CN111876794A

CN111876794A - 一种阴极板组合结构、电解装置及制备铜粉的方法

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Publication number: CN111876794A
Application number: CN202010700159.XA
Authority: CN
Inventors: 汪礼敏; 王�忠; 王林山; 班丽卿; 胡强; 张煦; 付东兴; 刘祥庆; 贺会军
Original assignee: Beijing Youyan Powder New Materials Research Institute Co ltd; Youyan Powder New Materials Co ltd
Current assignee: Beijing Youyan Powder New Materials Research Institute Co ltd; Youyan Powder New Materials Co ltd
Priority date: 2020-07-20
Filing date: 2020-07-20
Publication date: 2020-11-03

Abstract

本发明涉及电化学领域，具体涉及一种阴极板组合结构、电解装置及制备铜粉的方法，包括：阴极板；至少一个绝缘隔离支架，所述绝缘隔离支架凸出设置于阴极板的侧面，用于防止阴极板与电解装置中的阳极板接触发生短路。本发明可防止阴极板、阳极板发生接触导致短路，有效地提升铜粉生产的自动化水平，改善电解铜粉生产的工作条件，降低能耗，耗电量可节省20％以上。

Description

一种阴极板组合结构、电解装置及制备铜粉的方法

技术领域

本发明涉及电化学领域，具体涉及一种阴极板组合结构、电解装置及制备铜粉的方法。

背景技术

电解铜粉具有树枝状结构、低的松装密度、较低的氧含量、良好的压制性能等特性，广泛应用于机械、电子、航空、航天和国防等领域。目前电解法生产铜粉的过程中，由于阴极、阳极的容易发生接触而导致短路，使得生产铜粉的能耗较高。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的上述技术问题。为此，本发明提出一种阴极板组合结构、电解装置及制备铜粉的方法，防止阴极、阳极发生接触导致短路，有效地提升铜粉生产的效率，改善电解铜粉生产的工作条件，降低能耗，耗电量可节省20％以上。

为了实现上述目的，本发明第一方面提供了一种阴极板组合结构，包括：

阴极板；

至少一个绝缘隔离支架，所述绝缘隔离支架凸出设置于阴极板的侧面，用于防止阴极板与电解装置中的阳极板接触发生短路。

本发明第二方面提供了一种电解装置，包括电解槽以及于所述电解槽内设置的阴极导电排、阳极板、阳极导电排以及如上所述的阴极板组合结构，所述阳极板放置在所述绝缘隔离支架的两侧。

本发明第三方面提供了一种使用如上所述的电解装置制备铜粉的方法，包括以下步骤：

将电解液放置于电解槽内；

调整所述阴极板与阳极板的板间距离后进行电解，以在所述阴极板上沉积铜粉；

采用自动落粉的方式将所述阴极板上沉积的铜粉取下。

另外，根据本发明上述阴极板组合结构还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的一个实施例，所述绝缘隔离支架包括围绕所述阴极板相对两个侧面设置的围栏,所述阴极板的顶端为导电梁，用于连接导电排形成电路。

根据本发明的一个实施例，所述围栏包括第一竖杆、第二竖杆以及连接所述第一竖杆以及第二竖杆的两个第一横杆，所述第一竖杆、第二竖杆的中部分别与所述阴极板的两端垂直连接，所述第一横杆与所述阴极板的侧面平行设置。

根据本发明的一个实施例，所述绝缘隔离支架包括多个，多个所述绝缘隔离支架分别沿所述阴极板的高度方向间隔设置。

根据本发明的一个实施例，所述绝缘隔离支架还包括与第一横杆纵横交错连接的竖筋条。

根据本发明的一个实施例，还包括：第二横杆，所述第二横杆与所述第一横杆平行设置，并连接所述第一竖杆以及第二竖杆，所述第二横杆的一侧抵靠在所述阴极板的侧面，且所述第一竖杆以及第二竖杆朝靠近所述阴极板的方向倾斜设置。

根据本发明的一个实施例，所述阴极与阳极板的板间距离为20～50mm，所述阳极板选自铜板、铅板、钛板、石墨板中的任一种；所述阴极选自铜板、钛板、不锈钢板中的任一种，所述阴极、所述阳极板的不平度≤5mm。

根据本发明的一个实施例，所述自动落粉的方式选自超声波落粉或自脱附落粉。

根据本发明的一个实施例，阳极板为铜板、铅板、钛板、石墨板其中的任意一种，阴极板为铜板、钛板、不锈钢板其中的任意一种。

所述电解液至少包含：硫酸铜、硫酸及水。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

通过设置带有绝缘隔离支架的阴极板组合结构，采用自动落粉方式落粉，可防止阴极板、阳极板发生接触导致短路，有效地提升铜粉生产的自动化水平，改善电解铜粉生产的工作条件，降低能耗，耗电量可节省20％以上。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本发明一些实施例中阴极板组合结构的立体图；

