用于電化學工廠的電極中的電流分布的評估的系統的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及一種用于直接檢測提供給特別用于非鐵金屬電解沉淀或電解精煉工 廠中的電解槽的電極的電流。
【背景技術】
[0002] 提供給用于電化學工廠，尤其是用于金屬電沉積（諸如金屬電解沉淀或電解精 煉）工廠的電解槽的電流，可非常多樣的方式分配給所安裝的各個電極，對生產產生 負面影響。運種現象可W由于若干原因發生。例如，在金屬電解沉淀或電解精煉的特殊情 況中，負極性的電極（陰極）被頻繁地從其底座移除，W容許收集在其上沉積的產物，隨后 再被放回原位，W用于接下來的生產循環。運種通常對非常大量的陰極執行的頻繁處理，常 常導致在相關的匯流排上的不完美的重新定位W及不太理想的電接觸，其也可W由在接收 底座中沉積的污垢引起。產物的沉積也有可能W不規則的方式在電極上發生，形成改變陰 極表面輪廓的質量運輸梯度。當運種情況發生時，會建立電不平衡，因為沿著整個電極表 面，陽極至陰極之間的間隙不再恒定：電阻作為每對陽極和陰極之間的距離的函數，成為可 變化的，使得不規則電流分布的問題惡化。
[0003] 因此，電流可不同的量分配給每一個電極，不僅因為電極與母線之間的電接 觸不良，也因為陰極表面輪廓的改變。此外，即使陽極的簡單磨損也可W影響電流的分布。
[0004] 運些電流分布的不均勻性可W導致陽極至陰極短路。另一個短路的常見原因，特 別是在銅電沉積的情況中，是樹枝狀沉積物的偶然形成，只要局部陽極至陰極之間的間隙 減小，所述樹枝狀沉積物就會W更快的速度局部生長，導致集中在樹枝的生長點的電流部 分的增加，直至陰極和陽極之間的短路狀態開始發生。在短路的情況中，電流傾向于集中在 短路的陰極上，減小到剩余陰極的電流，嚴重地阻礙了生產，直到短路的陰極被斷開連接， 否則無法恢復。 陽〇化]除了產生品質和生產能力的損失外，如上所指示的，不均勻的電流分布使從鐵網 獲得的高級陽極的完整性面臨風險，縮短它們的壽命。
[0006] 在工廠中，考慮到存在大量的槽和電極，檢測電流分布的不規則性的任務是非常 復雜的。事實上，運種檢測設及由操作者經由紅外或磁性檢測器執行的數W千計的人工測 量。在金屬電解沉淀和電解精煉工廠的特殊情況中，運些檢測是由操作者在高溫環境和主 要包含硫酸的酸霧存在的情況下完成的。
[0007] 此外，操作者所使用的傳統手動元件，如高斯計或者帶有紅外傳感器的儀器，僅允 許定位大的電流分布不平衡，因為它們實際上檢測的是與磁場或溫度改變相關聯的不平 衡。
[0008] 運些人工或半人工系統具有不適合連續操作（僅允許抽查）、非常昂貴W及對操 作者健康具有潛在危害的缺點。
[0009] 已知的用于槽的無線監測的系統，盡管是永久的并且可W連續工作，但其僅檢測 每個槽（而不是每個單電極）的電壓和溫度變化。如W上所解釋的，運項信息是不精確的 并且整體上是不充分的。
[0010] 例如在W02013037899中公開了克服上述問題的嘗試。在上述專利申請中描述的 發明具有缺點，即需要把數W千計的接觸直接固定在匯流排上，其在操作期間在工廠中是 一項完成起來很復雜的任務。此外，運種間接的電流測量需要使用復雜的計算模型，該計算 模型需要允許幾種近似。
[0011] 由于運些原因，工業上表示需要得到在技術上和經濟上可行的系統，用于永久且 連續地監測和測量在金屬電沉積工廠的槽中安裝的每一個電極中的電流分布。
【發明內容】
[0012] 本發明允許檢測電化學工廠（例如非鐵金屬電解沉積工廠（例如電解萃取或電解 沉淀W及電解精制或電解精煉））中安裝的幾乎無限數量的電極的電流分布，而不需要操 作者的干預，W在不健康環境中執行人工測量，并且能夠通過警報系統發出一個或多個特 定電極的故障的信號。本發明還允許克服現有技術中的間接測量系統的計算和安裝的復雜 性，該系統可適用于在電極制造階段期間直接安裝在電極上。
[0013] 本發明的各個方面在隨附的權利要求中陳述。
[0014] 在一個方面中，本發明設及一種用于評估金屬電沉積工廠的陰極和陽極中的電流 分布的系統，所述系統包括：
