Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.
~ 273~ ~
.
La présente invention a pour objet une planche en
plastique renforcee de fibre de verre, destinee a supporter
les extremites d'un jeu d'electrodes plonyees dans une cuve
electrolytique, tell~sque celles utilisees pour la purification
electrolytique des metaux, et en particulier du cuivre.
Il est conventionnel dans l'industrie metallur~ique,
d'utiliser des series de cuves d'electrolyse disposees c8te à
côte, pour la purification electrolytique d'un metal. -
Habituellement, le metal à affiner se presente sous la forme depla-
ques plus ou moins minces, prolongees dans leur partie superieure
par deux projectior.s laterales identiques destinees a la fois
a faciliter leur prehension, leur manipulation et leur maintien
sur les rebords de chaque cuve. Ces plaques qui peuvent chacune
peser plusieurs centaines de livres, sont plongees dans chaque
cuve parallèlement les unes aux autres et sont utilisees comme -
anodes, comme cathodes ou comme anodes et cathodes à la fois, ~ -
selon le cas~
Afin d'eviter un endommagement de la maçonnerie des
rebords de chaque cuve durant l'installation et l'enlevement
des electrodes compte tenu du poids de celles-ci, il est
egalement conventionnel de disposer des planches de protection,
en bois, sur toute la longueur des rebords des cuves, sur lesquel-
les les electrodes doivent reposer.
Si elles assurent effectivement une relativement
bonne protection des rebords des cuves, ces planches en bois
qui sont plus generalement connues sous le nom de "planches
de capelage" ou, en anglais, "capping boards", presentent
toutefois l'inconvenient de devoir être remplacees frequemment
du fait de l'attaque corrosive qu'elles subissent de la part
des electrolytes habituellement utilisees et de la part des
surchauffes qui peuvent se produire en cas de court-circuit.
Dans le cas par exemple de la purification du cuivre
-- 1 --
.,., ~ ',~'
3~
o~ l'électrolyte utilise est une solution d'acide chlorhydrique
et d'acide sulfurique relativement concentré (20%), il est
nécessaire de procéder au remplacement des planches de capelage
en bois tous les 20 jours en moyenne.
Cette opération, qui implique bien évidemment l'arrêt
des cuves durant le temps nécessaire à la manipulation
ainsi que l'achat et le stockage de planches de remplacement, est
très chère en temps, en matériel et en personnels, d'autant
plus que certaines usines d'affinage peuvent comporter jusqu'à
2,000 cuves a électrolyse~
La présente invention a pour objet une planche de
capelage en plastique renforcée de fibre de verre, qui permet,
grâce à sa résistance à l'écrasement, à lachaleur, et à la
corrosion, de remédier à l'inconvénient majeur précedemment
mentionne dans le cas des planches en bois.
La planche de capelage selon l'invention est
caracterisee en ce qu'elle est composée d'une resine choisie
dans le groupe constitue par le tetrafluorure de carbone et
les resines polyester resistant aux acides, et contenant de 10
à 20% en poids de fibre de verre, de 2 à 10~ en poids de
silice, de 2 à L0% en poids de mica et de 2 à 10% en poids de
feldspath.
Selon un mode de realisation preferee de l'invention,
la fibre de verre utilisee se presente sous la forme de toile
en fibres pressees ou tressees ou les deux. La toile est tout
d'abord impregn~e de la resine choisie à laquelle on a prealable-
ment additionne le mica, puis est Eepliée ou appliquee en couches
de façon ~ obten;ir la ~orme de la planche voulue. Durant cette
operation, la toile est reimpregnee de resine et additionnee de
la silice elle-mëme préalablement recouverte de résine, à chaque
repli ou tour, de facon à assurer une parfaite adhésion entre
les couches.
Afin de faciliter l'imprégnation ou la reimpregnation
- 2 - -
9 ~ 737
! ~ .
des couches, on peut légèrement modifié la résine en y
introduisant un agent diluant a raison de 0 a 1% en poids.
Selon un autre mode de realisation préférée de
l'invention, la planche contient dans son coeur au moins un
noyau ou des lamelles de bois franc de façon à réduire la
quantité de résine et d'additif nécessaire.
Selon encore un autre mode de réalisation préféree
de l'invention, la resine utilisee est choisie de façon à ce
que la planche obtenue soit legèrement flexible, afin de pouvoir
s'adapter à la surface des rebords des cuves, laquelle surface
- n'est pas toujours plane ou rectiligne.
Certaines resines vendues dans le commerce sont ~ -~
suffisamment flexibles pour pouvoir être utilisees telles quelles.
