<Desc/Clms Page number 1>
"PERFECTIONNEMENTS AUX PROCEDES DE FABRICATION DE CATHODES CASSANTES'
La présente invention est relative à un procédé nouveau et perfectionné pour l'affinage électrolytique des métaux.
L'Invention a principalement pour objet un procédé per- mettant d'obtenir un dép6t de cuivre pour former une cathode, ce dépSt étant formé de gros cristaux et étant cassant, de sorte qu'il est fragile. Oe résultat est obtenu en revêtant la sur-
<Desc/Clms Page number 2>
face sur laquelle le cuivre doit être déposé d'une mince couche ou pellicule de matière propre à donner le résultat désiré.
Le dépôt de cuivre cassant peut être facilement détaché de la surface enduite, et réduit en petits morceaux qui peuvent être utilisés économiquement au cours d'opérations ultérieures.
Un autre avantage du procédé consiste dans les éoonomies qui peuvent être réalisées dans la mise en oeuvre du procédé élec- trolytique même.
D'autres particularités et avantages de l'invention appa- rattront au cours de la description qui suit,
Bien qu'on ait décrit ici des modes de réalisation pré- férés de l'invention, il est entendu que l'on peut apporter divers changements au prooédé sans sortir pour cela du cadre de l'invention.
Dans l'affinage électrolytique du cuivre tel quil est ordinairement réalisé dans la pratique, le but à atteindre est d'ob- tenir un dépôt qui soit aussi résistai que possible, et,dans de but, on a recours à divers expédients. Ainsi, dans le procédé tel qu'il est réalisé couramment, deux opérations importantes sont effectuées.
Premièrement, de petites quantités de colle sont ajoutées à l'éleo- trolyte, ce qui a pour effet d'augmenter le degré d'adhérence ou de cohésion des cristaux déposés et, par conséquent, de rendre résis- tant l'ensemble du dépôt. Deuxièment, le dépôt présente, sur les deux côtés, une feuille de départ spécialement préparée et déposée par voie électrolytique, à laquelle le dépôt .adhère, formant ainsi une feuille à, double épaisseur cimentées ensemble par la feuille de départ. L'ensemble, c'est-à-dire le dépôt plus la couche de départ, constituant une lourde cathode, à. trois épaisseurs, est fondu sous la forme d'une cathode d'une seule pièce par un traitement ul- térieur.
Ce système présente certains inconvénients- parmi les- quels on peut citer les suivants
<Desc/Clms Page number 3>
10) Les frais de fabrication des couches de départ.
20) La puissance plus grande nécessaire due à la présence de colle qui augmente la résistance ou!la polarisation (ou les deux) de l'électrolyte,
30) La puissance plus grande nécessaire pour vaincre la résis- tance des boucles par lesquelles les feuilles de départ sont suspen- dues à la tige de support de cathode et pour vaincre la résistance au contact entre la tige de support et la boucle.
40) Les minoes feuilles de départ ont tendance à se gauchir, déterminant des courts-circuits contre l'anode, avec perte de puis- sanae résultante et augmentation des frais de surveillance pour em- pêcher ce gauchissement de se produire.
Dans le présent procédé, comme il n'est pas nécessaire de former un dépôt résistant, la colle est de préférence supprimée dans l'électrolyte, et une ébauche relativement lourde en cuivre dur laminé, ou autre matière appropriée, remplace la légère feuille de départ. L'ébauche peut être utilisée à nouveau et, par conséquent, elle est solidement fixée à la tige de support de cathode, suppri- mant ainsi la résistance de la boucle de suspension de cathode et les contacts de boucle. Le gauchissement est également supprimé.
Dans sa forme préférée, le procédé objet de l'invention est réalisé de la manière suivante, les bacs électrolytiques étant disposés en parallèle.
