KR102404835B1 - 저항기들이 제공된 전극 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이온 용액으로부터 구리 및 다른 비철 금속의 전해 추출을 위한 플랜트의 셀에서 이용될 수 있는 전극에 관한 것이다. 상기 전극은 복수의 저항기들을 통해 적어도 하나의 전류 분배 구조에 병렬로 접속된, 산소 또는 염소의 발생을 위한 적어도 하나의 애노드 패널을 포함하는 장치로 구성된다. 상기 패널은 선택적으로 전기적 불연속 영역들을 나타낼 수 있다. 본 발명은 또한 전술한 전극을 사용하는 전해조에 관한 것이다.

Description

저항기들이 제공된 전극 구조

본 발명은 전해 정제(electrorefining) 및 전해 채취(electrowinning) 플랜트용 전해조(electrolyser)에 유용하게 사용될 수 있는 전극에 관한 것이다.

예를 들어, 비철 금속의 전해 추출을 목적으로 하는 플랜트와 같은 금속 전착 플랜트는 일반적으로 하나 이상의 전해조를 사용하며, 이들 각각은 복수의 소자 셀들을 포함한다. 상기 소자 셀들은 애노드 및 캐소드를 포함하며, 이들은 일반적으로 전해 용기에서 교대로 상호 평행한 위치로 위치된다. 상기 애노드 및 캐소드에는 전류 분배 시스템을 통해 전력이 공급되며, 상기 전류 분배 시스템은 적어도 하나의 애노드 버스-바 및 적어도 하나의 캐소드 버스-바를 포함하고 이들은 상기 애노드 및 캐소드의 근방에 각각 배치되고 그에 전기적으로 접속된다.

각각의 전극에는 전기적으로 전력이 공급되고, 각각의 전극은 일반적으로 전도성 지지 요소를 통해 수직 위치에서 전해 용기 내에서 지지된다. 이들 요소들은 하나 이상의 전류 운반 버스-바에 부착되거나 접속된 행거 바(hanger bar)와, 전극을 그 자신의 행거 바에 접속하는 하나 이상의 전류 분배 구조를 포함한다.

구리, 아연 또는 니켈과 같은 비철 금속의 전해 채취 공정에서, 캐소드에서의 금속 디포지션은 불균일한 방식으로 일어날 수 있고, 전류의 통과와 함께 증가하는 속도로 대향하는(opposing) 애노드 쪽으로 성장하는 수지상 돌기 형성물을 야기할 수 있다. 상기 수지상 돌기는, 수확된 금속의 품질과 양에 악영향을 갖는 것뿐만 아니라, 상기 대향하는 애노드와 접촉시 전기적 단락을 일으키기고, 전극에 종종 손상을 입히고 플랜트의 안전을 위협하며 전해조에 걸쳐 전류 분배에 매우 나쁜 영향을 갖게 한다. 기존의 납 애노드와 비교하여 에너지 소비를 줄이면서 동작하는 이점을 갖는, 티타늄 또는 다른 밸브 금속의 메시(mesh), 루버(louver) 구조, 천공된 시트, 시트 또는 확장된 메시 및 시트로 만들어진 최신 구성의 애노드로, 수지상 돌기 형성물에 의해 야기된 단락은 전극에 대해 광범위하며 돌이킬 수 없는 손상을 가져오게 할 것이고, 플랜트의 직원에 의해 적시의 조치를 필요로 한다. 하지만, 그러한 사람 개입의 필요성은 바람직하지 않다: 비철 금속의 전해 추출을 위한 대부분의 플랜트들은 건강에 유해하고 잠재적으로 위험한 환경이다; 공장 직원이 전해조로부터의 산성 안개에 노출되는 기간은 가능한 한 짧게 유지되어야한다.

그러나, 전해조를 통해 흐르는 전류를 제어하기 위한 자동 모니터링 시스템으로 이러한 문제를 해결하는 솔루션은 현재 복잡하고 값 비싸며 심각한 효율성 및 신뢰성 문제가 있다. 전해 용기의 산성 환경, 높은 전류 밀도, 그들 자리로부터의 캐소드의 주기적인 제거, 및 플랜트의 높은 동작 온도는 당 업계에 공지된 제어 및 모니터링 시스템에 존재하는 전자 부품들에 대한 바람직하지 않은 위험 요소들을 구성하며, 심지어는 이들에 적절한 보호 코팅이 제공되거나 수지가 둘러쌓고 있어도 마찬가지다.

따라서, 상기한 전착 플랜트에서의 수지상 돌기 형성물의 성장을 늦출 수 있는 시스템을 제공하고, 어떠한 경우에도 대향하는 전극들 사이의 임의의 가능한 직접적인 전기적 접속에 의해 야기된 가능한 손상을, 상기 접속이 상기 전극들의 수지상 돌기 또는 오정렬에 의해 야기되는지 여부에 상관없이, 감소시키는 것이 바람직하다. 또한, 그러한 시스템은 전해 채취 플랜트의 동작 조건 하에서 입증된 강도, 견고성 및 신뢰성을 갖는 구성요소들을, 그 동작 효율을 현저하게 감소시키지 않고서, 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명의 다양한 양태들은 첨부된 청구 범위에 기재되어있다. 한 양태에서, 본 발명은 비철 금속의 전해 정제 또는 전해 채취용 애노드 장치에 관한 것이다. 상기 애노드 장치는 적어도 하나의 애노드 패널(anodic panel) 및 병렬로 배치된 복수의 저항기들에 의해 함께 전기적으로 접속된 적어도 하나의 전류 분배 구조(electrical current distribution structure)를 포함한다. 저항기는 본 명세서에서 5·10^-5 Ω과 같거나 큰 전기 저항을 갖는 임의의 저항 요소를 의미한다. 상기 저항기들은 동일하거나 상이한 전기 저항값을 가질 수 있다.

이하, 전기 저항값은 40 ℃에서 측정된 값을 나타낸다. 애노드 패널이라는 용어는 애노드로서 사용하기에 적합한 임의의 형상 및 크기의 요소를 의미하며, 산소 또는 염소를 방출할 수 있는 하나 이상의 표면을 나타낸다. 이 표면은 편평하거나 주름지고, 단단하고, 다공성이며, 절단되고, 에칭되거나 천공될 수 있다. 상기 애노드 패널은 복합 구조일 수 있고, 또한 서로 물리적으로 분리되고(서브 패널들) 각각 적어도 하나의 저항기에 의해 적어도 하나의 공통 전류 분배 구조에 접속되는 몇몇 요소들을 포함할 수 있다. 따라서, 공칭 동작 조건에서 주어진 애노드 패널의 서브패널들은 본질적으로 동일한 애노드 전위에 있을 것이고 동일한 캐소드에 면하게 될 것이다.

상기 전류 분배 구조는 이에 한정되는 것은 아니지만 티타늄 코팅이 제공된 구리 바와 같은 하나 이상의 전도 바 또는 플레이트를 포함할 수 있다. 상기 전류 분배 구조는 또한, 예를 들어 사용된 납 애노드(또는 납 합금으로 된 사용된 애노드)와 같은, 납 또는 그 합금인 시트 또는 패널이 될 수 있다.

전류 분배 구조는 하나 이상의 애노드 패널을 애노드 행거 바에 전기적으로 접속한다. 후자는 전형적으로 상기 전극에 전력을 공급하는 적어도 하나의 애노드 버스-바에 차례로 연결된다.

본 발명자들은 본 발명에 따른 장치가 24 시간 이상 동안 수지상 돌기 형성물의 성장을 지연시킬 수 있고, 전극들 사이의 단락의 경우 애노드 패널을 통과하는 최대 전류를 제한함으로써 애노드 패널에 대한 손상을 감소시킬 수 있으며, 그에 따라 추가적인 효율 손실을 피할 수 있다는 것을 관찰하였다. 병렬로 저항기들을 접속하는 것을 특징으로 하는 본 발명에 따른 전기적 구성은 상기 셀이 상기 공칭 값으로 동작할 때 (예를 들어, 전력의 소실과 관련하여) 상기 플랜트의 동작 조건들에 중대한 악영향을 미치지 않는다.

