電解二氧化錳用大型全浸沒鈦錳合金塗層陽極板及其製備方法
2023-08-04 16:49:06
專利名稱：電解二氧化錳用大型全浸沒鈦錳合金塗層陽極板及其製備方法
技術領域：
本發明涉及一種電解用的陽極板，特別是應用於大型電解槽電解二氧化錳用的陽極板的結構設計和製備方法。
背景技術：
用電解的方法生產二氧化錳、錳、銅、鈷、鎳、鋅等材料是工業上普遍採用的一種方法。由於在電解過程中有氧氣或氯氣在陽極析出，因此對所使用的陽極有較高的要求。自從二氧化錳採用電解法進行工業生產以來，所使用的陽極經過了石墨、鉛銀合金、純鈦、鈦錳鉻鐵四元合 金和鈦錳塗層陽極的發展歷程。目前，石墨和鉛銀合金陽極已被完全淘汰。純鈦作為取代石墨和鉛銀合金陽極具有其獨特的優勢，但是卻有著它固有的鈍化傾向，在稍高的電流密度或電解溫度稍低的情況下以及使用到一定時間後，極易發生鈍化，致使槽電壓升高，電耗增大，甚至無法繼續電解；對此人們也採取了各種方法，如懸浮電解、表面噴砂、表面化學處理等，在很大程度上得以改善，但仍經常出現鈍化的現象，需要採用重新噴砂或反電解的措施才能繼續使用。鈦錳鉻鐵四元合金也是工業應用比較成功的陽極，然而該陽極仍存在難以克服的缺陷，即合金的焊接性能不好，不能進行大型陽極的焊接組裝，又由於板材軋制工藝難以控制，同時在長期使用後仍存在槽電壓上升的趨勢，目前已停產多年。鈦錳合金塗層陽極(中國實用新型專利公告號87216402，中國發明專利公告號101705499)自1990年開始規模應用於工業生產，抗鈍化性能優越，壽命長，目前1991年投入使用的陽極大部分仍在服役。在電流密度為50 ΙΟΟΑ/m2時槽電壓僅為2.2 3.2伏，即使使用多年，槽電壓也很少超過3.5伏。電耗較純鈦陽極明顯降低，比鈦錳鉻鐵四元合金也要低一些。但只能用在1600_以下的小電解槽中，從而限制了它的應用範圍。
發明內容
本發明的目的是提供一種電解二氧化錳用大型全浸沒鈦錳合金塗層陽極板，其可以克服現有電解二氧化錳用陽極存在的缺點，能在2000 mm以上大電解槽中使用。為實現上述目的，本發明採取以下設計方案:
一種電解二氧化錳用大型全浸沒鈦錳合金塗層陽極板，其是由鑄鋁梁、拉杆單元、陽極條單元和筋板單元相互聯接構成；其中，所述的鑄鋁梁中，內置有與電源連接的銅製接電耳或導電卡口及用於實現該接電耳或導電卡口與陽極條單元電聯通的導電銅排；所述的拉杆單元為一整排的鈦拉杆，各鈦拉杆的上端與導電銅排聯接；所述的陽極單元包括有一組間隔排列的鈦錳合金塗層陽極條，各鈦錳合金塗層陽極條的下端與一底部筋板固定聯接，各鈦錳合金塗層陽極條的上端通過一頂部筋板與所述拉杆單元的一排的鈦拉杆固定聯接。又一種電解二氧化錳用大型全浸沒鈦錳合金塗層陽極板，其是由鑄鋁梁、拉杆單元、陽極條單元和筋板單元相互聯接構成；其中，所述的鑄鋁梁中，內置有與電源連接的銅製接電耳或導電卡口及用於實現該接電耳或導電卡口與陽極條單元電聯通的導電銅排；所述的拉杆單元中間為一組鈦拉杆，兩端側及底側是一整根彎制的鈦銅複合棒，鈦銅複合棒的兩外端側上端與導電銅排聯接，中間的一組鈦拉杆各上端直接與鑄鋁梁聯接，各下端固定在鈦銅複合棒上；所述的陽極單元包括有一組間隔排列的鈦錳合金塗層陽極條，各鈦錳合金塗層陽極條的下端與一底部筋板固定聯接，各鈦錳合金塗層陽極條的上端直接與所述拉杆單元的鈦銅複合棒底側端固定聯接。