TWI647341B - 金屬電極澱積工廠中陰極和陽極之電流分配評估系統和方法及所用吊架桿 - Google Patents

Abstract

本發明係關於一種系統，可直接檢測施加於電解池電極之電流，特別可用於非鐵金屬之電解冶金或電解精煉工廠。電流分配在實際上無限數量之電極，可透過對電極吊架桿直接測量而得，不需工廠員工的人為介入。

Description

金屬電極澱積工廠中陰極和陽極之電流分配評估系統和方法及所用吊架桿

本發明係關於一種系統，可用來直接檢測施加於電解池電極之電流，電解池尤指用於非鐵金屬之電解冶金或電解精煉工廠。

施加於電化學工廠，尤指金屬電極澱積，諸如金屬電解冶金或電解精煉工廠，所用電解池之電流，可以很多樣方式分配到所安裝之諸電極，對生產造成負面結果。此現象之發生有多種原因。例如，以金屬電解冶金或電解精煉工廠特殊情況而言，負極性之電極(陰極)往往從其底座除去，以便收穫所澱積生成品，然後再放回原位，供次一生產循環。此項經常性處置，一般對很大量的陰極進行，往往導致不完美再定位於相對匯流排上，和較不理想的電氣接觸，在承收基座澱積結垢時，也會發生此情況。也有可能在電極上以不規則方式澱積生成物，形成質量傳送梯度，改變陰極表面形態。發生此事時，會建立電氣不平衡，因事實上陽極與陰極之間隙，不再沿全電極表面一成不變：電阻是每對陽極和陰極間距離之函數，成為變數，致使不規則電流分佈之問題更為惡化。

所以，電流會以不同量分配到各電極，因為電極與匯流排之間電氣接觸不良，且因電極表面形態改變之故。此外，即使陽極簡單磨耗，也會影響到電流分配。

此等電流分配不均勻性，會導致陽極至陰極短路。短路之另一通常肇因，特別是在銅電極澱積之情況，是常會形成樹枝狀澱積物，只要局部陽極對陰極間隙減少，就會局部以更快速率成長，直至陰極和陽極間開始發生短路。以短路而言，電流傾向集中在短路陰極，減少至其餘陰極之電流，嚴重妨礙生產，直到短路之陰極脫開之前，無法恢復。

不均勻之電流分配，除發生品質和生產能力的損失外，如上所述，對鈦網所得高級陽極之整體性有縮短其使用壽命之虞。

在工廠內，指定大量電池和電極存在時，檢測電流分配不規則性之課題非常複雜。此等檢測事實上涉及由操作者經由紅外線或磁性檢測器，進行數以千次之人為測量。在金屬電解冶金和電解精煉工廠之特殊情況下，此等檢測是由操作者在高溫環境，於主要含硫酸之酸霧存在下進行。

此外，由操作者使用的習知手動元件，諸如高士德或具有紅外線感測器之儀器，僅得以定位電位分配之大量不平衡，因為實際上檢測不平衡，與磁場或溫度關聯。

此等手動或半手動系統之缺點是，不適於連續操作(只能定點檢核)，極為昂貴和潛在危害操作者健康之情況。

已知有無線監測電解池之系統，雖然有永久性並且連續作業，卻只能檢測各電解池，而非每單一電極之電壓和溫度變化。此項資訊如上所述，不精準又整體無效率。

試圖解決上述問題，揭於例如WO2013037899。該專利申請案所述發明之缺點為，必然把數以千計之觸點，直接固定在匯流排上，在工廠操作當中要完成此任務很複雜。此外，如此間接電流測量需使用複雜之計算模式，需容許多次近似法。

基於此等理由，工業界表示需在技術上和經濟上掌握可行系統，永久連續性監測和測量金屬電極澱積工廠電解池內安裝之各每一電極之電流分配。

本發明得以檢測電化工廠，例如非鐵金屬電解澱積工廠(如電解萃取或電解冶金，和電解精煉)內所安裝實際上無限量電極之電流分配，不需操作者干預，在不健康環境內進行手動測量，並能夠利用警報系統，發出一或以上特殊電極之故障訊號。本發明亦可克服習知技術間接測量系統計算和安裝之複雜性，此系統適於直接安裝在電極製造階段，即安裝其上。

本發明諸要旨規範在所附申請專利範圍內。

本發明一要旨係關於一種系統，供評估金屬電極澱積工廠的陰極和陽極內之電流分配，該系統包括：．至少一電解池，含有電解質；．電流匯流排，與該至少一電解池關聯；．複數陰極和陽極，與均勻電阻係數和規則幾何形狀陰極和陽極吊架桿電氣接觸，並置於其上，該吊架桿有銜接該電流匯流排之終端組件，並適於保持相對應陰極和陽極於該至少一電解池內之位置；其中該陰極和陽極吊架桿裝設至少一電氣探針，在利用與電流匯流排呈電氣連接，並與相對應陰極或陽極呈第一電氣連接所限定之區域中，與位於該陰極和陽極吊架桿之至少二接觸檢測點連接。

