CN108713073B - 具有电阻器的电极结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可用于从离子溶液中电解提取铜和其它有色金属的工厂的电池中的电极。该电极由包括通过多个电阻器并联连接到至少一个电流分配结构的用于氧气或氯气的析出的至少一个阳极板的装置组成。板可以可选地具有电气不连续的区域。本发明还涉及使用上述电极的电解槽。

Description

具有电阻器的电极结构

技术领域

本发明涉及一种电极，该电极可有效地被用于电解精炼和电解冶金工厂的电解槽中。

背景技术

金属电沉积工厂(例如用于有色金属的电解提取的设备)通常使用一个或多个电解槽，每个电解槽包括多个基本电池(elemental cells)。基本电池包括阳极和阴极，通常位于电解池中交替的和相互平行的位置。阳极和阴极通过电流分配系统提供电能，电流分配系统包括分别放置在阳极和阴极附近的至少一个阳极汇流条和至少一个阴极汇流条，并且阳极汇流条和阴极汇流条被电气连接到电流分配系统。

每个电极是电驱动的，通常通过导电支撑元件支撑在电解池中的垂直位置。这些元件包括悬挂条，悬挂条附接于或连接到将电极连接到其自身的悬挂条的一个或多个电流分配结构和一个或多个载流汇流条。

在有色金属(诸如铜、锌或镍)的电解冶金的过程中，在阴极上的金属沉积可以以不均匀的方式发生，并导致随着电流的通过以不断增长的速度向对面的阳极生长的树枝状形成物。枝晶会在与对面的阳极接触时导致电路短路，这常常会损害电极，威胁工厂的安全，并对整个电解槽中的电流分配产生非常不利的影响，也会对收获的金属的质量和数量产生不利的影响。现代结构的阳极由钛或其他阀金属的薄片、网、百叶窗结构、穿孔薄片、薄片或拉伸网制成，和传统铅阳极相比具有操作减少能源消耗的优点，由树枝状形成物造成的短路可能给电极带来广泛并且不可逆的伤害并且需要工厂员工的及时行动。然而，这种人类干预的需要是不期望的:大多数用于有色金属的电解提取的工厂是不健康和潜在危险的环境；工厂员工暴露于来自电解槽的酸雾的时期应尽量保持短暂。

然而，制定用自动监测系统控制流经电解槽的电流来处理这一问题的解决方案目前是复杂和昂贵的，并且/或者解决方案有严重的效率和可靠性问题。电解质池的酸性环境、高电流密度、阴极从其座的周期性去除和工厂的高操作温度构成了在本领域已知的控制和监控系统中存在的电子部件的非期望的风险因素，即使电子部件设置有合适的保护涂层或被嵌入树脂中。

因此，希望存在这样的系统：允许减慢上述电沉积工厂中树枝状形成物的生长，并且无论如何都能减少由相对电极之间的可能的直接电气连接引起的可能的损坏，无论连接是由枝晶还是电极的未对准引起的。还希望这种系统应采用在电解冶金工厂的操作条件下具有经证实的强度、鲁棒性和可靠性的部件，然而不会明显地降低电解冶金工厂的操作效率。

发明内容

在所附权利要求中描述了本发明的各个方面。

一方面，本发明涉及用于有色金属的电解冶金或电解精炼的阳极装置。阳极装置包括通过并联放置的多个电阻器被电气连接在一起的至少一个阳极板和至少一个电流分配结构。

这里电阻器是指有5·10^-5Ω或更大的电阻的任何阻性元件。电阻器可具有相同或不同的电阻值。

在下文中，电阻值是指在40℃测量的值。术语阳极板是指适合用作阳极的任何形状和尺寸的元件，其具有至少一个能够析出氧气或氯气的表面。这一表面可以是平的或波纹的，实心的，多孔的，被切割的，被蚀刻的或穿孔的。阳极板可以是复合结构，并且还可包括物理地彼此分离的多个元件(子板)，并且每个元件与至少一个电阻器连接到至少一个公共电流分配结构。因此，在额定操作条件下，给定阳极板的子板将基本上处于相同的阳极电位，并且将面对相同的阴极。

电流分配结构可包括一个或多个导电条或导电板，诸如但不限于设置有钛涂层的铜条。电流分配结构也可以是铅或铅合金的薄片或板，例如使用的铅阳极(或由铅合金制成的使用的阳极)。

电流分配结构将一个或多个阳极板电气连接到阳极悬挂条。后者通常转而被连接到向电极提供电能的至少一个阳极汇流条。

发明人已经观察到，根据本发明的装置可以减缓树枝状形成物的生长超过24小时，并且在电极之间短路的情况下，通过限制通过阳极板的最大电流来减少对阳极板的损坏，从而避免进一步的效率损失。根据本发明的电气配置的特征在于电阻器的并联连接，当电池以额定值操作时，根据本发明的电气配置不会对工厂的操作条件(例如，在电能的损耗方面)产生显著的不利影响。

