[其他]金属电解精炼用的粉末冶金阴极母板及其制造工艺

说明书

本发明为电解精炼铜、镍、钴等有色金属用的粉末冶金阴极母板以及该种母板的制造方法。

目前，在金属电解精炼铜、镍、钴等有色金属生产中，通常采用铜及铜合金板或不锈钢板或熔炼变形钛板制成的阴极母板。这几种材料各有缺点，都不是较理想的阴极母板材料。铜及铜合金阴极母板具有良好的导电性，但不耐腐蚀;此外，在母板上生成的种板不易剥离，要在阴极母板上涂隔离剂，这既增加了成本，又污染了电解液，同时残片率高，劳动强度大。不锈钢阴极母板耐腐蚀，但导电性差，种板也不易剥离，也要涂隔离剂。熔炼变形钛做阴极母板，耐腐蚀，其表面氧化膜使种板易于剥离，无需涂隔离剂，产片率高达90%以上，但这种材料价格高，导电性差，使用钛阴极母板的槽电压比用铜阴极母板的槽电压高出10-30%。此外，使用钛母板存在与导电耳环的连接问题。当与钛导电耳环连接时电解沉积慢，生产周期长，当与铜耳环连接时，由于钛与铜直接焊接产生脆性化合物，而只能采用螺栓连接或铆接，但钛和铜间存在电位腐蚀长期使用时连接处易松动，不仅引起槽电压升高10-40%，而且减少了母板的使用寿命。美国TMS论文集中A77-8论文指出，在低电流密度时，钛母板与铜耳环用不锈钢螺钉连接，使用寿命为6-12个月;钛母板与铜耳环间用铜铆钉连接，其工作寿命为24-36个月。由于母板与耳环的材料不同，必然存在着电位腐蚀问题，影响使用寿命。在高电流密度的情况下，必须使用固定连接，用钛芯铜棒或者铜芯钛棒做成导电耳环，其中钛芯铜棒的导电耳环使用寿命在三年以上，但这种连接结构复杂而且成本高，要将用做导电耳环的铜包钛棒钻孔露出其中的钛芯，然后将钛芯与钛母板通过钛柱焊接相连。

昭42-24984文献提出了一种钛包铜复合电极板，除母板的上端面露出铜以外，其余诸面全部由钛所包覆，这种电极的缺点是同样存在与导电耳环连接的问题，又由于母板一端露铜不耐腐蚀，不适合电解精炼镍、钴使用。

复合金属板的制造方法很多，昭42-24984专利提出了两种板材（钛与铜）爆炸成型工艺。将爆炸成型复合的钛色铜板经热轧、酸洗、冷轧等工序制成电极。这种电极由于使用熔炼加工的金属板，价格较高，制造工艺、设备也较复杂。美国专利U.S4256810提出的用粉末轧制、烧结工艺生产的高导电钛电极，这种工艺生产的电极存在如下问题：（1）电极主要由两层烧结钛粉构成，由于钛粉的导电率远比铜低，要达到电解时所需电流密度，只有加大钛板横截面或加大电流，前者耗费钛材多，后者增加了电能消耗，都不适于做金属电解精炼的阴极母板。（2）内芯与外层在压制或轧制后要在1600-1800°F下真空烧结2～3小时，因而形成大量铜-钛脆性化合物，降低了材料强度，减少了电极的使用寿命，因而也不适于做金属电解精炼的阴极母板。（3）由于采用粉末轧机，直接轧制复合板再真空烧结，对于一般金属电解精炼所使用的800×800mm左右的阴极母板，则需要大规格的粉末轧机和真空烧结炉，不仅耗能大，设备工艺复杂，而且这种大规格的粉末轧机不易得到或往往不能得到充分使用。日本专利许公报昭57-41521介绍了钛板粉末热轧法，是将钛粉置于可塑性包套中，振动包套使钛粉密实，抽真空，封口，然后进行热轧。这种方法的优点是在热轧过程中使烧结和致密化同时进行，工艺简单，但不能用于生产复合板材，只能用于单一金属粉或合金粉末的轧制成型。

本发明的目的在于制造各种形式的复合阴极母板，它具有导电率高，耐腐蚀，易剥离种板的优点。

本发明的另一个目的是制造出适用于铜、镍、钴等金属电解精炼用的复合阴极母板。

本发明的第三个目的是要找出一种适合大尺寸复合阴极母板的生产工艺，工艺简单，生产费用低。

本发明的第四个目的是要在母板与导电耳环之间实现结构简单导电良好的连接。

最后，本发明的目的是要使用价格低廉的材料制造阴极母板。