실제로, 병렬로 접속된 복수의 저항기들은 개별적인 저항기들보다 작고 그 수가 증가함에 따라 감소하는 등가의 전기 저항과 연관된다. 특정 이론에 구애됨이 없이, 본 발명자들은 예를 들어 전극들의 오정렬 또는 수지상 돌기 형성물의 결과로써 상기 애노드 장치와 캐소드 사이에 직접적인 전기적 접촉이 확립될 때, 전류는 상기 애노드 패널의 전기 저항 또는 그 추가적인 특정의 기하학적/전기적 특성(예를 들면, 상기 전류에 대한 우선 경로들을 생성할 수 있는 전기적 불연속 지역들과 같은)으로 인해 저항기들의 특정 서브 세트를 통해 흐르는 것으로 나타난다는 것을 관찰하였다. 이러한 저항기들의 서브 세트는, 상기 장치가 공칭 조건들 하에서 동작할 때 등가 회로보다 더 높은 전기 저항과 연관된다. 이러한 것은 애노드 패널이 전류 분배 구조(또는 구조들)와 직접적인 전기적 접촉이 있게 되는 것에 비교하여 애노드 패널을 통해 방전되는 전류를 감소시키는 데 도움을 준다.

저항기들의 선택, 개수 및 저항값은 예를 들어 상기 애노드 패널의 물리적 및 화학적 특성 및 전해 추출 플랜트가 동작하는 전류 밀도와 같은 다양한 요인들에 의존한다. 상기 저항기들은 한편으로는 상기 등가 회로가 플랜트 동작에 대해 수용 가능한 저항 전압 강하(ohmic drop)를 가지며, 다른 한편으로는 수지상 돌기 형성물과 접촉하는 경우 개별적인 저항기들이 상기 애노드에 대해 광범위한 손상을 제한하도록(즉, 크기가 2.5cm × 2.5cm 미만인 표면 손상을 일으키도록(이러한 값을 초과하면, 금속 디포지션의 품질이 나쁜 영향을 받는다.)) 충분한 전기 저항을 보장하는 방식으로 바람직하게 설계될 수 있다. 이를 위해, 저항기들의 저항값을 설계할 때, 당업자는 플랜트가 동작하는 전류 밀도를 유념할 것이고, 상기 셀 및 상기 전극 재료의 동작 파라미터들이 주어지면 그 활성 표면에 광범위한 손상을 일으키지 않고서 상기 애노드 패널을 통해 방전할 수 있는 최대 전류의 함수로서 저항기의 값을 계산할 것이다.

적어도 20 내지 65 ℃, 바람직하게는 20 내지 100 ℃의 온도 범위에서 옴 저항기 또는 선형 저항기를 사용하면 그 디자인을 더욱 쉽게 만들 수 있고, 그 신뢰성을 더욱 보장할 수 있는데, 이는 그들의 동작 동안 애노드 장치에서 온도 변화에 원인이 되는 많은 제어 불가능한 요인들이 있기 때문이다. 따라서, 이들 저항기들은 비-옴(non-ohmic) 또는 비-선형(non-linear) 저항기 및 서미스터 또는 매우 비-선형적 방식으로 온도 및/또는 전류 세기에 크게 의존하는 저항값을 갖고 전해 채취 플랜트의 동작 조건에서 잠재적으로 위험한 성분(예를 들면, 플라스틱, 작은 와이어)을 포함하는 리셋 가능한 퓨즈와 같은 다른 공지된 디바이스보다 바람직하다. 전류 분배 구조에 직접 연결된 패널들을 사용하는 종래의 동작과 비교하여 셀 전압의 증가를 최소화하기 위해, 저항기들의 보호 역할을 보장하면서, 10^-5 내지 10^-3 옴 사이의 등가 전기 저항을 갖도록 병렬로 배열된 복수의 저항기들을 선택하는 것이 유리할 수 있다.

본 발명에 따른 장치의 한 실시예에서, 각각의 애노드 패널에 대한 저항기들의 총수는 15 내지 600, 바람직하게는 20 내지 300 사이가 된다. 상기 개별적인 저항기들의 저항값이 동일한, 특정 임계값 아래의 저항기들의 수는 등가 회로의 저항 증가로 이어질 것이며 에너지 측면에서 결과적인 성능 저하를 가져올 것이다. 한편, 지나치게 많은 수는 애노드 장치의 어셈블리를 길고 힘든 과정으로 만들 수 있다. 한 실시예에서, 전술된 애노드 패널은 두 개 또는 세 개의 서브 패널들로 세분되며, 이들 각각의 서브 패널은 15 내지 200 개 사이의 저항기들, 바람직하게는 20 내지 100 개 사이의 저항기를 통해 전류 분배 구조에 접속된다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 시트(sheet), 스트립(strip), 메시(mesh), 케이블(cable), 패브릭(fabric) 및 패드(pad)로부터 저항기들을 선택하는 것이 유리할 수 있다. 상기 저항기는 예를 들어 밸브 금속 시트, 프레스 스트립, 또는 확장된 또는 천공된 메시일 수 있다. 이러한 유형의 저항기들은 대향하는 애노드 및 캐소드 장치 사이의 단락의 경우에 부식 또는 과도한 과열을 겪지 않을 수 있는 이점을 가질 수 있다. 과도한 과열은 공칭 동작 조건과 비교하여 50 ℃ 이상의 저항기의 온도 상승을 의미한다. 또한, 애노드 장치에서 플라스틱, 세라믹 및/또는 얇은 와이어 요소를 포함하는 종래의 전자 부품을 이용하는 당 업계에 설명된 솔루션들과는 달리, 본 발명에 따른 장치는 이러한 임계적인 재료를 앞서가며 애노드 구성요소의 안전 및 서비스 수명과 관련한 유익한 솔루션을 제시할 수 있다.

한 실시예에서, 병렬로 설정된 복수의 저항기들의 각각의 저항기는 1 × 10^-4 내지 1 Ω 사이의 전기 저항을 갖는다.

또 다른 실시예에 따르면, 병렬로 배치된 복수의 저항기들 내의 각각의 저항기는 5 내지 100 mΩ 사이의 전기 저항을 갖는다. 특히, 각각의 전기 저항은 10 내지 50 mΩ 일 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 애노드 패널들은 밸브 금속 또는 그 합금의 기판과 적어도 하나의 촉매 코팅을 포함한다. 상기 패널들에는 상기 기판 또는 상기 촉매 코팅 자체의 보호를 위한 다른 코팅이 제공될 수 있다.

밸브 금속들의 비-배타적인 예들에는: 텅스텐, 탄탈륨, 티타늄, 지르코늄 및 니오븀이 있다.

이 후자의 실시예는 종래의 납 애노드보다 환경적 영향이 적을 수 있고, 무엇보다도 산소 또는 염소 발생 동안 과전위(over-potential)가 낮기 때문에 애노드 반응을 장려하는 이점을 제공할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 전류 분배 구조는 예를 들어 배출된 납 애노드(exhausted lead anode)와 같이 납으로 된 적어도 하나의 시트 또는 패널을 포함할 수 있다. 이러한 방식으로, 밸브 금속 애노드 패널이 부착된 전류 분배 구조로서 상기 배출된 애노드를 사용하여, 납 애노드를 이용하도록 사용한 전해 셀들을 개조하는 것이 가능하다. 이 경우, 기존의 애노드 재료는 전해조 내부에 남아있어 납 구조의 처리 문제를 피할 수 있는 한편, 상기 플랜트는 밸브 금속이 제공할 수 있는 결과물의 양 및/또는 에너지 비용과 관련하여 개선된 성능의 이점을 취할 수 있다.