Toutefois, si besoin est, on pourra utiliser de 0 à 30% en poids
d'un agent flexibilisant que l'on introduira directement
a la resine, en même temps que le mica. -
L'invention sera-mieux comprise à la lecture de la
description qui va suivre, faite avec reference aux dessins
annexes sur lesquels:
la figure l represente une vue partielle de dessus
d'une serie de cuves à electrolyse disposees côte ~ côte;
la figure 2 represente une vue partielle en coupe
de la serie de cuve à electrolyse illustree sur la figure l;
la figure 3 represente une vue en coupe d'un modele
de planche de capelage en opération;
la figure 4 représente une vue en coupe d'un autre
modèle de planche de capelage en operation; et
.
la figure 5 represente une vue de dessus du modèle
de planche de capelage illustree sur la figure 3.
Les figures l et 2 representent chacune sous un angle
different, uns serie de cuves a electrolyse C, C',,,, disposees
côte a côte et destinees a la purification d'un metal tel que -
le cuivre par exemple, par voie électrol~tiqiue. Les cuves C, C'...
qui sont généralement montees en serie, ont toutes sensiblement
la même forme rectangulaire et sont toutes de la meme dimension
de façon a pouvoir chacune recevoir un même nombre de plaques
5 faites en metal a affiner.
Les cuves C, C'..... sont generalement formees a -
partir d'un bassin 1 en béton ou en ciment, divisées en section
au moyen de parois verticales 3, 3', 3" également en béton ou
en ciment.
Les dimensions de chaque cuve dépendent bien entendu
du nombre de plaques à recevoir, les dimensions de celles-ci
et de l'espacement qu'il Eaut respecter.
Dans le cas de la purification d~ cuivre, ces cuves
peuvent avoir de 10 a 20 pieds de long et de 28 a 38 pouces de
large, les plaques etant espacees d'environ 4 pouces.
Les plaques en metal a affiner, généralement numérotées
5, ont chacune sensiblement la forme d'un carre de côte compris
entre 2 et 3 pieds. Chaque carre est prolonge dans sa partie
superieure par deux projections latérales 7 et 9 formant chacune
un arrondi. Ces projections 7 et 9 sont destinées à la préhension,
a la manipulation et au maintien des plaques 5 sur les rebords
des parois verticales 3, 3', et 3",... des cuves. De par leur
nature, les plaques 5 sont généralement tres lourdes. Dans le
cas particulier de purification du cuivre, ces plaques peuvent
peser jusqu'a 300 kilos, ce qui, si on les déposait directement
sur les rebords des parois 3, 3', 3"... pourrait gravement
endommager la maçonnerie de ces dernieres par bris ou fissures,
avec tous les lnconvenients que cela peut comporter.
En pratique, on utilise donc des planches 11, 11',11"...
dites de 'lcapelage", de longueur variable, dont l'utilite est
de supporter les plaques 5, de proteger les rebords des parois
3, 3', 3"..., de prévenir les chocs survenant durant la manipu-
lation des plaques 5, et ainsi eviter les brisures dues au poids
- 4 -
3L1~;Z737
de ces dernières.
Ces planches 11~ , 11" doivent etre parfaitement
refractaires et isolantes au passage de puissantes char~es
electriques afin de permettre l'ionisation des metaux par
electrolyse. Il faut donc qu'elles n'absorbent aucune humidite.
Ces planches 11 dont la largeur depend de l'espacement
entre les-parois 3, doivent bien entendu pouvoir résister au
t~tal du poids des plaques 5, qui peut s'élever à plusieurs
- tonnes. Elles doivent egalement pouvoir résister aux produits
chimiques utilises comme electrolyte, tels que l'acide sulfurique
ou l'acide chlorhydrique. Elles doivent enfin pouvoir résister
à de forte temperature pouvant s'elever jusqu'à 260 C en cas de ~-~
court-circuit durant l'electrolyse.
- Après de nombreux essais effectués avec divers
materiaux et additifs, il a ete decouvert que l'on pouvait -
obtenir des planches de capel~age 11 repondant à toutes les
exigences precédemment enumerees, en utilisant une resine choisie -
dans le groupe constitue par le tetrafluorure de carbone, les re-
sines polyester les resines vinylester, les resines epoxy et
les resines phenoliques resistant aux acides, dans laquelle sont .
introduits de 10 à 20% de fibre de verre, de 2 à 10% de silice ~ `
de 2 à 10% de mica et de 2 à 10% de Feldspath. ;
Comme resine, on peut utiliser le tetrafluorure de
carbone ~ se. On peut aussi utiliser des resines polyester
resistant aux acides, tellesque celles vendues sous la marque
de commerce enre~istrée "polylite", nos de serie 33402 et 31830, ;
par la compa~nie Reichhold Chemicals Ltd. On pe~t encore utiliser
des resines epoxy à haute température, des resines vinylester
ou des resines phenoliques.