实际上，并联连接的多个电阻器与等效电阻相关联，该等效电阻小于各个电阻器的等效电阻，并且随着电阻器的数量的增加而减小。不受特定理论束缚，发明人观察到当在阳极装置和阴极之间建立直接电气接触(例如由于树枝状形成物或电极的未对准)时，电流似乎由于阳极板的电阻或阳极板的其他特定几何/电气特性(例如能够产生用于电流的优先路径的电气不连续的区域之类)而流过电阻器的特定子集。电阻器的这一子集相关联的电阻高于当设备在额定条件下操作时等效电路的电阻。与阳极板和(一个或多个)电流分配结构直接电气接触的情况相比，这有助于减少通过阳极板放电的电流。

电阻器的电阻值、选择和数量取决于各种因素，例如阳极板的物理和化学特性以及电解提取工厂操作的电流密度。

电阻器可以有利地被设计成这样的方式：一方面，等效电路对于工厂操作具有可接受的欧姆降，并且另一方面，在阳极与树枝状形成物接触的情况下，单独的电阻器确保足够的电阻以限制对阳极的广泛损坏(即产生面积小于2.5cm×2.5cm的表面损伤。高于该值，金属沉积的质量受到不利影响)。为了达到这个效果，在设计电阻器的电阻值时，技术人员将牢记工厂操作的电流密度，并作为在给定电极材料和电池的操作参数的情况下不会对阳极板的有效表面造成广泛的损坏的可通过阳极板放电的最大电流的函数来计算电阻器的值。

至少在20℃和65℃之间的温度范围中，优选地在20℃和100℃之间，线性电阻器或欧姆电阻器的使用，可使其设计较容易并且可以进一步确保其可靠性，因为有促成在其操作期间在阳极装置中的温度变化的许多不可控制的因素。因此，这些电阻器优于非欧姆或非线性电阻器和热敏电阻或者其他电阻值以非常非线性的方式极大地依赖于温度和/或电流强度并且包括在电解冶金工厂的操作条件下潜在危险的部件(诸如塑料、小电线)的已知设备(诸如可复位保险丝)。

与使用直接连接到电流分配结构的板的传统操作相比，为了最小化电池电压的增加，同时确保电阻器的保护作用，选择并联布置的多个电阻器以使它们具有在10^-5和10^-3欧姆之间的等效电阻可以是有利的。

在根据本发明的装置的一个实施例中，用于每个阳极板的电阻器的总数在15和600之间，优选地在20和300之间。各个电阻器的电阻值相等，低于特定阈值的数量的电阻器将导致等效电路的电阻增加，从而导致能量方面的性能下降。另一方面，过高的数量可能使得阳极装置的组装变成冗长且费力的过程。在一个实施例中，上述阳极板被细分为2个或3个子板，每个子板通过数量在15和200之间(优选地在20和100之间)的电阻器被连接到电流分配结构。根据本发明的另一个实施例，从薄片、条带、网、线缆、织物和垫片中选择电阻器可以是有利的。电阻器可以例如是阀金属的薄片、压制条带、拉伸的或穿孔的网。这种类型的电阻器可具有在相对的阳极和阴极装置之间短路的情况下不会遭受腐蚀或过度过热的优点。过度过热意味着与额定操作条件相比，电阻器的温度的升高超过50℃。另外，与本领域中描述的采用传统的电子部件的在阳极装置中包括塑料、陶瓷和/或细导线元件的解决方案相反，根据本实施例的装置放弃了这些危险的材料并且可以代表在阳极部件的使用寿命和安全方面有利的解决方案。

在一个实施例中，并联布置的多个电阻器中的每个电阻器具有在1×10^-4Ω和1Ω之间的电阻。

根据另一个实施例，并联定位的多个电阻器中的每个电阻器具有5mΩ到100mΩ之间的电阻。特别地，每个电阻可以在10mΩ到50mΩ之间。

根据本发明的另一个实施例，阳极板包括阀金属或阀金属合金的基板和至少一个催化涂层。板可以设置有用于基板的保护或催化涂层本身的保护的其他涂层。

阀金属的非排他性例子是：钨、钽、钛、锆和铌。

后一实施例可比传统的铅阳极具有更少的环境影响，并且最重要的是可提供促进阳极反应的优势，因为氧气或氯气析出的过电位较低。

根据本发明的另一个实施例，电流分配结构可包括至少一个由铅制成的板或薄片，例如耗尽的铅阳极。以这种方式，使用耗尽的阳极作为连接有阀金属阳极板的电流分配结构，可以改进过去使用铅阳极的电解电池。在这种情况下，现有的阳极材料保留在电解槽内，从而避免了铅结构的清理问题，而工厂可利用在阀金属可以提供的产品的数量和/或能量成本方面的改进性能。