추가 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 장치에는 확장된 메시, 시트, 천공된 시트 및 루버 구조로부터 선택된 적어도 하나의 애노드 패널이 제공된다. 상기 루버 구조는 복수의 상호 평행한, 전형적으로 수평인 절단부(cut) 또는 슬롯(slot)이 제공된 패널을 의미한다. 이러한 구조들은 예를 들어 하나의 슬롯과 또 다른 슬롯 사이의 만곡 섹션을 갖는, 또는 베니션 블라인드와 같은, 또는 수직에 대해 경사진 복수의 평행한 스트립들을 특징으로 하는 파형 프로파일(corrugated profile)을 가질 수 있다.

본 발명자들은 루버(louver), 천공된 시트, 또는 절단부들이 선택적으로 제공된 확장된 메시 구조를 갖는 티타늄으로 된 애노드 패널이 본 발명에 따른 애노드 장치에 사용되는 경우 유익할 수 있다는 것을 관찰하였다. 대향하는 캐소드와의 단락의 경우 그 기하학적 특성은 솔리드 시트의 사용과 비교하여 감소된 저항기들의 서브 세트를 통한 전류의 통과를 본질적으로 선호하는 것으로 나타난다.

본 발명에 따른 장치 내의 단일 애노드 패널은 병렬로 배열된 복수의 저항기들을 통해 하나 이상의 전류 분배 구조들에 전기적으로 접속될 수 있다. 마찬가지로, 개별적인 전류 분배 구조가 복수의 병렬 저항기들을 통해 하나 이상의 애노드 패널들에 접속될 수 있다.

본 발명의 한 실시예에 따르면, 적어도 하나의 애노드 패널은 서로 분리된 다수의 서브 패널들을 포함하고, 각각의 서브 패널은 적어도 하나의 저항기를 통해, 바람직하게는 복수 개를 통해 적어도 하나의 공통 전류 분배 구조에 접속된다. 실제로 상기 개별적인 서브 패널들에 접속된 개별적인 저항기들의 세트는 본원에 설명된 애노드 장치와 함께 소자 전해 셀을 설명하는 전기 회로의 목적을 위해 병렬의 저항기들의 세트로 간주될 수 있다.

본 발명자들은 애노드 장치의 어셈블리를 용이하게 하기 위해, 각각의 애노드 패널의 서브 패널들을 전류를 분배하는 구조들의 수와 같거나 작은 수로 제한하는 것이 유리할 수 있다는 것을 관찰하였다. 각각의 서브 패널은 10 내지 200 개의 저항기들 사이, 바람직하게는 15 내지 150 개 사이, 더욱 바람직하게는 20 내지 100 개의 사이의 저항기들을 통해 대응하는 분배 구조에 바람직하게 접속될 수 있다.

추가 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 장치는 부분적 또는 전체 전기적 불연속의 적어도 하나의 지역이 제공된 적어도 하나의 애노드 패널을 갖는다.

"전기적 불연속 지역"이란 적어도 하나의 치수를 따라 적어도 1cm 의 치수가 되는 전기적 절연 영역을 의미한다. 상기 불연속 지역은 상기 애노드 패널 내에 위치할 수 있으며, 선택적으로 그 에지를 포함할 수 있다(이 경우 부분적인 것으로서 정의된다); 또한 상기 패널의 전체 치수를 따라 연장되어 이를 여러 개의 서브 패널들로 세분할 수 있다(후자의 경우 상기 불연속 지역은 전체로서 정의된다).

하나 이상의 전기적 불연속 지역의 존재는 수지상 돌기 형성물과 접촉하는 경우 상기 애노드 패널의 표면을 가로지르는 우선적인 전기 경로들을 확립할 수 있으며, 따라서 제한된 수의 저항기들을 통해 전류가 방전되는 것을 선호한다.

본 발명의 한 실시예에 따르면, 각각의 애노드 패널에 대한 전기적 불연속 지역들의 수는 10 이상, 바람직하게는 50 이상, 더욱 바람직하게는 65 이상이다.

본 발명에 따른 장치에서, 각각의 저항기는 적어도 하나의 부분이 상기 패널 또는 그 에지 상에 위치되는 전기적 접속 영역을 통해 상기 애노드 패널에 접속될 수 있다. 이러한 전기적 접속 영역은 또한 부분적으로 불연속적이고, 상기 애노드 패널의 하나 이상의 표면에 걸쳐 및/또는 그 두께를 통해 연장될 수 있다. 그것은 또한 세그먼트 또는 지점 또는 그 불연속적인 복합체일 수도 있다.

일부 경우에 있어서, 이러한 영역은 상기 저항기와 상기 애노드 패널 사이의 용접 부위에 해당할 수 있다. 일부 경우에 있어서, 이러한 영역은 상기 애노드 패널을 상기 패널 자체에 위치한 저항기에 직접 접속하는 임의의 전도성 요소의 일부일 수 있다. 상기 전도성 요소가 병렬로 설정된 복수의 저항기들 중 몇 개의 저항기들에 공통인 경우, 개별적인 저항기와 관련된 전기적 접속 영역은 상기 개별적인 저항기와 상기 패널 사이의 최단 전기 경로에 대응하는 상기 패널 상에 위치된 전도성 요소의 부분에 의해 식별된다.

일부 경우에 있어서, 상기 저항기들 및 상기 애노드 패널은 예를 들어 확장된 메시 또는 시트 또는 천공된 플레이트와 같은 단일 요소로 만들어질 수 있다. 상기 단일 요소는, 한쪽에서 대향하는 캐소드와의 전기 화학적 반응이 일어나는 애노드 표면을 가지며, 다른 쪽에서는 상기 애노드 표면 뒤에서 접혀지고 상기 전류 분배 구조에 병렬로 접속된 복수의 저항 스트립들을 갖는 것과 같은 방식으로 적절히 접혀지고 절단된다. 이 경우, 접속 영역은 상기 저항 스트립이 상기 캐소드에 면하는 가스 발생 애노드 표면으로 모핑되고(morph) 전형적으로 상기 애노드 표면의 구부러진 에지 상에 위치되는 지점들에 대응하는 기하학적 영역 또는 세그먼트를 의미한다.

이하, 전기적 접속 영역이란, 상기 패널이 상기 저항기들에 직접적으로 또는 전기적 접속을 통해 부착되는, 또는 대안적으로 구부러진 지점들에 대응하는 기하학적 영역 또는 세그먼트를 의미하며, 여기서 상기 구부러진 부분은 상기 캐소드에 대향하는 애노드 패널의 표면을 상기 전류 분배 구조에 접속된 복수의 저항기들에 접속한다.

본 발명의 추가의 실시예에 따르면, 적어도 하나의 전기적 불연속 지역이 두 개의 이웃하는 전기적 접속 영역들 사이에 배치된다.

본 발명의 추가의 실시예에 따르면, 상기 애노드 장치에는 적어도 7 쌍의 이웃하는 전기적 접속 영역들, 바람직하게는 적어도 20 개, 더욱 바람직하게는 적어도 50 개가 제공되고, 적어도 하나의 전기적 불연속 지역이 이웃하는 전기적 접속 영역들의 상기 쌍들의 각각 사이에 위치된다. 이웃하는 전기적 접속 영역들이란 그 사이에 추가의 접속 영역이 없는 두 접속 영역들을 의미한다.

본 발명의 추가의 실시예에 따르면, 적어도 하나의 애노드 패널에는 적어도 10 개의 전기적 불연속 지역들과 적어도 10 개의 접속 영역들이 제공되며, 각각의 전기적 불연속 지역은 적어도 하나의 접속 영역으로부터 20 cm 미만의 거리에 위치된다.

본 발명의 추가의 실시예에 따르면, 적어도 하나의 애노드 패널에는 적어도 20 개의 전기적 불연속 지역들과 적어도 20 개의 접속 영역들이 제공되며, 각각의 전기적 불연속 지역은 적어도 하나의 접속 영역으로부터 15 cm 미만의 거리에 위치된다.

