[发明专利]永久阴极和用于处理永久阴极表面的方法

说明书

发明领域

本发明涉及一种独立权利要求定义的、用于金属的电解回收和电解沉积的永久阴极。此外，本发明涉及一种用于处理永久阴极板的方法。

背景技术

当目的是生产纯金属例如铜时，使用湿冶法例如电解精炼或回收。在电解精炼中，电化学溶解不纯的铜阳极，并且从其中溶解出的铜在阴极上还原。在电解回收中，直接从电解溶液，一般是硫酸铜溶液中还原铜。金属例如铜在阴极表面上的沉积速率主要取决于所使用的电流密度。在该工艺中所使用阴极例如可以是被还原的金属制成的始极片或者钢制成的永久阴极。在电解车间中，转而使用永久阴极早已是流行趋势，并且实际上，所有新的铜电解工艺是基于这种技术的。由阴极板和附属吊杆(at tached suspens ion bar)形成永久阴极本身，其中使用该附属吊杆将阴极悬挂在电解溶液中。铜可以从永久阴极的阴极板上机械剥离下来，并且该永久阴极可以再利用。在金属的电解精炼和回收中都可以使用永久阴极。在电解质中用作永久阴极板的钢号耐腐蚀性不足以保证满足该阴极所需要的性能。必须给予主要注意的是阴极板表面的附着性。该永久阴极板的表面性能必须是适当的，以使在电解过程中沉积金属不会自发地从表面剥离下来而是充分附着的，但是不会妨碍例如使用剥离机除去该沉积的金属。永久阴极板所需的最重要的性能包括耐腐蚀性、平直度以及与沉积物的附着性和移除性相关的表面性能。

现有技术的方法是使用不锈钢制造永久阴极板。不锈钢是含有超过10.5％的铬和小于1.2％碳的铁基合金。铬在钢表面上形成薄氧化物层，被称为钝化膜，其大大改善了钢的耐腐蚀性。其他合金化元素也可以用于影响钝化膜的性能，并且因此影响耐腐蚀性。例如，钼改善了钝化膜抵抗由氯导致的点蚀的耐久性，其中保护性的钝化膜局部损坏。合金化元素还可以用于影响其他性能，例如机械性能和制造性能如焊接性能。

不锈钢广泛使用于需要良好的耐腐蚀性的应用中，如加工工业、化学工业和纸浆及造纸工业。由于大批量的使用，不锈钢一般是通过热轧制造的。此后，除去钢表面的氧化铁皮。当制造具有更严格厚度公差的较薄板时，使用冷轧。冷轧之后的工艺取决于所需要的表面品质。例如，标准SFS-EN10088-2限定将2B型的表面进行冷轧、热处理、酸洗和表皮光轧。因此2B说明了该材料的制造路线，并且因此仅仅特指该表面性能处于非常常规的水平，具有表面平整度和光亮度的基本参数。

一般使用表面粗糙度来描述表面。表面粗糙度可以用无数种不同方式进行定义，但是，例如广泛使用的R_a指数是指表面粗糙度的平均偏差。然而，其不能完全表征表面轮廓——无论该表面粗糙度是由峰还是谷形成的。换句话说，完全不同性能的表面可能具有完全相同的R_a指数。这在图1a、1b和1c中进行说明。

根据专利公开US7807028B2，建议由至少部分地包括双相钢的合金制成永久阴极板。双相钢号是指含有30％一70％奥氏体、其余为铁素体结构的钢。所需要的结构可以通过适当的合金调整而得到。根据该公开，阴极板表面的粗糙度对于金属沉积物的附着性是一个必要的因素。该公开还提供在阴极板表面上制备以确保金属沉积物的附着性的结构。这种结构包括例如各种类型的洞、凹槽和凸缘。

根据专利公开US7807029B2，建议由304号钢制成永久阴极。这一牌号是通用不锈钢，其具有非常接近于被称为耐酸钢和奥氏体结构的牌号的组成。根据该公开，阴极板表面的粗糙度对于金属沉积物的附着性是一个必要的因素，并且该公开还提供在阴极板表面上制备以确保金属沉积物的附着性的结构。此外建议制造具有2B光洁度的钢以得到金属沉积物的适当附着性。

一般使用参数例如表面粗糙度参数R_a定义优化的表面。一种描述具有一定光洁度表面的方式是AISI3162B，描述已经经过表皮光轧的某一钢牌号。该特征的制造路线产生平滑的、半光亮的但不是镜面的表面。该公开US7807028B2建议对于阴极表面光洁度的参数2B，意味着该表面已经经过包括冷轧、热处理和酸洗的方法加工。材料加工和加工参数用于影响最终表面的性能。然而，认为仅仅上述定义表面的方式不足以确定永久阴极的优化表面。

刚性金属例如镍在永久阴极上的电沉积面临若干问题。对阴极板的附着性应当非常强，因为金属沉积物容易开始从所述板剥离。另一方面，如果附着性太强，则难以剥离沉积物，因为在沉积物和阴极板之间几乎不可能插入刀片。

发明目的