根据另一个实施例，根据本发明的装置设置有选自拉伸网、薄片、穿孔的薄片和百叶窗结构的至少一个阳极板。百叶窗结构是指设置有多个相互平行的、通常是水平的切口或插槽的板。这些结构可以具有波纹轮廓，例如在一个插槽和另一个插槽之间有弯曲部分，或者像百叶窗，或者特征在于相对于垂直方向倾斜的多个平行条带。

发明人已经观察到，当被使用在根据本发明的阳极装置中时，由钛制成的阳极板具有可选地设有切口的拉伸网状结构、百叶窗或穿孔薄片可以是有利的。与使用实心板相比，在与相对的阴极短路的情况下，阳极板的几何特性似乎本质上有助于电流流过电阻器的减小的子集。

根据本发明的装置中的单个阳极板可以通过并联布置的多个电阻器电气连接到一个或多个电流分配结构。类似地，单独的电流分配结构可以通过多个并联电阻器连接到一个或多个阳极板。

根据本发明的一个实施例，至少一个阳极板包括彼此分开的多个子板，并且每个子板通过至少一个电阻器(优选地通过多个电阻器)连接到至少一个公共电流分配结构。实际上，连接到各个子板的电阻器的各个组可被认为是并联的电阻器的组，用于描述具有本文所述的阳极装置的基本电解电池的电路。

发明人已经观察到，为了便利阳极装置的组装，将每个阳极板的子板的数量限制为等于或低于分配电流的结构的数量可以是有利的。每个子板可以有利地通过数量在10和200之间(优选地在15和150之间，甚至更优选地在20和100之间)的电阻器连接到相应的分配结构。

根据另一个实施例，根据本发明的装置具有设置有至少一个部分或完全电气不连续的区域的至少一个阳极板。

“电气不连续的区域”是指沿至少一个维度测量的至少1cm的电气绝缘区域。不连续区域可位于阳极板内并且可选地包括阳极板的边缘(在这种情况下，其被定义为部分电气不连续)；不连续区域也可沿着板的整个维度延伸，从而将板细分为几个子板(在后一种情况下，不连续区域被定义为完全不连续)。

在与树枝状形成物接触的情况下，一个或多个电气不连续的区域的存在可以建立穿过阳极板的表面的优先电气路径，从而有利于电流通过有限数量的电阻器放电。

根据本发明的一个实施例，每个阳极板的电气不连续的区域的数量大于10，优选地大于50，甚至更优选地大于65。

在根据本发明的装置中，每个电阻器可以通过电气连接区域被连接到阳极板，电气连接区域的至少一部分位于板上或板的边缘上。该电气连接区域也可以是部分不连续的，在阳极板的一个或多个表面上延伸和/或通过板的厚度延伸。电气连接区域也可以是片段或点或其不连续的聚集体。

在某些情况下，该区域可以对应于在电阻器和阳极板之间的焊接。在某些情况下，该区域可以是将阳极板直接连接到位于板本身上的电阻器的任何导电元件的部分。当所述导电元件对于并联设置的多个电阻器中的若干电阻器是共用的时，与单个电阻器相关的电气连接区域由位于板上的导电元件的对应于在单个电阻器和板之间的最短电路径的部分来识别。

在某些情况下，电阻器和阳极板可以由单个元件制成，例如拉伸网或薄片或穿孔的板。所述单个元件被适当地折叠和切割，使得在一侧具有阳极表面，在该阳极表面上发生与相对的阴极的电化学反应，并且在另一侧上具有折叠在阳极表面后面的多个电阻条带，并且多个电阻条带与电流分配结构并联连接。在这种情况下，连接区域是指对应于电阻条带变成面向阴极的气体析出阳极表面的点的几何区域或片段，并且连接区域通常位于所述阳极表面的弯曲边缘上。

在下文中，电气连接区域是指与板直接或通过电气连接附接于电阻器的点相对应的几何区域或片段，或者作为替代方案是弯曲的，其中弯曲部分将和阴极相对的阳极板的表面连接到多个电阻器，多个电阻器被连接到电流分配结构。

根据本发明的另一个实施例，至少一个电气不连续的区域被放置在两个相邻的电气连接区域之间。

根据本发明的另一个实施例，阳极装置设置有至少7对相邻的电气连接区域，优选地至少20对，甚至更优选地至少50对，并且至少一个电气不连续的区域位于每个所述的相邻的电气连接区域对之间。相邻的电气连接区域是指其间没有另外的连接区域的两个连接区域。

