Grunnkonseptet
Elektrolytisk kobber, også kalt katodekobber, er produktet av elektroraffinering. Blisterkobber som inneholder omtrent 99 % kobber støpes inn i tykke anodeplater, rent kobber lages til tynne startplater som katode, og de to er suspendert i en elektrolytt av svovelsyre og kobbersulfat. Når likestrøm tilføres, oppløses kobber fra anoden som kobberioner og beveger seg gjennom elektrolytten til katoden, hvor det mottar elektroner og avsettes som katodekobber med høy-renhet.
Prosessen fungerer fordi urenheter oppfører seg annerledes i cellen. Uedle metaller som jern, sink og nikkel, som er mer aktive enn kobber, løses opp i elektrolytten sammen med kobber og holdes fra å avsettes på katoden ved å kontrollere cellepotensialet og elektrolyttkjemien. Edle urenheter som gull og sølv, som er mindre aktive enn kobber, løses ikke opp; de legger seg på bunnen av cellen som anodeslim, hvor de gjenvinnes som et verdifullt-biprodukt. Den selektive oppførselen er det som gjør elektrolytisk raffinering til standardveien til kobber med svært høy renhet.
Karakterer, renhet og standarder
| Betegnelse | Renhetskrav | Typisk bruk |
|---|---|---|
| Cu-CATH-1 | kobber pluss sølv minimum 99,95 % | wire rod, høy-ledningsevne samleskinne, kritiske elektriske produkter |
| Cu-CATH-2 | kobber pluss sølv minimum 99,90 % | generell wire rod, legering smelting, plate og stripe |
I Kina er sammensetningskravene for katodekobber satt av GB/T 467, der den høyere kvaliteten krever kobber pluss sølv på minst 99,95 % og den andre kvaliteten på minst 99,90 %. Det tilsvarende kravet for elektrolytisk katodekobber i Nord-Amerika er dekket av ASTM B115, som også definerer prøvetakingsprosedyrer fordi katodekvaliteten bedømmes på et parti i stedet for på ett enkelt ark. På metallbørser er registrerte merker delt inn i leverbare standardkvaliteter og erstatningskvaliteter, og det skillet er en av grunnene til at kjøpere spesifiserer bytteregistreringen ved siden av kjemisk karakter.
Renhet er ikke den eneste akseptfaktoren. Katodens fysiske kvalitet, overflatetilstand, nodul- og sulfatforurensning, og gjenværende urenhetsprofil påvirker alle neste prosesstrinn, fordi katoden smeltes eller kontinuerlig støpes inn i valsetråd, og inneslutninger eller høyt oksygeninnhold der blir trådbrudd og overflatedefekter senere.
Fra katode til trådstang og legeringsprodukter
Det meste av katodekobber forlater raffineriet for en stangmølle. Kobbertråd for elektriske ledere produseres ved kontinuerlig støping og valsing, med produktet dekket av GB/T 3952 for det kinesiske markedet og av ASTM B49 for elektrisk kobberstang. Oksygeninnholdet kontrolleres nøye, fordi høyt oksygen forårsaker porøsitet og dårlig trekkbarhet, og konduktiviteten til den ferdige stangen forventes å være nær toppen av det rene kobberområdet, i området 100 % IACS for høy-ledningsevne.
En andre rute mater legeringssmelting. Katoden lades direkte inn i induksjons- eller etterklangsovner i produksjon av messing, bronse og cupronickel, hvor dens konsekvente kjemi er en fordel: fordi gjenværende urenhetsnivåer allerede er lave som kommer inn i ladningen, trenger smelteverkstedet mindre korreksjon og den ferdige legeringen forblir innenfor sammensetningsområdet fastsatt av GB/T 5231 for smidekvaliteter 117 og GB for smikvaliteter 117.
Ledning og kabel: oksygeninnhold av katodekvalitet er en av hovedfaktorene i tegningsytelsen og motstanden til den ferdige lederen.
Samleskinne og strimmel: katode med høy renhet mater kontinuerlig støpe- og rullelinjer for elektrisk samleskinne, med konduktivitet verifisert på det ferdige produktet.
