DE3003927C2 - Kathode für die elektrolytische Raffination von Kupfer - Google Patents

Description

0,03% Kohlenstoff,

12% Nickel,

17% Chrom und

2.24% Molybdän

(Angaben in Gewichtsanteilen) besteht.

4. Kathode nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchgangslöcher

(20) in der Ausgangsplatte (14) wesentlich größere Durchmesser haben als die Stifte (19) und daß der so gebildete Zwischenraum mit einem plastischen oder elastischen Material gefüllt ist.

5. Kathode nach einem der Ansprüche 1 bis 4. dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt zwischen der Ausgangsplatte (14) und den übergreifenden Teilen

(21) der Kunststoff-Leisten (18) mit einem Dichtungsstreifen (23), insbesondere aus Wachs, abgedichtet ist.

6. Kathode nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffstifte (19) aus einem polymerisierten Gemisch von Acrylnitril-Butadien-Styren (ABS) und Polycarbonat gebildetsind.

7. Kathode nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die untere Kante der Ausgangsplatte (14) mit einem isolierenden, etwa 10 mm breiten Tauchüberzug, insbesondere Wachs, versehen ist. der einen hohen Schmelzpunkt aufweist.

Die Erfindung geht aus von einer Kathode für die elektrolytische Raffination von Kupfer mit einer ebenen Ausgangsplatte aus nichtrostendem Stahl, die an ihrer oberen Kante an einer mit ihren Endbereichen auf Auflager und elektrische Kontakte auflegbaren Hängeschiene befestigt ist und deren rechtwinklig zur Hängeschiene verlaufenden Kanten von isolierenden Kunststoff—Leisten abgedeckt sind, die mit einem Längsschlitz versehen sind. Kathoden dieser Art sind aus der US-PS 38 30 710 bekannt.

Diese bekannten wiederverwendbaren Kathoden mit einer Kantenisolierung aus Polypropylen-Leistv η werden bisher nur als sogenannte Mutterplatten, das sind Kathodenplatten, die zur Herstellung von Ausgangsplatten aus Eiektrolyt-Kupfer bestimmt sind, verwendet. Mit derartigen Mutterplatten aus rostfreiem Stahl wurden umfangreiche Untersuchungen durchgeführt, die jedoch zu keinem befriedigenden Ergebnis führten. Die Mutterplatten aus rostfreiem Stahl lieferten nur unbeständige Ergebnisse, insbesondere traten trotz der isolierenden Kunststoff-Leisten an den Seitenkanten der Stahlplatte Schwierigkeiten beim Abziehen der Elektrolyt-Kupferschicht auf, die auf unterschiedliche Adhäsion der Kupferniederschläge zurückgeführt wurden.
Weil die üblicherweise aus Kupfer bestehende Hängeschiene über Bolzen oder Schrauben mit der Ausgangsplatte aus rostfreiem Stahl verbunden ist, ist der Stromfluß von der Hängeschiene zur Ausgangsplatte behindert und der Wirkungsgrad derartiger Kathoden ungenügend.

Aus der US-PS 38 30 710 sind auch Kathoden bekannt, bei denen die Ausgangsplatte an die Hängeschiene angeschweißt ist. Da nach der US-PS 38 30 710 die Ausgangsplatte auch aus gewalztem Kupfer bestehen kann, kann diese auch an eine Hängeschiene aus Kupfer angeschweißt werden.

Aus der US-PS 39 28 152 sind Kathoden mit einer ebenen Ausgangsplatte aus rostfreiem Stahl bekannt, die über einstückig mit der Ausgangsplatte verbundene Ösen an einer Hängeschiene aus Kupfer befestigt ist.

