专利名称：封装的阴极吊杆及其制造方法
技术领域：
本发明涉及通常用于精炼和提炼金属的沉积阴极。本发明尤其涉及一种沉积阴极组件，所述组件包括沉积板和包覆有保护覆层的吊杆，其中将覆层与沉积板和吊杆的内部焊接接合处之间的间隙填满，从而把焊缝封装在耐蚀性材料中，并防止腐蚀性介质的进入。
背景技术：
通过电解可以实现对各种有色金属的精炼或提炼。由于金属比水更容易被氧化和还原，因此，电精炼技术包括将阴极和由天然金属制成的阳极一起放入合适的酸浴中。在阳极和阴极之间施加电压会导致天然金属的氧化，并且使纯金属离子从酸浴中电解迁移到阴极上。金属离子在阴极上沉积为高纯度的精炼金属，在酸浴的底板上留下大部分杂质。可选地是，在电提炼过程中，制成阳极的材料不是被精炼的金属，例如在电提炼铜时使用的阳极由铅、锡和钙(Pb、Sn和Ca)的合金制成。将被精炼的金属，在此处为铜，主要通过浸析和溶剂萃取过程，以可溶的形式投放入电解池中。在阳极和阴极之间施加电压使铜从溶液中迁移出，然后以精炼金属状态沉积在阴极上。
阴极通常包括平的方形沉积板，该沉积板沿其上边缘连在导电吊杆上。所述吊杆在精炼时横跨在容纳酸浴的箱上，又常规地通过一对导电母线杆与外部电源电接触，所述母线杆平行地沿箱的相对边缘延伸，并且其上放置有所述吊杆的两端。因此吊杆提供了双重用途提供在酸浴中悬挂沉积板的装置，以及在沉积板与电源之间提供电流流动的路径。
经过适当的时间后，当从阳极向阴极或是从可溶(溶液)形式向阴极迁移出足够的铜时，从酸浴中取出阴极。可选地是，可使用其它金属来制造阴极。在使用上述任一种金属时，可以用多种公知的剥离技术来获得该精炼金属，包括刮、锤、使用压缩空气等等。这样有利地是，除了对上述精炼金属的去除外，很少地或不再需要其它预备工作便可以再利用阴极。
现有技术公开了多种阴极，它们具有由不同于精炼金属的金属制成的沉积板和其它元件。所述金属包括例如铝、钛和不锈钢。这些金属体现了多个有利于将其用作沉积板的特性，包括相对高的抗拉强度和非常好的抗腐蚀性。然而，抗拉强度和抗腐蚀性的增加通常会带来传导率的降低，从而导致过程效率的降低。
现有技术公开的阴极组件中的吊杆采用与沉积板相同或类似的材料制成。将吊杆和沉积板焊接在一起，然后，在吊杆、焊缝和沉积板的小部分上涂覆高传导性的覆层，所述覆层如铜，用于提高导电轨与沉积板之间的传导率。这些现有技术中的阴极组件的缺点是，传导性覆层的厚度很大地限制了电流和由此导致的电解过程的效率。另外，传导性覆层暴露在酸浴的腐蚀性流体中，由于喷溅等原因会导致点蚀和其它腐蚀效应，进而会降低覆层的传导率、以及减少向沉积板表面的覆层的电解迁移。
为了解决上述和其它缺点，现有技术公开了一种可选组件，其中吊杆采用具有非常低的内电阻的高传导性材料例如实心铜制成，其通常通过焊缝与沉积板相连。然而，由于使用不同的金属，焊缝尤其容易受到早期电蚀的影响，因此用适当形成的密合的覆层将吊杆、焊缝和沉积板的小部分包覆起来，所述覆层采用与沉积板相同或类似的材料。然后，将覆层的边缘焊接到沉积板上，这样可在一定程度上保护吊杆不受电解池中腐蚀性成分的影响。另外，当完成沉积过程时，大量金属沉积在沉积板上，使用吊杆将沉积板拉出酸浴，此时覆层还提供了加固组件的附加益处。
然而，上述现有技术中的组件的主要缺点是，腐蚀性液体通常从酸浴中溢出，包围覆层和沉积板之间的焊缝，并渗入吊杆和沉积板之间的接合处。这会导致对金属的电解迁移和对接合处的腐蚀，从而降低组件的传导率和整个单元的效率。另外，当接合处隐藏在覆层后面时，很难清洗去除腐蚀性电解液，因此很难停止腐蚀性液体的影响。
发明内容
本发明通过提供一种用于精炼金属的阴极而解决上述和其它缺点。所述阴极包括基本平的沉积板，其沿着自身的上边缘固定地连在长吊杆上，从而限定连接。保护覆层邻接沉积板，并至少部分地围绕吊杆，从而在连接的区域内限定空腔。使用耐蚀性材料填充空腔。该耐蚀性材料防止腐蚀性物质渗入所述连接中。
