專利名稱：用于金屬電解沉積的噴泉式床電極電解池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的背景從移動床電解池中還原金屬，雖然離實際工業(yè)應(yīng)用還很遠，但是在本領(lǐng)域中已經(jīng)公知為一種極具吸引力的技術(shù)。移動床金屬沉積最初在Scott等人的美國專利4,272,333中被描述為對流化床金屬沉積(例如參見美國專利4,141,804)的更一般概念的改進。金屬珠床由液體電解液流懸浮，直到它超過金屬陰極的最上邊，溢出由這種陰極和半透膜限定的室，將下降床和陽極分開。下降床因此被陰極極化，電解液中的金屬離子可以在珠上放電使它們生長。所公開的方法允許將珠作為小的種子提供，并且在達到期望生長度之后將它們從電解池中排出，但是卻具有一個明顯的缺點，即其基本上是一個間歇式方法。此外，電解池必須作為單個電解池操作，不可能以層狀排列方式被有效堆疊，因此其每單位體積或每單位裝置表面的生產(chǎn)能力是很有限的。
在美國專利5,635,051和5,958,210的公開中提供了對這一概念的重要改進，所述公開針對的是鋅的電解沉積。在該情況中，陰極室包括通過供應(yīng)給引流管的電解液的上升運動而生成的噴泉式床，并且在設(shè)置于該管兩側(cè)的下降區(qū)中分成兩個環(huán)(annu1us)。陰極室和陽極室用例如離子交換膜等的離子可透過隔層分開。因此，陽極液和陰極液被物理地分開，并且生長的珠被再次排除在陽極室外，但是允許將被沉積的離子通過而從陽極室到達陰極室。就工作能力、非常平坦、以及甚至可以預(yù)見多個引流管的并行排列和相關(guān)的下降珠環(huán)以增加其至少一個尺寸的大小的可能性而言，該電解池比在美國專利4,272,333中公開的那種稍微好些。盡管如此，其中公開的沉積仍舊是典型的間歇式過程，為了保持電解池條件的一定穩(wěn)定性，必須用精細的恢復(fù)程序來抵消陽極液室中金屬離子的消耗。
本發(fā)明的一個目標是提供一種克服了現(xiàn)有技術(shù)的缺點，用于從金屬溶液中回收金屬的噴泉式床電解池。
在不同的方面中，本發(fā)明的目標是提供一種克服了現(xiàn)有技術(shù)的缺點，用于從含有金屬離子的電解液中電解沉積金屬的方法。

發(fā)明內(nèi)容
在第一方面中，本發(fā)明包括噴泉式床(spouted bed)電解沉積電解池單元，其可以以模塊方式被層疊在等同單元陣列中。
在另一方面中，本發(fā)明包括噴泉式床電解沉積電解池單元，包括陰極外殼，其由陰極板限定且設(shè)置有能夠形成生長金屬珠的噴泉式床的引流管，以及陽極板，其設(shè)置有用于機械地固定金屬陽極并向其傳送電流的突起，以及將陰極室和陽極室隔開的一個絕緣半透膜，其允許電解液的自由通過而阻礙金屬珠通過。
在另一方面中，本發(fā)明包括堆疊的電解沉積噴泉式床電解池單元，每一個由陽極板和陰極板限定，每一個陽極板與相鄰電解池的陰極板接觸，優(yōu)選地通過接觸帶實現(xiàn)接觸。
在另一方面中，本發(fā)明用于通過噴泉式金屬珠的可控生長而從金屬溶液中電解沉積金屬的方法，這在模塊式電解池單元中進行，其中，在流經(jīng)絕緣的半透膜時，允許電解液在陽極室與陰極室之間自由地流通。
從下面的附圖中將使得這些和其他方面更加清楚。
附圖的簡要描述

圖1是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的噴泉式電解沉積電解池的陰極外殼的后視圖。
圖2和圖3分別是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的噴泉式電解沉積電解池的陽極外殼的前視圖和后視圖。
圖4是與圖2中所示的相同的陽極外殼前視圖，其還包括根據(jù)本發(fā)明一個實施例的全面(full face)隔離膜。
圖5示出了兩種織物的幾何參數(shù)，所述織物可以可替換地被用于構(gòu)造圖4中的膜。
圖6是電解池陰極室的前視圖，包括在其兩側(cè)形成金屬珠的噴泉式床的引流管。
圖7是用于向根據(jù)本發(fā)明特別優(yōu)選實施例的電解池的引流管供應(yīng)的雙管口的草圖。