A.- Une ébauche appropriée en métal convenable, de préférence en.cuivre dur laminé, d'épaisseur suffisante pour résister aux ef- forts provoqués par une manipulation ordinaire sans se bosseler, se cintrer 'ou se gauchir (une épaisseur d'environ trois millimètres a denné de bons résultats), est coupée aux dimensions désirées et solidement attachée à la tige de suspension de cathode, de façon à éliminer la résistance au contact en ce point.
@ @ B.- L'ébauche est ensuite enduite d'une mince couche de ma-
<Desc/Clms Page number 4>
tière appropriée pour obtenir le dépôt cassant désiré. Un revê- tement préférer consiste en une mince couche d'asphalte, qui peut être commodément appliquée en plongeant l'ébauche dans une solu- tion ou émulsion d'asphalte une température ,appropriée. Lorsque cette émulsion sèche, elle laisse une très mince couche ou pelli- cule transparente d'asphalte qui adhère fortement et présente une résistance diélectrique élevée.
C.- L'ébauche revêtue comme indiqué ci-dessus est placée dans le bac éleotrolytique et le dépôt est effectué. L'électrelyte peut avoir la composition usuelle, sauf que, comme 'indiqué ci-dessus, la colle est de préférence omise.. Du "Goulac", ou, tout autre com- posé organique analogue ordinairement utilisé pour favoriser l'uni- formité de la répartition, peut être employé si on le désire.
D.- Lorsque le dépôt a atteint une épaisseur convenable, la cathode est soulevée hors du bac et le dépôt est détaché de l'é- bauche par tout moyen approprié, par exemple en frappant légère- ment l'ébauche avec un marteau, par détachage avec un type queloon- que d'instrument ou lame à détacher actionné à la main ou méoani- quement, ou par tout autre moyen convenable.
E.- Le dépôt détaché de l'ébauche est alors cassé en morceaux de la grosseur désirée en le brisant sur le plancher et en les fai- sant passer à travers un tamis, ou par broyage dans un tambour, ou par tout autre moyen approprié.
Les ébauches sont alors prêtes pour une répétition du cycle de revêtement et de dépôt.
Le cuivre déposé par ce procédé est si cassant qu'un dé- pôt datant de quatorze jours, obtenu en employant une densité de courant de 16 1/2 ampères par 0.092 mètre carré, peut être facile- ment brisé aveo les doigts en morceaux ayant un diamètre d'environ 6 millimètres. Une fois cassés, les morceaux ont un diamètre va- riant'de 3 à 25 millimètres ou davantage, avec très peu de parcelles
<Desc/Clms Page number 5>
fines, qui doivent être évitées comme ayant tendance à déterminer des pertes de ouivre dans la manipulation ultérieure.
On ne désire pas limiter le procédé à aucune théorie particulière de mise en oeuvre, mais on estime que la production du dépôt Cassant peut être expliquée de la manière suivante :
Dans le dépôt électrolytique normal de ouivre sur une plaqua ou ébauche, la résistance au dépôt, au début du passage du courant, est si légère qutune couche presque uniforme de cuivre, composée de petits cristaux adhérant les uns aux autres, est dé- posée simultanément sur l'ébauche entière, et à mesure que cette @ couche augmente, elle forme un revêtement résistant de cuivre sur l'ébauche.
Si de la colle est employée dans l'électrolyte, cette liaison résistante des cristaux de la cathode aura tendance à se poursuivre,dans toute l'épaisseur du dépôt. Si on n'emploie pas de colle, les cristaux auront tendance à adhérer moins étroitement les uns aux autres à mesure que le dépôt augmente et que les cris- taux augmentent de dimension, et on obtiendra une cathode composée de chistaux adhérant ensemble d'une manière assez lâche sur le côté du dépôt où se trouve l'éleotrolyte, mais maintenus étroitement les uns contre les autres par la couche résistante formée pendant la première période du dépôt lorsque les cristaux étaient encore très petits.
