Kathodenblech

Abstract

 Die Erfindung betrifft ein Kathodenblech 1a als Bestandteil einer Kathodenanordnung für ein Elektrolysebecken zur elektrolytischen Gewinnung von Reinmetallen, insbesondere Kupfer. Das Kathodenblech 1a ist an seinen mit dem Elektrolyten in Kontakt gelangenden, im Elektrolysebecken vertikal ausgerichteten Seitenrändern 2a mit einem Kantenschutz 3 versehen, der aus einem keramischen Werkstoff besteht. Der Kantenschutz 3 ist elektrisch isolierend, porendicht und elektrolytbeständig. Scharfkantige Durchbrüche 5 und die äußeren Kathodenschnittkanten 4 sind vollständig mit dem Kantenschutz 3 beschichtet. Auf diese Weise werden Feldlinienkonzentrationen an diesen Stellen unterbunden.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Kathodenblech gemäß den Merkmalen der Oberbegriffe von Patentanspruch 1, 7 oder 11.

[0002] Bei der Raffination von Rohmetallen mit Hilfe der Elektrolyse zur Gewinnung von Reinmetallen wird das Metall in einem Elektrolysebecken aus der unreinen Anode herausgelöst und an der Kathode in reiner Form abgeschieden. Die Verunreinigungen bleiben im Elektrolyten gelöst oder bilden den Anodenschlamm.

[0003] Unterschiedliche Konstruktionen von Elektrolyse-Kathoden zählen zum Stand der Technik. Diese unterscheiden sich im wesentlichen in der Auswahl der Werkstoffe bzw. der Werkstoffkombinationen von Tragschiene und Kathodenblech im Hinblick auf eine gute elektrische Leitfähigkeit zur Minimierung der Energieverluste, der mechanischen Stabilität und der Korrosionsbeständigkeit.

[0004] Um ein Zusammenwachsen der auf beiden Seiten des Kathodenblechs abgeschiedenen Metallschichten über die Seitenränder hinaus zu verhindern, werden die im Elektrolysebecken vertikal ausgerichteten Seitenränder mit einer elektrisch isolierenden Abschirmung als Kantenschutz versehen.

[0005] Bekannt ist in diesem Zusammenhang, die Seitenränder mit Wachs zu beschichten. Nachteilig hieran ist jedoch zunächst, daß eine große Menge an Wachs erforderlich ist. Weiterhin kann es, wenn das Wachs mit verunreinigenden Partikeln durchsetzt ist, doch zu einer Brückenbildung mit dem Elektrolyten und damit zum unkontrollierten Wachstum von Metallknospen kommen, wodurch die Abscheideleistung sinkt und der Betriebsablauf gestört wird. Kathodenbleche werden daher turnusmäßig gewar tet und die Metallausblühungen entfernt. Hierzu ist jedes Mal eine Betriebsunterbrechung notwendig.

[0006] Bekannt ist es auch, die Seitenränder der Kathodenbleche mit einem Kantenschutz aus Kunststoff zu versehen.

[0007] Bei dem aus der US-A-5,314,600 bekannten Kathodenblech besteht der Kantenschutz aus Kunststoffschienen, welche die vertikalen Seitenränder des Kathodenblechs klammerartig einfassen. An den Seitenrändern des Kathodenblechs sind Bohrungen vorgesehen, in die Haltenocken eingebracht sind, über welche die Fixierung der Kunststoffschienen erfolgt.

[0008] Der Kantenschutz steht mit dem Kathodenblech in einem losen Verbund mit großem Spiel. Nachteilig hieran ist, daß Elektrolyt in den Kantenschutz eindringen kann. An den Bohrungsrändern im Kathodenblech und an den innen liegenden Blechschnittkanten können dann örtlich hohe Felddichten auftreten mit der Folge, daß bevorzugt an diesen Stellen ein unkontrollierter Metallaufwuchs erfolgt. Nach längerem Einsatz des Kathodenblechs im Elektrolyten kann dann der Kunststoffschutz auseinander gedrückt und beschädigt werden. Hieraus resultieren aufwendige Reparaturarbeiten oder gegebenenfalls eine komplette Erneuerung des Kantenschutzes.