Gemäß der US-PS 38 30 710 können zur Verbesserung der Abziehbarkeit der Kupferniederschläge von der Mutterplatte die Ausgangsplattcn aus Titan bestehen. Dieses Metall bildet einen Oxid-Film, der geeignet ist, die Schwierigkeiten einer zu geringen oder zu gro-Ben Adhäsion des Kupferniederschlages zu beseitigen. Die Beständigkeit von Titan gegen Korrosion ist sehr gut. Die fortschrittlichste Ausführung einer derartigen wiederverwendbaren Ausgangsplatte aus Titan hat einen komplizierten Aufbau. Sie besteht aus einer zusammengesetzten Hängeschiene, die im wesentlichen kupfer enthält und in der sich ein Anteil Titan befindet. An dieser Schiene ist die Ausgangsplatte aus Titan angeschweißt. In einer Ausführung ist die Hängeschiene ein Kupferstab, der von einer Titan-Hülle umgeben ist. Der obere Randbereich der Ausgangsplatte ist S-förmig gekrümmt, so daß dieser Bereich unmittelbar auf eine Seite der Titan-Hülle der Hängeschiene geschweißt werden kann. In einer arideren Ausführung ist die Hängeschiene ein Kupferstab mit einem längsverlaufenden Kern aus Titan. Die Ausgangsplatte ist mit dem Kern über kurze Stege aus Titan verschweißt. Diese Stege erstrecken sich durch Löcher im Kupfer. Jeder Steg ist an seinem einen Ende mit dem Kern und an seinem anderen Ende mit der Ausgangsplatte verschweißt.

b5 Titan-Ausgangsplatten dieser Art sind aus der GB-PS 14 15 793 bekannt. Titan hat den Nachteil, daß es teuer ist und nur ml; Schwierigkeiten in die für die Verwendung geeignete Form gebracht werden kann.

Für die elektrolytische Kupferraffination werden seit ahrzehnten meist Kathoden verwendet, deren Aus- »angsplatte aus Elektrolyt-Kupfer besteht und mittels <.upferschlaufen an Hängeschienen aus Kupfer aufgelängt ist. Trotz ihrer allgemeinen Verwendung in der Kupferindustrie haben diese Kathoden unter anderem iie folgenden Nachteile:

(a) Die Ausgangsplatten aus Kupfer können nicht wiederverwenrfct werden. Das übliche und wirtschaftlichste Verfahren ist das Einschmelzen der Kupfer-Ausgangsplatte mit dem auf ihr niedergeschlagenen Kupfer. Ein Teil des Schmelzproduktes kann benutzt werden, um neue Ausgangsplatten herzustellen. Die Erfahrung zeigt jedoch, daß es wirtschaftlicher ist, Kupfer-Ausgangsplatten elektrolytisch herzustellen. Der Arbeitsaufwand für diese Kathoden ist sehr hoch, weil die Ausgangsplatten von Mutterplatten abgenommen und so bearbeitet werden, daß sie eben sind. Ferner werden Schlaufen angefertigt und an die Platten angebracht. Schließlich müssen die mit Schlaufen versehenen Ausgangsplatten an Hängeschienen aufgehängt werden.

(b) Die Ausgangsplatten aus Kupfer können nicht völlig eben gehalten werden. Selbst wenn sie anfangs im wesentlichen eben sind, kommt es häufig vor, daß sie sich während des Gebrauchs verwerfen und krümmen, so daß Kurzschlüsse zwischen Kathode und Anode auftreten können. Selbst wenn die Krümmung nicht zu Kurzschlüssen führt, bewirkt doch jede Abweichung der Parallelstellung von Kathode und Anode einen ungleichmäßigen Kupferniederschlag, wobei ein Überschuß an Vorsprüngen oder Kurzschlußpfaden angelagert wird, so daß ein Kurzschluß in derartigen Punkten beschleunigt wird. Kurzschlüsse erfordern den Einsatz einer Arbeitsgruppe, welche die Aufgabe hat. die Anlage für die elektrolytische Metallgewinnung zu überwachen und Kurzschlüsse zu beseitigen.

