專利名稱：一種有色金屬電積用節(jié)能陽極的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于濕法冶金領域，特別涉及有色金屬電積用陽極。
技術背景在銅、鋅、錳、鎳、鈷、鉻等金屬的濕法冶煉過程中，電沉積是整個工 藝的主要耗能工序，陽極是電沉積工序的關鍵部件之一，其材料的選擇不僅 直接影響電能消耗、電極壽命，還影響陰極產(chǎn)品質量。 一般情況下電極材料 必需滿足以下要求導電性好，耐腐蝕性強，機械強度和加工性能好，對電 極反應具有良好的電催化作用。目前，電解工業(yè)使用的陽極有鉑(鈦鍍鉑、燒 結鉑)電極、二氧化鉛電極、鈦基氧化物涂層電極、磁性氧化鐵電極、石墨電 極、鉛及鉛基合金電極等。但是，在這些電極中，金屬鉑及其合金價格昂貴， 并且在高電流密度下使用時消耗顯著；鉛氧化物電極制造困難，耐腐蝕性差； 鈦基氧化物涂層電極沒有從根本上解決鈦基體的鈍化，使用壽命短；磁性氧 化鐵電極力學性能差，難以大型化；石墨電極消耗大，過電位高，因此，都 未能得到普遍應用。鉛和以鉛為主要成分的合金陽極具有成型容易、在硫酸 介質中較穩(wěn)定等優(yōu)點，目前在有色金屬工業(yè)生產(chǎn)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1V)和表面鈍化膜不致密等缺點， 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(chǎn)物易進入陰極產(chǎn)品，影響陰極產(chǎn)品質量等缺點。
發(fā)明內(nèi)容
\本發(fā)明針對有色金屬電積過程陽極析氧過電位高、能耗高和陰極產(chǎn)品中 鉛污染嚴重等問題，提供一種新型結構的有色金屬電積用節(jié)能陽極，該類結 構的陽極具有低陽極過電位、耐腐蝕、壽命長、質量輕、制造簡便并具有足 夠強度的特點。本發(fā)明結構特征在于由導電金屬基板和至少一塊具有多孔結構的金屬層 組成的復合結構，多孔結構金屬層以單塊或多塊的方式通過面接觸連接在導 電金屬基板的任意一側或兩側，也可以單塊或多塊方式嵌入導電金屬基板。這種陽極結構可優(yōu)選為框架式、三明治式或板柵式。其中雙層式陽極是多孔 金屬層2鑲嵌在導電金屬基板1內(nèi)形成的復合結構；三明治式陽極是由導電 金屬基板1為中間層，多孔金屬層2分布其兩側形成的復合結構；板柵式陽 極是由導電金屬基板1為板柵，多孔金屬層2鑲嵌在板柵內(nèi)形成的復合結構。導電金屬基板可以是金屬鉛或鉛基合金Pb-Me，其中，合金元素Me是 Ag、 Ca、 Sn、 Sr、 Sb、 Ti、 Al、 Zn、 Ce、 Ba中的至少一種，合金元素含量可 0-50wt.%，厚度為0.5mm 8mm。多孔金屬層可以是金屬鉛或鉛基合金 Pb-Me'，其中，Me'可為Ag、 Ca、 Sn、 Sr、 Sb、 Ti、 Al、 Zn、 Ce、 Ba、 Tl、 Si、 Mn、 Co、 Fe中的至少一種，，其含量可為0.01wt.% 49.9wt.%，厚度為 0.01mm 10mm，孔隙率為5% 85%，孔徑為0.01 5mm。本發(fā)明可以降低陽極真實電流密度，減小電化學極化，降低析氧過電位， 節(jié)約能耗，提高電流效率。當用于銅、鋅、錳、鎳、鈷、鉻等的電積時，陽 極析氧過電位可降低50 180mV，電流效率提高1 10%。可以減小陽極的蠕 變和變形，使表面形成的氧化膜更為致密，降低陽極腐蝕速率，提高電積產(chǎn) 品的質量。在三相界面處形成的彎月面液膜更薄，增大極限擴散電流密度， 減小濃差極化，改善電解液的擴散傳質。能充分利用現(xiàn)有陽極，無需改變槽 結構，不影響工藝流程，制備成本低，投資少。


圖1:框架式陽極結構示意圖； 圖2:三明治式陽極結構示意圖； 圖3:板柵式陽極結構示意圖。 圖中標號1.導電金屬基板；2.多孔金屬層具體實施方式
