Pamatkoncepcija
Elektrolītiskais varš, ko sauc arī par katoda varu, ir elektrorafinēšanas produkts. Blistera vara, kas satur aptuveni 99% vara, tiek izlieta biezās anoda plāksnēs, no tīra vara tiek veidota plānas sākuma loksnes kā katods, un abas tiek suspendētas sērskābes un vara sulfāta elektrolītā. Ja tiek pielietota līdzstrāva, varš izšķīst no anoda kā vara joni un caur elektrolītu pārvietojas uz katodu, kur tas iegūst elektronus un tiek nogulsnēts kā augstas -tīrības katoda varš.
Process darbojas, jo piemaisījumi šūnā uzvedas atšķirīgi. Parastie metāli, piemēram, dzelzs, cinks un niķelis, kas ir aktīvāki par varu, izšķīst elektrolītā kopā ar varu un tiek novērsti no nogulsnēšanās uz katoda, kontrolējot šūnas potenciālu un elektrolīta ķīmisko sastāvu. Cēli piemaisījumi, piemēram, zelts un sudrabs, kas ir mazāk aktīvi nekā varš, nešķīst; tie nogulsnējas šūnas apakšā kā anoda gļotas, kur tos iegūst kā vērtīgu blakusproduktu. Šī selektīvā uzvedība padara elektrolītisko attīrīšanu par standarta ceļu uz ļoti augstas tīrības vara.
Atzīmes, tīrība un standarti
| Apzīmējums | Tīrības prasība | Tipisks lietojums |
|---|---|---|
| Cu-CATH-1 | varš plus sudrabs vismaz 99,95%. | stiepļu stieņi, augstas -vadītspējas kopnes, kritiskie elektriskie izstrādājumi |
| Cu-CATH-2 | varš plus sudrabs vismaz 99,90%. | vispārēja stiepļu stieņa, sakausējuma kausēšana, loksnes un sloksnes |
Ķīnā katoda vara sastāva prasības nosaka GB/T 467, kur augstākai šķirai ir nepieciešams vismaz 99,95% vara un sudraba, bet otrajai kategorijai - vismaz 99,90%. Līdzvērtīga elektrolītiskā katoda vara prasība Ziemeļamerikā ir ietverta ASTM B115, kas nosaka arī paraugu ņemšanas procedūras, jo katoda kvalitāte tiek vērtēta, pamatojoties uz partijām, nevis uz vienas lapas. Metālu biržās reģistrētie zīmoli tiek sadalīti piegādājamās standarta pakāpēs un aizstājējklasēs, un šī atšķirība ir viens no iemesliem, kāpēc pircēji norāda apmaiņas reģistrāciju līdzās ķīmiskajai kategorijai.
Tīrība nav vienīgais pieņemšanas faktors. Katoda fiziskā kvalitāte, virsmas stāvoklis, mezgliņu un sulfātu piesārņojums, kā arī atlikušo piemaisījumu profils ietekmē nākamo apstrādes posmu, jo katods tiek izkausēts vai nepārtraukti ieliets stieples stieņā, un tur esošie ieslēgumi vai augsts skābekļa saturs vēlāk kļūst par stieples pārrāvumiem un virsmas defektiem.
No katoda līdz stiepļu stieņu un sakausējumu izstrādājumiem
Lielākā daļa katoda vara atstāj rafinēšanas rūpnīcu stieņu dzirnavām. Vara stiepļu stieni elektriskajiem vadītājiem ražo nepārtrauktas liešanas un velmēšanas ceļā, un uz produktu attiecas GB/T 3952 Ķīnas tirgum un ASTM B49 attiecībā uz elektrisko vara stieni. Skābekļa saturs tiek rūpīgi kontrolēts, jo augsts skābekļa daudzums izraisa porainību un sliktu vilkšanu, un sagaidāms, ka gatavā stieņa vadītspēja būs tuvu tīra vara diapazona augšdaļai, kas ir aptuveni 100% IACS augstas{5}}vadītspējas pakāpēm.
Otrs ceļš nodrošina sakausējuma kausēšanu. Katods tiek uzlādēts tieši indukcijas vai reverberācijas krāsnīs misiņa, bronzas un vara niķeļa ražošanā, kur tā konsekventā ķīmija ir priekšrocība: tā kā atlikušo piemaisījumu līmenis jau ir zems, ieejot lādiņā, kausēšanas cehā ir nepieciešama mazāka korekcija, un gatavais sakausējums paliek sastāva diapazonā, kas noteikts GB/T 5231 1. GB/T 5231 un 17 GB6/T kaltajām šķirnēm.
Vads un kabelis: katoda kvalitātes skābekļa saturs ir viens no galvenajiem faktoriem, kas nosaka gatavā vadītāja vilkšanas veiktspēju un pretestību.
Kopne un sloksne: augstas tīrības pakāpes katods nodrošina nepārtrauktas liešanas un velmēšanas līnijas elektriskajai kopnei, kuras vadītspēja ir pārbaudīta gatavajam izstrādājumam.