(c) Die Schiaufen, mit denen die Ausgangsplatte an der Hängeschiene aufgehängt ist, geben häufig nur einen Linien- oder gar nur einen Punktkontakt mit den Hängeschienen. Hierdurch wird der Widerstand erhöht und demzufolge steigen die Energiekosten.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile der bekannten Kathoden für die elektrolytische Kupferraffination zu vermeiden und eine Kathode zu schaffen, die insbesondere einfach uncr kostengünstig zu fertigen ist, die unbegrenzt wiederverwendet werden kann, die eben bleibt, die einen unbehinderten Stromverlauf zwischen der Stromanschlußschiene und der Hängeschiene sowie zwischen der Hängeschiene und der Ausgangsplatte gewährleistet, die eine dauerhafte Oxidschicht aufweist, welche als wirkungsvolle Trennschicht das Entfernen des auf der Ausgangsplatte niedergeschlagenen Kupfers vereinfacht und dennoch genügend Adhäsion aufweist, um das niedergeschlagene Kupfer während seines Aufbaus zu halten, und die in ihrer Herstellung und ihrem Gebrauch sich insbesondere für maschinelle Handhabung eignet.

Ausgehend von einer Kathode der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen λ bis 7.

Die Kathode nach der Erfindung hat den Vorteil, daß in Verbindung mit präzise dimensionierten Anoden geringere Elektrodenabstände möglich sind und trotz der geringeren Abstände Kurzschlüsse weitestgehend vermieden werden.

Die aus nichtrostendem Stahl bestehende Hängeschiene und die daran angeschweißte Stahlplatte sind völlig gerade, sind unempfindlich gegen mechanische Beanspruchung und neigen nicht zu Verwerfungen. Aus

ίο diesem Grunde können die Elektroden erheblich näher zusammengerückt werden als die bekannten. Dies hat zur Folge, daß die Behälterkapazität durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Kathode erheblich vergrößert und gleichzeitig der Wirkungsgrad des Stromes deutlich gesteigert sind, zumal über den Kupferüberzug der Hängeschiene und des oberen Bereiches der Ausgangsplatte ein guter elektrischer Kontakt mit der Stromzuführung hergestellt ist.

Die durch einen geringeren Elektrodenabstand mögliehe, intensivere Arbeitsweise und die höhere Stromdichte, mit der das Raffinationsverfahren wegen der Elimination der Kurzschlüsse ablaufen kann, führt dazu, daß der gesamte Raffinationsbetrieb bei vorgegebenem Ausstoß in einem wesentlich kleineren Gebäude untergebracht werden kann, so daß in beträchtlichem Maße Geld gespart wird, das sonst im Gebäude investiert werden mübte.

Ferner wird durch Verwendung der erfindungsgemäßen Kathoden auch die Qualität des Kupfers erheblich verbessert. Metallische Verunreinigungen werden reduziert, da durch die größere Geradheit und Ebenheit sowie auch höhere Steifigkeit der Kathodenplatte die Zahl der Kurzschlüsse entsprechend geringer ist.

Durch die erfindungsgemäßen Kathoden entfallen die Mutterplatten und die durch sie notwendigen speziellen, großflächigen Anoden. Insbesondere entfällt die Notwendigkeit, mehrere »Abzüge« von einer Anodenfüllung zu machen. Insgesamt wird hierdurch die Menge des »Arbeits-Kupfers«, das heißt des nur für den Betrieb erforderlichen Kupfers, in jedem Prozeßschritt verringert. Diese Einsparung kann in der Größe von 20% liefen, was eine erhebliche Reduzierung des Kapitalaufwandes für im Prozeß benötigtes Kupfer bedeutet.
Die zuverlässige Kantenisolierung der Ausgangsplatte ermöglicht langer dauernde Absetzzeiten (eine Woche oder mehr anstelle von nur 24 Stunden) sewie ein maschinelles; Abstreifen des Elektrolyt-Kupfers.