[0009] Auch die US-A-5,919,343 offenbart eine Kunststoffrandleiste als Kantenschutz. Diese wird mit Hilfe von Plastikstiften schmelzschweißtechnisch mit dem Kathodenblech verbunden. Gleichwohl können bei Nichtbeachtung bestimmter konstruktiver Voraussetzungen der zu verbindenden Teile, bei Nichtbeachtung bestimmter Schweißparameter sowie Fehler in der Vormontage nicht miteinander verschmolzene fehlerhafte Verbindungsbereiche entstehen. Diese erlauben einen Elektrolytdurchgang und führen zur unkontrollierten Knospenbildung am äußeren Rand. Auch ist das Problem der örtlichen Feldlinienkonzentration an scharfkantigen Bohrungen im Kathodenblech mit ihren negativen Auswirkungen nicht behoben.

[0010] Ein Kathodenblech mit einem elektrisch isolierenden Kantenschutz aus einem elektrolytbeständigen Kunststoff offenbart ferner die US-A-6,017,429. Das Kantenprofil ist chemisch, vorzugsweise klebe- oder vulkanisationstechnisch mit dem Kathodenblech verbunden.

[0011] Auch bei dieser Ausführungsform ist ein inniger Verbund zwischen Kathodenblech und Kantenprofil nicht absolut sichergestellt, so daß es zum Unterwandern des Kantenprofils durch den Elektrolyten kommen kann.

[0012] Der Erfindung liegt ausgehend vom Stand der Technik die Aufgabe zugrunde, ein für den betrieblichen Einsatz verbessertes Kathodenblech zu schaffen, bei dem ein unkontrollierter Metallwuchs an den Seitenrändern vermieden wird, wodurch einerseits Betriebsunterbrechungen und Wartungsarbeiten reduziert und andererseits die Abscheideleistung gesteigert werden können.

[0013] Die Lösung dieser Aufgabe besteht nach der Erfindung in einem Kathodenblech gemäß Patentanspruch 1, dessen vertikal ausgerichtete Seitenränder einen Kantenschutz aus einem keramischen Werkstoff aufweisen. Auch der untere Seitenrand des Kathodenblechs kann mit einem Kantenschutz versehen sein.

[0014] Vorzugsweise besteht der Kantenschutz aus einem oxidkeramischen Werkstoff wie Aluminium-, Zirkon- oder Magnesiumoxid. Der Werkstoff besitzt eine hohe Härte, Festigkeit und Isolierfähigkeit. Zudem weist insbesondere Aluminiumoxid eine sehr gute chemische Beständigkeit auf.

[0015] Der Kantenschutz kann in flüssiger oder pulverförmiger Form auf die Seitenränder aufgetragen sein. Nach der Aushärtung ist eine stabile Haftung gegeben. Auch eine Beschichtung der Seitenränder mit einem keramischen Werkstoff aus einem gas- oder dampfförmigen Zustand ist möglich. Für die Praxis bietet sich ein sintertechnischer Auftrag des Kantenschutzes an. Auch Tauchemaillieren, eine Laserbeschichtung oder eine Pulverbeschichtung können je nach Werkstoff zur Anwendung gelangen.

[0016] Der Kantenschutz ist elektrisch isolierend, porendicht und elektrolytbeständig. Der Kantenschutz weist eine absolut fluiddichte innige Verbindung mit dem Kathodenblech auf. Feldlinienkonzentrationen an frei liegenden Metallkanten können zuverlässig vermieden werden. Metallausblühungen werden so unterbunden. Ein Be- und Entwachsen der Kantenbereiche ist nicht erforderlich.

[0017] Vorzugsweise ist der Kantenschutz mehrschichtig - zumindest zweischichtig - aufgebaut, wie dies Anspruch 2 vorsieht, Durch Mehrfachschichten können weitere Eigenschaftsvorteile erreicht werden, insbesondere eine Erhöhung der Diffusionsdichtheit und eine Erhöhung der Haftfestigkeit des Kantenschutzes mit dem Kathodenblech.

[0018] Nach den Merkmalen des Anspruchs 3 besteht der Kantenschutz aus einer Haftschicht und einer Deckschicht. Hierbei wird eine erste Schicht als Haftvermittler und Dehnungsausgleichsschicht in Form einer Einzel- oder Layerschicht aufgebracht, über der eine Deckschicht vorgesehen ist. Die Deckschicht kann als Mono- oder Multilayerschicht ausgebildet sein. Wesentlich ist, daß alle scharfkantigen Durchbrüche und die äußeren Kathodenschnittkanten vollständig mit dem elektrisch isolierenden keramischen Kantenschutz beschichtet sind. Feldlinienkonzentrationen an diesen Stellen werden unterbunden.