本发明还提供了一种制造用于精炼金属的阴极组件的方法。该阴极包括用于电沉积金属的沉积板。所述方法包括以下步骤(a)提供具有上边缘的基本平的沉积板；(b)将长吊杆固定在沉积板的上边缘上，从而提供沉积板组件；(c)将保护覆层紧固到沉积板组件上，使所述覆层可以基本覆盖在吊杆和沉积板的上边缘之间的紧固区域，从而在覆层和沉积板组件之间限定可填充的空腔；以及(d)使用耐蚀性材料填充空腔，从而提供装配好的阴极组件。
图1是根据本发明的说明性实施例的阴极的侧视图；以及图2是根据本发明的说明性实施例的阴极沿图1中的2-2线的截面图。
具体实施例方式
下面将描述根据本发明的说明性实施例。
参考图1，描述了总体标记为标号10的阴极组件。阴极组件10包括基本为方形的沉积板12，该沉积板用抗拉强度相对高和抗腐蚀性良好的导电材料制成。在说明性实施例中，使用AISI型号316L的大约3.25mm厚的奥氏体不锈钢制作沉积板12，其表面优选由ASTM A480的2B型形成，所述表面的粗糙度为0.16至0.60微米。
在沉积板12表面的边缘周围沉积的铜会发生滑移，这将导致沉积的铜(未示出)从沉积板12的表面的机械分离，为了防止这一情况发生，沿沉积板12的边缘16连有一对边缘条14，其从沉积板12的底边缘18延伸至电解液20最高水位之上的点，沉积板12浸没在该电解液20中。边缘条14采用不导电的材料制成，例如聚丙烯，并提供了防止电解液和铜进入侧边缘16上的密封。在安装边缘条14前将自粘性的密封垫圈带(未示出)安装在侧边缘16上，用于进一步提高密封性。
参考图2，通过首先将沉积板12插入槽26中使得沉积板12的上边缘22连在铜吊杆24上，槽26通过在铜吊杆24的底表面28上进行机械加工获得。然后，用公知的TIG焊接技术将沉积板12焊接到铜吊杆24上。以这种方式，在沉积板12的两表面上沿沉积板12的表面与吊杆24的底表面相交的点处的整个宽度上形成第一对焊缝30。
在可选实施例中，沉积板的上边缘22不插入槽中，而是与吊杆24的底表面28对接。
吊杆24采用高纯度的非合金实心铜制成，例如统一编号系统(UNS)编号为C11000的电解韧铜，以及第一对焊缝30主要用于在沉积板12和铜吊杆24之间提供良好的电流传导。
结合图2回看图1，吊杆24、沉积板12的上边缘22和第一对焊缝30都封装在延伸的不锈钢覆层32中，覆层32由AISI型号316的1.5mm厚的不锈钢板制成。覆层32相称地形成，并包括间隙配合，从而在将吊杆24缝焊到沉积板12上之后使覆层能够在吊杆/沉积板组件上自由地滑动。
覆层32一旦在吊杆24和沉积板12上定位，覆层32的底边缘34焊接在沉积板12的表面上。该焊接形成第二对焊缝36，其沿沉积板12的整个宽度方向延伸，并紧靠在第一对焊缝30的下面。覆层32和第二对焊缝36提供了双重作用，不仅加固了吊杆24，而且防止腐蚀性电解液和其它液体进入到第一对焊缝30上、以及在沉积板12的上边缘22与吊杆24的底表面28之间的接合处。此外，将覆层32的朝着端部38方向的底边缘接合和焊接在一起。
参考图1，根据上述，在电精炼过程中沉积板12浸没在电解池(未示出)中，电解池的液位到达由标号20表示的水平。通过铜吊杆24的端部40将沉积板支持在这一液位，铜吊杆24放置在一对导电母线杆上，所述母线杆平行地沿容纳电解池的箱(都未示出)的相对边缘延伸。因为在电精炼过程中大量的金属将沉积在沉积板12上(达到200kg/m2板或更多)，将在沉积板12和铜吊杆24之间的接合处施加相当大的力。所述加固缓解了不少应力，否则由大量沉积的金属导致的所述应力将施加到第一对焊缝30上，因此降低了第一对焊缝30损坏或甚至断裂的可能性，所述损坏或断裂将降低传导率。这又提高了阴极组件10的坚固性和可靠性，以及因此提高了其使用寿命。
