СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КАТОДА ДЛЯ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОГО ПОЛУЧЕНИЯ МЕДИ
METHOD OF CATHODE MANUFACTURING FOR COPPER ELECTROWINNING

Изобретение относится к гидрометаллургическому использованию катодов, полученных путем электролиза.
Катоды заготавливают электролитическим путем на матричных основах из холоднокатаной меди или титана. Качество катода, получаемого осаждением на медные сульфидированные матричные основы, имеет существенные недостатки, что приводит к получению катодной меди с повышенным содержанием примесей. А именно, ввиду сильной адгезии меди к поверхности матричной медной основы необходимо применять различные смазки, позволяющие впоследствии отделить катодную основу от матричной основы. Смазка, попадая на катоды, загрязняет катодный осадок (готовые листы рафинированной меди, используемые в дальнейшем для производства элетротехнических изделий).
Эти недостатки успешно устраняются, если применять катоды (матричные основы) с матричными листами из титана. В этом случае в связи с низкой адгезией меди к титановой матричной основе, разделительная смазка не требуется. Применение титановых матричных основ также позволяет улучшить такие характеристики катода, как мелкозернистость, упругость, а следовательно, и качество последующего осаждения меди. Однако применение титановых матричных основ сопряжено с рядом проблем, а именно для получения катодов равномерной толщины необходимо обеспечить одинаковую плотность тока по всей поверхности матричной основы. А для снижения потерь электроэнергии и уменьшения нагрева матричных основ в процессе эксплуатации необходимо максимально уменьшить величину переходного электросопротивления между токоподводящей шиной электролизной ванны и матричной основы (Козлов В.А и др. Рафинирование меди. - М.: Металлургия, 1992).
Наиболее близким аналогом по назначению и совокупности существенных признаков является патент RU 2346087 (С25С 7/02, опубл. 10.02.2009 г.), в котором раскрыт способ изготовления катода для электролитического получения меди, включающий приваривание токоподвода, выполненного в виде пластин с медным покрытием, к матричной основе.
Недостатком данной конструкции является то, что конструкция собирается, по крайней мере, из трех деталей, выполненных из дорогостоящего материала - тонкого (толщиной 2-5 мм) титанового листа, и имеет границу раздела титан-титан с высоким переходным сопротивлением, величина которого зависит от неплоскостности деталей (биметаллических пластин и матричной основы) и может меняться во времени в связи с нагревом матричной основы и короблением. Кроме того, сварной нахлесточный шов, переходное электрическое сопротивление которого нестабильно вследствие малого сечения и имеет значительный разброс, приводит к неравномерному распределению токовых нагрузок на рабочих поверхностях матричных основ не только от образца к образцу, но и во времени. Это вызывает заметное изменение соотношения скоростей электрокристаллизации и массопереноса на различных матричных основах электролизной ванны, что приводит к значительным отклонениям толщин катодов в одной ванне, потерям электроэнергии и снижению, вследствие перегрева, срока службы матричных основ. Также к недостаткам данной конструкции относится расслоение медного слоя токоподводов от титановой подложки и его неремонтнопригодность. Для восстановления матричной основы необходимо отрезать дефектный токоподвод и приварить новый токоподвод, что приводит к короблению полотна в зоне приварки из-за возникновения напряжений в сварных швах, длина которых на токоподводе составляет более 4000 мм.
Заявленный способ отличается от прототипа тем, что медное покрытие осаждают электролизом на предварительно подготовленную для увеличения шероховатости поверхность пластин токоподвода.
Цель изобретения - получение катодов со стабильными характеристиками, снижение потери электроэнергии и себестоимости с возможностью восстановительного ремонта.
Техническим результатом настоящего изобретения является улучшение электротехнических свойств катодов, снижение их металлоемкости и повышение долговечности.
Технический результат достигается тем, что в способе изготовления катода для электролитического получения меди, включающем приваривание токоподвода, выполненного в виде пластин с медным покрытием к матричной основе, медное покрытие осаждают электролизом на предварительно подготовленную для увеличения шероховатости поверхность пластин токоподвода.
Процесс изготовления токоподводов матричных основ состоит из нескольких операций. К полотну матричной основы приваривают две пластины толщиной 4 мм и длиной сварного шва только 40 мм. Для усиления прочности токодвода с обеих сторон по всей длине точечной сваркой привариваются полосы шириной 20 см. С целью увеличения шероховатости токоподводы обрабатывают наждаком и наносят насечки. Эти операции способствуют монолитному сцеплению осаждаемого слоя с титановой подложкой, достижению максимальной электропроводности токоподвода.
Процесс изготовления токоподвода протекает в электролизере, который выполняется из винилхлорида в форме короба, разделенного перегородками на 6 секций. В каждую ячейку из приемной камеры подается раствор. Матричные основы в ячейках устанавливают на специальные изоляционные подставки с погружением в электролит на глубину 40-45 мм. На перегородки укладывают медные пластины и подсоединяют к анодной шине. Установка подключена к выпрямительному агрегату с возможностью реверсирования тока.
Процесс изготовления токоподвода протекает при следующих технологических параметрах.
Состав электролита, г/л:
Сu
H<sub>2</sub>SО<sub>4</sub>
Cl
Ni
As
Sb
42-55
145-165
0,0035-
8-12
3-5
0,3-0,5
Температура электролита - (55-62)°С.
Скорость циркуляции - (30-45) л/мин.
2
Плотность тока - (6-12) А/дм.
Матричные основы с предварительно подготовленной поверхностью (зачистка, правка, обработка содовым раствором, травление) и приваренными на основу токоподвода упрочняющими пластинами методом точечной сварки загружают в ванну с растворимыми медными анодами. В течение 6-7 суток происходит наращивание медных покрытий на токоподвод.
В таблице приведены сравнительные данные по работе ванн, загруженных катодами, изготовленных по предлагаемому способу и по прототипу.
№№ опытов
1
2
3
4
прототип
Напряжение, В
0,309
0,305
0,273
0,301
0,320
Использование предложенного способа изготовления катода для электролитического получения имеет следующие преимущества:
- экономия электроэнергии;
- стоимость изготовления в 3 раза ниже, чем у прототипа;
- применение растворимого медного анода обеспечивает получение на токоподводе высококачественных, плотных катодных отложений и снижение газовыделений в воздух рабочей зоны;
- возможность осуществления восстановительного ремонта катода путем растворения медного покрытия на токоподводе.