一種多孔鉛合金陽極的制備方法及其應用技術

本發明專利技術提供了一種多孔鉛陽極的制備方法及其應用，所述多孔鉛合金陽極具有三維通孔結構，孔隙率大于50％。所述多孔鉛合金陽極制備方法采用泡沫金屬作為造孔基體并配合特有裝置的滲流法，包括泡沫金屬表面預處理、熔融鉛合金加壓滲流及泡沫金屬的溶出等步驟。本發明專利技術制備的多孔鉛合金陽極具有重量輕、抗蠕變、密度低、陽極過電位低、鉛合金用量少以及操作方便、泡沫金屬廉價易得等優點。此外，本發明專利技術的制備方法可針對不同有色金屬電積來開發相應的陽極，有利于實現大規模工業化。

Method for preparing porous lead alloy anode and application thereof

The invention provides a method for preparing a porous lead anode and the application thereof. The porous lead alloy anode has a three-dimensional through-hole structure with a porosity greater than 50%. The porous lead alloy anode preparation method using metal foam as substrate and method of seepage pore with specific device, including foam metal surface pretreatment, the molten lead alloy pressure seepage and foam metal dissolution steps. The porous lead alloy anode prepared by the invention has the advantages of light weight, low creep resistance, low density, low anodic overpotential, small amount of lead alloy, convenient operation and cheap and easy foamed metal. In addition, the preparation method of the invention can be used for developing the corresponding anode according to the non-ferrous metal electrowinning, and is beneficial for realizing large-scale industrialization.