본 발명의 추가의 실시예에 따르면, 적어도 하나의 애노드 패널에는 적어도 20 개의 전기적 불연속 지역들과 적어도 20 개의 접속 영역들이 제공되며, 각각의 전기적 불연속 지역은 적어도 하나의 접속 영역으로부터 10 cm 미만의 거리에 위치된다.

본 발명의 추가의 실시예에 따르면, 적어도 하나의 애노드 패널에는 적어도 25 개의 전기적 불연속 지역들과 적어도 25 개의 접속 영역들이 제공되며, 각각의 전기적 불연속 지역은 적어도 하나의 접속 영역으로부터 10 cm 미만의 거리에 위치된다.

본 발명의 추가의 실시예에 따르면, 상기 애노드 패널의 평면에서 적어도 하나의 미리 규정된 방향을 따라서, 상기 방향을 따른 연속적인 전기적 접속 영역들의 각각의 쌍 사이에 위치된 적어도 하나의 전기적 불연속 지역이 있다.

이러한 실시예는 상기 수지상 돌기와의 접촉에 의해 야기된 소자 셀에서의 단락이 발생하는 경우 작은 수의 저항기들을 통해 전류가 통과하는 것을 조성하는 이점을 제공할 수 있으며, 그에 따라 상기 패널을 통해 방전되는 전류를 제한하고, 따라서 그에 야기되는 손상을 감소시킨다.

본 발명의 추가의 실시예에 따르면, 이웃하는 전기적 접속 영역들의 각 쌍에 대해 적어도 하나의 전기적 불연속 지역이 있다. 예를 들어, 두 개의 이웃하는 전기적 접속 영역들이 각각 높이 h1 및 높이 h2 에서 각각 위치되는 경우에(여기서, h1 < h2), 적어도 하나의 전기적 불연속 지역은 높이 h3 에서 위치되며, 여기서 h1은 h3보다 작거나 같고, h3는 h2보다 작거나 같다. 이러한 구성은 수지상 돌기와의 직접적인 접촉으로 인한 단락 회로의 경우에 본질적으로 단 하나의 저항기를 통해 전류가 흐르도록 조성할 수 있다.

불연속 지역들과 접속 영역들의 위치들은 그 기하학적 중심들(무게중심(barycentres))의 각각의 위치들에 의해 식별된다.

본 발명의 추가의 실시예에 따르면, 적어도 하나의 애노드 패널에는 상기 애노드 패널을 복수의 저항기들에 병렬로 접속하는 N1 개의 전기적 접속 영역들과 N2 개의 전기적 불연속 지역들이 제공되며, 여기서 N1 및 N2는 다음 기준을 만족한다: N2는 N1의 절반보다 큰 정수이고, 5 ≤ N1 ≤ 100이다. 이들 접속 영역들은 제 1 수직 스트립을 따라 위치되며; 상기 전기적 불연속 지역들은, 선택적으로 제 1 수직 스트립과 전체적으로 또는 부분적으로 중첩되는, 적어도 제 2 수직 스트립을 따라 배열된다.

주어진 수직 스트립은 가상의 기하학적 표면이며, 그 높이는 상기 애노드 패널의 높이와 일치하고, 그 폭은 예를 들면 모든 접속 영역들 또는 대안적으로 모든 불연속 지역들의 수평 돌출부들을 포함하도록 되며, 그 수평 돌출부들은 적어도 하나의 지점에서 중첩한다.

상기 애노드 패널에는 또한 상기 제 1 수직 스트립과 일치하지 않는 제 3 수직 스트립을 따라 위치된 N3 개의 추가의 전기적 접속 영역들이 제공될 수 있으며, 여기서 5 ≤ N3 ≤ 100 이다. 상기 패널은 또한 N4 개의 추가의 전기적 불연속 지역들을 가질 수 있으며, 여기서 N4는 N3의 절반보다 큰 정수이고, 이들 추가의 전기적 불연속 지역들은, 선택적으로 제 3 수직 스트립과 전체적으로 또는 부분적으로 중첩되는, 제 4 수직 스트립을 따라 위치된다.

추가의 실시예에 따르면, N1(및/또는 존재한다면 N3)은 10 내지 100, 20 내지 100, 또는 20 내지 80 사이가 될 수 있다.

본 발명의 추가의 실시예에 따르면, 상기 애노드 패널은 하나 이상의 추가의 분리된 수직 스트립들을 따라 위치된 복수의 추가의 전기적 접속 영역들을 가질 수 있고, 선택적으로 하나 이상의 추가의 수직 스트립들을 따라 위치된 복수의 추가 전기적 불연속 지역들을 가질 수 있다.

또 다른 실시예에 따르면, 적어도 하나의 전기적 불연속 지역은 절단부(cut), 구멍부(hole) 또는 전기적 절연 재료의 삽입부이다. 구멍부란 어떤 유형의 관통 구멍을 의미한다. 절단부란 재료를 제거하거나 제거하지 않고 패널의 전체 두께를 통한 절개를 의미한다.

수지상 돌기와 접촉하는 경우에, 본 발명자들은 전기적 불연속 지역들이 5 cm 이상의 적어도 하나의 치수를 갖는다면 예를 들어 전술한 다양한 실시예들에 따라 상기 패널의 표면 상에 적절히 배열된 절단부들이 있는 경우 상기 패널을 통해 흐르는 전류는 적은 수의 저항기들을 따라 부분적으로 안내될 수 있다는 것을 관찰하였다. 이러한 방식으로, 상기 패널을 통과하는 최대 전류는 임계값 아래로 효과적으로 유지될 수 있고, 상기 애노드 장치의 가능한 손상을 제한하고 플랜트의 안전을 보존한다.

추가의 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 애노드 장치는 두 개의 대향하는 캐소드들에 면하는 촉매 코팅이 제공된, 바람직하게는 티타늄의, 적어도 두 개의 애노드 패널들을 포함한다. 서로 분리된 상기 두 개의 패널들은 루버 구조, 확장된 메시 또는 시트들로부터 선택된다. 상기 장치는 또한 적어도 두 개의 전류 분배 구조들을 포함하며, 이들 각각은 서로에 대해 병렬로 배열된 복수의 저항기들을 통해 적어도 하나의 패널에 접속된다. 각각의 패널은 제 1 수직 스트립을 따라 위치된 5 내지 100 개의 접속 영역들을 포함하고, 각 접속 영역은 길이가 5cm 이상인 수평 절단부와 번갈아 배치된다. 각각의 절단부는 상기 제 1 수직 스트립으로부터 0 내지 10 cm의 거리에 위치한 적어도 하나의 지점을 갖는다. 상기 접속 영역들에 대해 상기 절단부들이 번갈아 배치되는 것은, 이들이 두 이웃하는 영역들 사이에 위치되지만 수직 방향을 따라 각 절단부의 수직 위치가 두 개의 이웃하는 접속 영역들의 수직 돌출부 사이에 위치된다는 것을 반드시 의미하지는 않는다.

대안적으로, 상기 절단부들은 상기 수직에 대해 20°내지 60°사이의 각도로 경사질 수 있다. 상기 절단부들은 재료를 제거하거나 제거하지 않고서 만들어질 수 있다. 전자의 경우, 이들은 상기 패널의 두께에 걸친 관통 구멍들이 될 수 있다.

또 다른 양태에 따르면, 본 발명은 전술한 애노드 장치들 중 적어도 하나를 포함하는 비철 금속의 전해 채취를 위한 전해조에 관한 것이다.

본 발명의 다수의 실시예들은 첨부된 도면을 참조하여 이하의 예로서 설명되며, 그 목적은 단지 본 발명의 상기 실시예들과 관련된 다양한 요소들의 상호 배열을 설명하기 위한 것이다. 특히, 이러한 도면들은 스케일에 따른 도면으로 이해되어서는 안 된다.
도 1 내지 도 13은 본 발명에 따른 애노드 장치의 다수의 실시예들을 개략적으로 도시한다.