[0019] Nicht zwingend, aber zweckmäßig können im Bereich der Seitenränder des Kathodenblechs Widerlager für das Kantenprofil vorgesehen sein, wie dies Anspruch 4 vorsieht. Die Widerlager sind vorzugsweise in Form von Bohrungen bzw. Durchbrechungen im Kathodenblech gegeben.

[0020] Nach den Merkmalen des Anspruchs 5 kann der Kantenschutz eine Ummantelung aus Kunststoff aufweisen. Diese Maßnahme führt zu einer weiteren Erhöhung der elektrischen Isolationseigenschaften, der Porendichtheit und der Elektrolytbeständigkeit. Zudem gewährleistet die Kunststoffummantelung einen Stoßschutz, der sich vorteilhaft beim Handling der Kathodenbleche auswirkt.

[0021] Die Kunststoffummantelung kann auf den keramischen Kantenschutz aufgeklebt oder vulkanisations- oder schmelzschweißtechnisch festgelegt sein. Neben dem reinen Kraftschluß ist die Ummantelung zweckmäßigerweise formschlüssig mit dem Kantenschutz verbunden (Anspruch 6). Dies geschieht vorzugsweise, indem die Ummantelung ebenfalls in die Widerlager an den Seitenrändern des Kathodenblechs eingreift.

[0022] Eine zweite Lösung der Aufgabe besteht gemäß den Merkmalen von Patentanspruch 7 in einem Kathodenblech mit einem Kantenschutz an den Seitenrändern, welcher aus einem polymeren Werkstoff besteht. Vorzugsweise handelt es sich hierbei um ein polymeres Mehrschichtsystem (Patentanspruch 8).

[0023] Bei einem polymeren Mehrschichtsystem sind zumindest eine Haftschicht auf dem Kathodenblech aus einem Polymerwerkstoff und eine Deckschicht vorgesehen. Vorzugsweise sind zur Erhöhung der Haftung durch physikalisch-chemische Wechselwirkung in die Haftschicht Metallkomponenten eingebettet (Patentanspruch 9).

[0024] Die Haftschicht haftet durch eine direkte Wechselwirkung zwischen den Metallkomponenten in der Haftschicht, einzelner Elemente in der Polymerkette und der Edelstahloberfläche des Kathodenblechs.

[0025] Das Mehrschichtsystem kann ferner aus mindestens zwei Schichten von unterschiedlichen polymeren Werkstoffen aufgebaut sein.

[0026] Für die Praxis wird insbesondere der Einsatz von gummielastischen Polymerwerkstoffen als besonders vorteilhaft angesehen. Diese sind resistent gegen die beim Abstrippen des gewonnenen Reinkupfers auftretenden mechanischen Einwirkungen.

[0027] Gemäß den Merkmalen von Patentanspruch 10 ist der Kantenschutz zwischen 0,1 mm und 0,8 mm dick. Insbesondere eine Dicke von 0,3 mm bis 0,5 mm wird als vorteilhaft angesehen. In dieser Stärke wird die elektrische Isolation, die Porendichtheit und die Elektrolytbeständigkeit zuverlässig sichergestellt. Darüber hinaus ist der Kantenschutz flexibel genug, um auch Durchbiegungen oder mechanische Erschütterungen beim Abstrippen des gewonnenen Reinkupfers auszuhalten.

[0028] Eine dritte Lösung der Aufgabe besteht gemäß den Merkmalen von Patentanspruch 11 in einem Kathodenblech mit einem Kantenschutz an den Seitenrändern, welcher mehrschichtig aufgebaut ist und wobei zumindest eine Schicht aus einem keramischen Werkstoff besteht, auf der sich zumindest eine weitere Schicht aus einem polymeren Werkstoff befindet.

[0029] Insbesondere der Einsatz von gummielastischen Polymerwerkstoffen als Deckschicht vermeidet in vorteilhafter Weise die beim Abstrippen auftretenden mechanischen Einwirkungen auf die aus einem keramischen Werkstoff bestehende Basisschicht.