根据本发明的另一个实施例，至少一个阳极板设置有至少10个电气不连续的区域和至少10个连接区域，每个电气不连续的区域位于距至少一个连接区域的距离小于20cm处。

根据本发明的另一个实施例，至少一个阳极板设置有至少20个电气不连续的区域和至少20个连接区域，每个电气不连续的区域位于距至少一个连接区域的距离小于15cm处。

根据本发明的另一个实施例，至少一个阳极板设置有至少20个电气不连续的区域和至少20个连接区域，每个电气不连续的区域位于距至少一个连接区域的距离小于10cm处。

根据本发明的另一个实施例，至少一个阳极板设置有至少25个电气不连续的区域和至少25个连接区域，每个电气不连续的区域位于距至少一个连接区域的距离小于10cm处。

根据本发明的另一个实施例，沿着至少一个预定方向在位于每对连续电气连接区域之间的阳极板的平面中在所述方向有至少一个电气不连续的区域。

该实施例可提供以下优点：在由于与枝晶的接触引起基本电池中短路的情况下，促使电流通过少量的电阻器，从而限制通过板放电的电流并因此减少由短路引起的损坏。

根据本发明的另一个实施例，对于每对相邻的电气连接区域存在至少一个电气不连续区域。例如，两个相邻的电气连接区域分别位于高度h1和h2处，其中h1<h2，至少一个电气不连续区域位于高度h3处，其中h1小于或等于h3且h3小于或等于h2。在由于与枝晶的直接接触引起短路的情况下，该配置可以促使电流实质上仅流过一个电阻器。

连接区域的位置和不连续的区域的位置由它们的几何中心(重心)的相应位置识别。

根据本发明的另一个实施例，至少一个阳极板设置有N1个电气连接区域，将阳极板并联连接到多个电阻器和N2个电气不连续的区域，其中N1和N2满足以下标准：N2是大于N1的一半的整数，并且5≤N1≤100。这些连接区域沿第一垂直条带定位；电气不连续的区域沿至少第二垂直条带布置，可选地全部或部分地与第一垂直条带重叠。

给定的垂直条带是假想的几何表面，垂直条带的高度与阳极板的高度一致，并且垂直条带的宽度使得包含所有连接区域的水平投影，或者可替代地，包含所有不连续区域的水平投影，其水平投影在至少一点上重叠。

阳极板还可以设置有沿着第三垂直条带定位的N3个另外的电气连接区域，第三垂直条带与第一垂直条带不一致，其中5≤N3≤100。板还可有N4个另外的电气不连续的区域，其中N4是大于N3的一半的整数，并且这些另外的电气不连续的区域沿着第四垂直条带定位，可选地全部或部分与第三垂直条带重叠。

根据另一实施例，N1(和/或N3，如果存在的话)可以在10和100之间，在20和100之间，或在20和80之间。

根据本发明的另一个实施例，阳极板可具有沿一个或多个另外的单独垂直条带定位的多个另外的电气连接区域，并且可以可选地具有沿一个或多个另外的垂直条带定位的多个另外的电气不连续的区域。

根据另一个实施例，至少一个电气不连续的区域是电绝缘材料的插入物、切口或孔。孔是指任何性质的通孔。切口是指穿过板的整个厚度的切口，可以在移除或不移除材料的情况下制成。

发明人已经观察到，在与枝晶接触的情况下，如果电气不连续的区域在至少一个维度上大于或等于5cm，例如依照上文描述的各种实施例，在切口适当地被布置在板的表面上的情况下，流过板的电流可以部分地被引导为沿少量电阻器。以这种方式，通过板的最大电流可以有效地被保持在阈值以下，这限制了对阳极装置的可能的损坏并且维持了工厂的安全性。

根据另一个实施例，根据本发明的阳极装置包括至少两个阳极板，优选地是钛的，设置有催化涂层，面向两个相对的阴极。两个彼此分开的板从百叶窗结构、拉伸网或薄片中选择。装置还包括至少两个电流分配结构，每个电流分配结构通过相对于彼此并联布置的多个电阻器连接到至少一个板。每个板包括沿着第一垂直条带定位的5-100个连接区域，并且每个连接区域与5cm长或更长的水平切口交替。每个切口有定位在距所述第一垂直条带0-10cm的距离的至少一个点。切口到连接区域的交替不一定意味着它们位于两个相邻区域之间，而是意味着沿着垂直方向，每个切口的垂直位置位于两个相邻连接区域的垂直投影之间。

或者，切口可以相对于垂直方向以20°-60°之间的角度倾斜。切口可以在移除或不移除材料的情况下制作；在前一种情况下，它们可以是穿过板的厚度的通孔。

根据另一方面，本发明涉及用于有色金属的电解冶金的电解槽，包括至少一个上述的阳极装置。

附图说明

下面参考附图通过示例描述本发明的多个实施例，附图的目的仅仅是为了说明与本发明的所述实施例有关的各种元件的相互布置；特别地，附图不应被理解为比例图。

图1-图13示意性地说明了根据本发明的阳极装置的多个实施例。

附图详细描述

图1展示了根据本发明的阳极装置的后部(I)、侧部(II)和前部(III)的示意投影。该图展示了连接到用于电流分配的结构(300)的阳极悬挂条(100)。电流分配结构通过多个电阻器(400)连接到阳极板(200)，电阻器(400)通过电气连接区域(500)连接到板。阳极板的前表面(视图III)是发生氧气或氯气释放的反应的一个表面。垂直方向用箭头(y)表示；垂直方向通常与传统电解冶金电池的垂直方向一致。阳极板(200)的基部位于标识水平参考的x轴表示的高度。