圖8是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例的，圖6中所示引流管的上部區(qū)域的放大圖，包括用于控制噴泉式床的高度的折流板和溢出系統(tǒng)元件。
圖9是電解池的俯視圖，示出了根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的用于引流管和膜的絕緣元件。
圖10是根據(jù)本發(fā)明電解池的電解液流通的方案。
詳細描述將參照所附的示例圖來描述本發(fā)明，但是其并不意于限制于此。
本發(fā)明的電解池被設(shè)計為優(yōu)選地作為等同電解池的層疊陣列元件起作用，雖然它也可以被用作用于金屬電解沉積的單個電解池。
本發(fā)明的電解池適于進行許多不同材料的電解沉積，包括但不限于，銅、錫、錳、鋅、鎳、鉻和鈷。
本發(fā)明的電解池單元包括陰極外殼和陽極外殼，每一個都由金屬板限定。該電解池的陽極金屬板適于以直接的方式被電學(xué)耦合到層疊陣列中相鄰電解池的陰極板；在一個優(yōu)選的實施例中，該電學(xué)耦合通過將多個單個電解池單元以堆疊方式夾在一起來實現(xiàn)，使得在任何時候都可以移除和/或替換各個單個電解池單元，例如為了維護目的，在釋放夾緊壓力并將其抽出時進行。陰極外殼優(yōu)選地由不銹鋼制成，但是對于許多應(yīng)用其他材料也適用，例如鎳或鈦。在一個優(yōu)選的實施例中，陰極外殼由矩形不銹鋼棒陣列形成，并且在其上焊接有陰極板。參照圖1，示出了陰極外殼(100)的后側(cè)，該陰極外殼在凸緣或者更一般地在其框形的周邊區(qū)(1)中設(shè)置有螺栓孔(2)；陰極板(3)，優(yōu)選地具有與周邊框(1)相同的材料，被緊固到其上。在一個優(yōu)選的實施例中，形成周邊框(1)的棒在拐角處被相互焊接，然后陰極板(3)被焊接到周邊框(1)。對于單個電解池操作，可能有用的是提供具有透明窗部分(未示出)的陰極外殼(100)，以監(jiān)視噴泉式床的行為。對于電解池陣列的端部電解池來說，這也可能是有用的特征。陰極板(3)與周邊框(1)的耦合在陰極外殼(100)的另一(前)側(cè)界定出凹入部分，其詳細特征將在后面討論。
陰極板優(yōu)選地由金屬片制成；電子管(valve)金屬通常被用于這一目的，以經(jīng)受陽極環(huán)境的侵蝕性條件，并且鈦或鈦合金是尤其優(yōu)選的，這同時也考慮了成本和可加工性。如圖2所示，形成陽極外殼(200)的主體的陽極片(4)也設(shè)置有螺栓孔(2’)，它們與陰極外殼(100)的螺栓孔(2)聯(lián)合使用以將兩個外殼夾在一起。陽極外殼(200)還具有一般與噴泉式床的下降區(qū)相對應(yīng)的凹入部分(5)，在其中發(fā)生在生長珠上的金屬沉積，這將在以后詳細描述。與凹入部分(5)相一致地安裝陽極(剖開示為(6))；陽極(6)到陽極板(圖3中的(9))的連接通過導(dǎo)電突起(7)來實現(xiàn)。因為在金屬電解沉積工藝中，陽極反應(yīng)在大部分情況下是氧釋放的，所以陽極(6)將優(yōu)選地設(shè)置有用于氧釋放的催化涂層，如本領(lǐng)域所公知的。陽極可以是例如網(wǎng)狀(foraminous)鈦結(jié)構(gòu)，例如沖壓的或網(wǎng)眼板或網(wǎng)狀物，設(shè)置有貴金屬或貴金屬氧化物涂層。
在圖2中只示出了一個突起(7)，然而對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說很明顯多個突起(7)通常是更有用的。至少一個突起(7)必須是導(dǎo)電的，以保證陽極板與陽極(6)之間的電學(xué)連續(xù)性，但是其他類型的突起可以只起到間隔體的作用并且可以由例如塑料的非導(dǎo)電材料構(gòu)成。在圖2中，根據(jù)一個特別優(yōu)選的實施例，導(dǎo)電突起(7)被成形為肋；對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，將很明顯，其他類型的幾何形狀也可以適用于這種突起。