[0030] Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Es zeigen:

Figur 1

einen horizontalen Querschnitt durch den Seitenrand eines erfindungsgemäßen Kathodenblechs;

Figur 2

eine zweite Ausführungsform eines Kathodenblechs im horizontalen Schnitt durch den Seitenrand;

Figur 3

die Darstellung eines horizontalen Schnitts durch den Seitenrand einer dritten Ausführungsform;

Figur 4

eine vierte Ausführungsform eines Kathodenblechs im horizontalen Schnitt durch den Seitenrand.

[0031] In den Figuren 1 bis 3 sind mit 1a, 1b und 1c drei Kathodenbleche bezeichnet, von denen nur ein Schnitt durch einen Seitenrand 2a, 2b, 2c dargestellt ist. Die Kathodenbleche 1a, 1b, 1c besitzen üblicherweise eine rechteckige Querschnittskonfiguration. Meist bestehen sie aus korrosionsbeständigem Edelstahl. An einer Tragschiene aus Kupfer hängend werden die Kathodenbleche 1a, 1b, 1c zur Raffination von Rohkupfer in ein hier nicht dargestelltes Elektrolysebecken eingehängt, wobei die Enden der Tragschiene an parallel zum Elektrolysebecken verlaufenden Stromschienen unter Herstellung eines elektrischen Kontakts zur Anlage gelangen.

[0032] Das Kathodenblech 1a weist an seinem Seitenrand 2a einen Kantenschutz 3 aus einem keramischen Werkstoff auf. Der Kantenschutz 3 ist als Monoschicht vollflächig fest anhaftend und porendicht auf den Seitenrand 2a aufgetragen. Er deckt die äußere Kathodenschnittkante 4 vollflächig ab und kleidet die Wand eines Durchbruchs 5 im Kathodenblech 1a vollständig aus. Man erkennt, daß die Übergänge 6, 7 an der Kathodenschnittkante 4 und am Durchbruch 5 gerundet sind. Hierdurch können örtliche Feldlinienkonzentrationen in diesen Bereichen vermieden bzw. stark unterdrückt werden. Unkontrollierter Metallauswuchs wird unterbunden.

[0033] Die aus der Figur 2 ersichtliche Ausführungsform besitzt einen zweischichtig aufgebauten keramischen Kantenschutz 8. Er besteht aus einer Haftschicht 9 und aus einer Deckschicht 10. Die Haftschicht 9 fungiert als Haftvermittler und Dehnungsausgleicher zur Kompensation von durch Temperaturschwankungen auftretenden Längenänderungen. Auf die Haftschicht 9 ist eine Deckschicht 10 aufgebracht. Alle scharfkantigen Durchbrüche 11 und die äußeren Kathodenschnittkanten 12 sind vollständig mit dem elektrisch isolierenden keramischen Kantenschutz 8 beschichtet mit gerundeten Übergängen 13.

[0034] Auch bei dem aus der Figur 3 ersichtlichen Kathodenblech 1c ist der Kantenschutz 14 zweischichtig aufgebaut aus einer Haftschicht 15 und einer keramischen Deckschicht 16. Der Kantenschutz 14 weist eine Ummantelung 17 aus einem elektrolytbeständigen Kunststoff auf. Die Ummantelung 17 bettet den Kantenschutz 14 vollständig ein und ist kraft- und formschlüssig mit diesem verbunden. Hierzu sind die als Widerlager fungierenden Durchbrüche 18 im Kathodenblech 1c vollständig mit Kunststoff ausgefüllt. Auch die äußere Kathodenschnittkante 19 ist in der Ummantelung eingebettet.

[0035] Neben einer Erhöhung der elektrischen Isolationseigenschaften gewährleistet die Ummantelung 17 einen Stoßschutz für den keramischen Kantenschutz 14. Dies ist insbesondere beim Handling des Kathodenblechs 1c außerhalb des Elektrolysebeckens vorteilhaft.

[0036] Die Figur 4 zeigt ein Kathodenblech 20, welches vom grundsätzlichen Aufbau den Kathodenblechen 1a, 1b, 1c entspricht. Dargestellt ist ein Seitenrand 21 mit einem Kantenschutz 22 aus einem polymeren Mehrschichtsystem 23. Das polymere Mehrschichtsystem 23 besteht aus einer Haftschicht 24 mit eingebetteten Metallkomponenten 25 und einer Schutzschicht 26 aus einem Polymerwerkstoff. Die Haftschicht 24 haftet durch eine direkte physikalisch-chemische Wechselwirkung der Metallkomponenten 25 und der Oberfläche des Kathodenblechs 25 aus Edelstahl. Die Verbindung erzeugt gegenüber bekannter Kantenschutzsystemen wesentlich höhere und verbesserte Bindekräfte.

