کاتد مس الکترولیتی: درجه ها، خلوص و موارد استفاده

مفهوم اساسی

مس الکترولیتی که مس کاتدی نیز نامیده می شود محصول پالایش الکتریکی است. مس تاول حاوی تقریباً 99 درصد مس به صفحات آند ضخیم ریخته می شود، مس خالص به عنوان کاتد به ورقه های شروع نازک تبدیل می شود و این دو در الکترولیت اسید سولفوریک و سولفات مس معلق می شوند. هنگامی که جریان مستقیم اعمال می شود، مس از آند به عنوان یون مس حل می شود و از طریق الکترولیت به کاتد حرکت می کند، جایی که الکترون می گیرد و به عنوان مس کاتد با خلوص بالا رسوب می کند.

این فرآیند کار می کند زیرا ناخالصی ها در سلول رفتار متفاوتی دارند. فلزات پایه مانند آهن، روی و نیکل که فعال تر از مس هستند همراه با مس در الکترولیت حل می شوند و با کنترل پتانسیل سلولی و ترکیب شیمیایی الکترولیت از رسوب روی کاتد جلوگیری می کنند. ناخالصی های نجیب مانند طلا و نقره که از مس کمتر فعال هستند، حل نمی شوند. آنها در پایین سلول به عنوان لجن آند می نشینند، جایی که به عنوان یک محصول ارزشمند توسط-بازیابی می شوند. این رفتار انتخابی همان چیزی است که پالایش الکترولیتی را به مسیر استاندارد به سمت مس با خلوص بسیار بالا تبدیل می کند.

نمرات، خلوص و استانداردها

در چین الزامات ترکیب برای مس کاتد توسط GB/T 467 تنظیم شده است، جایی که درجه بالاتر به مس به علاوه نقره حداقل 99.95٪ و درجه دوم حداقل 99.90٪ نیاز دارد. نیاز معادل برای مس کاتد الکترولیتی در آمریکای شمالی توسط ASTM B115 پوشش داده می‌شود، که روش‌های نمونه‌برداری را نیز تعریف می‌کند زیرا کیفیت کاتد بر اساس مقدار زیادی قضاوت می‌شود نه بر روی یک ورق. در بورس فلزات، برندهای ثبت شده به گریدهای استاندارد قابل تحویل و گریدهای جایگزین تقسیم می شوند و این تمایز یکی از دلایلی است که خریداران، ثبت بورس را در کنار گرید شیمیایی مشخص می کنند.

خلوص تنها عامل پذیرش نیست. کیفیت فیزیکی کاتد، وضعیت سطح، آلودگی ندول‌ها و سولفات‌ها و مشخصات ناخالصی باقی‌مانده همگی بر مرحله پردازش بعدی تأثیر می‌گذارند، زیرا کاتد ذوب می‌شود یا به‌طور مداوم در میله سیم ریخته می‌شود و آخال‌ها یا محتوای بالای اکسیژن در آنجا بعداً به سیم‌شکستگی و نقص سطح تبدیل می‌شوند.

از کاتد گرفته تا محصولات سیمی و آلیاژی

بیشتر مس کاتدی از پالایشگاه برای آسیاب میله ای خارج می شود. مفتول مسی برای هادی‌های الکتریکی با ریخته‌گری و نورد پیوسته تولید می‌شود که محصول توسط GB/T 3952 برای بازار چین و توسط ASTM B49 برای میله‌های مسی الکتریکی پوشش داده می‌شود. محتوای اکسیژن از نزدیک کنترل می شود، زیرا اکسیژن بالا باعث تخلخل و کشش ضعیف می شود، و انتظار می رود رسانایی میله تمام شده نزدیک به بالای محدوده مس خالص باشد، در منطقه 100٪ IACS برای درجات{5} رسانایی بالا.

مسیر دوم ذوب آلیاژ را تغذیه می کند. کاتد مستقیماً در کوره‌های القایی یا طنین‌دار در تولید برنج، برنز و مس و نیکل شارژ می‌شود، جایی که شیمی ثابت آن یک مزیت است: از آنجا که سطوح ناخالصی باقیمانده در حال حاضر پایین است، کارخانه مذاب به اصلاح کمتری نیاز دارد و آلیاژ تمام‌شده در محدوده ترکیب ثابت شده توسط GB/T 1 GBT 523t برای درجه ریختگی 7/1 GB/T 5231 می‌ماند. نمرات

سیم و کابل: محتوای اکسیژن با کیفیت کاتد یکی از عوامل اصلی در عملکرد کشش و مقاومت هادی تمام شده است.

شینه و نوار: کاتد با خلوص بالا خطوط ریخته‌گری و نورد پیوسته را برای شینه‌های الکتریکی تغذیه می‌کند، با رسانایی تأیید شده روی محصول نهایی.

ذوب آلیاژ: شیمی باقیمانده کم، گرمای برنج، برنز و کوپرونیکل را بدون عملیات پالایش اضافی در محدوده مشخصات نگه می دارد.

با-بازیابی محصول: لجن آند از همان خانه سلولی مدارهای بازیابی طلا، نقره، سلنیوم و تلوریوم را تامین می کند.