此處陰極和陽極吊架桿與所連接電極(分別為陰極或陽極)間之「第一電氣連接」一辭，用來指稱電流從其原點側開始到達之第一接觸點。

本發明人等發現電極吊架桿的幾何形狀有規則性，由此量度可能推測到在聯結於電極吊架桿之電極上之電流分配。

在技術上已知電化學金屬澱積工廠，其中電解池構成從單一側接收電流，並裝設平衡之次級電流匯流排，供電流再分配。在後一情況，本發明系統配成包括：．至少一電解池，含有電解質；．電流匯流排，與該至少一電解池關聯；．平衡次級匯流排；．複數陰極和陽極，與均勻電阻係數和規則幾何形狀之陰極和陽極吊架桿電氣接觸，且置於其上，該吊架桿有銜接該電流匯流排之第一終端組件，和銜接該平衡次級匯流排之第二終端組件，該吊架桿適於保持相對應陰極和陽極定位於該至少一電解池內側；其中該陰極和陽極吊架桿裝設至少一電氣探針，在分別與電流匯流排和平衡次級匯流排之電氣連接，以及與相對應陰極或陽極之第一電氣連接所限定之區域中，與位在該陰極和陽極吊架桿上之至少四個接觸檢測點連接。

在本發明系統之一具體例內，該陰極和陽極吊架桿裝設至少一微電路，有連接於此之微處理器，該微電路與該接觸檢測點呈電氣連接。

為避免電極吊架桿與複數纜線連接，這是廠長最複雜的作業，可把電阻降測量傳輸至中央電腦，供經由無線電發射機之必要處理。

職是之故，本發明系統又一具體例，是提供微處理器之微電路，亦裝設有無線電發射機。

在某些情況下，電極吊架桿之電阻係數，係與特殊關鍵作業條件關聯之溫度局部變化所致。

由本發明系統又一具體例，提供該接觸檢測點連接到溫度感測器裝置，即可進行必要的校正。

在本發明系統又一具體例中，吊架桿之接觸檢測點、無線電發射機和溫度感測器裝置，利用抗化學性樹脂，尤其是環氧樹脂，保護免受周圍化學環境影響。

本發明另一要旨，係關於金屬電極澱積工廠陰極和陽極內電流分配之評估方法，包括步驟為：．於該吊架桿裝設至少一電氣探針，於與電流匯流排之電氣連接和與相對應陰極或陽極之第一電氣連接，為界的區域內，與位於該陰極或陽極吊架桿上之至少二接觸檢測點，呈電氣接觸；．校準陰極和陽極吊架桿之電阻；．利用纜線或無線電發射機，發送電流量度至中央電腦；．透過中央電腦完成資料；．遇預定不正常事件時，作動連接至中央電腦之警報系統；．作動選項機構，脫開呈現不正常之電極。

本發明又一要旨係關於電極澱積應用之陰極或陽極吊架桿，具有均勻電阻係數、規則幾何形狀，並裝設至少一微電路，設備微處理器，該微電路係與位在以與電流匯流排之電氣連接，以及與相對應陰極和陽極之第一電氣連接所限定之區域中的至少二檢測點連接，該微電路具有內部電阻電路。

本發明又一要旨係關於金屬電極澱積工廠陰極和陽極內電流分配之評估方法，包括步驟為：．應用微電路，具有微處理器，與各陰極和陽極吊架桿積合，在以與個別電流匯流排之電氣連接，以及與相對應陰極或陽極之第一電氣連接所限 定之區域中，與位於各陰極和陽極吊架桿之至少二接觸檢測點呈電氣接觸；．校準陰極和陽極吊架桿之電阻；．利用纜線或無線電發射機，把電流量度發送到中央電腦；．透過中央電腦處理資料；．遇預定不正常事件時，作動連接至中央電腦之警報系統；．作動機構，脫開呈現不正常之電極。

茲參照附圖說明具體化本發明之若干實施方式，唯一目的在繪示不同元件相對於本發明該特殊實施方式之相互配置關係；具體而言，附圖不必按比例尺描繪。

1‧‧‧吊架桿

2‧‧‧電極

3,4,5,6‧‧‧檢測點

7,8,9,10,11‧‧‧電流方向

12,13‧‧‧電流匯流排

14‧‧‧微處理器

15,16‧‧‧面積

17,18,19,20‧‧‧檢測點

21,22‧‧‧測量點

23,24‧‧‧電極吊架桿

25,26‧‧‧電阻器

第1圖為本發明雙電氣觸點組態之電極對電極吊架桿聯結之示意圖；第2圖為本發明雙電氣觸點組態之電氣微電路簡圖。

第1圖表示電極吊架桿1，附設有電極2、檢測點3,4,5,6、電流方向7,8,9,10,11、電流匯流排12,13、裝備微處理器14之微電路。

第2圖表示電氣微電路方案，所示面積15相當於第1圖電極吊架桿電路之同等電路，面積16相當於微電路之電路，檢測點17,18,19,20，電阻相當於分部之電極吊架桿23和24，微電路電位差之測量點21,22，所應用電阻器25,26。