图2提供了根据本发明的阳极装置的一个实施例的后部(I)、侧部(II)和底部(III)的视图。在该实施例中，电阻器(400)是与电气连接区域(500)对应的被焊接到阳极板(200)的钛的拉伸网。在板上，在连接区域的每个相邻对之间存在电气不连续的区域(600)。这些不连续的区域引起阳极板沿垂直方向的部分分裂。已经观察到，如果树枝状形成物与位于两个不连续区域之间的板的区域之间存在接触，则电流可以优选地流过最近的(一个或多个)连接区域邻近的(一个或多个)电阻器。因此，在电极之间直接接触的情况下抵抗电流的电阻将接近于单个电阻器的电阻R_i。这将转而由本领域技术人员以以下方式来适当地确定尺寸：使得确保在工厂的操作条件下，通过板上的接触点的最大电流保持低于预定阈值以保护装置。另一方面，在工厂的额定操作条件下，由阳极装置提供的电阻基本上对应于由多个电阻器形成的并联电路的等效电阻R_eq，其中R_eq<<R_i。当电阻器彼此相同并且数量为N_R时，R_eq将对应于R_i/N_R。通过选择合适数量的电阻器和适当的电阻R_i，因此可以得到基本电池的效率的小的下降，而同时确保在电极之间有电接触的情况下保护阳极板。

在图2所说明的实施例中，绝缘元件(700)定位在阳极板和电流分配结构(300)之间。该元件有助于防止阳极板和分配结构意外地发生直接接触。其还构成用于板的机械支撑元件。阳极板、绝缘元件和电流分配结构可以通过紧固部件(图中未展示)被固定在一起。

图3展示了根据本发明的阳极装置的一个实施例的后部(I)、前部(II)和底部(III)的视图。阳极板和电阻器由沿垂直方向(050)部分地折叠回自身的单个扁平元件制成。该扁平元件的折叠边缘设置设置有多个水平切口(900)并且与电流分配结构(300)接触。水平切口(900)将元件的折叠部分细分为多个并联的电阻器(400)。切口在阳极板(200)的前板上延伸，提供不连续区域(600)。电气连接区域(500)表示在发生阳极反应的正面平面(即阳极板)和构成电阻器的平行条带之间的假想分离。绝缘元件(700)可以如图所示构造，或者可以有利地在阳极板(200)和多个电阻器(400)之间的空间内延伸，以防止不同元件之间的任何意外电接触。

图4提供了根据本发明的阳极装置的一个实施例的正视图(I)、侧视图(II)和底视图(III)。该实施例包括通过并联的多个电阻器(400)连接到电流分配结构的两个阳极板(200)和(250)。每个板通过沿两个不同垂直条带定位的电气连接区域(500)连接到多个电阻器。如图所示，连接区域可彼此不同。多个电气不连续区域(600)位于不同的连接区域的对之间。绝缘元件(700)和绝缘元件(750)分别地被插入阳极板(200)和(250)与电流分配结构(300)之间。其他绝缘元件(未在图中示出)可以有利地被插入连接到阳极板(200)的电阻器和连接到阳极板(250)的电阻器之间。

图5说明了本发明的一个实施例的后视图，其特征在于两个电流分配结构(300)和(350)、阳极板(200)和阳极悬挂条(100)。

阳极板(200)包括多个子板(801、802、803、804、851、852、853、854)，这些子板彼此物理地分离。每个子板通过至少一个电阻器(400)连接到电流分配结构。图6展示了根据本发明的装置的一个实施例的后投影，其特征在于通过多个电阻器连接到一个阳极板(200)(包括两个子板(801,802))的两个电流分配结构(300,350)。两个电流分配结构还被连接到阳极悬挂条(100)。阳极悬挂条被电气连接到这里以截面示出的阳极汇流条(900)。阳极板设置有多个部分电气不连续的区域，例如水平切口(600)和通孔(650)，以及完全电气不连续的区域(675)。

图7提供了根据本发明的阳极装置的一个实施例的正视图(I)、侧视图(II)和底视图(III)。在该实施例中，电阻器(400)是对应于连接区域(500)的焊接在两个阳极板(200,250)上的钛的拉伸网。在每个板上，在每对相邻接触区域之间存在电气不连续的区域(600)。这些电气不连续的区域引起阳极板沿垂直方向的部分分裂。绝缘元件(700)定位在阳极板和电流分配结构(300)之间。两个另外的绝缘元件(710,720)确保板(200,250)保持相互平行和平坦(有时板的平面性受到其外边缘上的切口和/或板的结构的柔韧性的影响，特别是在使用阀金属网的情况下)，为阳极装置提供进一步的机械支撑。从侧视图(II)中省略了元件(710,720)，以允许在图中看到装置的其他部分的布置。绝缘元件、电流分配结构和阳极板通过未在图中示出的紧固装置(例如螺栓和/或绝缘材料的夹子)附接在一起。