所述的電解二氧化錳用大型全浸沒鈦錳合金塗層陽極板的鈦錳合金塗層陽極條為平板形或波形，優選的波形是梯形、圓弧形、W型或NW組合型。所述的電解二氧化錳用大型全浸沒鈦錳合金塗層陽極板的鈦錳合金塗層陽極條中心軸為純鈦條、表層為鈦錳合金塗層的複合陽極條；在用於聯接的上下兩端頭段無鈦錳合金塗層，優選的段長為15 50 mm。所述的電解二氧化錳用大型全浸沒鈦錳合金塗層陽極板的各鈦錳合金塗層陽極條的下端與底部筋板垂向聯接；所述的鑄鋁梁優選採用6063鋁合金；所述的筋板為純鈦筋板。本發明的另一目的是提供一種電解二氧化錳用大型全浸沒鈦錳合金塗層陽極板的製備方法。為實現上述目的，本發明採取以下設計方案:
一種電解二氧化錳用大型全浸沒鈦錳合金塗層陽極板的製備方法，其方法是:採用經高溫真空提拉燒結後，形成的中間為純鈦、表面為鈦錳合金塗層的複合陽極條，再經鑄鋁組裝和焊接成所述的電解二氧化錳用大型全浸沒鈦錳合金塗層陽極板；其中，所述的鑄鋁組裝是將一組純鈦拉杆的上端用鉚釘與導電銅排鉚接後，倒立著將銅排和鉚接部分用鑄鋁合金包裹住，但露出可與 電源連接的接電耳或導電卡口 ；所述的焊接組裝是將鈦錳合金塗層的複合陽極條的上下端與純鈦筋板垂直焊接，上端的純鈦筋板再與純鈦拉杆的下端用氬弧焊焊接，焊接時背面用氬氣保護罩充氬保護，正面用氬弧焊焊接。又一種電解二氧化錳用大型全浸沒鈦錳合金塗層陽極板的製備方法，其方法是:採用經高溫真空提拉燒結後，形成的中間為純鈦、表面為鈦錳合金塗層的複合陽極條，再經鑄鋁梁組裝和焊接成電解二氧化錳用大型全浸沒鈦錳合金塗層陽極板；其中，所述的鑄鋁組裝是將一個「U」型彎制的鈦銅複合棒的上端與導電銅排焊接，再將一組純鈦拉杆的下端與鈦銅複合棒焊接後，倒立著將鈦銅複合棒的上端、純鈦拉杆的上端和導電銅排用鑄鋁合金包裹住，但露出可與電源連接的接電耳或導電卡口 ；所述的焊接組裝是將鈦錳陽極條的上端與鈦銅複合棒、下端與純鈦筋板垂直焊接，焊接時背面用氬氣保護罩充氬保護，正面用氬弧焊焊接。本發明的優點是:本發明成功地將鈦錳合金塗層陽極板應用於大型電解槽的二氧化錳電解；該陽極用於二氧化錳的電解，除具有小型鈦錳合金塗層陽極板的極強抗鈍化性夕卜，還可減少電解時氣液界面處生成的低價錳氧化物，有效提高二氧化錳產品的性能，降低電耗，電解出槽卸料後，無須噴砂或反電解處理等去鈍化處理，可直接入槽繼續下一周期的電解，因此生產效率高，生產成本低，是理想的大型電解槽電解二氧化錳用陽極板。
圖1為本發明電解二氧化錳用大型全浸沒鈦錳合金塗層陽極板一實施例結構示意圖(採用普通焊接和鑄鋁組裝)。圖中:1-鈦錳合金塗層陽極條；2-底部筋板；3-頂部筋板；4-側護筋板；5-三角筋板；6-鈦拉杆；7-加強鈦條；8-銅排；9-銅製接電耳或(或導電卡口)；10-吊鉤；11-鉚釘；12-鑄鋁梁。圖2為本發明電解二氧化錳用大型全浸沒鈦錳合金塗層陽極板另一實施例結構示意圖(採用鈦銅複合棒焊接和鑄鋁組裝)。圖中:1-鈦錳合金塗層陽極條；2_底部筋板；3_側護筋板；4_鈦銅複合棒；5-三角筋板；6-鈦拉杆；7-加強鈦條；8-銅排；9-接電耳(或導電卡口);10-吊鉤；11 -鑄鋁梁。下面結合附圖及具體實施例對本發明做進一步的說明。