下述實施例用來證明本發明特殊具體例，其實用性已在所請求數值範圍大獲證實。技術專家應知下述實施例內揭示之組成份和技術，代表本發明人所發現在本發明實施時功能良好之組成份和技術；惟技術專家均知，鑑於本案揭示內容，在所揭示具體例內可進行許多改變，仍可得同樣或類似結果，不違本發明之範圍。

實施例

按照第2圖方案，應用電路組裝陰極和陽極電流分配評估系統。在此特殊情況下，計算電流分配所用方法，是根據下列公式表達之模式。A是在點17之電壓，C是在點19之電壓，B是在點18之電壓，而D是在點20之電壓。M是在點21之電壓，N是在點22之電壓。K是電極吊 架桿相當於點17和18點間這一段之電阻。P*K是電極吊架桿相當於點19和20間這一段之電阻。R是分別安裝於點17和21以及點19和21間之電阻器值。P*R是安裝在點19和21以及20和22間之電阻。I1是點17和18間之電流，I2是點19和20間之電流。

因此，點M-N間之電位差，與(I1+I2)呈比例。知道I總數，即可導衍R等於R1,R2...Rn，因此即知個別電流。

前述無意限制本發明，可按照不同具體例使用，不違其範圍，其程度純由所附申請專利範圍為準。

在本案全文和申請專利範圍中，「包括」及其變化用法並不排除其他元件、組件或額外製法步驟。

說明書內提到的文件、法規、材料、裝置、論文等，目的僅 在提供本發明脈絡，並非擬議或表示其全部或任何部份，形成先前技術基本之一部份，或是本案各項申請專利範圍優先權日之前，為本發明相關領域內之一般常識。

Claims (8)

1. 一種金屬電極澱積工廠中陰極和陽極之電流分配評估系統，包括：至少一電解池，含有電解質；電流匯流排，與該至少一電解池關聯；平衡次級匯流排；及複數陰極和陽極，其上置有均勻電阻係數和規則幾何形之陰極和陽極吊架桿，並與之呈電氣接觸，該吊架桿具有第一終端組件，銜接該電流匯流排，和第二終端組件，銜接該平衡次級匯流排，該吊架桿適於保持相對應陰極和陽極於該至少一電解池內側之位置；其中該陰極和陽極吊架桿裝設至少一電氣探針，在以分別與電流匯流排和平衡次級匯流排之電氣連接，以及與相對應陰極或陽極之第一電氣連接所限定之區域中，與位於該陰極和陽極吊架桿上之至少四個接觸檢測點連接者。
2. 如申請專利範圍第1項之系統，其中該陰極和陽極吊架桿裝設至少一微電路，有微處理器相連接，該微電路與該接觸檢測點呈電氣連接者。
3. 如申請專利範圍第2項之系統，其中該至少一微電路，裝設有無線電發射機者。
4. 如申請專利範圍第2項之系統，其中該接觸檢測點係連接至溫度感測器裝置者。
5. 如申請專利範圍第2項之系統，其中該陰極和陽極吊架桿裝設至少一微電路，具有該微處理器與之積合在一起者。
6. 如申請專利範圍第5項之系統，其中具有該微處理器積合在一起之該微電路、該吊架桿之接觸檢測點、一無線電發射機，和一溫度感測器裝置，利用抗化學性樹脂保護，不受周圍化學環境影響者。
7. 一種金屬電極澱積工廠中陰極和陽極之電流分配評估方法，該陰極和陽極其上置有相對應吊架桿，其中方法包括步驟為：對該吊架桿裝設至少一電氣探針，在以分別與電流匯流排和平衡次級之匯流排之電氣連接，以及與相對應陰極或陽極之第一電氣連接所限定之區域中，與位於該陰極和陽極吊架桿上之至少四個接觸檢測點呈電氣連接；校準陰極和陽極吊架桿之電阻； 利用纜線或無線電發射機，發送電流量度至中央電腦；透過中央電腦完成資料；遇預定不正常事件時，作動連接至中央電腦之警報系統；及作動選項機構，脫開呈現不正常之電極者。
8. 一種金屬電極澱積工廠中陰極和陽極之電流分配方法，該陰極和陽極係其上置以相對應吊架桿，其中方法包括步驟為：應用微電路，具有微處理器，與各陰極和陽極吊架桿積合，在以分別與電流匯流排和平衡次級匯流排之電氣連接，以及與相對應陰極或陽極之第一電氣連接所限定之區域中，與位於各陰極和陽極吊架桿之至少二接觸檢測點呈電氣接觸；校準陰極和陽極吊架桿之電阻；利用纜線或無線電發射機，把電流量度發送到中央電腦；透過中央電腦處理資料；遇預定不正常事件時，作動連接至中央電腦之警報系統；及作動機構，脫開呈現不正常之電極者。