陽極外殼(200)的優(yōu)選構(gòu)造通過圖3中的其后視圖草圖將變得更清楚。如其中示出的，形成陽極外殼(200)主體的陽極片(4)優(yōu)選地設(shè)置有加強框(8)，其也起到凸緣的作用，其螺栓孔(2’)在其中被延長。在一個優(yōu)選的實施例中，陽極板(9)被焊接到加強框(8)；隨后，導(dǎo)電突起(圖2中的(7))被焊接到陽極片(4)的前側(cè)。在圖3的實施例中，示出了接觸帶(10)，被緊固到陽極板的后側(cè)；但是，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，很明顯，在大部分情況下，取決于電解池尺寸和工藝所需的總電流，將使用多個接觸帶(10)。這里，接觸帶(10)被示為被緊固到陽極板(9)，但是它也可以被緊固到陰極板(3)或者上述兩者，只不過這是次優(yōu)選的實施例。在一個優(yōu)選的實施例中，接觸帶(10)是雙金屬元件，具有焊接到鈦陽極板(9)的鈦面，以及提供用于與陰極板(3)的增強電接觸的銅、鎳或銀面。在一個優(yōu)選的實施例中，導(dǎo)電突起(7)、陽極板(9)以及接觸帶(10)面對陽極板(9)的部分由相同的材料制成，例如鈦或者其合金，并且例如通過激光焊接，將它們一次焊接在一起。接觸帶(10)還可以優(yōu)選地被設(shè)置在導(dǎo)電突起(7)與陽極板(9)之間。
兩個外殼(100)和(200)首先被用螺栓固定或者被夾在一起以形成單個電解池單元，然后，該單個電解池單元以足夠的壓力被層疊在一個堆疊陣列中，使得接觸帶(10)可以有效地將電流從陽極室傳送到相鄰電解池的陰極板(3)；當不使用接觸帶(10)時，可以實現(xiàn)從陰極板(3)到陽極板(9)的直接接觸，但是，這是次優(yōu)選的解決方法，因為接觸表面將更大，從而要施加相同的壓力就需要更大的夾力；此外，如果使用鈦或其他電子管金屬用于陽極板(9)，那么電接觸最終將由于氧化物的生長而隨時間毀壞。
根據(jù)不同的技術(shù)，金屬電解沉積電解池可以是分開式的或者未分開式的；在分開式的電解池中，例如根據(jù)美國專利5,635,051以及5,985,210中公開的那些電解池，將更不方便獲得連續(xù)類型的工藝。在用于進行本發(fā)明的最佳模式中，電解池是未分開式的，即沒有分開的陽極液和陰極液，而是從一個室流向另一個室的單個電解液。但是，需要機械分隔物以將被陰極極化的生長珠從陽極室中排除。這是通過半透膜來實現(xiàn)的，如在圖4中所示。
圖4示出了膜(11)對圖2的陽極室的疊蓋。膜(11)在這里被示為全面的墊片(gasket)，參與外圍密封，不過這一特征不是必需的。其邊緣被示為在螺栓孔(2’)以內(nèi)，但是其也可以更大并具有與螺栓匹配穿孔。膜(11)的一個必要特征是它必須是電絕緣的，因為它與陽極(6)和被陰極充電的金屬珠兩者都接觸。膜(11)的另一個必要特征是它必須設(shè)置有至少一個多孔的或網(wǎng)狀的區(qū)域(12)以允許電解液的流通，一般地與陽極凹入部分(5)相對應(yīng)，并因此與噴泉式床的沉積區(qū)對應(yīng)。該區(qū)域的穿孔必須足夠窄以排除即使噴泉式床的最小珠，所以典型地使它們的尺寸小于送到電解池中作為起始原料的很細小的金屬種子。該膜也可以是完全網(wǎng)狀的或多孔的，而根本沒有墊片功能。膜(11)的穿孔區(qū)域(12)是其真正的特征部分已經(jīng)測試了許多絕緣材料用于該膜，但是只有少數(shù)有效地起作用，特別是由于如下事實噴泉式床的金屬珠柱，其在一些情況下可能高于1米，對膜施加了很重的負載，從而導(dǎo)致嚴重的摩擦。
在一個優(yōu)選的實施例中，通過對面對噴泉式床的陽極(6)的表面施用絕緣涂層而簡單地獲得了所述絕緣膜，而陽極反應(yīng)在相對的表面上發(fā)生。在這種情況下，陽極(6)必須是具有合適穿孔的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，以排斥珠進入陽極外殼(200)，而允許電解液的自由流通。絕緣涂層優(yōu)選地是陶瓷涂層，例如電子管金屬氧化物(鈦或鋯的氧化物是優(yōu)選的)或碳化硅。等離子體噴涂陶瓷涂層是特別優(yōu)選的。根據(jù)可替換的實施例，絕緣涂層可以是聚合涂層，優(yōu)選地由例如PTFE或ECTFE(乙烯-氯三氟-乙烯)的氟化聚合物獲得。
