CN85104858A

CN85104858A - 金属电解精炼用的粉末冶金阴极母板及其制造工艺

Info

Publication number: CN85104858A
Application number: CN85104858.7A
Authority: CN
Inventors: 赵昌森
Original assignee: Beijing General Research Institute for Non Ferrous Metals
Current assignee: Beijing General Research Institute for Non Ferrous Metals
Priority date: 1985-06-26
Filing date: 1985-06-26
Publication date: 1987-01-07
Also published as: CN1009117B

Abstract

本发明为电解精炼铜、镍、钴等有色金属用的阴极母板及其制造工艺。本发明的复合阴极母板克服了铜、不锈钢和熔炼变形钛板制成的阴板母板的缺点，同时又保留了铜、钛用于阴极母板的优点，导电率高，与导电耳环保持良好电连接，易剥离种板，耐腐蚀，种板产片率高。对该种母板采用了等静压成型一热轧工艺，不需要大规格粉末轧机和真空烧结炉，适用于较大规格复合阴极母板的制造。

Description

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。

为了达到上述目的，本发明希望避开铜母板不易剥离种板和不耐腐蚀、钛母板导电率低的缺点，充分发挥铜母板导电率高、与铜导电耳环容易连接、无电位腐蚀、寿命长的优点以及钛母板耐腐蚀、易剥离种板的长处，利用粉末冶金方法先将粒度为-80+300目的金属粉末层（铜和/或铁）部分包覆或全部包覆在-20+300目的钛粉末层中，然后制成各种形式的厚度一致的复合母板。为了加强高导电率金属和钛之间的冶金结合，可在其间加入两者的混合粉末做为过渡层。对钛、铜复合板，混合过渡层为Ti-Cu3-50Wt%，对钛、铁复合板，混合过渡层为Ti-Fe3-50Wt%。为了制造这种母板，本发明提出了一种粉末冷等静压成型-热轧工艺，它由多种金属粉末分层装入模中，等静压密实成型，真空处理，包套封焊，热轧，去包套等工序组成。在冷等静压机中以0.5-2.5T/CM²的单位压力压制成复合粉坯。复合粉坯在350-550℃下真空处理1-3小时，冷却后在大气中装入可塑性金属包套中，然后焊封。将包套在炉中加热至800-950℃，保温5-30分钟，迅速将包套送入热轧机中热轧，在热轧中同时完成烧结和致密化。热轧首次加工率为10-50%，轧至所需尺寸后去掉包套。为了防止包套与复合阴极母板端部的铜头压焊，在复合粉坯装入包套之前，最好在铜头表面涂上二硫化钼。

本发明与已有技术相比，其优点在于：

（1）由于使用了复合材料，使母板既有高的导电率，又耐腐蚀，易剥离种板。与钛母板比较降低电能消耗，与铜母板比较剥离种板容易，种板产片率由铜母板的75%提高到98%，延长了母板寿命，节省了劳动力，减小了劳动强度。

（2）由于制造阴极母板的原材料钛、铜、铁全部为金属粉末，其成本比用相同的金属板材有显著的降低。

（3）可以采用不同形式的母板结构和材料制成不同的阴极母板，适用于不同金属电解精炼生产。

（4）由于采用了等静压粉末成型-热轧工艺，不需要大规格的粉末轧机和真空烧结炉，热轧时使金属粉末烧结与加工致密化同时进行，可以节省能源减少工序。

（5）由于导电内芯可以伸出钛外层之外（附图1，2，4），与铜耳环可采用焊接、铆接、螺纹连接等连接方式或直接与电源导杆连接，这种连接避免了钛母板与铜耳环的铆接、螺栓连接所产生的电位腐蚀，提高了连接处的使用寿命，而且连接结构简单。