도 1은 본 발명에 따른 애노드 장치의 후면(I), 측면(II) 및 정면(III)의 개략적 투시를 도시한다. 상기 도면은 전류 분배를 위해 구조(300)에 접속된 애노드 행거 바(100)를 도시한다. 상기 구조는 복수의 저항기들(400)을 통해 애노드 패널(200)에 접속되며, 상기 저항기들은 전기적 접속 영역들(500)을 통해 상기 패널에 접속된다. 애노드 패널의 정면(뷰 III)은 산소 또는 염소의 방출(release)을 위한 반응이 일어나는 곳이다. 수직 방향은 화살표(y)로 표시되며; 이것은 전형적으로 종래의 전해 채취 셀의 수직 방향과 일치한다. 애노드 패널(200)의 베이스는 수평 기준을 식별하는 x 축에 의해 표시되는 높이에서 위치된다.

도 2는 본 발명에 따른 애노드 장치의 한 실시예의 후방(I), 측면(II) 및 바닥면(III)으로부터의 뷰를 제공한다. 이 실시예에서, 저항기(400)는 전기적 접속 영역들(500)에 대응하여 애노드 패널(200)에 용접된 티타늄의 확장된 메시들이다. 상기 패널 상에는 상기 접속 영역들의 각각의 이웃하는 쌍 사이에 전기적 불연속 지역(600)이 있다. 이러한 불연속 지역들은 상기 수직 방향을 따라 애노드 패널의 부분적 단편화(partial fragmentation)를 야기한다. 수지상 돌기 형성물과 두 개의 불연속 영역들 사이에 놓여있는 패널의 영역 사이에 접촉이 있는 경우, 전류는 바람직하게 가장 가까운 접속 영역(또는 영역들)의 근처에 있는 저항기(또는 저항기들)를 통해 흐를 수 있는 것으로 관찰되었다. 따라서, 전극들 사이에서 직접 접촉하는 경우 전류에 반대되는 전기 저항은 개별적인 저항기의 저항(R_i)에 가깝게 될 것이다. 이것은 플랜트의 동작 조건들 하에서 패널 상의 접촉점을 통과하는 최대 전류가 미리 결정된 임계값 아래로 유지되어 상기 장치를 보호하도록 하는 방식으로 당업자에 의해 적절하게 치수가 정해질 것이다. 다른 한편, 상기 플랜트의 공칭 동작 조건들 하에서, 상기 애노드 장치에 의해 제공되는 전기 저항은 본질적으로 복수의 저항기들에 의해 형성된 병렬 회로의 등가 전기 저항(R_eq)에 대응하며, 여기서, R_eq << R_i이다. 저항기들이 서로 동일하고 개수 N_R로 존재할 때, R_eq는 R_i/N_R에 대응할 것이다. 적절한 수의 저항기들과 적합한 저항(R_i)을 선택함으로써, 따라서, 전극들 사이의 접촉이 발생하는 경우 소자 셀에서 작은 효율 저하와 동시에 상기 애노드 패널이 보호되는 것을 보장하는 것을 모두 얻을 수 있다.

도 2에 도시된 실시예에서, 절연 요소(700)는 애노드 패널과 전류 분배 구조(300) 사이에 위치된다. 이 요소는 상기 애노드 패널과 상기 전류 분배 구조가 사고에 의해 직접 접촉되는 것을 방지한다. 이것은 또한 상기 패널에 대한 기계적 지지 요소를 구성한다. 상기 애노드 패널, 상기 절연 요소 및 상기 전류 분배 구조는 고정 수단(도시되지 않음)에 의해 함께 고정될 수 있다.

도 3은 본 발명에 따른 애노드 장치의 실시예의 후면(I), 정면(II) 및 바닥면(III)으로부터의 뷰를 도시한다. 애노드 패널 및 저항기들이 수직 방향(050)을 따라 그 자체로 부분적으로 다시 접혀진 단일의 편평한 요소로 제조된다. 이러한 편평한 요소의 접혀진 에지에는 복수의 수평 절단부들(900)이 제공되고, 상기 접혀진 에지는 전류 분배 구조(300)와 접촉한다. 상기 수평 절단부들(900)은 상기 요소의 접혀진 부분을 병렬의 복수의 저항기들(400)로 세분한다. 상기 절단부들은 애노드 패널(200)의 전방 평면에 걸쳐 연장되어 불연속 지역들(600)을 제공한다. 전기적 접속 영역들(500)은 애노드 반응이 발생하는 전방 평면(즉, 애노드 패널)과 저항기들을 구성하는 평행한 스트립들 사이의 가상적인 분리를 나타낸다. 절연 요소(700)가 도면에 도시된 바와 같이 구성될 수 있거나, 상이한 요소들 사이에 임의의 우발적인 전기 접촉을 방지하기 위해 애노드 패널(200)과 복수의 저항기들(400) 사이의 공간 내에 유리하게 연장될 수 있다.

도 4는 본 발명에 따른 애노드 장치의 실시예의 정면(I), 측면(II) 및 바닥면(III)의 뷰를 제공한다. 이 실시예는 복수의 저항기들(400)을 통해 전류 분배 구조에 병렬로 접속된 두 개의 애노드 패널들(200 및 250)을 포함한다. 각각의 패널은 두 개의 상이한 수직 스트립들을 따라 위치된 전기적 접속 영역들(500)을 통해 복수의 저항기들에 접속된다. 도면에 도시된 바와 같이, 상기 접속 영역들은 서로 다를 수 있다. 복수의 전기적 불연속 지역들(600)이 접속 영역들의 상이한 쌍들 사이에 위치된다. 절연 요소(700) 및 절연 요소(750)가 애노드 패널들(200 및 250)과 전류 분배 구조(300) 사이에 각각 삽입된다. 추가의 절연 요소들(도면에 도시되지 않음)이 유리하게 애노드 패널(200)에 접속된 저항기들과 애노드 패널(250)에 접속된 저항기들 사이에 삽입될 수 있다.

도 5는 두 개의 전류 분배 구조들(300 및 350), 애노드 패널(200) 및 애노드 행거 바(100)를 특징으로 하는 본 발명의 한 실시예의 후면 뷰이다.

애노드 패널(200)은 서로 물리적으로 분리된 복수의 서브 패널들(801, 802, 803, 804, 851, 852, 853, 854)을 포함한다. 각 서브 패널은 적어도 하나의 저항기(400)를 통해 전류 분배 구조에 접속된다. 도 6은 복수의 저항기들을 통해 두 개의 서브 패널들(801, 802)을 포함하는 하나의 애노드 패널(200)에 접속된 두 개의 전류 분배 구조들(300, 350)을 특징으로 하는 본 발명에 따른 장치의 실시예의 후면 투시를 도시한다. 상기 두 개의 전류 분배 구조들은 또한 애노드 행거 바(100)에 접속된다. 후자는 여기서 단면으로 도시된 애노드 버스-바(900)에 전기적으로 접속된다. 상기 애노드 패널에는 예를 들어 수평 절단부들(600) 및 관통 구멍들(650)과 같은 다수의 전기적 불연속 부분 지역들, 및 전체의 전기적 불연속 지역(675)이 제공된다.