Sakausējuma kausēšana: zema atlikuma ķīmija saglabā misiņa, bronzas un vara niķeļa siltumu specifikācijas robežās bez papildu attīrīšanas darbībām.
Ar produktu atgūšanu-: anoda gļotas no vienas šūnu mājas nodrošina zelta, sudraba, selēna un telūra atgūšanas ķēdes.
Kvalitātes kontrole visā ķēdē
Katoda varš tiek pieņemts ķīmiskajā analīzē, kurā tiek ziņots par varu un sudrabu kopā, atsevišķiem piemaisījumiem un bieži vien sēru un skābekli. Pakārtoto produktu elektrovadītspēja tiek mērīta uz gatavās preces, nevis pieņemta no katoda sertifikāta, jo kausēšanas un liešanas prakse var pievienot skābekli un samazināt to. Stiepļu stieņu testos ietilpst stiepes izturība un pagarinājums, vērpes, virsmas kvalitātes un pretestības mērījumi, paraugu ņemšanas procedūrām izmantojot piemērojamo stieņu standartu.
Izsekojamība ir svarīga, jo stieņu dzirnavās katoda partiju var apvienot ar citām partijām. Siltuma numurs vai partijas numurs, kas seko metālam no katoda caur stieni līdz gatavajam vadītājam, ļauj izmeklēt kļūmi, un standarta prakse ir pieprasīt pārbaudes dokumentus atbilstoši EN 10204 3.1. tipam attiecībā uz elektrisko un spiedienu saistītajiem gala lietojumiem. Ja klienta process ietver turpmāku vilkšanu, skābekļa saturs un piemaisījumu profils ir jāvienojas rakstiski pirms nosūtīšanas, nevis jāpārbauda pēc tam, kad spole jau atrodas uz vilkšanas līnijas.
Bieži sastopami pārpratumi
Divi pārpratumi izraisa lielāko daļu strīdu. Pirmkārt, šķirņu nosaukumi tiek uzskatīti par savstarpēji aizstājamiem: 99,90% kategorija neaizstāj 99,95% kategoriju lietojumos ar augstu vadītspēju, jo atšķirība ir tieši saistīta ar piemaisījumiem, kas samazina vadītspēju. Otrais ir pieņēmums, ka katoda tīrība garantē gatavā produkta īpašības; stieņu dzirnavas un kausēšanas cehs joprojām kontrolē skābekli, graudu struktūru un virsmas kvalitāti, un šīs darbības izlemj, vai augstas-tīrības katods kļūst par uzticamu vadītāju vai metāllūžņu spoli.
Bieži uzdotie jautājumi
J: Kas vienkāršā izteiksmē ir elektrolītiskais varš?
A: Tas ir katoda varš, ko iegūst, izmantojot elektrorafinēšanu, kurā varš tiek izšķīdināts no pūšļa vara anoda un tīrā veidā tiek uzklāts uz katoda loksnes sērskābes-vara sulfāta elektrolītā.
J: Kā process noņem piemaisījumus?
A: Parastie metāli, piemēram, dzelzs un cinks, izšķīst elektrolītā un neļauj tiem nogulsnēties, kontrolējot šūnu potenciālu, savukārt cēlmetāli, piemēram, zelts un sudrabs, nešķīst un nogulsnējas kā anoda gļotas atsevišķai atgūšanai.
J: Kādi standarti nosaka katoda vara kategorijas?
A: GB/T 467 nosaka katoda vara sastāvu, kur Cu-CATH-1 ir nepieciešams vismaz 99,95% vara un sudraba, bet Cu-CATH-2 - vismaz 99,90%. ASTM B115 attiecas uz elektrolītiskā katoda varu un tā paraugu ņemšanu Ziemeļamerikā.
J: Kam tiek izmantots katoda vara?
A: Galvenokārt nepārtrauktai liešanai vara stiepļu stieņiem atbilstoši GB/T 3952 vai ASTM B49 un kausēšanai misiņa, bronzas un vara niķeļa sakausējumos, kur zems atlikušo piemaisījumu līmenis uztur siltumu specifikācijas robežās.
J: Kāpēc skābekļa saturam vara stiepļu stieņos ir nozīme?
A: Augsts skābekļa daudzums veido oksīda daļiņas un porainību, kas stiepes laikā salauž stiepli un samazina virsmas kvalitāti. Tāpēc stieņu dzirnavas cieši kontrolē skābekli, un pakārtotie ražotāji bieži nosaka maksimālo skābekļa saturu.
J: Vai tikai katoda tīrība nosaka vadītāja kvalitāti?
A: Nē. Liešanas un velmēšanas prakse pie stieņu dzirnavu formas graudu struktūra, skābekļa saturs un virsmas kvalitāte. Katoda tīrība nosaka sākumpunktu, nevis gatavo īpašību.
