Полимерная защита катодного элемента для электролитического осаждения металлов

Предлагаемая полезная модель относится к цветной металлургии, в частности, к электрохимии, и касается полимерной защиты алюминиевого катода на границе раздела фаз «электролит-воздух» для электроосаждения металлов из водных растворов их солей.

Известна катодная матрица для электролитического осаждения металлов включающая электроизоляционный поясок и изолятор кромок матрицы выполненные из полимерного материала (патент 96373. опубл. 27.07.2010 г.).

Недостатками известной матрицы являются ее высокая себестоимость которая кроется в сложности и многоэтапности технологического процесса, включающего в себя необходимость сверловки сквозных отверстий на участке расположения электроизоляционного пояска, в использовании пресс-формы для заливки полимерного материала работа с которой требует дополнительных материальных и людских ресурсов. Кроме того, за счет сверловки отверстий, ослабляется жесткость катодной матрицы, что способствует ее преждевременному износу.

Целью настоящего технического решения является создание полимерной защиты катодного элемента для электролитического осаждения металлов, которая одновременно ускорит ее создание и уменьшит себестоимость ее изготовления; ускорит и облегчит съем осадка металлов и увеличит срок службы катодной матрицы.

Такой технический результат достигается использованием на катоде в качестве электроизоляционного защитного пояска на границе раздела фаз «электролит-воздух» ленты двухслойной электронно-химически модифицированной и креплением на боковых кромках катода съемных планок из полимерного материала, изготовленных на экструзионной линии для производства погонажных изделий.

Сущность полезной модели поясняется чертежами. Катод для электролитического осаждения металла (рис.1) состоит из катодной матрицы (1) с электроизоляционным пояском (2) на границе раздела фаз «электролит-воздух» и изолятора кромок из полимерной планки (3). Катодный элемент имеет подвеску (4) и токоподводящие контакты (5). Матрица катода с установленным электроизоляционным пояском в разрезе по вертикали (А), изображена на фиг.2; полиэтиленовая планка, установленная на кромках матрицы в разрезе по горизонтали (Б) изображена на фиг.3. Полимерная планка в отдельности в разрезе по вертикали и по горизонтали изображена на рис.2 и рис.3.

Процесс изготовления полимерной защиты на матрице катода осуществляется в три этапа. 1 этап: ручная обработка щетками поверхности в месте крепления ленты для придания шероховатостей и очистка очистителем алюминия «Космофен-60; 2 этап: нагрев зачищенной зоны катода газовой горелкой; 3 этап: мерный отрезок двухслойной электронно-химически модифицированной ленты прикладывается клеевой стороной с двух сторон к нагретому катоду, который помещается на нижнюю плиту гидравлического пресса и прижимается верхней плитой усилием 7 тонн в течении 15 секунд, после чего лента окончательно приклеивается. Затем на боковые кромки катода устанавливают две цельные полиэтиленовые планки после чего изделие готово к эксплуатации.

В качестве материала ленты используется двухслойный изоляционный материал, изготовленная в виде рулона, состоящий из наружной электронно-химически модифицированной полиэтиленовой пленки, которая является ее основой и внутреннего адгезионного подслоя, изготовленных методом плоскощелевой экструзии и совмещенных каландровым способом.

В качестве материала для изготовления полиэтиленовых планок применяется полиэтилен высокого давления марки 10803-20 ГОСТ 16377-77. который производят методом изготовления погонажных изделий на экструзионной линии.

В результате предложенного технического решения достигается технический результат, проявляющийся по сравнению с аналогом следующими лучшими свойствами:

ускорение и удешевление изготовления полимерной защиты катода; снижение трудоемкости работ при сдирке осажденного металла; увеличение срока службы катода; увеличение на 20 см полезной площади катодного элемента за счет возможности нанесения максимально узкой строго калиброванной изоляции;

Область техники

Предлагаемая полезная модель относится к цветной металлургии, в частности, к электрохимии, и касается полимерной защиты алюминиевого катода на границе раздела фаз «электролит-воздух» для электроосаждения цинка, меди и прочих металлов из водных растворов их солей.

Название

МПК C25C 7/02 «Полимерная защита катодного элемента для электролитического осаждения металлов»

Уровень техники

1. Известна катодная матрица для электролитического осаждения металлов - авторское свидетельство СССР 584058 МПК2 C25C 7/02, опубл. 15.12.1977) и решение защиты изолятора на границе раздела фаз «электролит-воздух».

Недостатками данной матрицы является нарастание осадка под изолятором, что обуславливает сложность сдирки катодного металла. Кроме того, при сдирке металла поврежденные части изолятора попадают в электролит, загрязняют его и образуют осадок в ванне.

2. Известен катодный элемент для электролитического осаждения металлов - Патент РФ на полезную модель 50224, МПК7 C25C 7/02, опубл. 27.12.2005 г.) и решение электроизоляционного пояска на границе раздела фаз «электролит-воздух» и изолятор кромок матрицы из полимерного материала.