도 7은 본 발명에 따른 애노드 장치의 실시예의 정면(I), 측면(II) 및 바닥면(III) 뷰를 제공한다. 이 실시예에서, 저항기들(400)은 접속 영역들(500)에 대응하여 두 개의 애노드 패널들(200, 250) 상에 용접된 티타늄의 확장된 메시이다. 각 패널 상에는 이웃하는 접촉 영역들의 각 쌍 사이에 전기적 불연속 지역(600)이 있다. 이러한 전기적 불연속 지역들은 수직 방향을 따라 애노드 패널의 부분적 단편화를 야기한다. 절연 요소(700)가 애노드 패널들과 전류 분배 구조(300) 사이에 위치된다. 두 개의 추가의 절연 요소들(710, 720)이 상기 패널들(200, 250)이 상호 평행하고 편평하게 유지되는 것을 보장하며(때로는 상기 패널의 평면성은 특히 밸브 금속 메시들이 사용되는 경우 그 외부 에지들 상의 절단부들 및/또는 그 구조의 유연성에 의해 절충된다), 상기 애노드 장치에 추가의 기계적 지지를 제공한다. 상기 요소들(710, 720)은 도면에서 상기 장치의 다른 부품들의 배열이 보이게 하도록 측면 뷰(II)로부터 생략된다. 상기 절연 요소들, 상기 전류 분배 구조 및 상기 애노드 패널들은 예를 들어 절연 재료의 클램프 및/또는 볼트와 같은 도면에 도시되지 않은 고정 수단에 의해 함께 부착된다.

도 8은 본 발명에 따른 애노드 장치의 실시예의 정면(I), 측면(II) 및 바닥면(III) 뷰를 제공한다. 이 실시예에서, 저항기들(400)은 아코디언 형태로 접혀있고, 전기적 접속 영역들(500)에 대응하여 애노드 패널(200)에 용접된 티타늄의 스트립들이 된다. 관통 구멍(600)이 접속 영역들(500)의 각각의 이웃하는 쌍 사이에 위치된다.

도 9 (I)는 본 발명에 따른 애노드 장치의 한 실시예의 정면 뷰를 제공한다. 애노드 패널(200)은 접속 영역들(500)을 통해 패널에 접속된 다수의 저항기들(도면에 도시되지 않음)을 통해 전류 분배 구조(300)에 접속된다. 상기 패널에는 또한 다수의 구멍들(650) 및 절연 요소(700)가 제공된다.

도 9 (II)는 제 1 수직 스트립(001) 및 제 2 수직 스트립(002)이 강조된 도 9 (I)의 애노드 장치의 정면 뷰를 제공한다. 전기적 접속 영역들(500)이 상기 제 1 수직 스트립을 따라 배열되고, 상기 구멍들(650)은 상기 제 2 수직 스트립을 따라 배열된다. 상기 구멍들은 상기 영역들로부터 최소 거리 > 0 을 유지하면서 수직 방향으로 이웃하는 전기적 접속 영역들과 번갈아 배치된다.

도 10은 본 발명에 따른 애노드 장치의 한 실시예의 정면(I), 측면(II) 및 경사면(III) 투시 및 하부면(IV)으로부터의 투시를 도시한다. 애노드 패널(200) 및 저항기들(400)은 단일의 편평한 요소로 제조된다. 상기 애노드 패널 상의 다수의 수평 절단부들이 복수의 스트립들을 생성한다. 두 개의 스트립들마다 하나씩 상기 애노드 패널에 직각인 방향으로 밀어 넣어(push back), 저항기(400)를 생성한다. 상기 저항기들은 전류 분배 구조(300)와 전기적으로 병렬로 접속된다. 상기 수평 절단부들은 또한 저항기 스트립들(400)에 의해 남겨진 공간에 대응하는 다수의 전기적 불연속 지역들(600)을 식별한다. 절연 요소(700)가 상기 저항기들(400)과 상기 애노드 패널(200) 사이에 삽입된다. 이러한 것은 상기 저항기들의 표면이 애노드 장치가 전해 채취 또는 전해 정제용 전해조 내에서 동작할 때 상기 애노드 장치의 가스 발생 반응에 수반되지 않도록 보장한다. 명확성을 위해, 상기 절연 요소(700)는 뷰 III 및 뷰 IV에서 생략되었다. 전기적 접속 영역들(500)은 상기 애노드 패널의 전기 화학적 활성 표면과 저항기들을 구성하는 평행한 스트립들 사이의 가상적인 분리 영역을 도시한다.

도 11은 본 발명에 따른 애노드 장치의 두 요소, 즉 애노드 패널(200) 및 복수의 저항기들(400)의 정면 뷰(I) 및 하부(II)에서 본 뷰이다. 이 실시예에서, 애노드 패널 및 저항기들은 모두 티타늄의 확장된 메시들로 만들어진다. 패널 (I)의 박스형 확대도로 도시된 바와 같이, 상기 애노드 패널(200)은 절단부들(600)(및 절단부(650), 도시되지 않은 프로파일)에 대응하여 약간 구부러진 프로파일을 갖는다. 바람직하게는, 상기 애노드 장치의 어셈블리 중에, 상기 애노드 패널은 전기적 불연속 지역들(600, 650)의 구부러진 에지들이 상기 저항기들(및 전류 분배 구조)의 방향으로 다시 들어가는(re-entrant) 방식으로 장착된다. 본 발명자들은 수지상 돌기 형성물이 상기 애노드 패널의 표면 상에 존재하는 절단부 또는 구멍의 주위에 침범하여 부착될 때 상기 구부러짐(curvature)이 상기 수지상 돌기 형성물의 분리를 유리하게 할 수 있다는 것을 관찰하였다. 상기 애노드 패널은 상기 패널이 비틀어지고 구부러지는 것을 방지하는 그 기계적 견고성을 향상시킬 수 있는 접혀진 에지들(210)을 나타내는데, 특히 패널이 밸브 금속의 가요성 시트 또는 확장된 메시로 만들어질 때 그러하다. 본 실시예에서, 다수의 저항기들(400)은 구멍들이 제공된 단일의 확장된 티타늄 메시의 저항성 패널(1000) 내에 구성된다. 이들의 개수 및 크기에 기초하여, 상기 구멍들은 미리 결정된 전기 저항을 나타내는 복수의 평행한 스트립들을 식별한다. 상기 저항성 패널은 뷰 II의 횡단면으로 도시된 바와 같이 형상화되고 구부러질 수 있다. 상기 저항성 패널(1000)이 상기 애노드 패널(200) 내에 위치될 때(즉, 그 접혀진 에지들(210) 내에 둘러싸일 때) 두 개의 패널들의 접촉 영역들에 대응하여 위치된 복수의 영역들에 따라 상기 저항성 패널과 상기 애노드 패널이 이 둘을 함께 용접함으로써 접속된다. 이 경우, 상기 전기적 접속 영역(500)(명확성을 위해 그 중 하나만 선택됨)은 상기 애노드 패널 상에 저항기들 또는 저항성 패널의 연속 에지의 용접 지점들에 대응하여 위치된다. 절연 요소가 저항성 패널(1000)과 애노드 패널(200) 사이에 배치되어 이들 둘 사이의 우발적인 접촉을 방지할 수 있다. 상기 절연 요소는 또한 수지상 돌기 형성물이 구멍들(600 및 650)을 통해 성장하여 저항성 패널(1000) 상에 직접 침해하는 것을 방지할 수 있다. 후자는 중앙의 수직 리브(rib)를 따라 전류 분배 구조에 접속될 수 있다. 상기 애노드 패널 및 상기 저항성 패널의 수직 측면 에지들은 연속적일 수 있다. 대안적으로, 상기 애노드 패널 상의 절단부들(600) 또는 상기 저항성 패널의 스트립들을 구성하는 절단부들은 각각의 패널의 에지들에 도달하여 중지시킬 수 있다.

둘 이상의 전류 분배 구조들을 갖는 애노드 장치는 유리하게 각각의 분배 구조 상에 도 11에 도시된 시스템을 장착할 수 있다.