在一些情況下，膜(11)的網(wǎng)狀或多孔區(qū)域(12)的穿孔小于供入電解池中的最細小珠的事實，不真正足以防止一定量的金屬進入陽極室并在其中溶解。這通常是由于如下事實一些細小的珠可能相應(yīng)于穿孔而粘住，并且由于電勢梯度，在一側(cè)部分地溶解，而在相對側(cè)上生長。有時，球形珠甚至通過這種機理而重新成形為針形，直到其細小到足以通過到陽極側(cè)并在其中溶解。在其他情況下，下降床的摩擦太高，使得顆?？赡芙?jīng)歷某種研磨效應(yīng)。至少在銅電解沉積的情況下，這些現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生。因此，方便的是提供具有特別曲折路徑的絕緣膜(11)，以防止重新成形顆粒的容易逃離，而不會太多地阻礙電解液流通。為了這一目的，織物，特別是織造織物，是最適合的?？椩炀壑貏e好地滿足珠排斥、抗摩擦、絕緣性能和成本的要求。平紋組織(plain weave)適于該范圍；平紋組織的特征在于具有相同直徑的經(jīng)線和緯線，緯線交替地經(jīng)過每一個隨后的經(jīng)線上方或下方。這在圖5的上部圖示出，其中，緯線被指示為(13)，經(jīng)線被指示為(14)。但是，在一個優(yōu)選的實施例中，用于膜(11)的織物被織成反向席型織物(reverse Dutch weave)，如在圖5下部所示的，其中緯線(13’)具有比經(jīng)線(14’)更大的直徑，從而導(dǎo)致經(jīng)線網(wǎng)線數(shù)比緯線網(wǎng)線數(shù)多。在一個優(yōu)選的實施例中，緯線和經(jīng)線的直徑卻很接近，它們的比不大于1.5。特別優(yōu)選的緯線與經(jīng)線直徑比為5∶4。
織物的另一個重要參數(shù)是經(jīng)線間距(即兩個相鄰經(jīng)線之間的平均距離)與經(jīng)線直徑之間的比，其優(yōu)選地必須大于3。
由織物制成的膜的優(yōu)選厚度在0.4mm到0.6mm之間。
圖6示出了陰極室的內(nèi)部，其對應(yīng)于由陰極外殼(100)(見圖1)的周邊框(1)和陰極板(3)限定的凹入部分。陰極室是在其中通過在引流管(17)中流通的電解液來形成金屬珠(15)的噴泉式床的地方。引流管(17)優(yōu)選地具有矩形截面，并填充陰極板(3)與膜(11)之間的空間，使得其還可以起到結(jié)構(gòu)加強單元的作用。因為在這種情況下，引流管經(jīng)受電解池的部分夾緊壓力，所以由抗腐蝕、機械上堅固的材料制成將是優(yōu)選的，例如由不銹鋼或鈦制成。引流管接觸陰極板(3)與膜(11)的兩個主表面應(yīng)該優(yōu)選地覆蓋有絕緣材料，例如涂層，如PTFE或其他聚合物涂層。例如，可以通過噴涂和熱固化施用PTFE涂層。還可以有利地使用例如泡沫帶的絕緣帶。在一個優(yōu)選的實施例中，在圖中沒有示出，引流管(17)設(shè)置有增大的入口，例如其寬度等于管寬度的兩倍。在一個更優(yōu)選的實施例中，引流管(17)的底部設(shè)置有箭頭形元件(18)，其大大地改善了噴泉式床中的流通(circulation)。箭頭相對于水平線的角度優(yōu)選地應(yīng)該在60°到80°之間，接近70°的值是優(yōu)選的。
在該圖中，示出了珠(15)如何在引流管(17)中向上移動、從其中出來并在其兩側(cè)形成兩個環(huán)(15’)的，然后在下降區(qū)(16)中向下移動。這是在引流管(17)被放在陰極室中間時發(fā)生的，但是也可能將引流管(17)放在陰極室一側(cè)的壁附近，這樣珠(15)的移動將形成單個環(huán)。在另一個實施例中，在陰極室中設(shè)置多個平行的引流管(17)，從而形成多個珠環(huán)(15’)。為了簡化，將只對單個中間引流管的情況進行進一步討論。
