[发明专利]氧发生用阳极及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于多种工业电解的氧发生用阳极(anode for oxygen generation)及其制造方法；更详细地说，本发明涉及用于工业电解的耐高负荷的氧发生用阳极及其制造方法，所述工业电解包括电解金属箔例如电解铜箔的制造、铝液接触和、连续电镀锌钢板的制造和金属提取。

背景技术

在各种工业电解中经常看到在电解池中混入铅离子。在作为其典型实例的电解铜箔的制造中，铅化合物的混入来源于下列两点，也就是：作为铅合金附着到电解液中作为硫酸铜原材料之一的杂铜中，和在使用DSE(Permelec Electrode Ltd.的注册商标)类电极之前，使用铅-锑电极，当时浸出的铅离子变成硫酸铅颗粒并残留在电解池中。

对于原材料，最好是高纯度的电解铜，但在实际方法中，经常使用为回收的产品的杂铜。通过使用浓硫酸作为浸渍液将铜原料以铜离子的形式浸出，或者将该铜原料作为阳极在短时间内强制性地溶出。在阳极溶解时，从复杂形态的包覆金属和其他金属部件中溶出变得容易。在杂铜中，附着蜡材料例如铅焊料，并且随着在硫酸-硫酸铜的电解液中铜的溶出，将包括在蜡材料或其他包层中的其他金属溶出，或者以漂浮颗粒的形式混入。向金属铅的表面形成不溶于水的硫酸铅涂层，因此，铅离子的耐硫酸腐蚀性较高，但是少量的铅离子溶于浓硫酸中，并且，在比溶解时低的温度下和高pH条件下，这种铅离子在电解液中作为硫酸铅的微粒结晶并漂浮。

况且，硫酸铅PbSO₄是不溶于水的盐，其中溶解度积是1.06×10^-8mol/L(18℃)，并且在10％硫酸和25℃下的溶解度是极小的，为大约7mg/L。

此外，铜的标准电极电势高，在贵金属之后(Cu²⁺+2e^-→Cu：+0.342V vs.SHE)，并且与贱金属例如铅等相比的电势差大(Pb²⁺+2e^-→Pb：-0.126V vs.SHE)，并且由于铜在电镀中的过电压也是低的，没有氢气析出，也没有与其他贱金属的共晶。这就是可以使用杂铜作为原材料的原因。

然而，例如铅离子Pb²⁺或铅化合物PbSO₄的漂浮微粒对电解用电极和为电解产物的电解铜箔的影响不可轻视。

即，在电解用电极(阳极)中，如果发生电解，铅离子Pb²⁺在酸性溶液中被氧化成铅-β-PbO₂，并电镀到电极(阳极)催化剂的表面(Pb²⁺/PbO₂：pH＝接近0，E₀＝大约1.47V vs.SHE)(精确地是1.459+0.0295p(Pb²⁺)-0.1182pH)。因为氧化的铅-β-PbO₂具有小的电极催化剂功能，电极的全部表面被其覆盖，尽管电极电势增加，但电解持续地发生，并且因为涂层来保护电极而使电极寿命延长，但是如果其被部分剥离，催化剂活性高的初始电极催化剂层暴露，因此，它的电解电流增加，导致在相对的阴极辊(cathode drum)上生长的铜箔的箔厚度不均。

此外，电解停止且电极继续浸渍在电解液中，通过局部电池作用，对应于痕量氧发生的氧化反应，氧化铅容易还原为不具备电极催化剂作用的硫酸铅PbSO₄(PbSO₄+2H₂O＝PbO₂+HSO₄^-+3H⁺+2e^-：在pH＝接近0、E₀＝大约1.62V vs.SHE下)(精确地是1.632-0.0886pH-0.0295p(HSO₄^-))，因而在电解后出现电解电压升高的问题。

此外，还发生下列问题：漂浮在电解液中的PbSO₄微粒附着到电解铜箔的表面，并被牵连到电解铜箔的辊中。

近年来从环境的观点出发，在电解液的原材料、设备和废弃物等所有方面，要制造无铅物的意识正在增加。然而，在无铅焊锡渗透之后，到替换为无铅的杂铜存在延后的时间，且在成本的观点中，据预测现在与铅离子的共存会持续一段时间。因此，在电解用电极中，必须尽可能地降低铅离子如上所述的影响。