Катод медный М2к

Катод медный М2к — продукт электролитического рафинирования, представляющий собой пластину чистой меди, осаждённую на катодной основе в электролизной ванне. Согласно ГОСТ 859-2014, марка М2к содержит не менее 99,93 % меди. Буква «к» в обозначении указывает на катодное происхождение металла. Катодная медь является исходным сырьём для последующей переплавки и получения литых и деформированных полуфабрикатов: проволоки, лент, листов, труб, шин и других изделий.

Среди четырёх марок катодной меди (М00к, М0к, М1к, М2к) марка М2к занимает нижнюю позицию по степени чистоты. Именно это определяет её более доступную стоимость при сохранении основных свойств, характерных для технической меди: высокой электро- и теплопроводности, пластичности и коррозионной стойкости.

Нормативная база: ГОСТ 546-2001 и ГОСТ 859-2014

Технические требования к медным катодам регламентируются двумя основными стандартами. ГОСТ 546-2001 «Катоды медные. Технические условия» (с Изменением №1 от 2015 г.) определяет требования к продукции, получаемой электролизом водных растворов. Химический состав катодов должен соответствовать одной из четырёх марок — М00к, М0к, М1к или М2к — по ГОСТ 859-2014 «Медь. Марки» (заменил ранее действовавший ГОСТ 859-2001).

Условное обозначение катодов включает марку меди и номер стандарта. Например: М2к ГОСТ 546-2001. Форму, размеры и массу отдельного катода при необходимости устанавливают в контракте между изготовителем и потребителем.

Химический состав катодной меди по ГОСТ 859-2014

Таблица 1 ГОСТ 859-2014 устанавливает предельно допустимое содержание примесей в катодной меди. Ниже приведены основные нормируемые показатели для всех четырёх марок.

Содержание меди в марках катодной меди

* Для марки М00к содержание Cu вычисляют как разность между 100 % и суммой всех нормируемых примесей.

Основные нормируемые примеси в катодной меди М2к

По сравнению с более чистыми марками, в М2к допускается повышенное содержание примесей. Точные предельные значения по каждому элементу устанавливаются таблицей 1 ГОСТ 859-2014. Ниже приведены ориентировочные данные по ключевым группам примесей для марок М0к, М1к и М2к.

Примечание: значения для М2к в данной таблице не приведены, так как не все поэлементные нормы для этой марки удалось однозначно верифицировать по открытым источникам. Для получения точных данных рекомендуем обращаться к полному тексту ГОСТ 859-2014, таблица 1.

Влияние примесей на свойства катодной меди

Примеси в меди подразделяются на несколько групп по характеру воздействия на свойства металла:

Примеси, образующие твёрдые растворы (сурьма, мышьяк, никель, железо, олово, цинк и др.) — снижают электро- и теплопроводность. Сурьма и мышьяк дополнительно затрудняют горячую обработку давлением.

Нерастворимые примеси (свинец, висмут) — практически не влияют на электропроводность, но ухудшают обрабатываемость давлением. Висмут вызывает красноломкость — хрупкость при горячей деформации.

Примеси, образующие хрупкие соединения (кислород, сера) — кислород образует с медью закись Cu₂O, которая располагается по границам зёрен и снижает пластичность, электропроводность и прочность. Сера облегчает обработку резанием, но вызывает хладноломкость.

Для марки М2к допустимое суммарное содержание примесей выше, чем для М00к–М1к, что объясняет несколько пониженные показатели электро- и теплопроводности по сравнению с более чистыми катодными марками.

Физические свойства меди

Основные физические характеристики меди как элемента приведены ниже. Эти данные справедливы для чистого металла; наличие примесей (даже в пределах нормы для М2к) снижает электро- и теплопроводность.

Источники: Большая российская энциклопедия; справочные данные по металлургии цветных металлов. Удельное электрическое сопротивление и механические свойства конкретных полуфабрикатов из меди зависят от марки, вида обработки и устанавливаются стандартами на соответствующие виды продукции.

Требования к поверхности медных катодов по ГОСТ 546-2001

Качество поверхности катодов напрямую влияет на пригодность продукции к дальнейшей переработке. ГОСТ 546-2001 устанавливает следующие требования:

На поверхности и кромках катодов не должно быть дендритных наростов. Допускаются округлённые наросты, вросшие в тело катода, а также выступы округлой формы на кромках и пятна (углубления) от удалённых наростов.

Для катодов из меди марки М2к стандарт устанавливает менее строгие требования: допускаются дендритные наросты любой формы, не отделяющиеся при транспортировании и перегрузке. Также допускаются следы (плёнка) масла на поверхности.

Поверхность катодов должна быть чистой, хорошо отмытой от электролита и шлама, без отложений сульфатов меди и никеля, без механических загрязнений (кроме древесных остатков после транспортирования). Допускаются цвета побежалости и налёт окисленной меди.

Отличия марки М2к от других марок катодной меди

Выбор марки катодной меди определяется балансом между требуемой чистотой металла и экономической целесообразностью. Основные различия между марками сведены в таблицу.

* Содержание Cu для М00к не нормируется напрямую: оно определяется как разность 100 % минус сумма примесей (≤0,0065 %), то есть фактически составляет не менее 99,99 %.

Области применения катодной меди М2к

Катод медный М2к используется как сырьё для переплавки и дальнейшего получения медных полуфабрикатов и сплавов. Основные направления применения:

Производство проката — из переплавленных катодов получают листы, ленты, полосы и фольгу. Медный прокат общего назначения, где не предъявляются повышенные требования к электропроводности, целесообразно производить из катодной меди М2к.

Трубная продукция — медные трубы для систем водоснабжения, отопления и холодильной техники. Для теплообменного оборудования и трубопроводов, где важна коррозионная стойкость меди, М2к является подходящим сырьём.