图2为本发明一些实施例中阴极板组合结构的立体图；

图3为本发明一些实施例中阴极板组合结构的立体图；

图4为本发明的电解槽结构示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

应理解的是，文中使用的术语仅出于描述特定示例实施方式的目的，而无意于进行限制。除非上下文另外明确地指出，否则如文中使用的单数形式“一”、“一个”以及“所述”也可以表示包括复数形式。术语“包括”、“包含”以及“具有”是包含性的，并且因此指明所陈述的特征、元件和/或部件的存在，但并不排除存在或者添加一个或多个其它特征、元件、部件、和/或它们的组合。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体式连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

为了便于描述，可以在文中使用空间相对关系术语来描述如图中示出的一个元件或者特征相对于另一元件或者特征的关系，这些相对关系术语例如为“底”、“前”、“上”、“倾斜”、“下”、“顶”、“内”、“水平”、“外”等。这种空间相对关系术语意于包括除图中描绘的方位之外的在使用或者操作中机构的不同方位。例如，如果在图中的机构翻转，那么描述为“在其它元件或者特征下面”或者“在其它元件或者特征下方”的元件将随后定向为“在其它元件或者特征上面”或者“在其它元件或者特征上方”。因此，示例术语“在……下方”可以包括在上和在下的方位。

需要说明的是，电解铜粉的电耗可以由如下公式计算：

将式(2)带入式(1)得到电解铜粉的直流电耗计算公式如下：

(式中：W---直流电耗，KW·h·t^-1；I---电流，A；U---电压，V；t---时间，h；U槽---槽电压，V；n---电解槽数，个；η_i---电流效率，％；1.1852---铜的电化当量，g·A·h^-1；R---电阻，欧姆；ρ_i---电流密度，A/m²；ρ---电解液电阻率，欧姆/米；S---电极工作面积，m²；l---极间距，m)。

从式(3)可以看出，电耗W与电流密度ρ_i、电解液电阻ρ、极间距成正比，与电流效率η_i成反比。

可以看出，缩短极间距可以降低电耗。在实际电解铜粉生产过程中需要定期刮粉，由于目前普遍采用人工刮粉，过小的极间距会影响刮粉操作。另外，极间距过小容易造成短路，一般电解铜粉生产极间距为：75～90mm。因此，在缩短极间距的同时必须同时防止短路和抛弃人工刮粉方式。

为解决现有技术中存在的极间距过小容易造成阴极、阳极板接触导致的短路问题，本发明提供了一种阴极板组合结构100，该阴极板组合结构100包括：阴极板10以及至少一个绝缘隔离支架，绝缘隔离支架凸出设置于阴极板10的侧面，用于防止阴极板10与电解装置中的阳极板接触发生短路。

在本发明的一些实施例中，如图1所示，绝缘隔离支架包括围绕阴极板10相对两个侧面设置的围栏11。

其中，阴极板10的顶端为导电横梁101，用于连接导电排形成电路，围栏11由几个竖杆和横杆组成，具体包括：第一竖杆110、第二竖杆111以及连接第一竖杆110以及第二竖杆111的2个第一横杆112，第一竖杆110、第二竖杆111的中部分别与阴极板10的两端垂直连接，第一横杆112与阴极板10的侧面平行设置。在本实施例中，第一竖杆110、第二竖杆111、2个第一横杆112连接构成环形围栏。

值得一提的是，继续参照图1，围栏11可以沿着阴极板10的高度方向间隔设置3个，绝缘隔离支架还包括与第一横杆112纵横交错连接的竖筋条12。

在本发明的一些实施例中，提供了一种如图2所示的阴极板组合结构，与如图1中的阴极板组合结构不同的是，绝缘隔离支架包括围绕阴极板10的相对的两个侧面设置的2个围栏11，围栏11的结构与图1中围栏11的结构相同。

在本发明的一些实施例中，提供了一种如图3所示的阴极板组合结构，与如图2中的阴极板组合结构不同的是，阴极板组合结构100还包括第二横杆13，围栏11为3个，第二横杆13与第一横杆112平行设置，并连接第一竖杆110以及第二竖杆111，第二横杆13的一侧抵靠在阴极板10的侧面，且第一竖杆110以及第二竖杆111朝靠近阴极板10的方向倾斜设置。

此外，本发明的实施例还提供了一种电解装置，如图4所示，电解装置200包括盛有电解液20的电解槽21以及于电解槽21内设置的阳极板22、阴极导电排、阳极导电排以及若干个如上所述的任意一种阴极板组合结构100，阳极板22放置在绝缘隔离支架的两侧。

进一步地，以下通过实施例1-3对使用上述电解装置制备铜粉进行详细说明，具体如下:

