[发明专利]一种锌电积用梯度功能惰性阳极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锌电积用梯度功能惰性阳极材料及其制备方法，属于复合电沉积、金属基复合材料和湿法冶金电积提取等科学技术领域。

背景技术

在Zn的湿法冶金电积过程中，阳极材料是电积工序的关键部件之一，电极过程的方向和动力学，电解槽的结构型式、电能消耗及阴极产品 质量很大程度上都取决于阳极材料的性能。阳极材料必需满足导电性、机械强度和加工性能好，电催化活性高，耐腐蚀性强，寿命长及成本低等要求。但因电积过程是在硫酸介质中进行，阳极主反应是析氧，新生态氧的氧化能力强加之硫酸的强腐蚀性，只有铅基合金、二氧化铅、磁性氧化铁、铂及铂族金属氧化物等几种惰性阳极材料才能稳定存在。其中，磁性氧化铁析氧过电位较高，脆性大且尺寸受限制；铂及铂族金属氧化物在高电流密度下消耗显著且价格昂贵；钛基PbO₂复合惰性阳极材料曾一度成为研究热点，但β-PbO₂固有的电积畸变产生的内应力导致沉积层与基体结合力不佳，同时PbO₂的氧化效应易使钛基体钝化引起导电困难，只是停留在实验室研究阶段；Pb-(0.5～1)wt%Ag合金惰性阳极材料具有易成型且在硫酸介质中电催化活性较高等特点，被广泛应用于Zn的电积提取中，但其性能也存在一些需要改进的方面。例如，该阳极材料在高浓度的H₂SO₄电解液中析氧过电位较高，造成无用电耗近1000kWh/t·Zn，占Zn电积总电耗的30%左右。以上因素的存在导致锌电积过程槽电压较高，电流效率较低，直流电耗较高及阳极溶解污染电解液导致阴极产品质量下降。因此，进一步开发耐腐蚀、高导电、抗变形和长寿命的Zn电积用新型复合惰性阳极材料，已倍受关注。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种锌电积用梯度功能惰性阳极材料及其制备方法，获得耐腐蚀、高导电、抗变形、长寿命和低成本的Pb-(0.2wt%)Ag/Pb-PANI-WC梯度功能惰性阳极材料，用于锌的电积提取过程。

本发明的技术方案是：Pb-(0.2wt%)Ag/Pb-PANI(聚苯胺)-WC(碳化钨)梯度功能惰性阳极材料的总厚度为3.44～3.74mm。其中，Pb-(0.2wt%)Ag合金基体的厚度为3mm，基体表面单侧Pb-PANI-WC沉积层的厚度为0.22～0.37mm，基体表面双侧Pb-PANI-WC沉积层的厚度为0.44～0.74mm。Pb-PANI-WC沉积层的组成为：Pb的质量百分含量在84.64～86.62wt%之间，PANI的质量百分含量在3.69～4.18wt%之间，WC的质量百分含量在9.57～11.18wt%之间。

具体制备步骤经过如下：

（1）将普通电解铅板 (阳极材料)浸入到含有PANI和WC颗粒及Pb²⁺的电解液中，与双脉冲电源的阳极导线连接在一起；

（2）将Pb-Ag合金板(阴极基体)，先经过碱性除油，然后用水清洗两次以上，再经过酸洗，然后再用冷水清洗两次以上，将其浸入到含有PANI和WC颗粒及Pb²⁺的电解液中，与双脉冲电源的阴极导线连接在一起；

（3）步骤（2）电解的同时开启超声分散和机械搅拌分散装置和双脉冲电源，在双脉冲参数下进行电沉积8～12h，之后取出用冷水清洗两次以上后吹干后获得单侧厚度为0.22～0.37mm，双侧厚度为0.44～0.74mm的Pb-PANI-WC沉积层，同时获得总厚度为3.44～3.74mm的Pb-(0.2wt%)Ag/Pb-PANI-WC梯度功能惰性阳极材料。Pb-PANI-WC沉积层的组成为：Pb的质量百分含量在84.64～86.62wt%之间，PANI的质量百分含量在3.69～4.18wt%之间，WC的质量百分含量在9.57～11.18wt%之间。

所述的Pb-Ag合金板，Ag含量为0.2wt%，板材的厚度为3mm。

所述的碱性除油为化学碱性除油，使用的除油液的组成为：氢氧化钠：10～15g/L，碳酸钠：20～30g/L，磷酸三钠：50～70g/L，硅酸钠：10～15g/L。

所述的碱性除油的工艺条件为：除油温度：80～90 ℃，除油时间：4～8min。

所述的酸洗使用的酸为硫酸，浓度为5～10wt%。

所述酸洗的工艺条件为：酸洗温度：室温，酸洗时间：1～3min。