Медная проволока — катоды переплавляют и получают медную катанку, которую далее протягивают в проволоку различных диаметров. Для кабельной продукции общего назначения медь М2к применяется как экономически обоснованная альтернатива более чистым маркам.

Электротехнические шины — медные шины (токоведущие шинопроводы) для распределительных устройств. Следует учитывать, что повышенное содержание примесей в М2к несколько увеличивает удельное электрическое сопротивление по сравнению с марками М0к и М1к.

Медные сплавы — катодная медь служит основой для производства бронз, латуней и других медных сплавов. При легировании влияние исходной чистоты катодной меди на свойства конечного сплава зависит от его состава и назначения. Для сплавов, не требующих особо чистой основы, марка М2к является рациональным выбором.

Производство медного порошка — электролитический медный порошок, получаемый из катодной меди, используется в порошковой металлургии для изготовления фрикционных и антифрикционных изделий, токосъёмных элементов и пористых фильтров.

Электролитическое рафинирование: получение катодной меди

Катодная медь является продуктом электролитического рафинирования. Процесс заключается в электрохимическом переносе меди с анода (из черновой или огнеупорной меди чистотой 99,0–99,7 %) через раствор электролита (водный раствор сульфата меди CuSO₄ с серной кислотой) на катод, где осаждается металл высокой чистоты.

В ходе электролиза примеси распределяются следующим образом:

Более электроположительные металлы (золото, серебро, платиновые металлы, селен, теллур) не растворяются и осаждаются на дне ванны в виде анодного шлама — ценного побочного продукта.

Более электроотрицательные металлы (железо, цинк, никель, кобальт) переходят в раствор электролита, но не осаждаются на катоде при правильно подобранных параметрах процесса.

Чистая медь растворяется с анода и осаждается на катодной основе в виде плотного, компактного слоя. Толщина наращиваемого катода зависит от продолжительности цикла и плотности тока.

Степень чистоты получаемого катода (и, соответственно, марка — от М00к до М2к) зависит от чистоты исходного анодного металла, состава и температуры электролита, плотности тока и других технологических параметров.

Упаковка, маркировка и транспортирование

Согласно ГОСТ 546-2001, медные катоды формируют в пакеты массой не более 1500 кг и высотой не более 500 мм. Требования к формированию пакетов определяются ГОСТ 21399. По согласованию с потребителем допускается поставка пакетов увеличенной массы.

Пакеты, предназначенные для мультимодальной транспортировки или длительного хранения, формируют с опрессовкой усилием не менее 98 кН (10 000 кгс). Обвязка может выполняться медной проволокой, катанкой или лентой — в таком случае пакеты допускается переплавлять без расформирования.

Маркировка пакетов выполняется по ГОСТ 21399. Каждый отдельный катод маркировке не подлежит. Транспортная маркировка — по ГОСТ 14192.

По железной дороге катоды транспортируют в крытых вагонах. Катоды принимают партиями, состоящими из катодов одной марки меди. Масса партии не ограничивается. На каждую партию оформляют документ о качестве с указанием марки меди, массы, результатов испытаний и другой обязательной информации.

Контроль качества катодной меди

Химический состав катодов определяют методами, указанными в ГОСТ 31382, ГОСТ 13938.11, ГОСТ 13938.13, ГОСТ 9717.2, ГОСТ 9717.3 и стандартах серии ГОСТ 27981 — в зависимости от марки меди и определяемого элемента.

Содержание меди в катодах марок М0к и М1к определяют расчётным методом: по разности между 100 % и суммой нормируемых примесей. Для определения массовой доли кислорода из двух катодов партии вырезают образцы на всю толщину — из угла и центра полотна.

По согласованию сторон могут устанавливаться дополнительные требования к физическим свойствам катодов: удельному электрическому сопротивлению, спиральному удлинению (оценка способности к рекристаллизации), плотности и пластичности.

Хранение медных катодов

Медные катоды хранят в закрытых складских помещениях, защищённых от атмосферных осадков. При хранении в неблагоприятных условиях (повышенная влажность, присутствие агрессивных сред) на поверхности меди образуется слой окислов и основных карбонатов — патина. На контактных подвесках и в местах их крепления к полотну катода может появляться налёт солей (смесь сульфата, карбоната и гидроксида меди), что не является браковочным признаком.

При транспортировании морским транспортом в состав налёта дополнительно входят хлориды. Для катодов, предназначенных для ответственных применений, рекомендуется минимизировать сроки открытого хранения.

Формы поставки продукции из катодной меди

Катодная медь М2к поставляется в первую очередь в виде собственно катодов — плоских пластин, полученных электролизом. Однако после переплавки катодной меди из неё производят широкий ассортимент полуфабрикатов, которые также могут поставляться потребителям:

Лист, полоса, лента медная — получают прокаткой слитков из переплавленной катодной меди. Используются в электротехнике, строительстве, приборостроении.

Проволока медная — производится волочением из катанки. Применяется для изготовления кабелей, обмоточных проводов, токопроводящих жил.

Труба медная — бесшовные трубы из меди применяются в системах водоснабжения, газоснабжения, отопления, кондиционирования и холодильной техники.

Шина медная — плоский профиль прямоугольного сечения для токоведущих шинопроводов в распределительных устройствах и электроустановках.

Пруток и круг медный — используются для изготовления деталей методами точения, фрезерования и других видов механической обработки.

Медный порошок — электролитический или распылённый, для порошковой металлургии и специальных покрытий.

Конкретные марки полуфабрикатов (М2, М2р и др.), получаемых из катодной меди М2к путём переплавки, регламентируются таблицей 2 ГОСТ 859-2014 и стандартами на соответствующие виды продукции.