電解液通過管口(nozzle)(19)被供應(yīng)到引流管(17)，管口(19)安裝在連接到泵送回路(未示出)的支撐體(20)上。在本發(fā)明的一個實施例中，管口(19)具有多孔頂部(21)，其允許電解液通過而不允許珠(15)通過。在這種方式下，當發(fā)生預(yù)定或意外的關(guān)閉時，可以防止珠(15)掉進管口中堵塞管口，從而妨礙噴射作用的重新啟動。
其他可選元件包括在引流管(17)上方的折流板(22)，其被用于限制噴泉式床的高度；連接到具有產(chǎn)品收集罐(未示出)的溢出系統(tǒng)的堰(23)，其提供對一部分珠的回收以允許電解池的連續(xù)操作；電解液排出管(24)，其設(shè)置有允許電解液排出而防止珠的同時排出的過濾元件；以及珠排出設(shè)備(25)，其設(shè)置有排出管和T形隔離元件，允許在水平段中送入電解液時排放金屬珠。
堰(23)下游的溢出系統(tǒng)可選地包括具有珠在其中被收集的錐形底部的罐，以及用于從罐底部回收珠的裝置，這對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是很明顯的。電解液溢出系統(tǒng)(未示出)的設(shè)置通常對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是很明顯的。
電解池的下部拐角可以可選地設(shè)置有三角件，例如本領(lǐng)域中公知的塑料錐體，以便于珠的自然流通。但是，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在沒有這種錐體時，珠易于在本發(fā)明電解池的下部拐角區(qū)中聚集，導(dǎo)致珠(15″)的自發(fā)形成的移動錐體，其在穩(wěn)定的條件下可以有效地起到人工錐體的作用。錐體的自然形成受助于正確形成箭頭形元件(18)的尺寸，并且具有下面的極大優(yōu)點，即在每次流速由于任何原因而變化時，錐體都可以自然地重新成形來改變它們的形狀。填充了陰極外殼的下部拐角的珠移動錐體的自發(fā)形成，同時允許自然地形成進入在引流管基部下方的豎直間隙的珠流動通道。
下面的兩幅圖示出了在圖6中圖示的一些元件的可替換的、優(yōu)選實施例。
圖7詳細示出了管口(19)的優(yōu)選實施例，在該情況下，其被設(shè)計為雙管口，其包括由延伸到引流管(17)入口附近的內(nèi)部管(27)限定的內(nèi)部部分，以及由位于電解池基部的外部管(26)限定的外部部分。在圖7中，內(nèi)部管(27)在引流管(17)內(nèi)延伸，但是其也可以僅僅達到引流管底部的高度或者甚至在其下方。外部管(26)被示為進入支撐件(20)，但是，根據(jù)幾個不同的安排，它也可以被連接到電解池底部，這對本領(lǐng)域技術(shù)人員是顯然的。
在圖8中示出了在引流管(17)上方的折流板(22)如何可以有利地是屋頂形(rooftop)元件的，但是其他形狀也是可能的。在一個優(yōu)選的實施例中，屋頂形折流板(22)設(shè)置有孔，這些孔阻止珠通過，但是允許電解液的自由通過，從而更少地干擾電解液的流通。圖8還示出了在珠溢出系統(tǒng)的入口處具有相關(guān)孔(29)的堰(23)。
圖9是電解池的頂部，對應(yīng)于在噴泉式床區(qū)域內(nèi)的任意高度。由周邊框(1)和陰極板(3)限定的陰極外殼，在其中心部分裝有設(shè)置有例如涂層或泡沫帶的絕緣元件(31)的引流管(17)；在陽極外殼中，陽極片(4)和陽極(6)通過導(dǎo)電突起(7)連接，為了簡化只示出了一個突起。兩個外殼由膜(11)分開，可選地設(shè)置有與陽極(6)的外緣以及引流管(17)的豎直邊對應(yīng)的絕緣保護罩(30)。
圖10是本發(fā)明的電解池的側(cè)視圖，圖示了電解液的流通。含有金屬離子的電解液通過管口和引流管(未示出)送入陰極外殼(100)的底部，并且電解液流中的一股進入陽極外殼(200)對應(yīng)于膜(11)的網(wǎng)狀或過孔區(qū)，而其大部分被用于形成在陰極外殼(100)內(nèi)的噴泉式床。然后，電解液在兩個外殼的上部被排出并重新循環(huán)。
