一種電沉積鋅用稀土合金陽極及其製備方法與流程
2023-10-09 10:16:14
本發明屬於有色金屬運用領域，具體地說，涉及一種電沉積鋅用稀土合金陽極及其製備方法。
背景技術：
隨著環保節能指標要求的提高，資源綜合回收再利用成為金屬提純的發展趨勢。電沉積鋅原料成分呈現複雜化，電沉積鋅溶液中雜質難以開路，有害元素不斷升高，影響電沉積鋅能耗及析出鋅產品質量的陽極材料起到了關鍵作用。電沉積鋅冶煉企業要求陽極板陽極耐腐蝕、導電性好、機械強度高、使用周期長、成本更加低廉。
長期以來，電沉積鋅陽極廣泛採用的是pb-ag二元合金，ag含量為0.75%-1.2%，此種陽極板存在問題是：（1）pb-ag二元合金陽極金屬ag的加入量推高了陽極成本；（2）氧過電位高，能耗高；（3）強度低，易變形引起碰電短路，影響電效；（4）易腐蝕使用周期短，產生的鉛在負極沉積影響陰極鋅品質。目前，電沉積鋅陽極的研究主要有兩個方向，一是摒棄鉛，探索新型非鉛基陽極，如鋁基陽極、鈦基陽極、塑料基陽極、不鏽鋼基陽極等；二是沿用鉛，通過合金化、塗層活化及物理方法對鉛銀陽極性能進行改進。現有資料和文獻中對鉛基稀土合金陽極的製備、性能方面的研究和探討也有所報導，現有的製備方法多選用在真空爐中進行，稀土元素的化學成分選擇、用量的不同對鉛基合金形成存在差異化。
因此，有必要尋求開發一種高強度、耐腐蝕、低析氧過電位的新型陽極以及與其匹配的製備方法。
技術實現要素：
為了克服背景技術中存在的問題，本發明提供了一種電沉積鋅用稀土合金陽極及其製備方法，在pb-ag二元合金的基礎上選擇性添加有細化晶粒、活化陽極性能的稀土，並採用密閉式上進下出的澆鑄工藝，以極少量的稀土投入，達到鋅電解陽極要求，確保成品中稀土有效成分達到要求，實現鉛基稀土合金陽極產業化生產和規模化應用。
為達到上述目的，本發明是按照以下技術方案實施的：
一種電沉積鋅用稀土合金陽極，所述的電沉積鋅用稀土合金陽極各組分按重量百分比計為：稀土0.001～0.05%，銀0.2～0.5%，餘量為鉛。
一種電沉積鋅用稀土合金陽極的製備方法，具體步驟為：
1）將鉛錠投入工頻爐內熔化，溫度達到500℃時撈渣；
2）當熔煉溫度升溫至600℃時，投入預製的鉛-銀母合金，熔煉5～10min；
3）在工頻爐中加入碳粉覆蓋劑，覆蓋劑厚度為10～15㎜，粒度為80～100目；
4）當熔體溫度達到650℃時，用鐘罩加入稀土母合金，採用電磁或機械攪拌10min，且攪拌過程不升溫；
5）採用密閉式上進、下出定容澆鑄，溫度控制在500℃，澆鑄、冷卻快速完成；
6）毛坯澆鑄後經軋制、焊接即得稀土合金陽極。
作為優選，所述的預製鉛-銀母合金中銀佔25～30%，其餘為鉛，其製備方法為：在工頻爐內投入鉛，升溫至600℃時加入銀，且不斷攪拌，熔煉30分鐘後澆鑄錠。
作為優選，所述的稀土母合金中稀土佔3～7%，其餘為鉛，其製備方法為：在真空爐內投入鉛後升溫，溫度達到1050℃時，投入稀土，抽真空後熔煉20min，然後澆鑄錠。
所述的稀土選自pr、sc、y、la、ce、nd、pm、sm、eu中的一種或多種。
本發明的有益效果：本發明在pb-ag二元合金的基礎上選擇性添加有細化晶粒、活化陽極性能的稀土，與傳統pb-ag合金陽極相比，陽極析氧過電位降低100mv以上，電積鋅電效提升至90%；稀土的加入細化了晶粒、增強了機械強度，耐腐蝕性能增強，陰極0#鋅品級達100%，銀含量由1%降至0.5%以下，使用周期長達3-5年；採用密閉式上進下出的澆鑄工藝，稀土投入少，燒損小，可大大降低電積鋅成本，在有色金屬電沉積領域具有較高的推廣實用價值。
具體實施方式
實施例1
一種電沉積鋅用稀土合金陽極，各組分按重量百分比計為：稀土0.001%，銀0.5%，餘量為鉛。
預製鉛-銀母合金的製備：在工頻爐內投入5㎏銀，升溫至600℃時加入15㎏鉛，且不斷攪拌，熔煉30分鐘後澆鑄錠。