【技術實現步驟摘要】
一種多孔鉛合金陽極的制備方法及其應用
本專利技術涉及一種多孔鉛合金陽極的制備方法及其應用，屬于濕法冶金

技術介紹
由于濕法冶金具有資源綜合利用率高、過程環保以及對低品位礦適應性強等優點，Cu、Zn、Ni、Co、Cd、Mn等有色金屬通過濕法進行提取占的份額逐漸增大。電沉積是濕法冶煉提取有色金屬工藝過程中的一個重要工序，目前工業上大多采用不溶性的Pb合金作為陽極，但由于鉛密度大、電導率不高以及抗拉強度小，導致現有的Pb合金陽極在使用過程中容易出現蠕變、陽極壓降大\析氧過電位高以及電流效率低等缺陷；另外，有些陽極中還需加入含量較大的銀，這也進一步導致了該種陽極的原料成本高。因此減輕陽極重量、提高陽極導電性與抗拉強度、降低陽極中貴金屬含量對現有濕法冶金技術的提升意義重大。制備新型多孔結構陽極是改善陽極電化學性能的一個有效手段。中國專利文獻201110306156.9先通過浸漬或化學鍍的方式在金屬基體表層預鍍一層過渡金屬層，然后再在預鍍層上進行澆鑄多孔鉛合金。但由于鋁表面很容易形成氧化層，這類方法無法保證預鍍層與鋁基體的長期有效結合，并且該方法的制備流程復雜繁瑣，制備難度較大。中國專利文獻200810031807.6公布了一種反重力滲透法制備多孔陽極的方法，但該方法存在滲流鑄造的質量和生產效率低、所得到的陽極抗拉強度差，對鑄造溫度、充型壓力和粒子預熱溫度的要求苛刻，使用過程繁雜，得到的陽極無法滿足相應的性能要求。
技術實現思路
本專利技術的目的在于克服現有陽極之不足而提供一種陽極過電位低，重量輕，抗蠕變性能好、成本低，所使用的裝置簡單，操作方便，結構簡化的多孔鉛合金陽極的制備方法。本專利技術的另一目的在于提供一種過電位低，重量輕，抗拉強度高、成本低的多孔鉛合金陽極的應用，將其應用作為濕法冶金電沉積工序的陽極。本專利技術的技術方案在于提供一種多孔鉛合金陽極的制備方法，所述多孔鉛合金陽極具有三維通孔結構，制備過程中采用泡沫金屬作為造孔基體，在泡沫金屬基體的三維通孔結構中加壓滲流熔融鉛合金，經空冷后溶出泡沫金屬后得到多孔鉛合金陽極。優選的，滲流過程中使用的滲流裝置包括滲流室、滑動模塊、升溫套筒；滲流室的左右兩側設置滑動模塊，通過滑動模塊在水平方向滑動調節滲流室的空間大小；在滲流室外側包裹升溫套筒；泡沫金屬與鉛合金依次垂直加入滲流室中，且靠近其中的一側滑動模塊豎直排放；向泡沫金屬與鉛合金方向滑動另一側滑動模塊至另一側滑動模塊剛接觸鉛合金。針對現有技術所研制多孔鉛合金陽極存在的流程復雜、效率低、陽極抗拉強度差等方面問題，本專利技術人經反復研究，得到了可解決這些問題的上述技術方案。本專利技術方法是屬于滲流方式，通過配合本專利技術特有的滲流裝置，操作方便，結構簡化，可以協助保證鉛合金滲流完全。本專利技術所使用裝置易于控制，對壓力等的要求并不是很高，只需簡單定位即可操作。本專利技術中采用的泡沫金屬骨架具有相互連通的結構骨架，通過后續的溶出過程，進一步保證泡沫金屬完全溶出。本專利技術采用的泡沫金屬脈絡相對較粗，溶出后制備得到具有強抗拉強度的多用鉛合金。本專利技術裝置中使用升溫套筒，其能夠保證鉛合金和泡沫金屬滲流時溫度相同，極大的減少它們之間的熱交換，更有利于鉛合金的完全滲流。與現有裝置相比，本專利技術的裝置組成簡單(無需連接通氣設備、壓力表等)、易于制作、操作更方便；與CN200810031807的反滲流法不同，本專利技術在水平方向施壓，轉輪轉動距離設定更加精確，能夠更好的調控滲流過程。使用過程中，通過“將泡沫金屬和鉛合金依次垂直加入放入滲流室中，使其與一側滑動模塊相互緊靠”；可進一步保證加壓滲流時的滑動模塊推進距離的精確，“裝料時移動另一側滑動模塊至剛接觸到鉛合金的位置”并以此為轉輪轉動的起點，通過公式：“轉輪轉動的圈數＝所使用泡沫金屬的厚度/轉輪轉動一圈帶動滑動模塊推動的距離”來通過轉輪所需轉動圈數控制終點，這樣通過簡單的距離控制能保證熔融鉛合金滲流完全且不會使泡沫金屬受壓變形。進一步地，溶出過程中，加入無機酸溶出。進一步地，所述無機酸的質量百分數為20-25wt％。進一步地，所述無機酸為鹽酸或硫酸。進一步地，所述滲流室通過升溫套筒升溫。所述滲流裝置進一步包括轉輪；進一步地，所述滑動模塊通過轉輪的轉動實現滑動；本專利技術中，裝置的左右轉輪轉動一圈相應滑動模塊推動一固定距離，因此可根據欲制備的多孔鉛合金陽極的厚度計算出轉輪需轉動的圈數，在使用過程中只需根據轉輪的轉動圈數和滑動模塊推動的位置來協助判斷熔融鉛合金是否滲流完全。進一步地，升溫套筒升溫至350-400℃。進一步地，升溫后保溫5-8min后滑動另一側滑動模塊，減小滲流室空間，使滲流完全且不變形，保持5-10min，然后隨爐冷卻至100-150℃取出。進一步地，所述泡沫金屬和鉛合金的質量比為1:(40-80)。進一步地，取出后進一步溶出，溶出過程在超聲條件下進行，處理時間為6-8h。進一步地，所述滲流室中，與泡沫金屬和鉛合金接觸部分的材料材質為特種不銹鋼。進一步地，所述泡沫金屬選自泡沫鐵、泡沫鋁或泡沫鎳中的一種。進一步地，所述泡沫金屬的孔隙率為80-90％、厚度為8-10mm。進一步地，所述鉛合金的成分包括0-0.5wt％銀、0-0.04wt％稀土元素、0-0.8wt％鈣、0-1wt％錫，其余為鉛。進一步地，對泡沫金屬進行表面預處理，處理過程為：首先，將泡沫金屬置于酒精中超聲，洗滌；然后，將加入堿液中浸泡，最后，用去離子水洗滌、烘干。進一步地，預處理過程中，所用酒精質量百分數為75-99％，酒精中超聲的時間為2-3h。進一步地，所述堿液為氫氧化鈉、碳酸鈉和磷酸鈉混合溶液。進一步地，所述堿液氫氧化鈉的含量為15-20g/L。進一步地，碳酸鈉含量為40-45g/L。進一步地，磷酸鈉含量為35-45g/L。進一步地，所述堿液的溫度為50-60℃，堿液中浸泡時間1-2min。進一步地，本專利技術涉及所制備得到的多孔鉛合金陽極的應用，上述制備方法制備得到的多孔鉛合金陽極應用作為濕法冶金電沉積工序的陽極。本專利技術所使用裝置材料為特種不銹鋼，使用壽命大大增加，不會因鑄造溫度過高而變形出現裂痕。隨爐降溫時，保持滑動模塊的位置，進一步優選降溫速率為5-8℃/min。本專利技術所制備得到的陽極具有低析氧過電位、長使用壽命以及高品質陰極產品的積極效果。①本專利技術所制備得到的陽極的“三維通孔結構”使其實際的反應表面積較傳統平板陽極增大很多倍，從而使陽極的實際電流密度大為降低，根據塔費爾方程η＝a+blogi可知，減小電流密度可實現陽極析氧過電位的降低；②在低電流密度下，電沉積過程中陽極表面所形成氧化膜致密，可有效提高陽極的耐酸腐蝕性能，這樣不僅減少了陽極鉛被腐蝕進入電解液的速率、降低了陰極產品中的鉛含量，而且還有效延長了陽極壽命，且制備方法利用泡沫金屬脈絡粗的特點，所制備得到的多孔陽極的抗拉強度較已有的多孔陽極更大，且陽極壽命更長。本專利技術方法所制備得到的陽極的原材料成本較目前工業上正在使用的陽極大幅降低。本專利技術方法所制備陽極的抗拉強度較目前已有的多孔陽極大幅增加。本專利技術方法所制備得到的多孔陽極的質量較平板陽極有了較大幅度的減輕。本專利技術可以大量節約貴金屬，且泡沫金屬造孔基體廉價易得，相對于現有技術而言，陽極成本可以大大降低。因此，本專利技術與公知技本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種多孔鉛合金陽極的制備方法，其特征在于，所述多孔鉛合金陽極具有三維通孔結構，制備過程中采用泡沫金屬作為造孔基體，在泡沫金屬基體的三維通孔結構中加壓滲流熔融鉛合金，經空冷后溶出泡沫金屬得到多孔鉛合金陽極。