도 12는 본 발명에 따른 애노드 패널(200)의 한 실시예의 정면(I) 및 바닥면(II)에서의 뷰이다. 또한, 이 도면은 저항성 패널(1000)에 포함된 대응하는 복수의 저항기들(400)의 정면(III) 및 바닥면(II)으로부터의 뷰를 도시한다. 애노드 패널(200)에는 다수의 전기적 불연속 지역들이 제공되고, 수직 에지를 따라 두 개의 접힘부들(210)이 제공되어 그 기계적 안정성을 향상시킨다. 저항성 패널(1000)에 포함된 저항기들(400)은 적절한 크기의 그 안에 만들어진 다수의 구멍들로서 만들어지고 치수가 정해진다. 저항성 패널(1000)은 예를 들어 영역(550)에 대응하여 위치된 복수의 용접부를 통해 애노드 패널(200)에 접속된다. 이 경우, 영역(550)은 애노드 패널(200)의 접혀진 에지의 부분에 위치되며, (가스 발생 반응이 일어나는) 애노드 표면 상에 직접적으로 위치되지는 않는다. 용접 영역(550)에 대응하는 전기적 접속 영역(500)은 저항기와 동일한 높이에서 패널의 에지 상에 위치되고, (전술한 바와 같이) 개별적인 저항기와 패널 사이의 최단 전기 경로에 대응하는 애노드 패널 상에 위치되는 전도성 요소의 부분을 나타낸다. 일부 전기적 접속 영역들(500)은 예로서 도면에 도시되어있다.

도 13은 본 발명의 한 실시예의 정면(I) 및 측면(II) 투시를 도시한다. 애노드 패널(200), 전류 분배 구조(300) 및 저항기(400)가 애노드 행거 바(100)와 일체로 될 수 있는(또는 그에 접속될 수 있는) 단일 연속 구조에 통합된다. 상기 전류 분배 구조(300)는 다수의 저항기들(400)과 일치한다: 이것은 애노드 지지 바(100)로부터 애노드 패널(200)로 전류를 전도할 수 있는 복수의 바(bar)들, 바람직하게는 8 개 이상을 포함하며, 5 × 10^-5 Ω 이상의 전기 저항을 제공한다. 상기 애노드 패널에는 전기적 불연속 지역들(600)이 설치된다.

하기의 예들은 본 발명의 특정 실시예들을 실례를 들어 설명하도록 포함되며, 그 구현은 청구된 값들의 범위 내에서 풍부하게 검증되었다. 당업자는 하기의 예들에 기재된 구성들과 기술들이 본 발명자들이 본 발명의 구현에 있어 잘 동작하는 것으로 밝혀낸 구성들과 기술들을 나타낸다는 것을 이해해야한다; 그러나, 이러한 설명에 비추어, 당업자는 본 발명의 범위를 벗어나지 않고도 비슷한 또는 유사한 결과를 달성하면서 개시된 특정 실시예들에 대해 많은 변경이 이루어질 수 있음을 알아야한다.

예 1

한 세트의 실험실 테스트가 두 개의 캐소드 및 이들 사이에 위치된 애노드 장치를 포함하는, 170 mm × 170 mm의 전체 횡단면과 1500mm의 높이를 갖는 하나의 전착 셀에서 수행되었었다. 두께 3 mm, 폭 150 mm 및 높이 1100 mm(이 중에서 1000 이 전해액 내에 담겨져 있다)의 AISI 316 스테인리스 스틸의 시트가 캐소드용으로 사용되었다. 애노드 장치는 도 7의 스케치에서 단순화된 것과 유사한 구성으로 배열된 두 개의 티타늄 패널들을 포함했다. 각각의 패널은 외부 표면들 사이의 40 mm 거리에서 두 개의 캐소드들 중 하나와 수직으로 면하고 있다. 상기 두 개의 애노드 패널들은 동일한 전류 분배 구조의 반대쪽 측면들 상에 위치한다. 각각의 애노드 패널은 이리듐과 탄탈륨 산화물의 혼합 코팅으로 활성화된 1 mm 두께, 150 mm 폭 및 1000 mm 높이의 루버 구조이다.

각각의 패널은 병렬로 배치된 30 개의 저항기들의 접속을 통해 전류 분배 구조에 접속되어있으며, 각 저항기는 2 cm × 10 cm 크기의 확장된 티타늄 메시로 구성되며 각각 30 mΩ의 전기 저항을 특징으로 한다.

상기 30 개의 저항기들은 수직 스트립을 따라 위치된 30 개의 전기적 접속 영역들(즉, 용접부)을 통해 각각의 패널에 접속되었다. 상기 저항기들은 또한 전류 분배 구조에 접속되었고, 이는 차례로 전도성 행거 바에 의해 지지되었다. 약 10 cm 길이의 수평의 절단부들이 각 패널의 하나의 수직 측면 상에 생성되었다. 각각의 절단부는 두 개의 이웃하는 전기적 접속 영역들 사이에 놓여있다.

절연 요소가 각각의 패널과 전류 분배 구조 사이에 삽입되었다. 두 개의 추가의 절연 요소들이 평면으로 서로 평행하게 유지하면서 두 개의 패널들의 외부 수직 에지들을 클램핑(clamp)하였다.

셀은 CuSO₄ 로서 50 g/l의 구리 및 200 g/l의 H₂SO₄를 함유하는 전해질을 사용하여 동작했고, 약 455 A/m²의 예상 전류 밀도에 대응하는 1800 V의 정전압에서 136.5 A의 전류가 공급되었다. 애노드 패널에서 산소가 방출되었고 구리가 캐소드 상에 디포지션되었다. 수지상 돌기(dendrite)가 두 개의 캐소드들 중 하나의 스테인리스-스틸 시트에서 상기 애노드 패널에 수직으로 핵형성 중심으로서 나사(screw)를 삽입하여 인위적으로 생성되었다. 상기 나사의 끝이 상기 애노드 패널로부터 5 mm 떨어진 곳에 위치되었다. 36 시간의 동작 후, 구리의 성장이 상기 수지상 돌기 상에서 관찰되었고, 이것은 상기 수지상 돌기와 상기 패널 사이의 접촉을 초래하였다.

상기 셀은 접촉 후 다음 40 시간 동안 동작 상태를 유지했다. 동작이 끝났을 때 캐소드들이 상기 셀로부터 셀로부터 제거되었다. 수지상 돌기 형성물에 영향을 받은 캐소드는 어려움 없이 상기 셀로부터 제거되었다. 그에 대향하는 애노드 패널은 약 1 cm × 0.5 cm의, 상기 수지상 돌기와 접촉하는 영역에 대응하는, 경미한 표면 열화가 있었다. 상기 패널의 기능에 영향을 미칠 수 있는 구멍, 변형 또는 기타 심각한 손상은 관찰되지 않았다.

상기 셀이 연속적으로 동작되었을 때, 상기 경미한 표면 열화를 갖는 애노드 패널에 대향하는 캐소드 상의 구리 디포지션이 균일하다는 것이 관찰되었다.

비교 예 1

상기 애노드 장치가 이리듐 및 탄탈룸 산화물의 혼합된 코팅으로 활성화된, 두께 1 mm, 폭 150 mm 및 높이 1000 mm의 티타늄의 두 개의 패널들을 포함하는 장치로 교체된 것을 제외하고, 예 1의 테스트가 동일한 조건 하에서 반복되었다. 각각의 패널은 동일한 티타늄 코팅 구리 바에 직접 전기적으로 접속되고 전도성 행거 바에 의해 지지되는 루버 구조였다. 수지상 돌기가 두 개의 캐소드들 중 하나의 스테인리스-스틸 시트에서 상기 애노드 패널에 수직으로 핵형성에 대한 중심으로서 나사를 삽입하여 인위적으로 생성되었다. 상기 나사의 끝은 상기 애노드 패널로부터 5 mm 떨어진 곳에 위치되었다. 8 시간의 동작 후, 상기 수지상 돌기와 상기 패널 사이의 접촉을 유도하는 구리의 성장이 상기 수지상 돌기 상에서 발견되었다.

