專利名稱：增進(jìn)電解中電流效率的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于增進(jìn)電解中電流效率的方法。根據(jù)該方法，首先計(jì)算出理論電解槽電壓，并與測量電壓比較。不斷地監(jiān)視電解槽電壓理論值與測量值之間的累積差異，當(dāng)該差異與電流效率成比例時(shí)，便能夠連續(xù)獲得關(guān)于處理情況的信息。電流效率的下降是電極之間發(fā)生短路的明顯標(biāo)志，且從電解電流效率方面考慮，通過根據(jù)本發(fā)明的方法有可能將短路電流排除工作集中于正確的電解槽組。
在金屬的電解處理中，所期望金屬沉積在電極，即陰極的表面上。在電解槽內(nèi)電流的幫助下執(zhí)行的處理，其中一排由導(dǎo)電金屬構(gòu)成的平板狀陽極和平板狀陰極交替地浸沒在當(dāng)前的液體，即電解液之中。在電解處理中，所期望金屬會通過如下方法沉淀在陰極上，即或者使用由與待沉淀金屬相同的金屬所構(gòu)成的可溶性陽極，或者使用不可溶性陽極。例如在銅電解精煉時(shí)使用的是可溶性陽極，在例如電解沉積(electrowinning)鎳或鋅時(shí)使用的是不可溶性陽極。
在銅電解精煉中，不純的所謂陽極銅通過電流而溶解，溶解的銅還原在陰極板上，成為非常純的、所謂的陰極銅。使用基于硫酸的硫酸銅作為電解液。在處理開始時(shí)，可以使用銅起始片(startingsheet)或者所謂的永久陰極作為陰極板，該永久陰極可以用耐酸鋼或鈦制成。使用一個(gè)或多個(gè)整流器作為電解的電流源。使用的典型電流密度為250-320A/m2，且電流為直流電(DC)。電解在分隔的電解槽內(nèi)發(fā)生，其中陽極-陰極對的數(shù)目每個(gè)設(shè)備與每個(gè)設(shè)備都不同，但典型地為30-60對。在不同設(shè)備里電解槽的數(shù)目也不同。陽極14-21天溶解，而陰極周期則為7-10天。
設(shè)備的生產(chǎn)能力取決于電流密度、電解槽的數(shù)量，并取決于時(shí)間和設(shè)備的電流效率。該效率表示設(shè)備中正在使用(通電)的電解槽暫時(shí)有多好，以及用于沉積銅的電流有多好。通過提高所施加的電流密度、建造更多的電解槽或增進(jìn)效率便能夠提高電解設(shè)備(electrolyticplant)的能力。
在考察銅電解處理的能力和經(jīng)濟(jì)效率時(shí)，電流效率是基本的參數(shù)。該術(shù)語表明了施加用于在陰極上沉積銅的電流與理論計(jì)算出的在該電流下沉積的最大量相比較的比例。在實(shí)踐中，陽極與陰極之間發(fā)生的短路會極大地降低電流效率。在短路中，電流直接從一個(gè)電極流動到另一個(gè)電極而不會從電解液中沉積銅。這樣，電流便會流走而浪費(fèi)掉了。
在先前技術(shù)中，美國專利4,038,162說明了一種用于阻止和消除短路，借此提高電流效率的方法。該方法以例如在磁場的幫助下測量整體電流為基礎(chǔ)，之后將自動陰極替代裝置引導(dǎo)到某個(gè)位置，在該處該設(shè)備用新的陰極替代短路陰極。
電解處理中有多種不同的因素會影響短路的發(fā)生，例如電流分布、電解液中的雜質(zhì)和陽極性能。在處理中出現(xiàn)的擾動能夠通過短路的上升而容易地看出來。日常電解處理中的短路數(shù)目可以認(rèn)為是處理情況的良好指示。目前都是手動地觀察和消除短路，這在實(shí)踐中意味著每天要做大量的工作。
根據(jù)本發(fā)明，開發(fā)出了增進(jìn)電流效率的連續(xù)方法，借此連續(xù)地測量電解槽組的電解槽電壓，并將電解槽電壓與計(jì)算出的電解槽電壓相比較，且使電壓的累積差異與電流效率成比例，從而將短路排除工作集中于具有最低電流效率的電解槽組上。從而本發(fā)明以電解處理中不同測量數(shù)據(jù)的信息以及該信息的使用為基礎(chǔ)。執(zhí)行本發(fā)明不再需要手動檢查每個(gè)隔離的電解槽組，而是能夠?qū)⒐ぷ骷杏诟游ｋU(xiǎn)的電解槽組上，從而能夠提高整個(gè)電解設(shè)備的電流效率。本發(fā)明的基本特點(diǎn)見附加權(quán)利要求書。