图8提供了根据本发明的阳极装置的一个实施例的正视图(I)，侧视图(II)和底视图(III)。在该实施例中，电阻器(400)是对应于电气连接区域(500)的焊接到阳极板(200)的以类似手风琴的方式折叠的钛的条带。通孔(600)被放置在每对相邻的连接区域(500)之间。

图9(I)提供了根据本发明的阳极装置的一个实施例的正视图。阳极板(200)通过经由连接区域(500)连接到板的多个电阻器(在图中未示出)被连接到电流分配结构(300)。板还设置有多个孔(650)和绝缘元件(700)。

图9(II)提供了图9(I)的阳极装置的正视图，其中强调了第一垂直条带(001)和第二垂直条带(002)。电气连接区域(500)沿着所述第一垂直条带布置，并且孔(650)沿着所述第二垂直条带布置。孔在垂直方向上与相邻的电气连接区域相间，同时保持距离所述区域的最小距离>0。

图10说明了根据本发明的阳极装置的一个实施例的正面(I)、侧面(II)和倾斜(III)投影以及从底面(IV)的投影。阳极板(200)和电阻器(400)由单个扁平元件制成。阳极板上的多个水平切口产生多个条带。每两个条带中的一个沿与阳极板成直角的方向被推回，从而形成电阻器(400)。电阻器与电流分配结构(300)并联电气连接。水平切口还识别对应于电阻器(400)留下的空隙的多个电气不连续的区域(600)。绝缘元件(700)被插在电阻器(400)和阳极板(200)之间。这确保了当阳极装置在电解槽内操作以用于电解冶金或电解精炼时，电阻器的表面不参与阳极装置的气体逸出反应。为清楚起见，从图III和图IV中省略了绝缘元件(700)。电气连接区域(500)说明了在阳极板的电化学活性表面与构成电阻器的平行条带之间的假想分离的区域。

图11提供了根据本发明的阳极装置的两个元件的主视图(I)和仰视图(II)：阳极板(200)和多个电阻器(400)。在此实施例中，阳极板和电阻器均由钛的拉伸网制成。如板的放大框图(I)所示，阳极板(200)具有与切口(600)(和切口(650)，未展示轮廓)相对应的略微弯曲的轮廓。优选地，在阳极装置的组装期间，阳极板以这样的方式安装，使得电气不连续的区域(600,650)的弯曲边缘在电阻器(和电流分配结构)的方向上凹角(re-entrant)。发明人已经观察到，当树枝状形成物撞击并附接到阳极板表面上存在的切口或孔的周界时，所述曲率可以有助于树枝状形成物的分离。阳极板展示折叠的边缘(210)，这可以改善其机械鲁棒性，防止板扭曲和弯曲，特别是当板由阀金属的柔性薄片或拉伸网制成时。在本实施例中，多个电阻器(400)被构造在设置有孔的单个拉伸钛网的电阻板(1000)内。在它们的数量和大小的基础上，孔识别出展示预定的电阻的多个平行条带。如图II的截面中所示，电阻板可以被塑形和弯曲。当电阻板(1000)被定位于阳极板(200)内(即封闭在阳极板的折叠边缘(210)内)时，通过沿着与两个板的接触的区域相对应地定位的多个区域将电阻板与阳极板焊接在一起，电阻板被连接到阳极板。在这种情况下，电气连接区域(500)(为清楚起见，其中仅一个被挑选出来)与阳极板上的电阻板的连续边缘或电阻器的焊接点相对应地定位。绝缘元件可以被放置在电阻板(1000)和阳极板(200)之间，以防止两者之间的意外接触。所述绝缘元件还可以防止树枝状形成物通过孔(600)和孔(650)生长，并直接撞击到电阻板(1000)上。电阻板可以沿中心垂直肋被连接到电流分配结构。阳极板和电阻板的垂直侧边缘可以是连续的。可替代地，阳极板上的切口(600)或构成电阻板的条带的切口可以到达并破坏相应板的边缘。

具有两个或更多个电流分配结构的阳极装置可以有利地将图11中描述的系统安装在每个分配结构上。

图12示出了根据本发明的阳极板(200)的一个实施例的主视图(I)和底视图(II)。图还展示了包含在电阻板(1000)中的相应的多个电阻器(400)的主视图(III)和底视图(II)。阳极板(200)设置有多个电气不连续的区域，并且沿垂直边缘设置有两个折叠(210)，这提高了阳极板的机械稳定性。包含在电阻板(1000)中的电阻器(400)被制造并确定尺寸为在电阻板(1000)中制造的多个合适的尺寸的孔。电阻板(1000)通过多个焊接连接到阳极板(200)，焊接例如对应于区域(550)定位。在这种情况下，区域(550)定位在阳极板(200)的折叠边缘的一部分上，而不是直接位于阳极表面上(发生气体析出反应的地方)。对应于焊接区域(550)的电气连接区域(500)定位在板的与电阻器相同高度的边缘上，并且表示(如上文所限定)定位在阳极板上的导电元件的对应于单个电阻器和板之间的最短电气路径的部分。一些电气连接区域(500)作为例子在图中说明。