상기 셀은 접촉 후 다음 20 시간 동안 동작 상태를 유지했다. 동작이 끝났을 때, 캐소드들이 상기 셀로부터 제거되었다. 수지상 돌기 형성물에 의해 영향을 받는 캐소드는 대향하는 애노드 패널로부터 어렵게 제거되었다. 후자는 상기 수지상 돌기와의 접촉 영역에 대응하는 직경 약 2.5 cm의 원형 구멍을 가졌다.

상기 셀이 연속적으로 동작할 때, 상기 애노드 패널의 구멍에 대향하는 캐소드 상의 구리 디포지션이 불균일하다는 것이 관찰되었다.

상기 설명은 본 발명을 한정하고자 의도된 것은 아니며, 본 발명은 첨부된 청구 범위에 의해 규정되는 그 범위를 벗어나지 않고서 다양한 실시예들에 따라 사용될 수 있다.

본 출원의 상세한 설명 및 청구 범위에서, "포함한다"라는 단어 및 "포함하고 있는" 및 "포함하는"과 같은 그 변형은 다른 추가적인 요소들, 구성들 또는 단계들의 존재를 배제하지 않는다.

문서, 증서, 재료, 장치, 논문 등의 논의는 본 발명의 문맥을 제공하기 위한 목적으로 만 본문에 포함된다; 하지만, 이러한 재료 또는 그 일부는 본 출원에 첨부된 청구 범위 각각의 우선일 이전에 본 발명과 관련된 분야에서 일반적인 지식을 구성한다는 것으로 이해되어서는 안 된다.

Claims (22)

1. 적어도 하나의 애노드 패널로서 애노드로 사용되며 산소 또는 염소를 발생할 수 있는 적어도 하나의 표면을 제공하는 상기 애노드 패널과 적어도 하나의 전류 분배 구조를 포함하는 비철 금속의 전해정제(electrorefinement) 또는 전해 추출을 위한 애노드 장치에 있어서,
   상기 적어도 하나의 애노드 패널에는 부분적인 또는 전체적인 전기적 불연속의 적어도 하나의 지역이 마련되고, 부분적인 전기적 불연속 지역은 적어도 하나의 치수를 따라 애노드 패널 내에 선택적으로 에지들을 갖고 위치하는 적어도 1cm 의 치수가 되는 전기적 절연 영역이고, 전체적인 전기적 불연속 지역은 패널의 전체 치수를 따라 적어도 1cm의 치수가 되는 전기적 절연 영역이고, 따라서, 여러 개의 서브패널들로 세분화되고,
   상기 적어도 하나의 전류 분배 구조는 서로 병렬로 설정된 복수의 저항기들에 의해 상기 적어도 하나의 애노드 패널에 전기적으로 접속되고, 상기 복수의 저항기들의 각각의 저항기는 40 ℃에서 측정된 5 내지 100 mΩ 사이의 저항을 갖고,
   상기 적어도 하나의 애노드 패널에는 상기 복수의 저항기들에 접속되는 적어도 N1 개의 전기적 접속 영역들과 적어도 N2 개의 전기적 불연속 지역들이 마련되며, 상기 N1 개의 접속 영역들은 제 1 수직 스트립을 따라 배열되고, 상기 N2 개의 전기적 불연속 지역들은 제 2 수직 스트립을 따라 배열되고; N1은 5 내지 100 사이의 수이며, N2는 0.5·N1보다 큰 것을 특징으로 하는, 애노드 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 애노드 패널은 밸브 금속 또는 그 합금으로 된 기판 및 적어도 하나의 촉매 코팅으로 구성되는, 애노드 장치.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 애노드 패널은 메시(mesh), 천공된 플레이트, 루버(louver) 구조로부터 선택되는, 애노드 장치.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   각각의 애노드 패널은 병렬로 설정된 15 개 내지 600 개 사이의 저항기들에 의해 적어도 하나의 전류 분배 구조에 전기적으로 접속되는, 애노드 장치.
5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 복수의 저항기들은 상기 애노드 패널 상에 위치된 복수의 전기적 접속 영역들을 통해 상기 적어도 하나의 애노드 패널에 접속되며, 상기 적어도 하나의 전기적 불연속 지역은 두 개의 이웃하는 전기적 접속 영역들 사이에 위치되는, 애노드 장치.
6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 복수의 저항기들은 복수의 전기적 접속 영역들을 통해 상기 적어도 하나의 애노드 패널에 접속되고, 상기 애노드 패널은 복수의 전기적 불연속 지역들을 가지며, 상기 적어도 하나의 애노드 패널의 베이스에 대하여 높이 h1 및 h2(h1 < h2)에서 설정된 모든 두 개의 이웃하는 전기적 불연속 지역들에 대해 높이 h3(h1 ≤ h3 ≤ h2)에서 적어도 하나의 접속 영역이 위치되는, 애노드 장치.
7. 삭제
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 애노드 패널에는 상기 복수의 저항기들과 접속된 적어도 N3 개의 추가의 전기적 접속 영역들이 마련되고, 상기 N3 접속 영역들은 제 3 수직 스트립을 따라 배열되며, N3은 5 내지 100 사이의 수가 되는, 애노드 장치.
9. 제 8 항에 있어서,
   적어도 하나의 애노드 패널에는 적어도 N4 개의 추가의 전기적 불연속 지역들이 마련되고, N4는 0.5·N3보다 크며, 상기 N4 개의 전기적 불연속 지역들은 제 4 수직 스트립을 따라 배열되는, 애노드 장치.
10. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 전기적 불연속 지역은 절단부, 구멍부 또는 전기적 절연 재료의 삽입부인, 애노드 장치.
11. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 전기적 불연속 지역은 적어도 하나의 치수를 따라 길이가 적어도 5 cm로 측정되는, 애노드 장치.
12. 제 9 항에 있어서,
    상기 애노드 패널은 서로 간에 분리된 적어도 두 개의 티타늄 애노드 서브 패널들로서 루버, 시트 및 확장된 메시 구조들로부터 선택되는 상기 적어도 두 개의 서브 패널들과, 적어도 두 개의 전류 분배 구조들을 포함하고, 각각의 전류 분배 구조는 서로 간에 병렬로 설정된 복수의 저항기들에 의해 서브 패널에 접속되고, 각각의 서브 패널은 제 1 수직 스트립을 따라 배열된 5 - 100 접속 영역들을 포함하고, 각각의 접속 영역은 적어도 5 cm의 길이를 갖는 수평 절단부와 교대로 배치되며, 각각의 절단부는 상기 제 1 수직 스트립으로부터 0 - 10 cm의 거리에 설정된 적어도 하나의 지점을 갖는, 애노드 장치.
13. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 애노드 패널에는 적어도 20 개의 전기적 불연속 지역들과 상기 적어도 하나의 애노드 패널을 서로 간에 병렬로 설정된 적어도 20 개의 저항기들과 접속할 수 있는 적어도 20 개의 접속 영역들이 마련되고, 각각의 전기적 불연속 지역은 상기 접속 영역들 중 적어도 하나로부터 15 cm 미만의 거리에서 설정되는, 애노드 장치.
14. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    병렬로 설정된 상기 복수의 저항기들은 10^-5 내지 10^-3 Ω 사이의 등가 전기 저항을 갖는, 애노드 장치.
15. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 저항기들의 각 저항기는 시트, 스트립, 메시, 케이블, 패브릭 및 패드로 이루어진 그룹으로부터 선택되는, 애노드 장치.
16. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 저항기들은 전기적 불연속 지역들을 갖는 밸브 금속의 시트, 확장된 메시 또는 천공된 플레이트인, 애노드 장치.
17. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 애노드 패널 및 상기 다수의 저항기들은 밸브 금속의 단일 부분의 구부러진 시트, 확장된 메시 또는 천공된 플레이트인, 애노드 장치.
18. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전류 분배 구조는 납 또는 납 합금으로 된 시트 또는 패널을 포함하는, 애노드 장치.
19. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 기술된 적어도 하나의 애노드 장치를 포함하는 비철 금속의 전해 추출을 위한 전해조.
    
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