根據(jù)次優(yōu)選的實施例，本發(fā)明還可以被實施為在堆疊單元陣列中的單獨的陽極和陰極流通，其中，每一個電解池的陽極板(很明顯地不包括端部的那個)與相鄰電解池的陰極板接觸。優(yōu)選地，在堆疊這些單元之前，通過螺栓或者其他方式將每一個陽極外殼與相應(yīng)的陰極外殼固定在一起來構(gòu)造每一個單個電解池單元。優(yōu)選地，單個電解池單元被堆疊成在其之間設(shè)置有接觸帶。接觸帶優(yōu)選地被焊接到陽極板。在單獨的陽極和陰極流通的情況下，電解池單元可以不包括半透膜，例如離子交換膜的離子交換介質(zhì)就足夠了。在這種情況下，就工廠安裝的每單位體積和每單位面積的生產(chǎn)率而言，還可以利用電解池層疊；但是，該實施例是次優(yōu)選的，因為用單獨的陽極液和陰極液來形成連續(xù)的過程變得更加麻煩，因為它們每一個都需要離子濃度監(jiān)視和恢復(fù)。
上面的描述不應(yīng)該理解為對本發(fā)明的限制，本發(fā)明可以根據(jù)不同的實施例來實施而不脫離其范圍，并且其范圍完全由所附權(quán)利要求限定。在本申請的說明書和權(quán)利要求書中，詞“包括”不意于排除其他單元或額外部分的存在。
權(quán)利要求
1.一種用于從金屬離子溶液中電解沉積金屬的堆疊電解池陣列的電解池單元，包括由絕緣膜隔開的陽極外殼和陰極外殼，所述陽極外殼由陽極板限定，且設(shè)置有用于向陽極傳送直流電的至少一個導(dǎo)電突起，所述陰極外殼由陰極板限定，且設(shè)置有能夠形成金屬珠的噴泉式床的至少一個引流管，所述膜設(shè)置有與所述金屬珠的噴泉式床對應(yīng)的穿孔，其允許電解液的自由流通而阻礙所述金屬珠從陰極室進入陽極室通過。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解池單元，其中，所述至少一個導(dǎo)電突起被成形為肋。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電解池單元，其中，所述肋具有所述陽極被緊固到其上的第一主表面，以及設(shè)置有接觸帶的第二主表面，所述接觸帶被焊接到所述陽極板。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的電解池單元，其中，所述陽極外殼還包括肋形間隔體。
5.根據(jù)以上權(quán)利要求所述的電解池單元，其中，所述陰極外殼由棒陣列構(gòu)成。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電解池單元，其中，所述棒是矩形的。
7.根據(jù)以上權(quán)利要求中任何一個所述的電解池單元，其中，所述陰極外殼包括至少一個用于觀察的窗口。
8.根據(jù)以上權(quán)利要求所述的電解池單元，其中，所述陽極外殼和所述陰極外殼包括周邊平坦區(qū)域，例如框或凸緣，用于將所述陽極外殼固定到所述陰極外殼。
9.根據(jù)以上權(quán)利要求所述的電解池單元，其中，所述陽極外殼由鈦或其合金制成，所述陰極外殼由不銹鋼、鎳或鈦制成。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電解池單元，其中，所述陽極是網(wǎng)狀鈦結(jié)構(gòu)，在其至少一個表面上涂覆有貴金屬或貴金屬氧化物。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的電解池單元，其中，使得所述陽極外殼與電解池陣列中相鄰電解池單元的陰極外殼接觸，并且在其間設(shè)置有至少一個雙金屬帶。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的電解池單元，其中，所述至少一個雙金屬帶被焊接到所述陰極外殼和所述陽極外殼中的至少一個。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的電解池單元，其中，所述至少一個雙金屬帶被焊接到所述陽極外殼對應(yīng)于所述至少一個導(dǎo)電突起。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的電解池單元，其中，所述至少一個雙金屬帶和所述至少一個導(dǎo)電突起在一個單個步驟中被焊接到所述陽極外殼。
