами диаметров сквозных отверстий на матрице, в местах расположения на ней изоляторов кромок.
Автором установлено, что именно заявляемая конфигурация наружного контура защитного элемента и его размеры позволяют решить поставленный перед полезной моделью технический результат.
Так выполнение ширины профиля наружного контура каждого из изоляторов кромок равной его толщине в области выступов, с одновременным выполнением толщин каждого из участков профиля изолятора кромок, расположенных до выступов, с противолежащей скосам стороны изолятора кромок, равными по величине и совпадающими с размерами диаметров сквозных отверстий на матрице в местах расположения на ней изоляторов кромок способствуют созданию наилучших условий удерживания изоляторов кромок на продольных краях матрицы.
Это достигается благодаря созданию при таком выполнении конструкции изолятора кромок условий для равномерной кристаллизации материала изолятора кромок по всему формируемому объему, за счет чего обеспечивается плотный обжим материала изолятора кромок по всему периметру его контакта с материалом матрицы, полностью исключается приподнимание так
называемых «лепестков» изоляторов кромок в местах сопряжения его наружного контура с телом матрицы и попадание электролита под кромки изолятора кромок в процессе эксплуатации и, как следствие, преждевременный выход катодного элемента из строя.
Исключение приподнимания так называемых «лепестков» изоляторов кромок обеспечивается благодаря равномерной усадке материала изолятора кромок заявленной конструкции по всему профилю, что способствует более плотному их прижатию к телу матрицы, исключающему попадание электролита под кромки изолятора кромок в процессе эксплуатации.
Заявляемая полезная модель поясняется чертежами. На фигуре №1 изображена принципиальная схема заявляемой полезной модели; на фиг.№2 - сечение А-А на фиг.1.
Катодный элемент для электролитического осаждения цветных металлов содержит основу - матрицу 1 в виде пластины прямоугольной формы. Матрица 1 снабжена изоляторами кромок 2, выполненными из электроизоляционного материала. В теле самой матрицы 1, на участках расположения изоляторов кромок 2, выполнены сквозные отверстия 3.
Изоляторы кромок 2 фиксируются на каждом из продольных краев матрицы 1 горячим формованием и представляют собой монолитную конструкцию.
Наружный профиль изолятора кромок 2 выполнен с выступами 4. Выступы 4 расположены по толщине изолятора кромок 2, симметрично по обе стороны от матрицы 1 катода. Ширина (размер В) профиля наружного контура изолятора кромок 2 равняется толщине (размер А) наружного профиля защитного элемента в области выступов 4. Наружные контуры профиля изолятора кромок 2 в месте сопряжения его с телом матрицы 1 снабжены скосами 5, расположенными симметрично по обе стороны от матрицы 1. Угол α наклона скосов 5 составляет 45±2° и расположен между скосом 5 и наружной поверхностью матрицы 1. Толщина (размер D) каждого из участков профиля изолятора кромок 2 на участках, расположенных до выступов 4 с противолежащей скосам 5 стороны изоляторов кромок 2 выполнены равными по величине и совпадающими с размером диаметров (С) сквозных отверстий 3 на матрице 1 в местах расположения на ней изоляторов кромок 2.
Толщина (размер А) изолятора кромок 2 расположена между двумя линиями уровней (между двумя линиями Е)
размещения максимально возможных толщин (размер Н) слоя металла, осаждаемого с каждой стороны матрицы 1.
Данный размер является технологическим. Он определяет максимально возможную толщину (размер Н) слоя металла, осаждаемого на теле матрицы 1 с одной ее стороны.
Технологический размер А определяется по формуле:
A=2H+a,
где: А - технологический размер (толщина наружного профиля изолятора кромок в области выступов);
Н - максимально возможная толщина металла, осаждаемого с одной стороны матрицы;
а - толщина матрицы катода 1. Толщина (размер К) изолятора кромок, расположенного до выступов 4 является монтажным размером, обеспечивающим при горячем формовании изолятора кромок 2 равномерную кристаллизацию его материала и наилучший прижим материала полимера к телу матрицы 1, особенно в месте сопряжения наружного контура изолятора кромок 2 с телом матрицы 1. Данный размер рассчитывается по формуле:
K=2D+a,
где: К - монтажный размер;
D - толщина участка изолятора кромок 2 по периметру, расположенному до выступов, с противолежащей скосам 5 стороны изоляторов кромок 2;
а - толщина матрицы 1.
На Челябинском электролитно-цинковом заводе испытание прошел катодный элемент с изолятором кромок, размеры которого выбраны следующими (см. фиг.3):
Размер A=22 мм; размер B=22 мм; размер C=6 мм;
размер D=6 мм; размер K=19 мм; размер a=7 мм; размер H=7,5 мм; угол наклона скосов α=45°±2°.
Горячее формование изоляторов кромок 2 осуществляется в пресс-форме собственной конструкции (не показана). Пресс-форма предварительно разогревается до температуры 70°С. После фиксации матрицы 1 в пресс-форме она смыкается при давлении 0,6 МПа.
После этого производится впрыск термопластичной массы,
разогретой до температуры 210±10°С при давлении 0,5 МПа. При достижении давления сжатия до 0,55 МПа при впрыске производят выдержку в течение 5-10 секунд (в зависимости от температуры окружающей среды). После завершения впрыска неохлажденная пресс-форма размыкается, срезается литниковая система и
извлекается готовое изделие. Пресс-форма выполнена термостабилизированной - имеющей систему нагрева и охлаждения.