稀土母合金的製備：在真空爐內投入0.32㎏鉛後升溫，溫度達到1050℃時，投入0.01㎏稀土，抽真空後熔煉20min，然後澆鑄錠。
一種電沉積鋅用稀土合金陽極的製備方法，具體步驟為：
1）將979.67㎏鉛錠投入工頻爐內熔化，溫度達到500℃時撈渣；
2）當熔煉溫度升溫至600℃時，投入預製的鉛-銀母合金，熔煉10min；
3）再在工頻爐中加入碳粉覆蓋劑，覆蓋劑厚度為10㎜，粒度為80～100目；
4）當熔體溫度達到650℃時，用鐘罩加入稀土母合金，採用電磁或機械攪拌10min，且攪拌過程不升溫；
5）採用密閉式上進、下出定容澆鑄，溫度控制在500℃，澆鑄、冷卻快速完成，澆鑄後毛坯採用自然放置時效；
6）毛坯澆鑄後時效期達到時，經軋機正向、橫向9～11道次軋制，經衝孔裁邊後，與陽極梁焊接即得稀土合金陽極。
實施例2
一種電沉積鋅用稀土合金陽極，各組分按重量百分比計為：稀土0.01%，銀0.3%，餘量為鉛。
預製鉛-銀母合金的製備：在工頻爐內投入3㎏銀，升溫至600℃時加入7㎏鉛，且不斷攪拌，熔煉30分鐘後澆鑄錠。
稀土母合金的製備：在真空爐內投入1.9㎏鉛後升溫，溫度達到1050℃時，投入0.1㎏稀土，抽真空後熔煉20min，然後澆鑄錠。
一種電沉積鋅用稀土合金陽極的製備方法，具體步驟為：
1）將988㎏鉛錠投入工頻爐內熔化，溫度達到500℃時撈渣；
2）當熔煉溫度升溫至600℃時，投入預製的鉛-銀母合金，熔煉8min；
3）在工頻爐中加入碳粉覆蓋劑，覆蓋劑厚度為15㎜，粒度為80～100目；
4）當熔體溫度達到650℃時，用鐘罩加入稀土母合金，採用電磁或機械攪拌10min，且攪拌過程不升溫；
5）採用密閉式上進、下出定容澆鑄，溫度控制在500℃，澆鑄、冷卻快速完成，澆鑄後毛坯採用自然放置時效；
6）毛坯澆鑄後時效期達到時，經軋機正向、橫向9～11道次軋制，經衝孔裁邊後，與陽極梁焊接即得稀土合金陽極。
實施例3
一種電沉積鋅用稀土合金陽極，各組分按重量百分比計為：稀土0.05%，銀0.2%，餘量為鉛。
預製鉛-銀母合金的製備：在工頻爐內投入2㎏銀，升溫至600℃時加入6㎏鉛，且不斷攪拌，熔煉30分鐘後澆鑄錠。
稀土母合金的製備：在真空爐內投入6.64㎏鉛後升溫，溫度達到1050℃時，投入0.5㎏稀土，抽真空後熔煉20min，然後澆鑄錠。
一種電沉積鋅用稀土合金陽極的製備方法，具體步驟為：
1）將984.86㎏鉛錠投入工頻爐內熔化，溫度達到500℃時撈渣；
2）當熔煉溫度升溫至600℃時，投入預製的鉛-銀母合金，熔煉5min；
3）在工頻爐中加入碳粉覆蓋劑，覆蓋劑厚度為12㎜，粒度為80～100目；
4）當熔體溫度達到650℃時，用鐘罩加入稀土母合金，採用電磁或機械攪拌10min，且攪拌過程不升溫；
5）採用密閉式上進、下出定容澆鑄，溫度控制在500℃，澆鑄、冷卻快速完成，澆鑄後毛坯採用自然放置時效；
6）毛坯澆鑄後時效期達到時，經軋機正向、橫向9～11道次軋制，經衝孔裁邊後，與陽極梁焊接即得稀土合金陽極。
本發明在pb-ag二元合金的基礎上選擇性添加有細化晶粒、活化陽極性能的稀土，與傳統pb-ag合金陽極相比，陽極析氧過電位降低100mv以上，電積鋅電效能提升至90%；陽極板機械性能提高30%，耐腐蝕性能增強；陰極0#鋅品級率達100%；銀含量由1%降至0.5%以下，陽極使用周期長達3-5年；本發明通過改進澆鑄工藝，使用普通的工頻爐，利用碳粉還原性強、遇高溫與氧發生還原反應的特性，減少稀土金屬氧化燒損的問題，以極少量的稀土投入，生產出高品質的陽極板，可大大降低電積鋅成本，在有色金屬電沉積領域具有較高的推廣實用價值。
最後說明的是，以上優選實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，儘管通過上述優選實施例已經對本發明進行了詳細的描述，但本領域技術人員應當理解，可以在形式上和細節上對其作出各種各樣的改變，而不偏離本發明權利要求書所限定的範圍。