（6）本发明的各种形式的母板可选择地适用于铜、镍、钴、锰及贵金属的电解精炼。

（7）本发明提出的复合板材的粉末成型-热轧工艺也适用于制造Ti-Cu（或Fe）以外的其它金属的复合材料，以及两层以上的复合材料。

附图1 铜头钛体复合阴极母板

附图2 铜头钛包铜复合阴极母板

附图3 全包式钛包铜（或铁）复合阴极母板

附图4 铜头钛包铁复合阴极母板

实施例1

本实施例为Ti-Cu复合阴极母板（图2）。铜内芯除头部伸出外，其余部分全部为钛所包覆。铜头与导电铜耳环可以采用焊接、螺栓连接或铆接，消除了钛母板钛耳环连接和钛母板铜耳环连接的缺点，实现良好的导电连接。为了增加铜内芯与钛外层的结合强度，在两者之间放入Ti-Cu3～50wt%（2-2）的混合过渡层。这种母板导电率高，种板易剥离，残片率低，耐腐蚀。这种母板的制造工艺是：先将L300XB310XH10mm的-60+300目钛粉均匀平铺在模子中，用隔板将铜头部分隔开，不使有钛粉，在钛粉之上铺上2～4mm厚的Ti-Cu3-50wt%的混合过渡层，然后平铺-80+300目铜粉，厚20mm，之后再以同样方法铺上Ti-Cu3～50wt%（2-2），钛粉，然后盖上模板，放入等静压机上，以2T/cm²单位压力压制成L200XB290XH20mm的复合粉坯，放入真空炉中在400℃下真空处理1小时，冷却后装入1～2mm厚的铁制包套中，在通冷却水的槽中用气焊或氩弧焊将包套焊封，然后将包套在炉中加热至850℃，保温10～15分钟后，迅速将包套送入热轧机热轧，热轧首次加工率大于20%，以便保证复合金属的结合强度。其余道次加工率不小于5%，终轧温度为300～400℃，热轧后的板在650～750℃下在大气或真空状态下退火20分钟，冷却后切去四个边，去掉包套铁皮。

实施例2，（图1）

本实施例为铜头（1-1）钛母板（1-3）。上部采用铜头与导电铜耳环连接，实现良好的导电连接。为了提高连接强度，在铜头与钛板结合处的周边有Ti-Cu3～50wt%（1-2）的混合过渡层，实现较好的冶金结合。这种母板特点是重量轻，耐腐蚀。

实施例3，（图3）

该实施例为全包式钛（3-3）包铜或铁（3-1）的复合阴极母板。为了增加结合强度，在铜与钛或铁与钛之间加入了Ti-Cu3～50wt%或Ti-Fe3～50wt%（3-2）混合过渡层。该种结构的母板因为将铜或铁全部封闭在钛板中，因此耐腐蚀性最好，除了用于铜电解外，还可以在镍、钴、锰电解中做阴极母板。

实施例4.

本实施例为铜头（4-1）钛（4-3）包铁（4-4）复合阴极母板（图4）。头部采用铜头与导电铜耳环导电连接。在钛与铁之间放入Ti-Fe3～50wt%（4-2）混合过渡层，加强两者的结合强度。该种母板较Ti母板导电好，耐腐蚀，易剥离种板，价格便宜。

Claims

1、金属电解精炼用的复合阴极母板，由钛和高导电率金属铜复合而成，其特征是：

(1)所说的高导电率金属可以用铁取代或者用相连接的铜与铁取代；

(2)所说的金属电解精炼用的复合阴极母板是由钛粉和铜粉和/或铁粉为原料分层制成的；

(3)钛粉粒度-20+300目，铜粉、铁粉粒度均为-80+300目；

(4)复合阴极母板的厚度在各个部位都是一致的。

2、按照权利要求1所说的金属电解精炼用的复合阴极母板，其特征是钛与铜界面之间有混合过渡层Ti-Cu 3-50Wt%，在钛与铁界面之间有Ti-Fe 3-50Wt%的混合过渡层。

3、按照权利要求1，2所说的金属电解精炼用的复合阴极母板，其特征是母板头部为铜（1-1），其余部分为钛（1-3）。

4、按照权利要求1，2所说的金属电解精炼用的复合阴极母板，其特征是用钛（2-3）将铜（2-1）包覆，但其中部分铜不为钛所包覆。

5、按照权利要求1，2所说的金属电解精炼用的复合阴极母板，其特征是用钛（3-3）将铜或铁（3-1）全部包覆。

6、按照权利要求1，2所说的金属电解精炼用的复合阴极母板，其特征是铜（4-1）与铁（4-4）对接，用钛（4-3）将铁和部分铜包覆。

7、一种金属粉末板材制造工艺，包括装粉、密实、包套封焊、热轧、去除包套工序，这种工艺的特征是：

（1）所说的金属粉末板材是金属电解精炼复合阴极母板;

（2）所说的装粉是根据母板结构形式将金属粉末分层装入模具内;

（3）所说的密实是采用0.2～2.5T/CV²的压力下的冷等静压;

（4）密实后的粉坯经350～550℃，1～3小时真空处理;

（5）真空处理后的粉坯装入包套内再封焊;

（6）所说的热轧，其热轧加热制度为800～950℃，保温5～30分钟，首次加工率为10～50%。

8、按照权利要求7所说的制造工艺，其特征是热轧后的板材在大气或真空下经650～750℃退火处理。

9、按照权利要求7，8所说的制造工艺，其特征是粉坯在装入包套前在铜头表面涂二硫化钼。