【技術特征摘要】
1.一種多孔鉛合金陽極的制備方法，其特征在于，所述多孔鉛合金陽極具有三維通孔結構，制備過程中采用泡沫金屬作為造孔基體，在泡沫金屬基體的三維通孔結構中加壓滲流熔融鉛合金，經空冷后溶出泡沫金屬得到多孔鉛合金陽極。2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，滲流過程中使用的滲流裝置包括滲流室(203)、滑動模塊(201，207)、升溫套筒(204)；滲流室(203)的左右兩側設置滑動模塊(201，207)，通過滑動模塊(201，207)在水平方向滑動調節滲流室(203)的空間大小；在滲流室(203)外側包裹升溫套筒(204)；泡沫金屬與鉛合金依次垂直加入滲流室(203)中，且靠近其中的一側滑動模塊豎直排放；向泡沫金屬(209)與鉛合金(208)方向滑動另一側滑動模塊至另一側滑動模塊剛接觸鉛合金。3.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，溶出過程中，加入無機酸溶出，所述無機酸的質量百分數為20-25wt％；所述無機酸為鹽酸或硫酸。4.根據權利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述滲流裝置進一步包括轉輪(202，206)；所述滲流室(203)通過升溫套筒(204)升溫；所述滑動模塊(201，207)通過轉輪(202，206)的轉動實現滑動；通過升溫套筒(204)升溫至350-400℃，保溫5-8min后滑動另一側滑動模塊，減小滲流室(203)空間，使滲流完全且不變形，保持5-10...

【專利技術屬性】
技術研發人員：周向陽，楊娟，馬馳原，王輝，龍波，王帥，劉宏專，
申請(專利權)人：中南大學，
類型：發明
國別省市：湖南,43