Недостатками данной модели катодного элемента являются сложность его изготовления, так как для получения замкнутого монолитного контура пояска с изолятором кромок, обязательно наличие пресс-формы под заливку, что предусматривает использование матриц только со строго стандартными размерами, под которые и проектируется данная пресс-форма.

Другим недостатком является усложненность сдирки осажденного металла, связанного с несъемным зигзагообразным пояском, расположенным на нижней кромке матрицы, который в процессе механической сдирки повреждается, чем нарушается вся конструкция монолитного контура, и матрица (катодный элемент) не может быть повторно использована.

Также надо отметить, что применяемая в этом решении защита нижней кромки катода, является не целесообразной, так как требует изменения конструкции ванн электролиза, что очень накладно.

3. Известен катодный элемент для электролитического осаждения металлов - Патент РФ на полезную модель 96373, МПК7 C25C 7/02 (2006.01) опубл. 27.07.2010 г.) решение электроизоляционного пояска на границе раздела фаз «электролит-воздух» и изолятор кромок матрицы из полимерного материала.

Недостатком данной модели является сложность, многоэтапность технологического процесса, так как для нанесения электроизоляционного пояска на границе раздела фаз «электролит-воздух» требуется сверловка большого количества сквозных отверстий на катоде, затем, помещение матрицы катодного элемента в пресс-форму для подачи под давлением, полимерного изоляционного материала, предварительный разогрев пресс-формы, а затем ее принудительное охлаждение с помощью водяного душа до определенной температуры.

В указанной технологии изготовления необходимо не только участие рабочих нескольких профессий, но и требуются затраты на электроэнергию и дополнительной оборудование, в целом, как следствие, такой катодный элемент имеет высокую себестоимость. Кроме того, за счет сделанных отверстий в изделии ослабляется его жесткость, что способствует преждевременному разрушению катодного элемента, сокращая срок службы.

Наиболее близким прототипом к заявляемой полезной модели является патент 96373 перечисленные выше недостатки которого будут устранены в предлагаемой нами модели.

Раскрытие полезной модели

Целью заявляемой полезной модели является создание полимерной защиты для катодного элемента (катодная матрица) на границе раздела фаз «электролит-воздух», увеличение срока службы катодной матрицы в ваннах электролиза, ускорение и облегчение съема осадка металлов.

Создание электроизоляционного пояска на границе раздела фаз «электролит-воздух» всегда было сложной задачей.

Такой поясок в идеале, должен быстро и легко монтироваться, плотно прилегать к матрице катода надежно защищая этот участок от осаждения металлов; в процессе электролиза сохраняться с хорошей целостностью, а после завершения электролиза, легко демонтироваться для удобства сдирки осажденного металла, не нарушать целостность катода при монтировании и, при этом, занимать как можно меньше площади освобождая максимальную рабочую поверхность для осаждения металлов; всем тем самым способствовать многократному использованию катода;

Были предприняты различные способы с использованием механических соединений изоляторов, пайки, диффузионной сварки и прочие, но они имели лишь ограниченный успех.

Мы постарались создать новую технологию изготовления полимерной защиты для катодного элемента, при общем сокращении трудоемкости работ, которая бы одновременно, предотвратила проникновение электролита под защищаемые поверхности, тем самым, обеспечила бы большой срок службы катода, препятствуя его преждевременному разрушению в процессе электролиза и во время сдирки металла.

Технический результат полезной модели достигается использованием на катоде в качестве электроизоляционного защитного пояска на границе раздела фаз «электролит-воздух» ленты двухслойной электронно-химически модифицированной и креплением на боковых кромках катода съемных планок из полимерного материала, изготовленных на экструзионной линии для производства погонажных изделий.

Краткое описание чертежей

Сущность полезной модели поясняется чертежами.

На рисунке 1 изображен общий вид катода с нанесенным полимерным поясом и полимерной защитой (фиг.1) Катод для электролитического осаждения металла состоит из катодной матрицы (1) с электроизоляционным пояском (2) на границе раздела фаз «электролит-воздух» и изолятора кромок - полимерной планки (3). Причем электроизоляционный поясок выполнен из двухслойной ленты запрессованной на катоде, а изолятор кромок матрицы выполнен разъемным из полимерного материала, профиль которого соответствующего кромкам матрицы. Катодный элемент имеет подвеску (4) и токоподводящие контакты (5). На фиг.2, в разрезе по вертикали (А), изображена матрица катода с установленным электроизоляционным пояском; На фиг.3 в разрезе по горизонтали (Б) изображена цельная полиэтиленовая планка установленной на кромках матрицы.

На рисунке 2 изображена полимерная планка в разрезе по вертикали, а на рисунке 3 полимерная планка в разрезе по горизонтали.

Процесс изготовления полимерной защиты

Полное понимание полезной модели может быть достигнуто из приведенного нижеследующего описания. Процесс изготовления полимерной защиты на матрице катода осуществляется в три этапа:

1 этап: ручная обработка щетками для придания шероховатостей (зачистка зоны катодного элемента торцевым лепестковым зачистным кругом с размером зерна Р40, закрепленным в пневмо или электроинструменте) и очистка очистителем алюминия «Космофен-60;

2 этап: нагрев зачищенной зоны катода в месте крепления ленты осуществляется газовой горелкой типа И-355.06.03 до 130 градусов. Конструкция таких горелок должна обеспечивать возможность производить нагрев поверхности не коптящим пламенем с длинной факела 350 мм. Давление газа при этом должно составлять от 0.1 до 0.15 МПа. Время нагрева не должно превышать 1 минуты, во избежание коробления катодного элемента.