کنترل کیفیت در طول زنجیره

مس کاتدی در تجزیه و تحلیل شیمیایی پذیرفته می شود که مس و نقره را با هم، ناخالصی های جداگانه و اغلب گوگرد و اکسیژن را گزارش می دهد. رسانایی الکتریکی محصولات پایین دستی به جای اینکه از گواهی کاتد در نظر گرفته شود، بر روی کالای نهایی اندازه گیری می شود، زیرا عمل ذوب و ریخته گری می تواند اکسیژن را اضافه کرده و آن را کاهش دهد. برای میله سیم، آزمایش ها شامل استحکام کششی و ازدیاد طول، پیچش، کیفیت سطح و اندازه گیری مقاومت، با روش های نمونه برداری برگرفته از استاندارد میله قابل اجرا است.

قابلیت ردیابی اهمیت دارد زیرا یک لات کاتدی را می توان با لات های دیگر در آسیاب میله ای ترکیب کرد. یک عدد حرارتی یا عدد لاتی که فلز را از کاتد از طریق میله تا هادی نهایی دنبال می‌کند، چیزی است که امکان بررسی خرابی را فراهم می‌کند، و این یک روش استاندارد است که برای استفاده‌های نهایی مربوط به برق و فشار به استاندارد EN 10204 نوع 3.1 نیاز به اسناد بازرسی شود. در مواردی که فرآیند مشتری شامل کشیدن بیشتر می شود، محتوای اکسیژن و مشخصات ناخالصی باید قبل از ارسال به صورت کتبی توافق شود نه اینکه بعد از اینکه سیم پیچ از قبل روی خط کشش قرار دارد بررسی شود.

سوء تفاهم های رایج

دو سوء تفاهم باعث بیشتر اختلافات می شود. اولین مورد، در نظر گرفتن نام‌های درجه به‌عنوان قابل تعویض است: درجه 99.90 درصد جایگزین درجه 99.95 درصد در کاربردهای{3} رسانایی بالا نیست، زیرا این تفاوت دقیقاً در ناخالصی‌هایی است که رسانایی را کاهش می‌دهند. دوم این است که فرض کنیم خلوص کاتد خواص محصول نهایی را تضمین می کند. آسیاب میله ای و کارخانه ذوب هنوز اکسیژن، ساختار دانه و کیفیت سطح را کنترل می کنند، و این مراحل تصمیم می گیرند که آیا یک کاتد با خلوص بالا به یک هادی قابل اعتماد تبدیل می شود یا یک سیم پیچ از ضایعات.

سوالات متداول

س: مس الکترولیتی به زبان ساده چیست؟

پاسخ: مس کاتدی است که توسط پالایش الکتریکی تولید می‌شود، که در آن مس از یک آند مس تاول‌زده حل می‌شود و به شکل خالص روی یک صفحه کاتدی در یک الکترولیت سولفات سولفوریک اسید سولفوریک-رسوب می‌شود.

س: چگونه این فرآیند ناخالصی ها را حذف می کند؟

الف: فلزات پایه مانند آهن و روی در الکترولیت حل می شوند و با کنترل پتانسیل سلولی از رسوب آنها جلوگیری می شود، در حالی که فلزات نجیب مانند طلا و نقره برای بازیابی جداگانه حل نمی شوند و به صورت لجن آند ته نشین می شوند.

س: کدام استانداردها درجه های مس کاتدی را تعریف می کنند؟

پاسخ: GB/T 467 ترکیب مس کاتدی را تنظیم می‌کند، با مس-CATH-1 که به مس به علاوه نقره 99.95% حداقل نیاز دارد و Cu-CATH-2 به حداقل 99.90% نیاز دارد. ASTM B115 مس کاتد الکترولیتی و نمونه برداری آن را در آمریکای شمالی پوشش می دهد.

س: مس کاتد برای چه استفاده می شود؟

A: عمدتاً برای مفتول مسی ریخته گری پیوسته به GB/T 3952 یا ASTM B49 و برای ذوب شدن به آلیاژهای برنج، برنز و مسی نیکل که در آن سطوح ناخالصی باقیمانده کم حرارت را در حد مشخصات نگه می دارد.

س: چرا محتوای اکسیژن در میله سیم مسی اهمیت دارد؟

پاسخ: اکسیژن زیاد ذرات اکسید و تخلخل ایجاد می کند که در حین کشش سیم را می شکند و کیفیت سطح را کاهش می دهد. بنابراین کارخانه‌های میله‌ای اکسیژن را از نزدیک کنترل می‌کنند و تولیدکنندگان پایین دست اغلب حداکثر میزان اکسیژن را تعیین می‌کنند.

س: آیا خلوص کاتد به تنهایی کیفیت هادی را تعیین می کند؟

پاسخ: خیر. عمل ریخته گری و نورد در آسیاب میله ای ساختار دانه، محتوای اکسیژن و کیفیت سطح را شکل می دهد. خلوص کاتد نقطه شروع را تعیین می کند، نه ویژگی تمام شده را.