技术领域
[0001] 本发明涉及电解铜设备技术领域，尤其涉及一种高效制备电解铜的阴极板。
相关背景技术
[0002] 阴极铜是一种具有广泛应用和重要价值的金属材料。生产过程中，粗铜板作为阳极，不锈钢薄板作为阴极，浸泡在硫酸铜电解液中。通上低压直流电以后，阳极板的粗铜离子逐渐溶解并在电解液中游离，然后迁移到阴极板上，接受电子并在阴极上板析出高纯铜(阴极铜)。阴极铜纯度通常能达到99.99％以上。
[0003] 通过电解制备高纯铜需要巨大的能耗，生产一吨阴极铜通常需要消耗2000‑2500度电。在阴极铜生产过程中，阴极板和阳极板的距离通常在5‑15mm之间，不锈钢片因较高的电阻引起的板片和溶液温升不仅导致能耗持续增加，电解效率不稳定，而且板片底部因热变形容易引发接触短路从而导致电解失效。因此，降低槽电压、抑制极板发热并防止极板变形是提升电流利用效率、降低单位电解铜能耗是提升电解铜效率、降低能耗及实现绿色节能生产的主要手段。
[0004] 但是，利用电解法制备高纯铜过程中普遍存在能耗高、阴极板变形及电效能利用率低的问题。专利201220675554.8公开了一种电解铜阴极板，通过设置加强肋，提高了极板面板的整体强度和使用寿命，但这种方法会导致设置设备体积增大，制造成本增加，引起析出电解铜的有效面积减小。专利202210252209.1公开了一种钛铝钛阴极板，通过将铝板焊接在两块钛板的中间实现了极板面板强度的提高。然而，该阴极板中钛板是承力部件，铝是导电主体，且铝在硫酸铜溶液中极易发生钝化从而引起电解效率降低，所以该组件不仅成本较高，而且电解效率并不理想。专利202111180874.6公开了一种电解铜阴极板，该阴极板由不锈钢板‑铜板‑不锈钢板复合而成，电流利用效率比前2个专利高，但由于阴极板使用量较大，铜板较高的价格成为阴极板构成的主要成本，且由于采用非密封技术，并不能从根本上解决随着时间延长引起电解效率降低和阴极板变形的根本问题。
具体实施方式
[0028] 本发明提供了一种高效制备电解铜的阴极板，主要包括极板面板1和导电杆2，所述极板面板1包含n个不锈钢板5，以及设置在相邻的两个不锈钢板5之间的铜箔6，其中n≥2；
[0029] 所述导电杆2为矩形长条，所述沿长度方向与极板面板1的长度方向的一侧焊接连接。
[0030] 在本发明中，所述n优选为2、3、4、5、6、7、8、9、10。
[0031] 在本发明中，所述导电杆2包含铜芯3和包覆在铜芯3表面的不锈钢层4，所述铜芯3为矩形长条，铜芯3的两个长×高面与一个长×宽面被不锈钢包覆，导电杆2由不锈钢层4包覆铜芯3拉拔整体成型。
[0032] 在本发明中，所述铜芯3未被包覆的长×宽面与极板面板1中的铜箔6通过导电胶带状连接，在阴极板内层形成高导电层。
[0033] 在本发明中，所述不锈钢板5为316L不锈钢或SUS304不锈钢，优选为316L不锈钢；相邻的两个不锈钢板5的织构方向夹角为45°或90°或180°，优选为45°或180°。本发明中相邻两个不锈钢板5的织构方向夹角呈45°或90°或180°，以使板材由于内应力相互抑制，防止电解过程中电极板变形。
[0034] 在本发明中，所述不锈钢板5的厚度为2～2.5mm，优选为2.1～2.4mm，进一步优选为2.2～2.3mm；所述铜箔6的厚度为10～20μm，优选为12～18μm，进一步优选为13～16μm。
[0035] 在本发明中，所述不锈钢板5和铜箔6通过导电胶粘合，所述极板面板1通过热压成型，完全排除内部空气以后，将极板面板1的侧边采用离子束焊接封边，以防止电解液和空气进入极板内形成钝化层，引起极板导电性降低。
[0036] 在本发明中，所述导电杆2和极板面板1焊接连接后在400～450℃下退火20～40min，优选为在420℃下退火30min，用于消除焊接整体构件和板材初始应力。
[0037] 在本发明中，所述铜箔6为长条状，所述铜箔6呈网格状平铺于不锈钢板上。
[0038] 下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
[0039] 实施例1
[0040] 一种高效制备电解铜的阴极板，包括极板面板1和导电杆2。极板面板1由316L不锈钢板、铜箔6和SUS304不锈钢板通过导电胶粘合而成，其结构为316L不锈钢‑铜箔‑SUS304不锈钢。其中铜箔6为长条状，所述铜箔6呈网格状平铺于不锈钢板上，如图3所示。成型的极板面板通过热压压实，完全排除内部空气以后，将极板面板侧边同离子束焊接封边，以防止电解液和空气进入极板内形成钝化层，引起极板导电性降低。其中316L不锈钢板和SUS304不锈钢板的轧制织构方向夹角呈90°。如图5和图6所示。
[0041] 导电杆2为由不锈钢4包覆铜芯3制备而成的复合结构，导电杆2中铜芯3未被包覆的长×宽面与极板面板1中的铜箔6通过导电胶带状连接，在阴极板内层形成高导电层。导电杆2和极板面板1的接触面采用焊接密封9，如图8。焊接成整体以后在退火炉中400℃下退火30min，适当消除焊接整体构件和板材初始应力。
[0042] 实施例2
[0043] 一种高效制备电解铜的阴极板，包括极板面板1和导电杆2。制备过程同实施例1，区别在于：
[0044] 阴极面板1的结构为316L不锈钢‑铜箔‑SUS304不锈钢‑铜箔‑316L不锈钢，其中相邻两块不锈钢板的轧制织构方向夹角为45°，如图5、图6和图7。
[0045] 实施例3
[0046] 一种高效制备电解铜的阴极板，包括极板面板1和导电杆2。制备过程同实施例1，区别在于：
[0047] 阴极面板1的结构为316L不锈钢‑铜箔‑SUS304不锈钢‑铜箔‑316L不锈钢‑铜箔‑SUS304不锈钢，其中相邻两块不锈钢板的轧制织构方向夹角为45°。
[0048] 由以上实施例可知，本发明提供了一种高效制备电解铜的阴极板。本发明采用不锈钢A板(织构方向沿轧制方向)—铜箔—不锈钢B板(织构方向垂直轧制方向)，通过高压真空复合并进行边部离子束焊接，然后与导电杆焊接成阴极板整体结构。不仅能够有效防止极板内表面因钝化引起的极板导电率降低和电荷分布不均等，大幅度提高电解效率和电流利用率，而且能够有效防止阴极板变形或短路，实现绿色节能生产。
[0049] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