In der folgenden Beschreibung wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeich- nungen näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen in
Fig. 1 eine perspektivische Darstellung,
F i g. 2 eine Steitenansicht und
F i g. 3 eine Stirnansicht einer Kathode nach der Erfindung,

Fig.4 eine Detailansicht im vergrößerten Maßstab eines in F i g. 3 durch einen Kreis 5 gekennzeichneten Teils und

F i g. 5 eine Ansicht nach der Schnittlinie 6-6 in F i g. 2 im vergrößerten Maßstab.

Die in Fig. 1 ';is 5 dargestellte Kathode weist eine Hängeschiene 11 aus rostfreiem Stahl auf. die vorzugsweise von einem Walzstahlträger oder einem Doppel-T-Profil gebildet wird. Das dargestellte I-Profil wird bevorzugt, weil es bei geringem Gewicht und großer Belastbarkeit eine relativ große Oberfläche für den Kontakt des zu übet 'ragenden Stromes hat. Die Hängeschiene 11 hat eine ebene Unterseite 12 und liegt mit ihren Endbercichen !3 auf Auflagern und elektrischen

Kontakten auf. Gemäß F i g. 4 ist eine flache Ausgangsplatte 14 aus rostfreiem Stahl entlang einer Schweißnaht (15) derart mit ihrer oberen Kante an die Unterseite 12 der Hängeschiene 11 angeschweißt, daß sie rechtwinklig zur Unterseite 12 steht. Die Ausgangsplatte 14 weist zwei Löcher 16 auf. die vor dem Anschweißen eingeschnitten sind. Durch diese Löcher 16 können Trägerstangen oder Gabeln eines Transportgerätes hindurchgesteckt werden.

Zur Herstellung der Ausgangsplatte 14 sind mehrere Legierungen für rostfreien Stahl geeignet. Damit sich das Kupfer leicht ablösen läßt, wird ein rostfreier Stahl bevorzugt, der unter der Kennzeichnung »AISI 316 ELC« vertrieben wird und eine Oberflächengüte vom Typ »2B« aufweist. Dieser rostfreie Stahl besteht aus:

0.03% Kohlenstoff.

12% Nickel.

17% Chrom und

2.25% Molybdän

(Angaben in Gewichtsanteilen).

Die Oberflächengüte 2B liegt zwischen glänzend und stumpf. Sie ist eine silbergraue halbglänzende Oberfläche, die durch Kaltwalzen. Weichglühen und Entzundern und ein abschließendes leichtes Walzen mit polierten Walzen hergestellt ist.

Dieser Stahl und diese Oberflächengüte werden bevorzugt, da Experimente gezeigt haben, daß sie eine ausreichende Haftung zwischen der Ausgangsplatte 14 und dem auf dieser niedergeschlagenen Kupfer gewährleisten und vermeiden, daß das Kupfer sich selbständig abschält oder von der Ausgangsplatte 14 abfällt. Die Haftung ist jedoch nicht so stark, daß das Ablösen des Kupfers von der Ausgangsplatte 14 behindert würde. Dieses Ablösen kann mit Hilfe von messerartigen Klingen oder scharfen Keilen durchgeführt werden, die zwischen die Ausgangbpläüe 14 und das abgelagerte Kupfer am oberen Ende des Kupfers eingeschoben werden. Benutzt man jedoch einen rostfreien Stahl der Zusammensetzung und Oberflächengüte der beschriebenen Art. dann zeigen Versuche, daß ein wirkungsvolles Ablösen automatisch ausgeführt werden kann, indem die kupferüberzogenen Kathoden eine Hammerstation passieren, in der kräftig auf das niedergeschlagene Kupfer im Bereich der Oberkante von beiden Seiten geschlagen wird. Hierdurch löst sich die obere Kante des Kupfers. Der Ablösevorgang wird vollendet, indem mindestens ein Luftstrom in den schmalen Spalt zwischen dem Stahl und der gelösten oberen Kante des Kupfers gerichtet wird.