在所開發(fā)的方法中，首先以處理的測量和變量為基礎(chǔ)計(jì)算出理論電解槽電壓。所使用的處理測量是溫度和電解液的成分以及所使用的電流。變量是電極之間的間隔和電解槽電壓測量點(diǎn)之間的電解槽數(shù)目。當(dāng)理論電解槽電壓與測量電壓相比較時(shí)，有可能獲得電解槽組短路情況的信息。在實(shí)踐中，值得測量每半組(half group)的電解時(shí)電解槽電壓，同由于陽極通常以半組來改變，而電解槽電壓也相應(yīng)地改變。下文中，“電解槽組”也表示各個(gè)半組或其他實(shí)體，其中陽極同時(shí)加以改變。電解槽電壓測量值與理論值之間的差異越大，組中短路的數(shù)目越高。從而有可能獲得關(guān)于電解槽組情況的有價(jià)值附加信息，用于控制處理和用于控制短路排除工作。當(dāng)工作集中于危險(xiǎn)電解槽組時(shí)，由于無需挨個(gè)檢查運(yùn)行良好的電解槽組，所以不會產(chǎn)生任何破壞。短路情況的大概情況也比以前要更清楚。
處于預(yù)報(bào)電流效率的目的，可以使用一種模型，其由多個(gè)陰極周期(cathode cycle)系列構(gòu)成。由測量系列，對每個(gè)陰極周期，理論的和測量的電解槽電壓累積差異被計(jì)算，其與所獲得的電流效率成比例。所執(zhí)行的檢測結(jié)果顯示出，累積差異與所獲得的電流效率之間的依賴性非常成線性。據(jù)觀察，在實(shí)踐中該方法預(yù)測待獲得電流效率的精度為±1％。
因此在實(shí)踐中，電解槽組中的電解槽電壓以在線形式，換言之連續(xù)地加以測量。由電解槽電壓理論值與計(jì)算值之間的差異，有可能推導(dǎo)出所研究組或半組的電流效率。首先攻克具有最低電流效率的電解槽組的短路。因此有可能避免擾動運(yùn)行良好的組，而是僅集中于需要立即關(guān)注的組。與傳統(tǒng)手工操作相比，通過本方法有可能增進(jìn)整個(gè)電解設(shè)備的電流效率。此外能夠節(jié)約勞動力成本。
權(quán)利要求
1.一種用于增進(jìn)電解中電流效率的方法，其特征在于，在電解處理中測得的變量的輔助下，使計(jì)算出的電解槽的理論電解槽電壓連續(xù)地與測得的實(shí)時(shí)電解槽電壓相比較，并且電壓的累積差異與電流效率成比例，從而將短路排除工作集中于具有最低電流效率的電解槽組。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，電解液的溫度和組成、電極之間的間隔、電解槽的數(shù)目和電流是用于理論電解槽電壓的計(jì)算所使用的變量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，理論電解槽電壓與測得的電解槽電壓的累積差值與所獲得的電流效率之間具有線性聯(lián)系。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于增進(jìn)電解中電流效率的方法。根據(jù)本方法，首先計(jì)算出理論電解槽電壓，并與測量電壓相比較。不斷地監(jiān)視電解槽電壓理論值與測量值之間的累積差異，當(dāng)該差異與電流效率成比例時(shí)，便能夠不斷地獲得處理狀況的信息。電流效率的下降是電極之間短路的明顯指標(biāo)，所以從電解電流效率的角度看，通過根據(jù)本發(fā)明的方法，有可能將短路消除工作集中在正確的電解槽組上。
文檔編號C25C7/06GK1516753SQ02812221
公開日2004年7月28日 申請日期2002年6月14日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月25日
發(fā)明者阿里·蘭塔拉, 亨利·維坦恩, 維坦恩, 阿里 蘭塔拉 申請人:奧托庫姆普聯(lián)合股份公司