下面結合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步的詳細說明。 實施例1:如圖1所示，以框架式結構作為銅電積陽極時，其中導電金屬基板為純Pb，厚度為lmm;多孔金屬層為Pb-Ca-Sn合金，厚度為0.5mm，孔隙率為 10%，孔徑為0.1 0.2mm， Ca含量為0.12wt.%， Sn含量為lwt.% 。導電金 屬基板與多孔金屬層以冶金狀態(tài)結合，以消除接觸電阻。該結構陽極與不銹 鋼陰極結合，在電解液成分為120g/LH2SO4， 45g/LCu2+，溫度為25士0.5。C， 電流密度為250A/n^條件下電解時，陽極析氧過電為600mv，與現(xiàn)行工業(yè)應用的Pb基合金陽極的析氧過電位比較，降低約60mV。 實施例2:如圖2所示，以三明治式結構作為鋅電積陽極時，其中導電金屬基板為 Pb-Ag合金，厚度為3mm， Ag含量為0.3wt.% ;兩側多孔金屬層為Pb-Ag-Ca-Sr 四元合金，厚度為2mm，孔隙率為50%，孔徑為0.7 0.9mm， Ag、 Ca、 Sr 含量分別為0.3wt.%、 0.03wt.°/。、 0.03wt.%。導電金屬基板與兩側多孔金屬層 以冶金狀態(tài)結合，以消除接觸電阻。該結構陽極與鋁陰極結合，在電解液成 分為160g/LH2SO4， 60g/LZn2+，溫度為35±0.5°C，電流密度為500A/m2條件 下電解時，陽極析氧過電位為860mv，與現(xiàn)行工業(yè)應用的Pb基合金陽極的析 氧過電位比較，降低約90mV。 實施例3:如圖3所示，以板柵式結構作為錳電積陽極時，其中金屬導電板為Pb-Sn 合金，厚度為6mm， Sn含量為40wt.%;多孔金屬層為Pb-Sb-Sn-Ag四元合金， 厚度為8mm，孔隙率為80%，孔徑為4.1 4.2mm， Sb、 Sn、 Ag含量分別為 lwt.% ， 38wt.%， 0.8wt.%。導電金屬基板與多孔金屬層以冶金狀態(tài)結合， 以消除接觸電阻。該結構陽極與鈦陰極結合，在電解液成分為120g/L (NH4)2S04， 17g/LMn2+， PH值為7，溫度為40"C，電流密度為800A/m2條件 下電解時，陽極析氧過電位為980nw，與現(xiàn)行工業(yè)應用的Pb基合金陽極的析 氧過電位比較，降低約100mV。
權利要求
1. 一種有色金屬電積用節(jié)能陽極，其特征在于由導電金屬基板和至少一塊具有多孔結構的金屬層組成的復合結構，多孔結構金屬層以單塊或多塊的方式通過面接觸連接在導電金屬基板的任意一側或兩側，或嵌入導電金屬基板。
2. 根據(jù)權利要求1所述的有色金屬電積用節(jié)能陽極，其特征在于所述 多孔結構金屬層組成的復合結構是框架式的，即多孔金屬層鑲嵌在導電金屬 基板內(nèi)形成的復合結構。
3. 根據(jù)權利要求l所述的有色金屬電積用節(jié)能陽極，其特征在于所述 多孔結構金屬層組成的復合結構是三明治式的，即導電金屬基板為中間層， 多孔金屬層分布于其兩側面形成的復合結構。
4. 根據(jù)權利要求1所述有色金屬電積用節(jié)能陽極，其特征在于所述多 孔結構金屬層組成的復合結構是板柵式的，即多孔金屬層鑲嵌在板柵式導電 金屬基板內(nèi)形成的復合結構。
5. 根據(jù)權利要求l、 2、 3或4所述的有色金屬電積用節(jié)能陽極，其特征 在于導電金屬基板是金屬鉛或鉛基合金Pb-Me，其中合金元素Me是Ag、 Ca、 Sn、 Sr、 Sb、 Ti、 Al、 Zn、 Ce、 Ba中的至少一種；多孔金屬層是金屬鉛 或鉛基合金Pb-Me'，其中Me'為Ag、 Ca、 Sn、 Sr、 Sb、 Ti、 Al、 Zn、 Ce、' Ba、 Tl、 Si、 Mn、 Co、 Fe中的至少一種。
6. 根據(jù)權利要求5所述的有色金屬電積用節(jié)能陽極，其特征在于導電 金屬基板的合金組元Me含量為0 50wt.%，厚度為0.5mm 8mm。
7. 根據(jù)權利要求5所述的有色金屬電積用節(jié)能陽極，其特征在于多孔金屬層的合金組元Me'含量為0.01wt.% 49.9wt.%，厚度為0.01mm 10mm， 孔隙率為5% 85%，孔徑為0.01mm 5mm。
全文摘要
一種有色金屬電積用節(jié)能陽極，其特征在于由金屬導電基板和至少一塊具有多孔結構的金屬層組成的復合結構；其結構為框架式、三明治式、板柵式。本發(fā)明不僅可以有效降低有色金屬電積時陽極的真實電流密度，減小陽極析氧過電位，降低能耗，而且還能夠減輕陽極質量，減小陽極的蠕變和變形，使表面形成的氧化膜更為致密，降低陽極腐蝕速率，延長壽命，提高陰極產(chǎn)品質量。本發(fā)明能充分利用現(xiàn)有陽極，無需改變槽結構，不影響工藝流程，制備成本低，投資少。
文檔編號C25C7/02GK101235521SQ200710034340
公開日2008年8月6日 申請日期2007年1月29日 優(yōu)先權日2007年1月29日
發(fā)明者劉業(yè)翔, 將良興, 劼 李, 田忠良, 衷水平, 賴延清 申請人:中南大學