En pratique, on utilisera pl~tôt des resines polyester ;
pour des raisons economiques.
Comme fibre de verre, on peut utiliser de la fibre
, .
~ 5 ~
r. 1 i
~1~ 273~
de verre tressée en toile afin de faciliter la fornation et le
moulage des planches ou de la fibre de verre pressée sous forme
de "mat" à raison d'un once ou deux au pied carré. De préférence
on utilisera un laminage de fibre de verre tressée et de fibre
de verre pressée afin d'améliorer la qualité des pièces.
Comme silice, on peut utiliser par exemple les
produits vendus par la compagnie Industmin Lt~e.
Comme mica et feldspath, on peut utiliser le mica
en flocons vendu sous la marque de commerce SUZORITE et le
feldspath vendu par la Societe Minérallurgique La Violette Inc.
La fabrication des planches de capelage à partir des
produits de base ci-dessus mentionnés, peut s'effectuer par
n'importe quelle méthode conventionnelle de moulage.
On procédera de préference comme suit, en utilisant
un moule ayant la forme finale de la planche que l'on veut
obtenir.
Tout d'abord, afin de faciliter l'extraction de ~-
la planche une fois moulée, on utilisera de la cire en pâte que
l'on etendra sur les parois du moule, ou bien unagent demoulant
que l'on introduira dans la resine à titre d'additif.
Comme agent demoulant, on peut utiliser n'importe
quel type d'agent demoulant conventionnel compatible avec la
resine choisie, comne par exemple l'alcool polyvinyle, en quan-
tite adequate.
- Avant de proceder au moulage proprement dit, il
est necessaire d'introduire le mica dans la resine quelques
heu~es avant d'utiliser cette derniere, afin de permettre ~`-
une elimination des bulles d'air créées lors de l'introduction ~ ;
du mica.
Si besoin est, on peut egalement introduire
un agent de polymérisation dans la résine avant son utilisation
afin d'en accelerer le durcissement.
:, - ",
.. . . . . . . . . ..
~Z737
Comme agent de polymerisation, on peut utiliser
n'importe quel type d'agent de polymerisation conventionnel
compatible avec la resine choisie, comme par exemple le
peroxide de methyl ethyl cetone, en quantité adequate, de
preference comprise entre 0 et 1~ en poids par rapport au
poids total de la planche.
On imprègne alors la fibre de verre avec la resine `
additionnee du mica et, le cas echeant, les autres additifs. -~
Si besoin est, on peut introduire dans la resine
un solvent afin de diluer celle-ci et ainsi faciliter l'impre- ;
gnation de la fibre de verre.
Comme solvent, on peut utiliser n'importe quel type
d'agent de dilution de type conventionnel compatible avec -
- la resine utilisee, comme par exemple le solvent ve~du sous ;
la marque de commerce CLEARATE B 65 par la compagnie Lecithin
Products (canada) Ltd. La quantite de solvent à utiliser depend ~ ;~
bien entendu de la viscosite desiree pour la resine. Cette
quantite sera de preference comprise entre 0 et 1~ en poids
par rapport au poids total de la resine.
Afin d'assurer une parfaite impregnation de la fibre
de verre et eliminer les bulles d'air qui pourraient etre
eventuellement emprisonnees dans celle-ci, on procede ensuite
à un pressage mecanique ou, lorsque la fibre de verre utilisee
se presente sous forme de toile, a un roulage de cette derni~re.
Une fois les fibres bien impregnees, on procède alors
au moulage de la planche. Pour ce faire, on tasse ou l'on roule ;
la fibre de verre dans le moule jusqu'à obtention de la forme
finale desiree.
C'est au cours de ce moulage que l'on procède à
l'introduction de la silice et des autres additlfs que l'on
"soupoudre" sur la resine au fur et à mesure du remplissage `~-
du moulo ou, dans le cas où on ut llse de la fibre de verre ~ ~
,. " . ' .
737
en toile, à chaque pli et repli de la toile~
Afin d'assurer une parfaite homogénéité dans la résine,
on impregnera la silice avec de la resine, avant son introduction
entre les couches de fibre de verre impregnee.