15.根據(jù)以上權(quán)利要求所述的電解池單元，其中，所述絕緣膜形成全面墊片，該墊片至少在其周邊部分參與所述陽極外殼與所述陰極外殼之間的液壓密封。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的電解池單元，其中，所述絕緣膜設(shè)置有額外的絕緣罩，其對應(yīng)于與所述陽極外緣和/或所述至少一個引流管的豎直邊接觸的區(qū)域。
17.根據(jù)以上權(quán)利要求所述的電解池單元，其中，所述絕緣膜由織造織物形成。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的電解池單元，其中，所述織物被織成平紋或反向席型紋。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的電解池單元，其中，所述織物的緯線與經(jīng)線的直徑比在1.15到1.5之間。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的電解池單元，其中，所述織物的緯線與經(jīng)線的直徑比為約5∶4。
21.根據(jù)權(quán)利要求17到20所述的電解池單元，其中，經(jīng)線間距與經(jīng)線直徑的比大于3。
22.根據(jù)權(quán)利要求17到21所述的電解池單元，其中，所述織物的厚度在0.4mm到0.6mm之間。
23.根據(jù)權(quán)利要求17到22所述的電解池單元，其中，所述織物是聚酯織物。
24.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電解池單元，其中，所述絕緣膜通過在所述網(wǎng)狀鈦陽極與涂覆有貴金屬或貴金屬氧化物的所述至少一個表面相對的表面上施用絕緣涂層來獲得。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的電解池單元，其中，所述絕緣涂層是陶瓷涂層。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的電解池單元，其中，所述陶瓷涂層選自由電子管金屬氧化物和碳化硅組成的組中。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的電解池單元，其中，所述陶瓷涂層通過等離子體噴涂施用。
28.根據(jù)權(quán)利要求24所述的電解池單元，其中，所述絕緣涂層包括氟化的聚合材料。
29.根據(jù)以上權(quán)利要求所述的電解池單元，其中，所述至少一個引流管是矩形管。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的電解池單元，其中，所述矩形管由抗腐蝕金屬制成，優(yōu)選地由不銹鋼或鈦制成。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的電解池單元，其中，所述金屬矩形管至少在其平行于所述陽極板和所述陰極板的兩個主表面上設(shè)置有絕緣外涂層和/或泡沫帶。
32.根據(jù)權(quán)利要求29至31所述的電解池單元，其中，所述矩形管的深度等于限定所述陰極外殼的所述陰極板與所述膜之間的距離。
33.根據(jù)權(quán)利要求29至32所述的電解池單元，其中，所述至少一個引流管的底部設(shè)置有相對于管寬度增大的入口。
34.根據(jù)權(quán)利要求29至33所述的電解池單元，其中，所述至少一個引流管在其下部設(shè)置有箭頭形元件，其相對于水平線的角度在60°到80°之間，優(yōu)選地等于約70°。
35.根據(jù)以上權(quán)利要求所述的電解池單元，其中，所述至少一個引流管包括設(shè)置有至少一個管口的基部，所述管口用于送入電解液，從而產(chǎn)生能夠形成金屬珠的所述噴泉式床的移動。
36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的電解池單元，其中，所述至少一個管口是雙管口，其包括位于電解池基部的外部部分，以及延伸到所述至少一個引流管內(nèi)或入口附近的內(nèi)部部分。
