阅读说明：本技术 一种三明治复合金属电解、沉积阴极板 (Sandwich composite metal electrolysis and deposition cathode plate ) 是由 李广 石玗 朱珍文 顾玉芬 赵燕春 于 2021-10-11 设计创作，主要内容包括：本发明属于有色金属湿法冶金领域,涉及一种铜、镍和锰等湿法电解、沉积阴极板。本发明三明治复合金属电解、沉积阴极板,主要包括导电杆和阴极极板。本发明中,导电杆中的铜与复合金属板中的铜连接,电阻和连接质量的可靠性显著优于传统铜-钢异种金属连接的不锈钢阴极板,同时制造工艺简单。采用不锈钢-铜-不锈钢三明治复合金属板作为阴极极板,电流经复合板铜层直接导通整个阴极极板,电流密度均匀,电解、沉积金属品质高。本发明阴极板在高密度电流工艺中具有不易短路、能耗低、生产效率高、服役可靠性和寿命大幅提高等优点。(The invention belongs to the field of non-ferrous metal hydrometallurgy, and relates to a negative plate for wet electrolysis and deposition of copper, nickel, manganese and the like. The invention discloses a sandwich composite metal electrolysis and deposition cathode plate, which mainly comprises a conducting rod and a cathode plate. In the invention, the copper in the conducting rod is connected with the copper in the composite metal plate, the reliability of the resistance and the connection quality is obviously superior to that of the traditional stainless steel cathode plate connected by copper-steel dissimilar metal, and the manufacturing process is simple. The stainless steel-copper-stainless steel sandwich composite metal plate is used as a cathode plate, current is directly conducted to the whole cathode plate through the copper layer of the composite plate, the current density is uniform, and the quality of electrolytic and deposited metal is high. The cathode plate has the advantages of difficult short circuit, low energy consumption, high production efficiency, greatly improved service reliability and service life and the like in a high-density current process.)

一种三明治复合金属电解、沉积阴极板

技术领域

本发明属于有色金属湿法冶金领域，涉及一种铜、镍和锰等湿法电解、沉积阴极板。

背景技术

在湿法冶金领域，传统的电解、沉积精炼过程中，阴极通常采用始极片，生产流程长、效率低，成本高。随着湿法精炼生产向规模化、自动化、低耗能和高质高效发展，永久型不锈钢阴极技术取代传统的始极片工艺。永久型不锈钢阴极技术具有不锈钢阴极可以重复使用、寿命长、工艺流程简单、电流密度高、电解铜品质好和生产效率高等优势。目前，国内外在建的大型湿法精炼工程全部采用永久型不锈钢阴极技术，但该工艺的核心消耗部件——高性能阴极板的制造工艺国内尚未很好解决，仍需要大量从国外进口。例如，金川集团铜冶炼厂三年用于进口永久型不锈钢阴极板的费用超过2亿元人民币。因此，实现自主知识产权的高性能阴极板的制造具有重要的工程与经济意义。

永久型不锈钢阴极板主要由导电杆和不锈钢阴极极板通过焊接或机械连接制成。近年来国内对永久阴极板的设计制造进行了大量的研究，其中阴极板中的导电杆是生产制造阴极板的关键核心技术。导电杆主要有铜包钢和钢包铜两种结构。铜包钢结构，不锈钢管(作为支撑)外表面电镀铜层，电阻较小、电流效率高，但制造工艺复杂，成本高且铜层易腐蚀、磨损和磕碰而降低服役寿命。钢包铜结构，铜杆外包不锈钢套(作为支撑和防护)，服役寿命较铜包钢结构长。国外采用先进连接技术将外层不锈钢和铜杆复合，结合界面为冶金结合，界面电阻较小；国内由于制造工艺不成熟而采用冷轧或过盈装配复合，界面接触电阻较大。钢包铜结构导电杆，钢-铜连接面积较小、界面电阻较大，在高电流密度工艺条件下，槽电压较高、阴极板发热严重、电流密度分布均匀性差，从而影响电解、沉积金属的品质和阴极板的服役寿命以及电效率。

针对国内有色金属湿法冶金用不锈钢阴极板制造技术存在的不足，同时满足高电流密度电解工艺，发明了一种三明治复合金属电解、沉积阴极板。

发明内容

针对不锈钢阴极板制造技术存在的不足，发明了一种制造工艺简单、节能、高效、长寿命和提高产品品质，同时适应高电流密度生产的铜、镍和锰等湿法电解精炼、沉积用阴极板。

本发明通过如下技术方案来完成。

这种三明治复合金属电解、沉积阴极板，主要包括导电杆和阴极极板。其特征在于：所述阴极板，阴极极板采用复合金属板制备，导电杆采用铜和不锈钢制备，导电杆与阴极极板连接。