Der rostfreie Stahl, aus dem die Hängeschiene 11 hergestellt ist, kann derselbe Stahl sein, aus dem die Ausgangsplatte 14 gefertigt ist. Die Hängeschiene 11 kann auch aus einem anderen rostfreien Stahl gefertigt sein, vorausgesetzt, daß dieser mit dem Stahl der Ausgangsplatte 14 verschweißt werden kann.

Um einen guten Stromfluß zwischen der Stromverteilungsschiene und der Ausgangsplatte 14 zu erreichen, ist die Hängeschiene 11 und der obere Bereich der mit ihr verbundenen Ausgangspiaue 14 mit Kupfer überzogen. Dieser Kupferüberzug kann elektrogalvanisch aufgebracht werden. Um eine ausreichende elektrische Leitfähigkeit zu erhalten und um widerstandsfähig gegen Korrosion und gegen mechanische Abnutzung zu sein, sollte der Kupferüberzug eine Dicke von ungefähr einem Millimeter haben. Ein Oxidfilm auf der Ausgangs-Dlatte 14 ist erwünscht, insbesondere, wenn dieser Film die Eigenschaft hat, als Trennschicht zu wirken, die das Ablösen des Kupfers von der Ausgangsplatte 14 erleichtert.

Die Breite des kupferüberzogenen Randes am oberen Bereich der Ausgangsplatte 14 ist unkritisch, vorausgesetzt, daß dieser Rand oberhalb des Spiegels der Elektrolyt-Flüssigkeit endet, damit ein elektrolytisches Ablagern von Kupfer im Bereich des Überzuges nicht auftritt. Der Bereich, auf dem sich Kupfer während des Elektrolyseprozesses niederschlägt, darf sich auch nicht bis zu den unteren Kanten 17 der Löcher 16 erstrecken. Der Kupferüberzug soll also kurz oberhalb der Kanten 17 enden, und er muß die vorzugsweise Sandstrahl-behandelte Schweißnaht 15 überziehen.

ι ■> Um die Kupferschicht abnehmen zu können, muß die Ausgangsplatte 14 im Bereich ihrer Kanten wirkungsvoll abgedeckt sein, so daß der Kupferniederschlag nicht um diese Kanten herumreicht. Insbesondere bei den senkrecht verlaufenden Kanten der Ausgangsplatte 14 besteht die Notwendigkeit einer Abdeckung, während an der unteren Kante eine Abdeckung entfallen kann. Um das Ablösen zu vereinfachen und sicherer zu machen, wird auch die untere Kante in einer Höhe von etwa zehn Millimetern durch Eintauchen in ein nachgiebiges Wachs mit hohem Schmelzpunkt oder in ein anderes Abdeckmaterial mit einem Überzug versehen.

Bei den bekannten Titan-Ausgangsplatten besteht aufgrund der relativ hohen Leitfähigkeit dieses Metalls die Gei'ahr, daß Teile des niedergeschlagenen Kupfers unter die Kunststoff-Leisten gelangen, und die dort sich ablagernden Kupferteile so waschen, daß die Kunststoff-Leiste wirkungslos wird.

Bei Ausgangsplatten 14 aus rostfreiem Stahl dämpft die relativ geringe Leitfähigkeit ein Wachsen von Kupfer unter die isolierende Kunststoff- Leiste.

Wie F i g. 5 zeigt, ist eine mit einem Längsschlitz versehene Kunststoff-Leiste 18 mittels Kunststoff-Stiften !9 an der Aiisgar.gspiatte 14 befestigt. Diese Kunststoff-Stifte 19 durchsetzen Duchgangslöcher 20, die in der Ausgangsplatte 14 angebracht sind.

Die Kunststoff-Leiste 18 und die Kunststoff-Stifte 19 sind vorzugsweise aus demselben Kunststoff gefertigt. Ein geeigneter Kunststoff hoher Qualität, der wärmebeständig und schlagfest ist. ist unter der Bezeichnung CYCOLOY 800 bekannt und in der US-PS 31 30 177 beschrieben. Dieser Kunststoff ist ein polymerisiertes Gemisch von Acrylonitril-Butadien-Styren (ABS) und Polycarbonat.