Dans le procédé suivant la présente invention, le revê- tement employé interpose entre l'ébauche et l'électrolyte une pel- licule continue qui s'oppose au passage du courant. Lorsque le courant peroe cette pellicule en des points assez espacés les uns des autres, du cuivre est déposé et il se forme des cristaux qui prennent une grosseur assez grande avant de venir en contact avec leurs voisins, et, par conséquent, les cristaux n'adhèrent jamais très étroitement les uns aux autres. Evidemment, une pellicule trop imperméable empêchera complètement le dépôt, et une pellicule
<Desc/Clms Page number 6>
insuffisamment imperméable ne produira pas l'effet désiré.
Lors- qu'on emploie une substance de revêtement qui est fluide à la température de l'éleotrolyte, il doit y avoir dans la substance de revêtement un équilibre exact en ce qui concerne les trois facteurs suivants :
1. Viscosité du fluide. Cette viscosité règle l'épaisseur de la pellicule lorsqu'elle est plongée dans l'électroylte.
2, Puissance d'imprégnation ou d'adhérence sur l'ébauche en cuivre, empêchant par conséquent tout déplacement de la substance par l'électrolyte à la surface de l'ébauche.. En général, la pro- priéé que possèdent les hydrocarbures d'imprégner l'ébauche et d'y adhérer est plus grande avec ceux à teneur élevée en produits non saturés et est moindre avec ceux à faible teneur en produits non saturés, L'indice d'iode d'une huile est une indication approxi- mative de son degré de non saturation, et par suite de sa puissance d'imprégnation.
3, La résistance diélectrique de la substance formant pelli- cule, Plus la résistance diélectrique est élevée, les autres fac- teurs étant égaux, plus la résistance au passage du courant est grande.
Dans le cas d'une substance de revêtement qui est solide à la température de l'électrolyte, telle que certaines cires, ou une mince couche d'asphalte, les conditions des deux premiers fac- teurs reçoivent automatiquement satisfaction, et le degré de la. résistance de la pellicule est réglé,par la quantité de'substance de revêtement appliquée. Une pellicule solide et continue de cire ayant une résistance diélectrique très élevée donne un dépôt très cassant, même lorsqu'elle est appliquée sous une très faible épais- seur. De l'huile de mais, lorsqu'elle est employée comme matière de revêtement, donne un dépôt très oassant.
Cette huile est très fluide, de faible viscosité et forme une mince pellicule, mais elle
<Desc/Clms Page number 7>
a une puissance d'imprégnation très élevée et constitue un bon diélectrique
D'autre part, une huile ayant de grandes propriétés dié- lectriques, utilisée pour l'isolement des conducteurs, donnera un dépôt résistant. Cette huile est d'une visoosité moyenne et pré- sente des propriétés diélectriques très élevées, mais elle est com- posée d'hydrooarbures presque complètement saturés et, par consé- quent, elle a une très faible puissance d'imprégnation et d'adhérenoe.
De l'huile de résine ordinaire double distillée donne également un dépôt assez résistant. Cette huile est de viscosité moyenne et a une bonne puissance d'adhérence, mais elle présente de faibles propriétés diélectriques.
Parmi d'autres substances qui ont donné un dépôt cassant lorsqu'elles sont correctement utilisées, on peut citer les sui- vantes ; l'huile de lin, l'huile de mais sulfonée, le fuel oil brut, la "Cerowax" fabriquée par la Vaouum Oil Company, la "Superlowax" fabriquée par la Standard Oil Company of Indiana.
L'invention en- visage l'emploi de toute substance de revêtement qui produira le ré- sultat désiré, et ces substances de revêtement peuvent être appli- quées dans des conditions différentes, par exemple suivant divers degrés de dissolution, en combinaison avec un agent neutre ou un agent approprié, ou sous la forme d'émulsions lorsque les substances doivent être émulsionnées, Les substances de revêtement peuvent être appliquées de la manière la plus pratique, par exemple par im- mersion, application à la brosse ou au pinceau, pulvérisation, etc...