[0037] Bevorzugt weist der Kantenschutz 3, 8, 14, 22 aller zuvor beschriebenen Ausführungsformen eine mittlere Dicke zwischen 0,1 mm und 0,8 mm, insbesondere zwischen 0,3 mm und 0,5 mm auf.

Bezugszeichenaufstellung

[0038] 

1a -

Kathodenblech

1b -

Kathodenblech

1c -

Kathodenblech

2a -

Seitenrand

2b -

Seitenrand

2c -

Seitenrand

3 -

Kantenschutz

4 -

Kathodenschnittkante

5 -

Durchbruch

6 -

Übergang

7 -

Übergang

8 -

Kantenschutz

9 -

Haftschicht

10 -

Deckschicht

11 -

Durchbruch

12 -

Kathodenschnittkante

13 -

Übergang

14 -

Kathodenschutz

15 -

Haftschicht

16 -

Deckschicht

17 -

Ummantelung

18 -

Durchbruch

19 -

Kathodenschnittkante

20 -

Kathodenblech

21 -

Seitenrand

22 -

Kantenschutz

23 -

polymeres Mehrschichtsystem

24 -

Haftschicht

25 -

Metallkomponenten

26 -

Schutzschicht

Ansprüche

1. Kathodenblech als Bestandteil einer Kathodenanordnung für ein Elektrolysebecken zur elektrolytischen Gewinnung von Reinmetallen, insbesondere Kupfer, das zumindest an seinen mit dem Elektrolyten in Kontakt gelangenden, im Elektrolysebecken vertikal ausgerichteten Seitenrändern (2a, 2b, 2c) mit einem Kantenschutz (3, 8, 14) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kantenschutz (3, 8, 14) aus einem keramischen Werkstoff besteht.

2. Kathodenblech nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kantenschutz (8, 14) mehrschichtig aufgebaut ist.

3. Kathodenblech nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kantenschutz (8, 14) aus einer Haftschicht (9, 15) und einer Deckschicht (10, 16) besteht.

4. Kathodenblech nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Seitenränder (2a, 2b, 2c) Widerlager (5, 11, 18) für den Kantenschutz (3, 8, 14) vorgesehen sind.

5. Kathodenblech nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kantenschutz (14) eine Ummantelung (17) aus Kunststoff aufweist.

6. Kathodenblech nach Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ummantelung (17) kraft- und/oder formschlüssig mit dem Kantenschutz (14) verbunden ist.

7. Kathodenblech als Bestandteil einer Kathodenanordnung für ein Elektrolysebecken zur elektrolytischen Gewinnung von Reinmetallen, insbesondere Kupfer, das zumindest an seinen mit dem Elektrolyten in Kontakt gelangenden, im Elektrolysebecken vertikal ausgerichteten Seitenrändern (21) mit einem Kantenschutz (22) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kantenschutz (22) aus einem polymeren Werkstoff besteht.

8. Kathodenblech nach Patentanspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kantenschutz (22) mehrschichtig aufgebaut ist.

9. Kathodenblech nach Patentanspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß in die Haftschicht Metallkomponenten (25) eingebettet sind.

10. Kathodenblech nach einem der Patentansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Kantenschutz (3, 8, 14; 22) eine Dicke zwischen 0,1 mm und 0,8 mm, insbesondere zwischen 0,3 mm und 0,5 mm, aufweist.

11. Kathodenblech als Bestandteil einer Kathodenanordnung für ein Elektrolysebecken zur elektrolytischen Gewinnung von Reinmetallen, insbesondere Kupfer, das zumindest an seinen mit dem Elektrolyten in Kontakt gelangenden, im Elektrolysebecken vertikal ausgerichteten Seitenrändern mit einem Kantenschutz versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kantenschutz (8, 14) mehrschichtig aufgebaut ist, wobei zumindest eine Schicht aus einem keramischen Werkstoff besteht, auf der sich zumindest eine weitere Schicht aus einem polymeren Werkstoff befindet.

Zeichnung