一種有色金屬電積用新型陽極材料的製備方法
2024-02-07 20:03:15
專利名稱：一種有色金屬電積用新型陽極材料的製備方法
技術領域：
本發明涉及一種有色金屬電積用新型陽極材料的製備方法。
背景技術：
在整個工業生產中冶金工業仍然是耗能大戶，生產能耗高，其主要單位能耗平均比國外先進水平高40%。在有色金屬的冶煉過程中，大約80%以上的鋅是由溼法冶金技術提取的。在溼法煉鋅過程中，電積工序耗用整個鋅提取過程2/3的能耗，溼法煉鋅的生產能耗為3800 4200kwh/t. Zn，以2007年全國年產500萬噸鋅計，電耗為203億千瓦時，佔全國工業總用電量的0. 64 0. 75%。尤其是在當前全球經濟蕭條的情況下，對降低冶金工業能耗，提高企業自主創新能力和升級換代產業結構具有重要意義，一是緩解了我國能源緊張的局面，二是在礦產資源大量開採而儲量減少、礦石品位降低、價格上漲、相應的開採加工成本增加，且產品價格嚴重下降的形勢下增加了企業的競爭優勢。
目前，電解工業使用的陽極是鈦鍍鉬和燒結鉬電極、二氧化鉛電極、鈦基氧化物塗層電極、石墨電極、鉛及鉛合金電極等。但是，在這些電極中，金屬鉬及其合金價格昂貴，並在高電流密度下使用時消耗顯著；鉛氧化物電極製造困難，鍍層極易產生孔蝕，使得耐蝕性差；鈦基表面塗覆貴金屬或其氧化物，這種陽極存在以下不足(1)電極成本高，( 壽命短，其原因是由於電解生產中貴金屬塗層溶解和基體鈦的飩化，通過改進人們普遍使用塗覆中間塗層予以防止，但不能根本解決問題，( 在電積溶液中，雜質離子(Mn2+)氧化後以氧化物態在陽極的沉積降低了塗覆貴金屬的作用。由於上述原因，目前工業使用的陽極在工業中的應用受到一定限制。石墨電極消耗大，過電位高，因此，都未得到普遍應用。鉛和鉛合金陽極具有成型容易、在硫酸介質中較穩定、製造成本低等優點，目前在有色金屬工業生產中得到廣泛應用。但是，鉛及鉛基合金陽極存在析氧過電位高(接近IV)和表面鈍化膜不緻密、電解過程中吸附大量不導電二氧化錳等缺點，導致電解槽電壓高(如鋅電積為 3. 2 3. 8V)，電積過程電流效率低(75 90% )，能耗高(如鋅電積為3200 3800千瓦時/噸)，陽極壽命短(6 12月)，陽極鉛的腐蝕產物易進入陰極產品，影響陰極產品質量等缺點。
I. Ivanov綜述了不同的鉛基合金陽極的耐蝕和電催化性能。結果發現鉛合金中含有Ag、Co和Tl元素的陽極具有最好的耐蝕性能，這是由於這些元素具有很好的導電性而使得陽極電解時的電流密度或電勢降低；相比其他的鉛基合金陽極，摻雜Ag和Co的鉛基合金陽極具有最低析氧過電位和最好的耐蝕性。
Rashkov和Dobrev等人研究發現Pb_0. 5% Co陽極具有和Pb_l% Ag陽極相同的耐腐蝕性，而且I^b-O. 5% Co陽極的析氧過電位低於Ag陽極；Co含量為3%時，陽極析氧過電位比% Ag陽極低0. 08 0. IV。但是鈷在鉛熔體中熔點極微，根據H. Schenck 的測定，1550°C的富鉛液相中鈷含量僅為0. 33%，這就極大地限制了它的應用。所以有必要採用其他的中間合金來提高Co的含量。
發明內容
本發明的目的是為了克服上述現有技術的存在的缺點，提供一種有色金屬電積用新型陽極材料的製備方法，所獲得電解有色金屬用低銀鉛合金多元陽極材料，具有電催化活性好、耐腐蝕性強和電極壽命長的優點。