L'économie de puissance réalisée à l'aide du présent pro- cédé par rapport aux procédés courants au cours d'essais comparatifs effectués dans une installation semi-industrielle, a été d'environ 15 % de la puissance totale utilisée. Cette économie ainsi que l'économie de main d'oeuvre dans la préparation des feuilles de dé- part et de surveillance pour empêcher le gauchissement, dépasse de
<Desc/Clms Page number 8>
beaucoup les frais d'application de ouivre sur les ébauches et les frais d'application du revêtement sur ces dernières (opérations nécessaires avec le nouveau procède), de sorte que l'éconmie nette par tonne de cathode produite à l'aide du système multiple suivant le nouveau procédé est considérable.
Toutes les cathodes, lorsqu'elles sont enlevées de l'éleo- trolyte, présentent sur leurs surfaces et entre les faces des cris- taux certaines impuretés qui sont contenues dans l'électrolyte et adhèrent, avec celui-ci, au cuivre. Ces impuretés comprennent des boues en suspension dans l'électrolyte et des composés tels que les sulfates de cuivre, de fer et de nickel dissous dans l'électro- lyte, ainsi que certains composés d'arsenic, etc.. Dans la façon d'opérer actuelle, des feuilles résistantes pour cathodes sont plon- gées dans une solution (généralement de l'eau chaude) ou sont asper- gées avec cette solution, afin d'enlever par lavage une quantité aussi grande que possible de ces impuretés avant tout autre traite- ment ultérieur.
On a trouvé que les cristaux adhérant peu étroitement les uns aux autres du dépôt cassant pour cathodes sont plus perméables à l'action de lavage de l'eau chaude, ou de solutions acides ou al- calines, ou autres solutions convenables, que ne l'est une matière résistante pour la formation des cathodes, et que par filtration ou agitation d'une solution de lavage dans une masse granulaire de cristaux adhérant peu étroitement les uns aux autres, il est pos- sible d'obtenir un lavage plus complet et moins coûteux que celui pouvant être effectué par aspersion ou immersion de feuilles résis- tantes pour la formation de cathodes,
La production économique de cathodes cassantes est impor- tante pour tous procédés d'affinage lorsque on désire donner aux ca- thodes la forme de billettes devant subir un traitement ultérieur.,
Les personnes expertes dans l'industrie reconnaîtront que
<Desc/Clms Page number 9>
le nouveau procédé décrit ici présente de nombruux avantages et que les nouvelles caractéristiques de l'invention sont également applioables au procédé d'affinage électrolytique dans lequel les baos sont disposés en série.
Il est également entendu que le procédé peut être ap- pliqué au dépôt éleotrolytique d'autres métaux, tels que le zinc.
REVENDICATIONS
EMI9.1
1" Un procédé perfectionné de dépôt électrolytique de métaux consistant à former un dépôt métallique cassant sur une " ébauche métallique, et à enlever ensuite le dépôt de la dite 10 ébauche.
2t Un procédé perfectionné suivant 1, dans lequel Résumé l'ébauche métallique est employée à nouveau pour recevoir un , autre ddp$t au cours d'un cycle suivant du procédé.
3, Un procédé perfectionné suivant 1 et 2, suivant le- , lp quel on applique sur la surface de l'ébauche métallique une pel- ". Ii" fl 14oule ayant une résistance diélectrique telle que lorsque le ' courant électrique passe à travers cette pellicule, elle ne soit , percée qu'en des points assez espacés les uns des autres.
4. Un procédé perfectionné suivant S, dans lequel l'é- bauche est recouverte d'une mince couche ou pellicule d'un corps comprenant des hydrocarbures non saturés.
5. Un procédé perfectionné suivant 4, dans lequel la dite pellicule est composée d'asphalte.
6. Un procédé perfeotionné suivant n'importe laquelle des revendications précédentes, comprenant le dépôt par voie élec- trolytique de cuivre sur l'ébauche qui peut également être en cuivre.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.