具體實施例方式如圖1、圖2所示，首先本發明創新設計了能在2000 mm以上大電解槽中使用的電
解二氧化錳用全浸沒鈦錳合金塗層陽極板。參見圖1，本發明電解二氧化錳用大型全浸沒鈦錳合金塗層陽極板的一實施例結構形式(普通方式)，其包括鑄鋁梁、拉杆單元、陽極條單元和筋板單元，其中，鑄鋁梁12內置有與電源連接的銅製接電耳或(或導電卡口)9及導電銅排8 ;拉杆單元是一整排的鈦拉杆6，各鈦拉杆的上端與導電銅排8聯接，可以是用鉚釘11鉚接；陽極單元包括有一組間隔排列的鈦錳合金塗層陽極條1，各鈦錳合金塗層陽極條的下端與底部筋板2固定聯接，各鈦錳合金塗層陽極條的上端通過一頂部筋板3與拉杆單元的對應位置處的鈦拉杆6固定聯接，並在中間部分的聯接處用三角筋板5加強，在兩外邊的鈦錳合金塗層陽極條I與鈦拉杆6固定聯接處用側護筋板4加強，在鈦拉杆6的上端與與導電銅排8聯接處使用加強鈦條7。還可在鑄鋁梁的上端對吊鉤10 (可以是對稱設置的一對)。製作時，先採用經高溫真空提拉燒結後，形成的中間為純鈦、表面為鈦錳合金塗層的複合陽極條，再經鑄鋁組裝和焊接成所述的電解二氧化錳用大型全浸沒鈦錳合金塗層陽極板；其中，所述的鑄鋁組裝是將一組純鈦拉杆的上端用鉚釘與導電銅排鉚接後，倒立著將銅排和鉚接部分用鑄鋁合金包裹住，但露出可與電源連接的接電耳或導電卡口 ；所述的焊接組裝是將鈦錳合金塗層的複合陽極條的上下端與純鈦筋板垂直焊接，上端的純鈦筋板再與純鈦拉杆的下端用氬弧焊焊接，焊接時背面用氬氣保護罩充氬保護，正面用氬弧焊焊接。參見圖2，本發明電解二氧化錳用大型全浸沒鈦錳合金塗層陽極板的另一實施例結構形式(採用鈦銅複合棒)，其是由鑄鋁梁、拉杆單元、陽極條單元和筋板單元相互聯接構成；其中，所述的鑄鋁梁11中，內置有與電源連接的銅製接電耳(或導電卡口)9及用於實現該接電耳或導電卡口與陽極條單元電聯通的導電銅排8 ;所述的拉杆單元中間為一組鈦拉杆6，兩端側及底側是一整根彎制的鈦銅複合棒4，鈦銅複合棒4的兩外端側上端與導電銅排8聯接，中間的一組鈦拉杆6各上端直接與鑄鋁梁11聯接，各下端固定在鈦銅複合棒4上；所述的陽極單元包括有 一組間隔排列的鈦錳合金塗層陽極條1，各鈦錳合金塗層陽極條I的下端與一底部筋板2固定聯接，各鈦錳合金塗層陽極條I的上端直接與所述拉杆單元的鈦銅複合棒4底側端固定聯接；在鈦銅複合棒4與鈦拉杆6固定聯接處用三角筋板5加強；在鈦銅複合棒4的彎角與下方與鈦錳合金塗層陽極條I的固定聯接處外側用側護筋板3加強；在鈦拉杆6與導電銅排8聯接處使用加強鈦條7 ;在鑄鋁梁的上端對稱設有吊鉤10 (可以是對稱設置的一對)。製作時，先採用經高溫真空提拉燒結後，形成的中間為純鈦、表面為鈦錳合金塗層的複合陽極條，再經鑄鋁梁組裝和焊接成電解二氧化錳用大型全浸沒鈦錳合金塗層陽極板；其中，所述的鑄鋁組裝是將一個「U」型彎制的鈦銅複合棒的上端與導電銅排焊接，再將一組純鈦拉杆的下端與鈦銅複合棒焊接後，倒立著將鈦銅複合棒的上端、純鈦拉杆的上端和導電銅排用鑄鋁合金包裹住，但露出可與電源連接的接電耳或導電卡口 ；所述的焊接組裝是將鈦錳陽極條的上端與鈦銅複合棒、下端與純鈦筋板垂直焊接，焊接時背面用氬氣保護罩充氬保護，正面用氬弧焊焊接。