Результат интеллектуальной деятельности: КАТОД ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ МЕДИ

Изобретение относится к гидрометаллургическому получению стартерных катодов меди путем электролиза по безосновной технологии. Изобретение может быть использовано для обеспечения работы электролизеров.

Стартерными (первичными) катодами служат тонкие (0,4-0,7 мм) листы из электролитной меди - катодные основы. Их заготавливают электролитическим путем на матрицах из холоднокатаной меди или титана. Качество стартерного катода, получаемого осаждением на медные сульфидированные матрицы, имеет существенные недостатки, что приводит к получению катодной меди с повышенным содержанием примесей. А именно, ввиду сильной адгезии меди к поверхности матричного медного листа необходимо применять различные смазки, позволяющие впоследствии отделить катодную основу от матричного листа. Смазка, попадая на стартерные катоды, загрязняет катодный осадок (готовые листы рафинированной меди, используемые в дальнейшем для производства элетротехнических изделий).

Эти недостатки успешно устраняются, если применять катоды (матрицы) с матричными листами из титана. В этом случае, в связи с низкой адгезией меди к титановому матричному листу, разделительная смазка не требуется. Применение титановых катодов (матриц) также позволяет улучшить такие характеристики стартерного катода, как мелкозернистость, упругость, а следовательно, и качество последующего осаждения меди. Однако применение титановых матричных листов сопряжено с рядом проблем, а именно для получения стартерных катодов равномерной толщины необходимо обеспечить одинаковую плотность тока по всей поверхности матричного листа. А для снижения потерь электроэнергии и уменьшения нагрева катодов (матриц) 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).

Известен катод для электролитического осаждения меди, состоящий из штанги, выполненной из двух титаномедных (биметаллических) пластин, которые жестко посредством сварки внахлест прикреплены к матричному листу (Патент РФ №2094533, МПК С25С 7/02, публ. 1997.10.27) - прототип.

В процессе эксплуатации штанга своими медными контактами соприкасается с контактами токоподводной ванны, медные контакты матрицы уменьшают переходное сопротивление и стабилизируют его, далее электрический ток проходит последовательно контактную поверхность медь - титан, выполненную сваркой взрывом (переходное сопротивление практически равно нулю), контактную поверхность титан - титан, сварной шов титан - титан, по которому ток подводится к матричной основе.

В течение электролиза медь из раствора электролита осаждается на боковых поверхностях матричной основы. По мере окончания электролиза катоды вынимают из ванн и осуществляют сдирку слоев с матричной основы механическим путем, например клином.

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 матричного листа) и может меняться во времени в связи с нагревом катода (матрицы) 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 листов не только от образца к образцу, но и во времени. Это вызывает заметное изменение соотношения скоростей электрокристаллизации и массопереноса на различных катодах (матрицах) электролизной ванны, что приводит к значительным отклонениям толщин стартерных катодов в одной ванне, потерям электроэнергии и снижению, вследствие перегрева, срока службы катодов (матриц).

Цель изобретения - получение стартерных катодов со стабильными характеристиками, повышение их качества, снижение потери электроэнергии, а также снижение себестоимости и повышение технологичности изготовления катодов.

Техническим результатом настоящего изобретения является улучшение электротехнических свойств катодов, снижение их металлоемкости и повышение долговечности.

Технический результат достигается тем, что в катоде для получения меди по безосновной технологии, содержащем плоскую матричную основу из титана, к которой посредством сварки жестко крепится токоподвод, состоящий из сборного титанового основания, на боковые стороны которого нанесены плакирующие слои меди, токоподвод выполнен из триметалла медь-титан-медь способом сварки взрывом.

Изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 изображен предлагаемый катод, на фиг.2 - сечение А-А.

Катод содержит токоподвод 1, состоящий из титанового основания 2, к которому с боковых сторон методом сварки взрывом прикреплены медные пластины 3, к титановому основанию 2 приваривается матричная основа 4.

В процессе эксплуатации катод устанавливается на контакты электролизной ванны. После подачи напряжения электрический ток проходит последовательно через контактные поверхности электролизной ванны - медные пластины, контактную поверхность медь - титановое основание 2, сварной шов титан - титан.

Использование триметалла позволяет сочетать наиболее ценные свойства отдельно взятых металлов. В данном конкретном случае повышенную прочность, высокую сопротивляемостью действию агрессивных сред и низкую адгезию титановых сплавов к меди с высокой и стабильной электропроводностью меди. С помощью взрывных технологий обеспечивается прочное соединение металлов на молекулярном уровне, переходное сопротивление от 0,001 Ом до 0,000007 Ом. Полученную триметаллическую композицию можно подвергать различным способам обработки: резке, прокатке, гибке, сварке и т.д. Стыковое сварное соединение матричной основы с титановым основанием токоподвода имеет сечение, равное толщине матричной основы, и электрическое сопротивление, как у основного листа.

При эксплуатации опытного образца было отмечено, что по сравнению с существующими катодами на матричных ваннах выход по току возрос с 75% до 95%, толщина получаемого листа меди равномерная по всей рабочей площади катодной матрицы, распределение тока равномерное, токоподводы не перегреваются, контакт триметалл хороший.

Предлагаемая конструкция исключает механическое разрушение катода в зоне контакта медь - титан при демонтаже и в процессе эксплуатации, увеличивает его долговечность, уменьшает потери электрической энергии по сравнению с используемыми в настоящее время катодами, уменьшает металлоемкость конструкции, обеспечивает стабильность токовых нагрузок на катодной матрице.