[0015] 至少一個電解槽，包含電解質；
[0016] 電流匯流排，與所述至少一個電解槽相關聯；
[0017] 多個陰極和陽極，其上放置有與其電接觸的陰極和陽極吊架桿，所述陰極和陽極 吊架桿具有均一電阻率和規則幾何形狀，所述吊架桿具有與所述電流匯流排鄰接的端子部 件，并且適用于使對應的陰極和陽極在所述至少一個電解槽內保持位置；
[001引其中所述陰極和陽極吊架桿裝配有至少一個電探針，在由與電流匯流排的電連接W及與對應的陰極或陽極的第一電連接所限定的區域中，所述至少一個電探針與位于所述 陰極和陽極吊架桿上的至少兩個接觸檢測點連接。
[0019] 陰極和陽極吊架桿與連接到其的電極（分別為陰極和陽極）之間的"第一電連接" 術語，在本文中用來指電流從其來源側開始到達的第一接觸點。
[0020] 發明人已經發現當電極吊架桿的幾何形狀是規則的時，通過本發明的測量可能推 測禪接到電極吊架桿的電極上的電流分布。
[0021] 本領域已知電化學金屬沉積工廠，其中槽被配置成僅從一側接收電流，或者裝配 平衡次級電流匯流排用于電流再分布。在后一種情況中，本發明的系統被布置，W便包括： 陽022] 至少一個電解槽，包含電解質；
[0023] 電流匯流排，與所述至少一個電解槽相關聯；
[0024] 平衡次級匯流排；
[0025] 多個陰極和陽極，其上放置有與其電接觸的陰極和陽極吊架桿，所述陰極和陽極 吊架桿具有均一電阻率和規則幾何形狀，所述吊架桿具有與所述電流匯流排鄰接的第一端 子部件W及與所述平衡次級匯流排鄰接的第二端子部件，所述吊架桿適用于使對應的陰極 和陽極在所述至少一個電解槽內保持位置；
[0026] 其中所述陰極和陽極吊架桿裝配有至少一個電探針，在由分別與電流匯流排和平 衡次級匯流排的電連接w及與對應的陰極或陽極的第一電連接所限定的區域中，所述至少 一個電探針與位于所述陰極和陽極吊架桿上的至少四個接觸檢測點連接。
[0027] 在根據本發明的系統的一個實施例中，所述陰極和陽極吊架桿裝配有至少一個微 電路，所述至少一個微電路具有與其連接的微處理器，所述微電路與所述接觸檢測點電連 接。
[0028] 為了避免將電極吊架桿與多個線纜連接，其對于工廠管理人員來說是一個復雜的 操作，歐姆電壓降測量可W經由無線電發射機被傳送到中央計算機，W進行必要處理。出于 運個原因，根據本發明的系統的進一步的實施例，微處理器的微電路也裝配有無線電發射 機。在一些情況中，電極吊架桿的電阻率可W受到與特定關鍵操作條件相關聯的局部溫度 變化影響。通過提供將所述接觸檢測點連接到溫度傳感器設備的根據本發明的系統的進一 步實施例，必要的校正成為可能。
[0029] 在根據本發明的系統的進一步實施例中，吊架桿的接觸檢測點、無線電發射機和 溫度傳感器設備通過耐化學樹脂（例如環氧基樹脂）進行保護而免于遭受周圍的化學環境 的影響。
[0030] 在另一方面中，本發明設及一種用于評估金屬電沉積工廠的陰極和陽極中的電流 分布的方法，所述方法包括W下步驟：
[0031] 在由與電流匯流排的電連接和與相應陰極或陽極的第一電連接所限定的區域中， 通過將至少一個電探針與位于所述陰極和陽極吊架桿的至少兩個接觸檢測點電連接，給所 述吊架桿裝配至少一個電探針；
[0032] 校準所述陰極和陽極吊架桿的電阻；
[0033] 通過線纜或無線電發射機，將電流測量結果傳送到中央計算機；
[0034] 通過所述中央計算機闡釋數據；
[0035] 如果預定義的異常現象發生，則啟動連接到所述中央計算機的警報系統；
[0036] 啟動用于斷開出現異常現象的電極的可選裝置。
[0037] 在進一步的方面中，本發明設及一種用于電沉積應用的陰極或陽極吊架桿，所述 陰極或陽極吊架桿具有均一電阻率和規則的幾何形狀，并且具有至少一個微電路，所述至 少一個微電路設有與其連接的微處理器，所述微電路與至少兩個檢測點連接，所述至少兩 個檢測點位于由與電流匯流排的電連接和與相應陰極或陽極的第一電連接所限定的區域 中，所述微電路具有內部電阻電路。
[0038] 在進一步的方面中，本發明設及一種用于評估金屬電沉積廠的陰極和陽