本發明的焊接組裝方式分為普通方式和採用鈦銅複合棒兩種，採用鈦銅複合棒的方式可以進一步降低電耗，但也提高了一定的成本，兩種結構各有利弊。上述各方案中，所述的鈦錳合金塗層陽極條的形狀可以是平板形，亦可是波形。如採用波形，最好是梯形、圓弧形、W型或NW組合型。鈦錳合金塗層陽極條在焊接的一端留15 50 mm長不做塗層，這樣焊縫的成分為純鈦，可以明顯提高焊接的韌性，否則陽極板在電解後卸料時的敲擊中容易斷裂。試驗證明，按正常工業懸浮電解條件下電解7天，普通焊接和本發明鑄鋁組裝的陽極板，在電流密度為100 A/m2時，槽電壓能穩定在2.6 3.2伏以下；電流密度為120 A/m2時，槽電壓能穩定在2.8 3.4伏以下；採用鈦銅複合棒焊接和鑄鋁組裝的陽極板，在電流密度為100 A/m2時，槽電壓能穩定在2.4 3.0伏以下；電流密度為120 A/m2時，槽電壓能穩定在2.6 3.2伏以下。電解出槽卸料後，無須噴砂或反電解處理等去鈍化處理，可直接入槽繼續下一周期的電解，因此生產效率高，生產成本低，是理想的電解二氧化錳用陽極板。上述各實施例 可在不脫離本發明的範圍下加以若干變化，故以上的說明所包含應視為例示性，而非用以限制本發明申請專利的保護範圍。
權利要求
1.一種電解二氧化錳用大型全浸沒鈦錳合金塗層陽極板，其特徵在於:其是由鑄鋁梁、拉杆單元、陽極條單元和筋板單元相互聯接構成；其中 所述的鑄鋁梁中，內置有與電源連接的銅製接電耳或導電卡口及用於實現該接電耳或導電卡口與陽極條單元電聯通的導電銅排； 所述的拉杆單元為一整排的鈦拉杆，各鈦拉杆的上端與導電銅排聯接； 所述的陽極單元包括有一組間隔排列的鈦錳合金塗層陽極條，各鈦錳合金塗層陽極條的下端與一底部筋板固定聯接，各鈦錳合金塗層陽極條的上端通過一頂部筋板與所述拉杆單元的一排的鈦拉杆固定聯接。
2.一種電解二氧化錳用大型全浸沒鈦錳合金塗層陽極板，其特徵在於:其是由鑄鋁梁、拉杆單元、陽極條單元和筋板單元相互聯接構成；其中 所述的鑄鋁梁中，內置有與電源連接的銅製接電耳或導電卡口及用於實現該接電耳或導電卡口與陽極條單元電聯通的導電銅排； 所述的拉杆單元中間為一組鈦拉杆，兩端側及底側是一整根彎制的鈦銅複合棒，鈦銅複合棒的兩外端側上端與導電銅排聯接，中間的一組鈦拉杆各上端直接與鑄鋁梁聯接，各下端固定在鈦銅複合棒上； 所述的陽極單元包括有一組間隔排列的鈦錳合金塗層陽極條，各鈦錳合金塗層陽極條的下端與一底部筋板固定聯接，各鈦錳合金塗層陽極條的上端直接與所述拉杆單元的鈦銅複合棒底側端固定聯接。
3.根據權利要求1或2所述的電解二氧化錳用大型全浸沒鈦錳合金塗層陽極板，其特徵在於:所述的鈦錳合金塗層陽極條為平板形或波形，優選的波形是梯形、圓弧形、W型或NW組合型。
4.根據權利要求3所述的電解二氧化錳用大型全浸沒鈦錳合金塗層陽極板，其特徵在於:所述的鈦錳合金塗層陽極條中心軸為純鈦條、表層為鈦錳合金塗層的複合陽極條；在用於聯接的上下兩端頭段無鈦錳合金塗層，優選的段長為15 50 mm。
5.根據權利要求1所述的電解二氧化錳用大型全浸沒鈦錳合金塗層陽極板，其特徵在於:在頂部筋板與鈦拉杆固定聯接處用三角筋板或側護筋板加強；在鈦拉杆與導電銅排聯接處使用加強鈦條；在鑄鋁梁的上端對稱設有吊鉤。