3 этап: мерный отрезок двухслойной электронно-химически модифицированной ленты прикладывается клеевой стороной к нагретому катоду с отступом 40 мм от его верхнего края. Далее, катодный элемент с предварительно приклеенной на него лентой помещается на нижнюю плиту гидравлического пресса и прижимается верхней плитой усилием 7 тонн в течении 15 секунд, после чего лента окончательно приклеивается, а катодный элемент извлекается и на его боковые кромки устанавливают две цельные полиэтиленовые планки по одной на каждую сторону, пазы которых плотно облегают торцы катода на глубину 7 мм.

После завершения этого этапа технологический процесс изготовления полимерной защиты на матрице катода завершается и катодный элемент готов к применению.

В качестве материала ленты используется двухслойный изоляционный материал, изготовленная в виде рулона, состоящая из наружной электронно-химически модифицированной полиэтиленовой пленки, которая является ее основой и внутреннего адгезионного подслоя, изготовленных методом плоскощелевой экструзии и совмещенных каландровым способом.

В качестве материала для изготовления полиэтиленовых планок применяется полиэтилен высокого давления марки 10803-20 ГОСТ 16377-77. который производят методом изготовления погонажных изделий на экструзионной линии, состоящей из следующих узлов:

- экструдера с формообразующей головкой-фильерой;

- калибровочного узла совмещенного с ванной охлаждения;

- протяжного и режущего устройств;

- приемного устройства с концевым выключателем.

В загрузочное устройство экструдера, состоящего из бункера с дозатором, помещают перемешанный с красителем гранулированный полимерный материал. Далее, разогретый электронагревательным элементом в материальном цилиндре полиэтилен, с помощью вращающегося шнека, перемещается в цилиндре и выдавливается через формообразующую головку-фильеру, формируя при этом определенный профиль заготовки высотой 12 мм, шириной 10 мм и глубиной паза 7 мм, из которого в дальнейшем при помощи протяжного и калибрующего устройств получаем готовый профиль планки.

Протяжное устройство экструзионной линии с определенной скоростью подает откалиброванную планку на узел резки, где готовая планка отрезается на заданный размер 950 мм и складируется в приемном устройстве.

В результате предложенного технического решения достигается технический результат, проявляющийся по сравнению с аналогами следующими свойствами:

1. в ускорении и упрощении изготовления полимерной защиты катода;

2. в сокращении себестоимости ее изготовления;

3. в снижении трудоемкости работ при сдирке осажденного металла, так как изоляционная лента представляет собой мягкий и легко сдираемый материал и не является механическим препятствием на катоде на границе раздела фаз «электролит-воздух»;

4. в увеличении срока службы катода;

5. в увеличении на 20 см2 полезной площади катодного элемента, за счет возможности нанесения максимально узкой строго калиброванной изоляции;

Формула полезной модели

1. Полимерная защита для алюминиевого катодного элемента служащего для электролитического осаждения металлов, в виде электроизоляционного защитного пояска на границе раздела фаз «электролит-воздух» на боковых кромках которого смонтированы съемные планки из полиэтилена высокого давления;

отличающаяся, применением в качестве электроизоляционного защитного пояска мягкого легко сдираемого материала;

отличающаяся, выполнением электроизоляционного защитного пояска в виде прямоугольной ленты, двухслойной, электронно-химически модифицированной, приклеенной на катодную матрицу клеевой стороной при помощи гидравлического пресса под высоким давлением;

2. Электроизоляционный защитный поясок по пункту 1, отличающийся, увеличением на 20 см2 полезной площади катода; отличающийся, уменьшением себестоимости изготовления и увеличением срока службы катодного элемента;

Осуществление полезной модели

Данная полезная модель осуществлена, испытана и является промышленно применимой, что подтверждается следующими материалами.

1. Акт о проведении испытаний полимерной защиты на алюминиевом катоде в ваннах электролиза цинка - Прил. 3;

2. Каталожный лист продукции, Рег. 000670 - Прил.4;

3. Технические условия для алюминиевого катода - Прил.5;

Полимерная защита алюминиевого катодного элемента для электролитического осаждения металлов, содержащая электроизоляционный защитный поясок, размещенный на границе раздела фаз электролит-воздух, и съемные планки из полиэтилена высокого давления, смонтированные на боковых кромках алюминиевого катодного элемента, отличающаяся тем, что электроизоляционный защитный поясок выполнен из двухслойного изоляционного материала, содержащего основу из электронно-химически модифицированной полиэтиленовой пленки и адгезионный подслой в виде прямоугольной ленты, приклеенной на катодный элемент адгезионным подслоем при помощи гидравлического пресса под высоким давлением.