Afin egalement de reduire la quantite de resine,
de fibre de verre et d'additifs requis pour obtenir le volume
requis de la planche, on peut introduire au cours du moulage
un noyau ou plusieurs lamelles de bois franc ou de tout autre
materiau analogue dans la resine, a la seule condition que ce
noyau et ces lamelles soient parfaitement bien recouverts
sur tous leurs côtes par une couche protectrice de 0,5 a
1 pouce par exemple, afin d'eviter tout contact direct du bois
avec les plaques de metal a purifier et surtout avec l'electro-
lyte utilisee dans les cuves.
Le nombre et les dimensions des lamelles de bois franc
utilisees sont bien entendu tres variables. On utilisera nean-
moins de preference des noyaux de bois de 0,75 x 1 x 30", ;
que l'on disposera en quinconce, selon 2 ou 3 rangees paralleles.
La forme generale et les dimensions des planches de
capelage 11 ainsi fabriquees peuvent etre tres variablesselon les exigences de l'utilisateur. Generalement, ces planches
11 sont moulees en une seule piece à la longueur des parois
verticales 3 sur laquelle elles doivent reposer. Cette longueur
est bien sûr variable mais est generalement comprise entre
1 10 et 20 pieds selon la dimension des bassins electrolytiques. '-
;! Ces planches sont egalement moulees a la largeur
des parois 3, qui est également variable mais géneralement de
l'ordre de 5 a 6 pouces. ~-
La forme particuliere des planches de capelage
11 est également en fonction dès exigences de l'utilisateur
compte tenu du "systeme" de purification electrolytique utilise.
A titre d'exemple, deux formes typiques de planches
,:'
~.
.,.. .. . ,.~ . ,, . ~. .
,", " ; , : , ,,, ,"; ~ ,` "",,,"~;,"" ,,: ,,;,, ,, ",;( ,~;: ;",
737
'
de capela~e sont illustrees sur les figures 3 et 5 d'une part
et sur la figure 4 d'autre part.
La forme de la planche de capelage representee
sur les figures 1 et 2 illustrees plus en detail sur les
figures 3 et 5, est notamment utilisable avec le systeme
de purification électrolytique connu sous le nom de systeme
en série ("series system") dans lequel les plaques 5 en métal
à puri~ier sont disposées en série et connectees électriquemsnt
de fa~on à servir à la fois d'anode et de cathode.
Ce système est utilise par exemple par la compagnie
l'Affinerie Canadienne de Cuivre Ltee, du groupe Noranda.
Selon ce système, une plaque sur deux seulement
est connectee electriquement par un même ~il d'alimentation,
en cuivre par exemple. Dans le cas de l'affinage du cuivre,
ces plaques electriquement connectees representent les anodes.
Afin de pouvoir assurer au mieux et ~i moindre frais ~-
cette connection électrique "alternée", la planche de capelage -~
11 présente, vue en coupe, une premièrei surface plane 13 située
à un niveau relativement bas, de l'ordre de 0,5 poucer" une
seconde surface plane 15 située à un niveau relativement élevé,
de l'ordre de 2 pouces, et enfin une troisieme surface plane 17 ~`~
située a un niveau moyen, de l'ordre de 1,5 pouces, par rapport ;
a la surface de la paroi 3.
La première surface 13-est destinée à recevoir le ~il
électrique 21 alimentant les anodes. Ce fil 21 est choisi de pré-
férence de section triangulaire a~in d'am~liorer son maintien
en position sur la surface 13 et supporter une charge électrique
plus puissante. -
Les plaques 5 servant à d'anode reposent directement
sur ce fil 21 par leurs projections laterales 7. Les plaques
5' alternées avec les plaques 5 et non connectees electriquement,
reposent par contre sur la seconde surface 15 par leurs projec- ~
tions laterales 7' ce qui, comme on peut le constater sur les ~;
g _ "
" ",
Z~37
figures évite tout faux contact et permet l'utilisation d'un
seul et unique fil d'alimentation 21 pour toutes les anodes
d'une meme cuve.
De l'autre coté, ces plaques 5 et 5' reposent toutes ;
par leurs projections 9 et 9' sur la troisiame surface 17,
qui leur est commune.
La largeur respective des trois surfaces 13, 15 et 17
depend bien s~r des dimensions des projections. Dans le cas
d'une planche de largeur totale de 6 pouces, ces trois surfaces
13, 15 et 17 auront par exemple des largeurs de 2,25; 1,25
et 2,50 pouces respectivement.