实施例1

(1)在装有电解液的电解槽中进行电解制备铜粉，电解液由硫酸铜、硫酸、添加剂和水组成，添加剂可以是十二烷基硫酸钠，当然本实施例中的添加剂也可以是十二烷基苯磺酸钠或聚乙烯吡咯烷酮，其中，铜离子浓度为9g/L，硫酸浓度为120g/L，添加剂为0.3g/L，余量为水。

(2)电解时所用阳极板为纯铜板，其尺寸为：长600mm，宽500mm，其不平度≤5mm；阴极板为铜板，阴极板与阳极板的板间距离为30mm；阴极板上铜粉的去除方式为超声波落粉，具体地，超声波落粉为通过超声波的空化作用在超声场中使铜粉与阴极板分离脱落。

(3)电解所用的阴极板上还附带有如图1所示的阴极板组合结构100，其作用是限制阴极板、阳极板的位置，防止阴极板、阳极板板互相接触而短路。

实施例2

(1)在装有电解液的电解槽中进行电解制备铜粉，电解液由硫酸铜、硫酸和水组成，其中，铜离子浓度为6g/L，硫酸浓度为90g/L，余量为水。

(2)电解时所用阳极板为纯铜板，其尺寸为：长600mm，宽500mm，其不平度≤2mm；阴极板为铜板，阴极板与阳极板的板间距离为20mm；阴极板上铜粉的去除方式为超声波落粉。

(3)电解所用的阴极板上还附带有如图2所示的绝缘阻隔支架100，其作用是限制阴极板、阳极板的位置，防止阴极板、阳极板板互相接触而短路。

实施例3

(1)在装有电解液的电解槽中进行电解制备铜粉，电解液由硫酸铜、硫酸、添加剂和水组成，添加剂为吐温80，其中，铜离子浓度为10g/L，硫酸浓度为150g/L，添加剂为0.5g/L，余量为水。

(2)电解时所用阳极板为纯铜板，其尺寸为：长600mm，宽500mm，其不平度≤2mm；阴极板为铜板，阴极板与阳极板的板间距离为50mm；阴极板上铜粉的去除方式为自脱附落粉，具体地，自脱附落粉为通过在电解液中加入表面活性剂，在表面活性剂的作用下，阻碍粉末在阴极板上的附着，使铜粉在成粉后能自动脱离依附的阴极板表面。

(3)电解所用的阴极板上还附带有如图3所示的阴极板组合结构100，其作用是限制阴极板、阳极板的位置，防止阴极板、阳极板板互相接触而短路。

值得一提的是，实施例1-3中的原料都是本领域比较常见的材料，均可以通过购买获取。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种阴极板组合结构，其特征在于，包括：

阴极板；

2.根据权利要求1所述的阴极板组合结构，其特征在于，所述绝缘隔离支架包括围绕所述阴极板相对两个侧面设置的围栏,所述阴极板的顶端为导电梁，用于连接导电排形成电路。

3.根据权利要求2所述的阴极板组合结构，其特征在于，所述围栏包括第一竖杆、第二竖杆以及连接所述第一竖杆以及第二竖杆的两个第一横杆，所述第一竖杆、第二竖杆的中部分别与所述阴极板的两端垂直连接，所述第一横杆与所述阴极板的侧面平行设置。

4.根据权利要求3所述的阴极板组合结构，其特征在于，所述绝缘隔离支架包括多个，多个所述绝缘隔离支架分别沿所述阴极板的高度方向间隔设置。

5.根据权利要求4所述的阴极板组合结构，其特征在于，所述绝缘隔离支架还包括与第一横杆纵横交错连接的竖筋条。

6.根据权利要求3所述的阴极板组合结构，其特征在于，还包括：第二横杆，所述第二横杆与所述第一横杆平行设置，并连接所述第一竖杆以及第二竖杆，所述第二横杆的一侧抵靠在所述阴极板的侧面，且所述第一竖杆以及第二竖杆朝靠近所述阴极板的方向倾斜设置。

7.一种电解装置，其特征在于，包括电解槽以及于所述电解槽内设置的阴极导电排、阳极板、阳极导电排以及如权利要求1-6任一项所述的阴极板组合结构，所述阳极板放置在所述绝缘隔离支架的两侧。

8.根据权利要求7所述的电解装置，其特征在于，所述阴极板与阳极板的板间距离为20～50mm,所述阳极板选自铜板、铅板、钛板、石墨板中的任一种；所述阴极板选自铜板、钛板、不锈钢板中的任一种，所述阴极板、所述阳极板的不平度≤5mm。

9.一种使用如权利要求7或8所述的电解装置制备铜粉的方法，其特征在于，包括以下步骤：

将电解液放置于电解槽内；

采用自动落粉的方式将所述阴极板上沉积的铜粉取下。

10.根据权利要求9所述的电解装置制备铜粉的方法，其特征在于，所述自动落粉的方式选自超声波落粉或自脱附落粉。

11.根据权利要求9所述的电解装置制备铜粉的方法，其特征在于，所述电解液至少包含：硫酸铜、硫酸及水。