Legeringssmelting: lav gjenværende kjemi holder messing, bronse og cupronickel varme innenfor spesifikasjonene uten ekstra raffineringsoperasjoner.
Ved-produktgjenvinning: anodeslim fra samme cellehus leverer gjenvinningskretser for gull, sølv, selen og tellur.
Kvalitetskontroll langs kjeden
Katodekobber er akseptert på en kjemisk analyse som rapporterer kobber pluss sølv sammen, individuelle urenheter og ofte svovel og oksygen. Elektrisk ledningsevne til nedstrømsprodukter måles på den ferdige varen i stedet for antatt fra katodesertifikatet, siden smelting og støping kan tilføre oksygen og redusere det. For valstråd inkluderer tester strekkfasthet og forlengelse, torsjon, overflatekvalitet og motstandsmåling, med prøvetakingsprosedyrer hentet fra gjeldende stangstandard.
Sporbarhet er viktig fordi et katodeparti kan kombineres med andre partier på stangfabrikken. Et varmenummer eller partinummer som følger metallet fra katode gjennom stang til ferdig leder er det som gjør at en feil kan undersøkes, og det er standard praksis å kreve inspeksjonsdokumenter i henhold til EN 10204 type 3.1 for elektrisk og trykkrelatert sluttbruk. Der kundens prosess involverer ytterligere tegning, bør oksygeninnholdet og urenhetsprofilen avtales skriftlig før forsendelse i stedet for å kontrolleres etter at spolen allerede er på tegnelinjen.
Vanlige misforståelser
To misforståelser forårsaker de fleste tvister. Den første er å behandle karakternavnene som utskiftbare: en karakter på 99,90 % er ikke en erstatning for en karakter på 99,95 % i en høy-konduktivitetsapplikasjon, fordi forskjellen ligger nettopp i urenhetene som reduserer konduktiviteten. Den andre er å anta at katodens renhet garanterer ferdige produktegenskaper; stavmøllen og smelteverkstedet kontrollerer fortsatt oksygen, kornstruktur og overflatekvalitet, og disse trinnene avgjør om en katode med høy-renhet blir en pålitelig leder eller en skrapspole.
Ofte stilte spørsmål
Spørsmål: Hva er elektrolytisk kobber på en enkel måte?
A: Det er katodekobber produsert ved elektroraffinering, der kobber løses opp fra en blisterkobberanode og avsettes i ren form på et katodeark i en svovelsyre-kobbersulfatelektrolytt.
Spørsmål: Hvordan fjerner prosessen urenheter?
A: Uedle metaller som jern og sink løses opp i elektrolytten og forhindres i å avsettes ved cellepotensialkontroll, mens edelmetaller som gull og sølv ikke oppløses og legger seg som anodeslim for separat utvinning.
Spørsmål: Hvilke standarder definerer katodekobberkvaliteter?
A: GB/T 467 setter katodekobbersammensetningen, med Cu-CATH-1 som krever kobber pluss sølv på minimum 99,95 % og Cu-CATH-2 krever minimum 99,90 %. ASTM B115 dekker elektrolytisk katodekobber og prøvetaking i Nord-Amerika.
Spørsmål: Hva brukes katodekobber til?
A: Hovedsakelig for kontinuerlig støpt kobbertråd til GB/T 3952 eller ASTM B49, og for smelting til messing, bronse og cupronickel-legeringer der lave gjenværende urenheter holder varmen innenfor spesifikasjonene.
Spørsmål: Hvorfor spiller oksygeninnholdet betydning i kobbertråd?
A: Høyt oksygen danner oksidpartikler og porøsitet som bryter ledningen under trekking og reduserer overflatekvaliteten. Stangmøller kontrollerer derfor oksygen tett, og nedstrømsprodusenter spesifiserer ofte et maksimalt oksygeninnhold.
Spørsmål: Avgjør katodens renhet alene lederkvaliteten?
A: Nei. Støpe- og valsepraksis ved stavverksformen kornstruktur, oksygeninnhold og overflatekvalitet. Katodens renhet setter utgangspunktet, ikke den ferdige egenskapen.