结合图1回看图2，尽管一旦焊接到位，覆层32可以提供一些保护防止腐蚀性电解液进入第一对焊缝34，但是由第二对焊缝36提供的密封不是闭合的。因此，如果未检查，那么就存在这种潜在的问题，即，腐蚀性电解液或其它液体将最终渗入第二对焊缝，从而不利地影响吊杆24和沉积板12之间的接合。该问题会由于不可避免的磨损和撕裂而恶化，所述磨损和撕裂是这样引起的由于从电解池(未示出)中反复地插入和取出阴极组件10、以及从沉积板12上去除精炼的金属和在将沉积板12再插入电解池之前对其表面的清洗与修复。因此，为了提供附加的保护来防止腐蚀性溶液或其它液体的进入到覆层32下，将例如环氧树脂的耐蚀性密封胶42注入到在吊杆24的底表面28和覆层32的内表面44之间形成的空间中。这样可以确保在长时间段内保持由第一对焊缝30提供的铜吊杆24和沉积板12之间的电导率。
通常，通过在保护覆层32上钻若干小孔46而注入耐蚀性材料42。然后，沿覆层32的整个长度将自由流动的耐蚀性材料42注入到在铜吊杆24的底表面和覆层32的内表面44之间的空间中。然后，耐蚀性材料42经硬化在第一对焊缝30的周围形成闭合的密封。
现在参考图1，如上所述，在电精炼过程中，大量的金属将沉积在沉积板12上。因此，为了协助从电解箱(未示出)中自动取出阴极组件10，在紧靠第二对焊缝36的下面贯穿沉积板12加工一对矩形槽48。可以将吊钩(未示出)或其它提升装置，例如叉形杆的叉插入槽48中，并将阴极组件升起。
尽管上文中通过本发明的优选实施例描述了本发明，但是可以在本发明的范围内按照需要对该实施例进行修改，而不违反本发明主题的精神和本质。
权利要求
1.一种用于精炼金属的阴极，其包括基本平的沉积板，其沿自身的上边缘固定地连在长吊杆上，从而限定连接；保护覆层，其邻接在所述沉积板上，并至少部分地围绕所述吊杆，从而在所述连接的区域内限定空腔；以及填充所述空腔的耐蚀性材料，其中所述耐蚀性材料防止腐蚀性物质渗入所述连接中。
2.如权利要求1所述的阴极，其中所述沉积板通过至少一个焊缝与所述吊杆相连。
3.如权利要求2所述的阴极，其中所述耐蚀性材料防止腐蚀性物质渗入所述焊缝中。
4.如权利要求1所述的阴极，其中所述耐蚀性材料是环氧树脂。
5.如权利要求1所述的阴极，其中所述沉积板和所述覆层采用不锈钢制造。
6.如权利要求1所述的阴极，其中所述覆层通过至少一个焊缝与所述沉积板相连。
7.如权利要求1所述的阴极，其中所述沉积板的底边缘被加工为倒置的V剖面。
8.一种制造用于精炼金属的阴极组件的方法，所述阴极包括用于电沉积金属的沉积板，所述方法包括以下步骤(a) 提供具有上边缘的基本平的沉积板；(b) 将长吊杆固定在所述沉积板的所述上边缘上，从而提供沉积板组件；(c) 将保护覆层紧固到所述沉积板组件上，使所述覆层基本覆盖在所述吊杆和所述沉积板的所述上边缘之间的固定区域，从而在所述覆层和所述沉积板组件之间限定空腔；以及(d) 在所述空腔中填充耐蚀性材料，从而提供装配好的阴极组件。
9.如权利要求8所述的制造阴极组件的方法，其中所述固定步骤包括将所述上边缘焊接到所述吊杆上。
10.如权利要求8所述的制造阴极组件的方法，其中所述填充步骤包括在所述保护覆层上钻至少一个孔，并向所述空腔中注入液态的所述耐蚀性材料，随后所述耐蚀性材料硬化成固态。
11.如权利要求10所述的制造阴极组件的方法，其中所述耐蚀性材料是环氧树脂。
全文摘要
一种用于精炼或提炼金属的阴极，通常用于电精炼或提炼铜，所述阴极包括基本平的沉积板，其沿自身的上边缘固定地连在长吊杆上，从而限定连接。保护覆层连接在沉积板上，至少部分地围绕吊杆，从而在连接的区域内限定空腔。用耐蚀性材料填充该空腔。在这种情况下耐蚀性材料防止腐蚀性物质渗入连接中。该耐蚀性材料防止腐蚀性电解溶液和其它液体腐蚀在沉积板和吊杆之间的导电连接，否则会降低阴极的效率。
文档编号C25C7/02GK1662678SQ03814268
公开日2005年8月31日 申请日期2003年6月17日 优先权日2002年6月18日
发明者V·鲁宾逊, J·J·德图里奥, G·S·艾佛森, I·J·比尔斯 申请人:福尔肯布里奇有限公司