本發明通過以下技術方案來實現 一種有色金屬電積用新型陽極材料的製備方法，所述的陽極材料為低銀鉛鈷錫鈣銻多元合金陽極組成，由如下重量百分比成份製備銀0. 1 0.2%，鈷0.05 0. 1%，錫 0. 1 0. 5%，鈣0. 05 0. 09%，銻0. 1 1%，餘量為鉛。
製作的工藝流程如下在中頻爐內將鉛在320 360°C熔化，按銀0. 1 0. 2%加入銀鈷和錫鈷中間合金，待1000°c左右熔化後再加入鉛鈣中間合金、銻塊以及餘量鉛，攪拌至少IOmin後靜置5min，除去浮渣，澆注成毛坯合金板，冷卻後軋制，再通過增表處理，校平、剪切成所要求尺寸的合金陽極。
所述的銀鈷中間合金採用真空冶金方法熔化成含鈷20%的銀鈷合金。
所述的錫鈷中間合金採用電鍍合金的方式製備含鈷20-40%的錫鈷合金，其製備工藝配方和條件如下錫酸鈉50 60g/L,醋酸鈷4 6g/L，酒石酸鉀鈉100 140g/L, 檸檬酸銨10 15g/L，pH7. 5，陽極為鈦板，溫度55°C，陰極電流密度lA/dm2，時間為15 60mino 所述的鉛鈣中間合金採用真空冶金方法熔化為含鈣5%的鉛鈣合金。
所述的鉛合金液澆注方式是將合金液澆入快速水冷模具中，冷卻至室溫。
所述的鉛合金板經過增表處理後，花紋深度0. 3 0. 5毫米，花紋寬度1. 0 2. 0
毫 上述製作工藝流程均為重量百分比。
本發明相比現有技術具有如下優點 1、由於變質劑銀和鈷都可以提高鉛合金的耐蝕性和降低電解過程中的槽電壓；摻雜Ag和Co起到協同的作用，能使鉛基合金陽極具有最低析氧過電位和最好的耐蝕性。
2、銀鈷和鉛鈣中間合金採用真空冶煉的方法是為了降低鈣及貴金屬的燒損。
3、採用快速冷卻技術製備鉛基多元合金，快速冷卻使得合金材料正常的脫溶過程沒有時間發生，在液態時能溶於另一物質中，在固態時一般不溶，這樣就製得了所有元素的均勻混合物，使得合金的耐蝕性大大提高，且性能均一。
4、不論是任何一種合金添加元素，都是作為變質劑，其目的就是細化鉛合金的晶粒，增加鉛板的機械強度和硬度，使鉛板在其表面形成一層緻密的二氧化鉛膜，增強合金的耐腐蝕性能。
5、採用本發明製得的新型陽極材料具有優良的機械性能和抗腐蝕性能，並且在溼法電積鋅、銅、鎳等電冶金過程中能大幅度降低電解過程的槽電壓和能耗。
具體實施例方式實施例1 一種電解有色金屬新型陽極材料，所述的陽極材料為低銀鉛鈷錫鈣銻多元合金陽極組成，各組份的重量百分比為銀0. 15 %，鈷0. 06 %，錫0. 2 %，鈣0. 06 %，銻0. 3 %，餘量為鉛。其鉛板加工成220mmX 140mmX 8mm試樣。
製造方法步驟如下 A、純度為99. 9%的鉛塊在340°C熔化，熔化後快速升溫到900 1000°C分別加入銀鈷、錫鈷中間合金，攪拌均勻，待熔化後再加入部分鉛，待溫度550°C後，加入鉛鈣中間合金和銻塊以及餘量鉛。
B、將所得的鉛合金液充分攪拌30min後，靜置5min，撈渣，澆注，轉入快速水冷裝置中，得到毛坯合金板，軋制，然後經過增表處理後，使鉛合金板的花紋深度0. 3 0. 5毫米，花紋寬度1. 0 2. 0毫米，最後通過校平，剪切的得到成品板。
將上述低銀鉛合金多元陽極板在電積鋅鍍液體系(Zn2+50g/L，H2S04150g/L, Mn2+5g/L，溫度為35°C )應用中，與傳統的鉛合金陽極板相比，該低銀鉛合金多元陽極的強度提高36%，槽電壓降低12%，腐蝕率減少35%。這對節能省電，減少鉛陽極的消耗有顯著的作用。
實施例2 一種電解有色金屬新型陽極材料，所述的陽極材料為低銀-鉛鈷錫鈣銻多元合金陽極組成，各組份的重量百分比為銀0. 1%，鈷0.08%，錫0. 1%，鈣0.07%，銻0. 1%，餘量為鉛。其鉛板加工成220mmX 140mmX 8mm試樣。