所述阴极板，其特征在于：复合金属板为不锈钢-铜-不锈钢三明治复合金属板。

所述阴极板，其特征在于：导电杆采用不锈钢套包覆紫铜制备。

所述阴极板，其特征在于：导电杆中的铜与阴极极板中的铜连接，导电杆中的不锈钢套与阴极极板的不锈钢层连接。

所述阴极板，其特征在于：所述不锈钢-铜-不锈钢复合板中不锈钢-铜以及铜-不锈钢复合层之间可以增加锡、金、银、镍、铁等纯金属和锡铜、银铜、镍钛、镍铜等合金组成多层复合板。

所述阴极板，其特征在于：导电杆导电接触区域，即导电杆两侧底部，机加工去除不锈钢包覆层露出铜芯并加工成弧形。

所述阴极板，其特征在于：导电杆中所有铜与不锈钢界面外露端面采用焊接密封，导电杆两端以不锈钢板焊接密封。

所述阴极板，其特征在于：阴极极板所有铜与不锈钢界面外露端面采用不锈钢卷边并焊接密封，不露出铜层。

本发明的一种三明治复合金属电解、沉积阴极板，具有以下有益效果：

1、本发明中，采用不锈钢-铜-不锈钢三明治复合金属板作为阴极极板，导电杆中的铜与复合金属板中的铜连接，避免了传统不锈钢阴极板中导电杆中的导电部分铜与支撑部分不锈钢或不锈钢阴极极板之间的异种金属连接。同种金属铜-铜焊接界面电阻和服役可靠性显著优于铜-钢的焊接或机械连接界面，同时制造工艺简单、质量可靠性高。

2、本发明中，导电杆中的铜与三明治复合金属阴极极板中的铜层贯通，电流无需像传统不锈钢阴极板一样经过导电杆中的导电部分铜芯与支撑部分不锈钢或阴极极板之间的连接界面传向阴极极板，从而大幅度缓减了电解、沉积过程中槽电压升高和阴极板发热。

3、本发明中，电流经铜层直接导通整个阴极极板，电流密度均匀，电解、沉积金属品质高，且生产过程不易短路。

4、本发明在高电流密度电解、沉积金属工艺中，具有能耗低、生产效率高和阴极板服役寿命长等优点。

5、本发明中，电流具有两条传输途径：与传统不锈钢阴极板一样的电流经电杆中的紫铜导向阴极极板传输和电流经导电杆和三明治复合金属板中的铜层直接向阴极极板传输。传统不锈钢阴极板的失效主要是在服役过程中导电杆与阴极板之间的电流导通不良，因此本发明可以显著提高服役可靠性和寿命。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图。

图2为本发明中图1沿A-A方向剖视图。

图3为本发明中图1沿B-B方向剖视图。

图4为本发明中图1沿C-C方向剖视图。

附图标记说明：11导电杆，12阴极极板，21铜焊焊接，22激光焊接，31铜焊密封，41铜焊密封。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案进行详细介绍。

如图1所示，这种三明治复合金属电解、沉积阴极板，主要包括导电杆(11)和阴极极板(12)。阴极极板采用高导电性不锈钢-铜-不锈钢复合板，复合板由2mm厚316L不锈钢-1.5mm厚T2紫铜-2mm厚316L不锈钢构成。复合板一端机加工露出10mm高铜层。

如图2所示，导电杆采用3.5mm厚不锈钢套包覆截面为30×25mm铜芯制备。导电杆中的铜芯开槽后嵌入阴极极板的铜层，并铜焊焊接连接(21)，导电杆中的不锈钢套开槽后与阴极极板的不锈钢层激光焊接连接(22)。

如图3所示，导电杆导电接触区域(挂耳)，即导电杆两侧底部，铣削加工去除不锈钢包覆层露出铜芯，并加工成弧形。导电杆中所有铜与不锈钢界面外露端面采用铜焊密封(31)。导电杆两端以不锈钢板焊接密封，以增强抗腐蚀性能。

如图4所示，阴极极板所有铜与不锈钢界面外露端面采用不锈钢卷边，并激光焊接(41)密封，不露出铜层，以提高抗腐蚀性能。