图13说明了本发明的一个实施例的正面(I)和横向(II)投影。阳极板(200)、电流分配结构(300)和电阻器(400)被包含到单个连续结构中，该结构可转而与阳极悬挂条(100)成一体(或被连接到阳极悬挂条)。电流分配结构(300)与多个电阻器(400)一致：包括多个条(优选为8个或更多)，能够将电流从阳极悬挂条(100)传导到阳极板(200)，提供5×10^-5Ω或更高的电阻。阳极板配备有电气不连续的区域(600)。

以下例子被包括以证明本发明的具体实施例，实施例的实现已在所要求的数值的范围内得到充分证实。本领域技术人员应该理解，在以下例子中描述的技术和构成代表发明人已发现在本发明的实施中操作良好的技术和构成；然而，按照本说明书，本领域技术人员应该知道，可对所公开的特定实施例进行许多改变，同时在不超出发明范围的情况下仍然实现相似或类似的结果。

示例1

在单个电沉积电池中进行一组实验室试验，电沉积电池总体横截面为170mm×170mm，高度为1500mm，包含两个阴极和位于它们之间的阳极装置。将厚度为3mm，宽度为150mm，高度为1100mm(其中1000mm浸入电解质溶液中)的AISI 316不锈钢的薄片用作阴极。阳极装置包括被布置为类似于在图7的草图中被简化的构造的两块钛板。每块板在外表面之间以40mm的距离垂直地面对两个阴极中的一个。两个阳极板位于相同电流分配结构的相对侧。每个阳极板是厚度为1mm，宽度为150mm和高度为1000mm的百叶窗结构，用钽氧化物和铱的混合涂层活化。

每个板通过并联放置的30个电阻器的连接被连接到电流分配结构，每个电阻器由尺寸为2cm×10cm的拉伸钛网构成，其特征在于每个的电阻为30mΩ。

30个电阻器通过沿垂直条带定位的30个电气连接区域(即焊接)被连接到每个板。电阻器也被连接到电流分配结构，电流分配结构转而由导电悬挂条支撑。在每个板的一个垂直侧上形成大约10cm长的水平切口。每个切口位于两个相邻的电气连接区域之间。

在每个板和电流分配结构之间插入绝缘元件。两个另外的绝缘元件夹紧两个板的外垂直边缘，使它们保持平面并且彼此平行。

电池用包含作为CuSO₄的50g/L的铜和200g/L的H₂SO₄的电解液进行操作，并对应于约455A/m²的预期电流密度在1800V的恒定电压处被供给136.5A的电流。在阳极板上释放氧气并且铜沉积在阴极上。通过将螺钉作为成核中心垂直于阳极板插入两个阴极之一的不锈钢薄片中来人工地制造枝晶。螺钉的尖端位于距阳极板5mm处。在36小时的操作后，在枝晶上观察到铜的生长，这导致枝晶和板之间的接触。

电池在接触后接下来的40小时内保持运行。当操作结束时，阴极被从电池移出。受到树枝状形成物影响的阴极被毫无困难地从电池中除去。与阴极相对的阳极板有轻微的表面劣化，对应于与枝晶接触的约为1cm×0.5cm的面积。没有观察到可能影响板的功能的任何其他显著损坏、孔或变形。

当电池随后被投入运行时，观察到在具有轻微的表面劣化的阳极板对面的阴极上的铜沉积是均匀的。

比较例1

在相同条件下重复例1中的试验，只是用包括两块用铱和氧化钽的混合涂层活化的，1mm厚，150mm宽和1000mm高的钛板的装置代替阳极装置。每个板都是百叶窗结构，直接被电气连接到同一个镀钛铜条并由导电悬挂条支撑。

通过在两个阴极之一的不锈钢板中垂直于阳极板插入螺钉作为成核的中心来人工地产生枝晶。螺钉的尖端位于距阳极板5mm处。在8小时的操作后，在枝晶上发现了导致在枝晶和板之间的接触的铜的生长。

电池在接触后的20小时内保持运行。当操作结束时，阴极被从电池中移出。受树枝状形成物影响的阴极很难从相对的阳极板上除去。阳极板具有直径约2.5cm的圆孔，对应于与枝晶接触的区域。

当电池随后运行时，观察到与阳极板中的孔相对的阴极上的铜沉积是不均匀的。

以上描述并非旨在限制本发明，本发明可以根据各种实施例使用，而不会因此超出由所附权利要求限定的本发明的范围。

在本申请的说明书和权利要求中，词语“包括”及其变体诸如“包括有”和“包括了”之类不排除其他附加元件、部件或阶段的存在。

对文件、契约、材料、装置、条款等等的讨论被包含在文本中仅仅是为了提供本发明的背景；然而，不应将该材料或其一部分理解为构成与本发明有关的领域中的在本申请所附的每条权利要求的优先权日之前的一般知识。