製造方法包括如下步驟 A、純度為99. 9%的鉛塊在340°C熔化，熔化後快速升溫到900 1000°C分別加入銀鈷、錫鈷中間合金，攪拌均勻，待熔化後再加入部分鉛，待溫度550°C後，加入鉛鈣中間合金和銻塊以及餘量鉛。
B、將所得的鉛合金液充分攪拌40min後，靜置5min，撈渣，澆注，轉入快速水冷裝置中，得到毛坯合金板，軋制，然後經過增表處理後，使鉛合金板的花紋深度0. 3 0. 5毫米，花紋寬度1. 0 2. 0毫米，最後通過校平，剪切的得到成品板。
將上述低銀鉛合金多元陽極板，在電積銅鍍液體系(Cu2+40g/L，&S04180g/L，溫度為60°C )應用中，與傳統的鉛合金陽極板相比，該低銀鉛合金多元陽極的強度提高32%，槽電壓降低18%，腐蝕率減少38%。
權利要求
1.一種有色金屬電積用新型陽極材料的製備方法，其特徵在於由如下重量百分比的成份製備銀0. 1 0. 2%，鈷0. 05 0. 1%，錫0. 1 0. 5 %，鈣0. 05 0. 09%，銻0. 1 1%，餘量為鉛，製備工藝流程是將鉛熔化後按銀0. 1 0. 2%加入銀鈷和錫鈷中間合金，待熔化後再加入鉛鈣中間合金、銻塊以及餘量鉛，攪拌至少IOmin後靜置5min，除去浮渣，澆注成毛坯合金板，冷卻後軋制，鉛合金板再通過增表處理，校平、剪切成所要求尺寸的合金陽極。
2.如權利要求1所述的一種有色金屬電積用新型陽極材料的製備方法，其特徵在於 銀鈷中間合金是採用真空冶金方法熔煉成含鈷20%的銀鈷合金。
3.如權利要求1所述的一種有色金屬電積用新型陽極材料的製備方法，其特徵在於 錫鈷中間合金是採用電鍍合金的方式製備成含鈷20-40%的錫鈷合金，製備工藝配方和條件如下錫酸鈉50 60g/L，醋酸鈷4 6g/L，酒石酸鉀鈉100 140g/L，檸檬酸銨10 15g/L，ρΗ7· 5，陽極為鈦板，溫度55°C，陰極電流密度lA/dm2，時間為15 60min。
4.如權利要求1所述的一種有色金屬電積用新型陽極材料的製備方法，其特徵在於 鉛鈣中間合金是採用真空冶金方法熔煉為含鈣5%的鉛鈣合金。
5.如權利要求1所述的一種有色金屬電積用新型陽極材料的製備方法，其特徵在於 鉛合金液澆注方式是將合金液澆入快速水冷模具中，冷卻至室溫。
6.如權利要求1所述的一種有色金屬電積用新型陽極材料的製備方法，其特徵在於 鉛合金板經過增表處理成表面的花紋深度0. 3 0. 5毫米，花紋寬度1. 0 2. 0毫米。
全文摘要
一種有色金屬電積用新型陽極材料的製備方法，其特徵在於由如下重量百分比的成份製備銀0.1~0.2%,鈷0.05~0.1%,錫0.1~0.5%,鈣0.05~0.09%,銻0.1~1%,餘量為鉛，製備工藝流程是將鉛熔化後按銀0.1~0.2%加入銀鈷和錫鈷中間合金，待熔化後再加入鉛鈣中間合金、銻塊以及餘量鉛，攪拌至少10min後靜置5min，除去浮渣，澆注成毛坯合金板，冷卻後軋制，鉛合金板再通過增表處理，校平、剪切成所要求尺寸的合金陽極，採用本發明製得的新型陽極具有優良的機械性能和抗腐蝕性能，並且在溼法電積鋅、銅、鎳等電冶金過程中能大幅度降低電解過程的槽電壓和能耗。
文檔編號B22D27/04GK102206838SQ20111010169
公開日2011年10月5日 申請日期2011年4月22日 優先權日2011年4月22日
發明者郭忠誠, 陳步明 申請人:昆明理工恆達科技有限公司