6.根據權利要求2所述的電解二氧化錳用大型全浸沒鈦錳合金塗層陽極板，其特徵在於:在鈦銅複合棒與鈦拉杆固定聯接處用三角筋板加強；在鈦銅複合棒的彎角與下方與鈦錳合金塗層陽極條的固定聯接處外側用側護筋板加強；在鈦拉杆與導電銅排聯接處使用加強鈦條；在鑄鋁梁的上端對稱設有吊鉤。
7.根據權利要求1或2所述的電解二氧化錳用大型全浸沒鈦錳合金塗層陽極板，其特徵在於:所述的各鈦錳合金塗層陽極條的下端與底部筋板垂向聯接；所述的鑄鋁梁優選採用6063鋁合金；所述的筋板為純鈦筋板。
8.—種權利要求1所述的電解二氧化錳用大型全浸沒鈦錳合金塗層陽極板的製備方法，其特徵在於:採用經高溫真空提拉燒結後，形成的中間為純鈦、表面為鈦錳合金塗層的複合陽極條，再經鑄鋁組裝和焊接成權利要求1所述的電解二氧化錳用大型全浸沒鈦錳合金塗層陽極板；其中，所述的鑄鋁組裝是將一組純鈦拉杆的上端用鉚釘與導電銅排鉚接後，倒立著將銅排和鉚接部分用鑄鋁合金包裹住 ，但露出可與電源連接的接電耳或導電卡口 ；所述的焊接組裝是將鈦錳合金塗層的複合陽極條的上下端與純鈦筋板垂直焊接，上端的純鈦筋板再與純鈦拉杆的下端用氬弧焊焊接，焊接時背面用氬氣保護罩充氬保護，正面用氬弧焊焊接。
9.一種權利要求2所述的電解二氧化錳用大型全浸沒鈦錳合金塗層陽極板的製備方法，其特徵在於:採用經高溫真空提拉燒結後，形成的中間為純鈦、表面為鈦錳合金塗層的複合陽極條，再經鑄鋁梁組裝和焊接成權利要求2所述的電解二氧化錳用大型全浸沒鈦錳合金塗層陽極板；其中，所述的鑄鋁組裝是將一個「U」型彎制的鈦銅複合棒的上端與導電銅排焊接，再將一組純鈦拉杆的下端與鈦銅複合棒焊接後，倒立著將鈦銅複合棒的上端、純鈦拉杆的上端和導電銅排用鑄鋁合金包裹住，但露出可與電源連接的接電耳或導電卡口 ；所述的焊接組裝是將鈦錳陽極條的上端與鈦銅複合棒、下端與純鈦筋板垂直焊接，焊接時背面用氬氣保護罩充氬保護，正面用氬弧焊焊接。
10.根據權利要求8或9所述的電解二氧化錳用鈦錳陽極板的製備方法，其特徵在於:所述的鈦錳合金塗層的複合陽極條提拉燒結為平板或波形杆；優選的波形杆是梯形、圓弧形、W型或NW組合型杆；所述鈦錳合金塗層的複合陽極條製作時，在焊接的兩端留15 50mm段長不 做塗層。
全文摘要
一種電解二氧化錳用大型全浸沒鈦錳合金塗層陽極板及其製備方法，由鑄鋁梁、拉杆單元、陽極條單元和筋板單元相互聯接構成；其中，鑄鋁梁中內置有與電源連接的銅製接電耳或導電卡口及導電銅排；拉杆單元為一整排的鈦拉杆，各鈦拉杆的上端與導電銅排聯接；陽極單元包括有一組鈦錳合金塗層陽極條，各鈦錳合金塗層陽極條的下端與底部筋板聯接，各鈦錳合金塗層陽極條的上端通過一頂部筋板與一排鈦拉杆聯接。其用於二氧化錳電解，除具有小型鈦錳合金塗層陽極板的極強抗鈍化性外，還可減少電解時氣液界面處生成的低價錳氧化物，有效提高二氧化錳產品的性能，降低電耗，電解出槽卸料後，無須噴砂或反電解處理等去鈍化處理，可直接入槽繼續下一周期的電解。
文檔編號C25B11/10GK103173784SQ20111042896
公開日2013年6月26日 申請日期2011年12月20日 優先權日2011年12月20日
發明者沈化森, 張恆 申請人:北京有色金屬研究總院