Die Kunststoff-Leiste 18 und die Kunststoff-Stifte 19 sind miteinander durch ein nachgiebiges Verbindungsmaterial verbunden, beispielsweise durch eine dreißigprozentige Lösung von CYCOLOY 800 in Methylen-Chlorid.

Es wurde festgestellt, daß sich in einigen Fällen die an der Ausgangsplatte 14 angeordneten Kunststoff-Leisten 18 geringfügig zwischen ihren Kunststoff-Stiften 19 wölbten. Dies wurde auf die unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten von Stahl und dem Material der Kunststoff-Leiste 18 zurückgeführt. Dieser Nachteil

to wurde dadurch ausgeräumt, daß die Durchgangslöcher 20, wie in F i g. 5 gezeigt, in Übergröße hergestellt sind. Wenn die Kunststoff-Leisten 18 und die Kunststoff-Stifte 19 montiert werden, werden die Durchgangslöcher 20 mit einem Material gefüllt, das dauerelastisch abbindet.

so daß die Verbindungen nachgiebig sind und eine ausreichende Längsbewegung der Kunststoff-Leiste 18 in bezug auf die Ausgangsplatte 14 und damit die Kompensation unterschiedlicher Wärmeausdehnungen mög-

lieh ist.

Die Kunststoff-Leisten i8 sind vorteilhafterweise im F.xtrusionsverfahren oder im Spritzgußverfahren hergestellt. Es ist crwrnseht, daß die freien Kanten 21 am Eingang des Längsschlii/.es 22 einen kleineren Abstand haben als die Dicke der Ausgangsplatte 14, so daß die auf der Ausgangsplatte 14 angebrachte Kunststoff-Leiste 18 riit ihren zu beiden Seiten des Schlitzes 22 befindlichen Teilen mit Vorspannung fest an der Ausgangsplatte Hanliegen.

Als weitere Vorsichtsmaßnahme sind die freien Kanten 21 der Kunststoff-Leiste 18 zur Ausgangsplatte 14 hin durch Streifen 23 aus Wachs oder einem anderen geeigneten Material abgedichtet.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

20

30

50

55

Claims (3)

Patentanspruchs:

1. Kathode für die elektrolytische Raffination von Kupfer mit einer ebenen Ausgangsplatte aus nichtrostendem Stahl, die an ihrer oberen Kante an einer mit ihren Endbereichen auf Auflager und elektrische Kontakte auflegbaren Hängeschiene befestigt ist und deren rechtwinklig zur Hängeschiene verlaufenden Kanten von isolierenden Kunststoffleisten abgedeckt sind, die mit einem Längsschlitz versehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Hängeschiene (11) aus nichtrostendem Stahl besteht, die obere Kante der Ausgangsplatte (14) mit der Unterseite der Hängeschiene (11) verschweißt ist, die Hängeschiene (11), die Schweißnaht (15) sowie zumindest ein Teil des nicht in den Elektrolyten eintauchenden oberen Randbereiches der Ausgangsplatte (14) mit einer durch Galvanisieren aufgebrachten Kupferauflage überzogen sind, und die Kunststoff-Leisten (18) mittels einer Vielzahl von Kunststoff-Stiften (19)s3der Ausgangsplatte (14) befestigt sind, die in der Ausgangsplatte (14) befindliche Durchgangslöcher (20) durchsetzen und die die zu beiden Seiten des Längsschlitzes befindlichen Bereiche einer Kunststoff-Leiste (18) miteinander verbinden und diese gegen die Ausgangsplatte (14) drücken.

2. Kathode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hängeschiene (11) einen Doppelt-T-Querschnitt aufweist.

3. Kathode nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß der rostfreie Stahl der Ausgangsplatte (14) aus