La forme de la planche de capelage représentee sur
la figure 4, qui est beaucoup plus simple, est notamment
utilisable avec les systèmes de purification électrolytique
connus sous le nom de systèmes multiples ("multiple systems"),
dans lequel les plaques 5 en métal a purifier sont disposées -
en série mais séparees les unes des autres par des plaques ;'
23 de nature differente, comme par exemple dans le cas de
l'affinage du cuivre, par des plaques minces en tale ou en
cuivre de très haute pureté.
C'est le système utilise par exemple par la compagnie
International Nickel Company, a Copper Cliff, Ontario.
Dans ce cas, la forme de la planche peut être beaucoup `~
plus simple puisqu'on peut prevoir des plaques 23 de largeur
legarement inferieure a celle des plaques 5. Ainsi, cette forme
peut etre simplement rectangulaire, comme representee.
La position des noyaux ou lamelles de bois franc 19
introduits dans la resine dependra bien entendu de la forme ~`
choisie pour les planches et surtout de leur épaisseur. Ainsi,
dans le cas de la planche de capelage d'épaisseur inférieure
a 10 cm, on n'utilisera aucune lamelle de bois.
Dans le cas de la planche de capelage 11 représentée
-10- ~
2737
sur la figure 3, ces noyaux de bois franc 19 seront disposées
en trois rangées parallèles situées a un m8me niveau par rapport
à la surface supérieure de la paroi 3, sous les surfaces planes
15 et 17.
Dans le cas de la planche de capelage 11 représentée
sur la figure 4, ces noyaux de bois franc 19 seront disposés
en trois rangees paralleles situées à un même niveau par rapport
.;;~
à la surface superieure de la paroi 3 et egalement réparties sur
toute la largeur de la planche.
Dans ces deux cas, les noyaux 19 seront espacés les
uns des autres le long d'une meme rangée et disposés en
quinconce tel que montré sur la figure 5 de façon à assurer une
meilleure résistance et une meilleure répartition du poids
des plaques le long des planches 11 tout en conservant à ces
dernières une certaine souplesse.
Afin d'assurer une parfaite stabilité des planches
11 de la surface supérieure des parois 3, on utilisera de
' préférence une résine présentant une certaine flexibilité, telle
20 que la resine polyester POLYLITE 31-830 mentionnée précédemment,
ou un mélange de cette resine avec une resine moins flexible.
On peut egalement utiliser un agent flexibilisant conventionnel, -
compatible avec la résine choisie.
EXE~PLE
En procédant de la façon décrite précédemment, on a
réalisé plusieurs planches de capelage en plasti~ue renforcées
de fibre de verre, en utilisant les produits de base suivants,
les pourcentages etant donnés en poids:
30 Résine polyester POLYLITE 31.83Q20%
Résine polyester POLYLITE 33.40254%
Fibre de verre (en toile et/ou "mat"1 14%
Feldspath 2%
- 11 -
.. ,. ~.
37
Silice 5
Mica (en flocons) 4
CLEARATE B 6 5 0 . 5 9~
Peroxide de methyl éthyl ce~ne 0. 5%
100~
Les propriétes des diverses planches alnsi fabriquées
sont les suivantes:
Résistance à la compression de 19,5Q00 à 23,000 PSI
Dureté Barcol de 6 0 à 80 ~
Température de résistance de 200 à 260C. ~-
on a utilisé ces planches pour supporter desplaques
de cuivre à affiner dans une usine utilisant le système en série
précedemment mentionne. ;
Les divers paramètres de réalisation et conditions
opératoires étaient les suivants:
longueur de la cuve ........................................ 16 pieds , -
.:
largeur de la cuve .......................................... 4 pieds ` ;~
longueurde la planche ...................................... 17 pieds
largeur de la planche ...................................... 6 pouces
espacement entre les plaques ~-
à affiner............... ~................................... 4 pouces
b-ain electrolytique .................. ............. H2SO4 (20~), HCl
courant utilise ....................... .. 20,000 A à l'anode (sous un -~
faible voltage)
température de fonctionnement .~.......................... 45 à 110C ;
.
Les resultats obtenus ont été très satisfaisants.
Les planches ont par~aitement bien résisté au poids des plaques
à affiner, à la corrosion et a la temperature de fonctionnement
pendant une très longue periode de temps.
- 12 -
, ~, , .
U ~rZ~737
Les planches ont également parfaitement bien réslsté
a des sautes momentanées de température s'élevant jusqu'à
220C (court-circuit), sans nécessiter de remplacement ou
d'interruption du procede. ~ -
,
' '~
,- ,.
- 13 -
,