Claims (19)

1.一种用于有色金属的电解提取或电解精炼的阳极装置，包括用作阳极的并且存在能够析出氧气或氯气的至少一个表面的至少一个阳极板，和至少一个电流分配结构，其特征在于，所述至少一个阳极板配备有至少一个部分或全部电气不连续的区域，并且所述至少一个电流分配结构通过多个彼此并联设置的电阻器电气连接到所述至少一个阳极板，所述多个电阻器中的每个电阻器有在40℃测得的在5mΩ和100mΩ之间的电阻，其中所述部分电气不连续的区域是位于阳极板内的、沿至少一个维度测量的至少1cm的电气绝缘区域，所述全部电气不连续的区域是沿着阳极板的整个维度延伸的、沿至少一个维度测量的至少1cm的电气绝缘区域，从而将所述阳极板细分成若干个子板，其中所述至少一个部分或全部电气不连续的区域引起阳极板沿垂直方向的部分分裂。

2.如权利要求1所述的装置，其中所述至少一个阳极板由阀金属或其合金制成的基板和至少一个催化涂层构成。

3.如权利要求1所述的装置，其中所述至少一个阳极板选自网、穿孔板或百叶窗结构。

4.如权利要求1-3中任意一项所述的装置，其中每个阳极板通过并联设置的数量在15和600之间的电阻器被电气连接到至少一个电流分配结构。

5.如权利要求1-3中任意一项所述的装置，其中所述多个电阻器通过位于板上的多个电气连接区域被连接到所述至少一个阳极板，并且至少一个电气不连续的区域位于两个相邻的电气连接区域之间。

6.如权利要求1-3中任意一项所述的装置，其中所述多个电阻器通过多个电气连接区域被连接到所述至少一个阳极板，所述阳极板具有多个电气不连续的区域，并且对于每两个相邻的设置在相对于所述至少一个阳极板的基部的高度h1和h2处的电气不连续的区域，其中h1<h2，存在至少一个位于高度h3处的连接区域，其中h1≤h3≤h2。

7.如权利要求1-3中任意一项所述的装置，其中所述至少一个阳极板配备有与所述多个电阻器连接的至少N1个电气连接区域和至少N2个电气不连续的区域，所述N1个电气连接区域沿第一垂直条带排列，所述N2个电气不连续的区域沿第二垂直条带排列；N1是在5和100之间的数字，并且N2大于0.5·N1。

8.如权利要求7所述的装置，其中所述至少一个阳极板配备有与所述多个电阻器连接的至少N3个另外的电气连接区域，所述N3个另外的电气连接区域沿第三垂直条带布置，并且N3是在5和100之间的数字。

9.如权利要求8所述的装置，其中至少一个阳极板配备有至少N4个另外的电气不连续区域，其中N4大于0.5·N3，所述N4个另外的电气不连续的区域沿第四垂直条带排列。

10.如权利要求1-3中任意一项所述的装置，其中至少一个电气不连续的区域是电绝缘材料的插入物、孔或切口。

11.如权利要求1-3中任意一项所述的装置，其中至少一个电气不连续的区域沿至少一个维度测量的长度至少5cm。

12.如权利要求9所述的装置，其中所述阳极板包括至少两个彼此分开的钛阳极子板以及至少两个电流分配结构，所述至少两个子板选自百叶窗、薄片和拉伸网结构，每个电流分配结构通过彼此并联设置的多个电阻器连接到子板，每个子板包括沿第一垂直条带布置的5-100个连接区域，每个连接区域与至少5cm长的水平切口相间并且每个切口具有设置在距所述第一垂直条带0-10cm的距离处的至少一个点。

13.如权利要求1-3中任意一项所述的装置，其中所述阳极板配备有至少20个电气不连续的区域和能够将所述至少一个阳极板连接到彼此并联设置的至少20个电阻器的至少20个连接区域，每个电气不连续的区域设置在距至少一个所述连接区域小于15cm的距离处。

14.如权利要求1-3中任意一项所述的装置，其中所述多个并联设置的电阻器具有在10^-5Ω和10^-3Ω之间的等效电阻。

15.如权利要求1-3中任意一项所述的装置，其中所述多个电阻器中的每个电阻器选自板、条带、网、线缆、织物和垫构成的组。

16.如权利要求1-3中任意一项所述的装置，其中所述多个电阻器是具有电气不连续的区域的阀金属的穿孔板、薄片或拉伸网。

17.如权利要求1-3中任意一项所述的装置，其中所述至少一个阳极板和所述多个电阻器是单件的阀金属的穿孔板、弯曲薄片或拉伸网。

18.如权利要求1-3中任意一项所述的装置，其中电流分配结构包括由铅或铅合金制成的板或薄片。

19.一种用于有色金属的电解提取的电解槽，包括至少一个如权利要求1-18中任一项所述的阳极装置。

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