37.根據(jù)權(quán)利要求35或36所述的電解池單元，其中，雙管口的所述內(nèi)部部分設(shè)置有穿孔，其允許電解液通過而阻礙所述金屬珠通過。
38.根據(jù)以上權(quán)利要求所述的電解池單元，還包括至少一個折流板，其被放在所述至少一個引流管頂部的上方，適于控制所述噴泉式床的高度。
39.根據(jù)權(quán)利要求38所述的電解池單元，其中，所述至少一個折流板一般是屋頂形的。
40.根據(jù)權(quán)利要求38或39所述的電解池單元，其中，所述至少一個折流板設(shè)置有孔，其允許電解液的自由通過而阻礙所述金屬珠通過。
41.根據(jù)以上權(quán)利要求所述的電解池單元，還設(shè)置有珠溢出系統(tǒng)，其包括放在與所述至少一個引流管頂部相近高度處的至少一個堰，以及用于收集溢出的珠的罐。
42.根據(jù)權(quán)利要求41所述的電解池單元，其中，所述罐設(shè)置有用于將所述溢出的珠從底部排出的裝置。
43.根據(jù)權(quán)利要求41或42所述的電解池單元，其中，所述罐具有錐形底部。
44.根據(jù)以上權(quán)利要求所述的電解池單元，還包括設(shè)置有過濾元件的電解液排出管，所述過濾元件允許電解液從電解池中排出而防止所述金屬珠排出。
45.根據(jù)以上權(quán)利要求所述的電解池單元，還包括用于將所述金屬珠從其中排出的珠排出設(shè)備，其設(shè)置有排出管以及T形隔離元件，在其水平段中送入電解液。
46.一種堆疊電解沉積電解池單元陣列，每一個電解池單元包括由陽極板限定的陽極外殼和由陰極板限定的陰極外殼，并且包括形成金屬珠的噴泉式床的引流管，所述陽極板接觸陣列中相鄰電解池的陰極板。
47.根據(jù)權(quán)利要求46所述的陣列，其中，所述陽極板通過雙金屬接觸帶接觸所述相鄰電解池的所述陰極板。
48.根據(jù)權(quán)利要求46或47所述的陣列，其中，在堆疊電解池單元之前，每一個電解池單元的所述陽極外殼和所述陰極外殼被相互固定。
49.根據(jù)權(quán)利要求46至48所述的陣列，其中，電解池單元是權(quán)利要求1至45的電解池單元。
50.一種用于金屬的電解沉積的方法，包括將金屬珠送入權(quán)利要求1至45的電解池單元的陰極室中，使所述珠與所述陰極板電接觸，并在通過所述至少一個引流管供應(yīng)的含有金屬離子的電解液的作用下，使受到陰極電勢的所述珠參入噴泉式床。
51.根據(jù)權(quán)利要求50所述的方法，其中，所述噴泉式床由設(shè)置在所述至少一個引流管的一側(cè)上、填充有珠的一般為矩形的至少一個環(huán)形成。
52.根據(jù)權(quán)利要求50所述的方法，其中，所述噴泉式床由設(shè)置在所述至少一個引流管的相對各側(cè)上、填充有珠的一般為矩形的兩個環(huán)形成。
53.根據(jù)權(quán)利要求51或52所述的方法，其中，所述兩個填充有珠的矩形環(huán)允許自發(fā)形成填充所述陰極外殼下部拐角的珠的移動錐體，并允許自然形成進入在所述至少一個引流管基部下方的豎直間隙中的珠流動通道。
54.根據(jù)權(quán)利要求50至53所述的方法，其中，將被電解沉積的所述金屬選自由銅、錫、錳、鋅、鎳、鉻和鈷組成的組。
55.一種用于金屬電解沉積的堆疊電解池陣列的電解池單元，其包括與說明書和附圖中不同的元件。
全文摘要
這里描述了一種電解沉積電解池，其具有生長金屬珠(15)的噴泉式床電極(16)，由半透膜隔開，并且適于在模塊安排中被組裝在堆疊中。
文檔編號C25C5/02GK1668782SQ03816445
公開日2005年9月14日 申請日期2003年7月11日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月11日
發(fā)明者D·J·魯濱遜, S·A·麥克唐納, V·伊日奇尼, D·奧爾達尼, F·托達羅, L·卡雷丁, G·N·馬爾泰利, D·斯科蒂 申請人:德·諾拉電極股份公司