一種濕法冶金用復(fù)合陽極的制作方法
【專利摘要】一種濕法冶金用復(fù)合陽極，所述陽極由導(dǎo)電芯、包覆層和過渡層組成；所述導(dǎo)電芯由上部用作陽極極耳的導(dǎo)電芯棒與下部導(dǎo)電芯板連為一體構(gòu)成，在所述導(dǎo)電芯表面依次鍍制有過渡層、鑄造有包覆層。導(dǎo)電芯經(jīng)高溫下熔鹽化學(xué)鍍?cè)谄浔砻驽兩弦粚鱼U或鉛合金過渡層，然后一次性澆鑄成復(fù)合平板陽極。本發(fā)明省去了極耳的制備和焊接等工藝步驟，增強(qiáng)了陽極的機(jī)械強(qiáng)度，提高導(dǎo)電能力，減輕陽極重量，延長使用壽命，減少鉛合金用量，進(jìn)而降低陽極原料成本和節(jié)能降耗。本發(fā)明結(jié)構(gòu)合理、強(qiáng)度高、重量輕、導(dǎo)電性能好、使用壽命長，可減少鉛合金用量，降低陽極原料成本和節(jié)能降耗。適于工業(yè)化生產(chǎn)。
【專利說明】—種濕法冶金用復(fù)合陽極
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種濕法冶金用復(fù)合陽極，屬于濕法冶金電沉積設(shè)備【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]濕法冶金具有資源適應(yīng)性強(qiáng)，清潔生產(chǎn)等優(yōu)勢，被廣泛應(yīng)用于Cu、Zn、Mn、N1、Co等金屬的冶煉，電沉積生產(chǎn)金屬過程中鉛合金陽極是主要的陽極材料。由于Pb合金本身的導(dǎo)電率低、質(zhì)軟且密度大，使得傳統(tǒng)的鉛合金陽極在應(yīng)用過程中表現(xiàn)出以下特點(diǎn):1)極板的導(dǎo)電性差、電阻高。一方面使陽極的電阻電壓降高，從而提高槽電壓，增加能耗；另一方面，由于極板面積大(>lm2)，低導(dǎo)電率使極板表面的電流分布不均勻，極板各處極化程度不一，在電解液/空氣交界處的極化程度最高，腐蝕嚴(yán)重，是造成極板“斷頸”的原因之一 ；2)極板的力學(xué)強(qiáng)度不高，再加上極板自身重量大。一方面引起極板蠕變延伸，從而破壞極板表面生成的穩(wěn)定的氧化膜保護(hù)層，增加陽極的腐蝕，從而縮短陽極壽命，降低陰極產(chǎn)品品質(zhì)；另一方面極板易發(fā)生翹曲變形，造成陰陽極短接，使陽極穿孔，陰極燒板，從而嚴(yán)重影響陽極的使用壽命和電解能耗。
[0003]為解決上述問題，有人提出在制備層狀復(fù)合陽極，即在陽極內(nèi)部復(fù)合力學(xué)性能和導(dǎo)電性能更好的其它金屬或合金(在此稱導(dǎo)電芯板)。但都只是在陽極板內(nèi)部機(jī)械嵌入導(dǎo)電芯板，然后再與預(yù)先鑄造好的傳統(tǒng)極耳焊接在一起。這種結(jié)構(gòu)存在以下缺陷:1)導(dǎo)電芯板一般用的材質(zhì)為Al或Ti，與鉛很難形成冶金結(jié)合。機(jī)械的嵌入，一方面無法保證芯板與外層鉛合金的良好電接觸，無法完全發(fā)揮芯板的匯集和傳導(dǎo)電流的作用；另一方面，芯板與外層鉛合金無法形成冶金結(jié)合，使兩層之間易發(fā)生相對(duì)滑移，外層鉛合金依然可能會(huì)發(fā)生蠕變延伸，起不到提高力學(xué)性能的目的。2)導(dǎo)電芯板未與極耳中的導(dǎo)電條(銅棒)直接連接。一方面使得導(dǎo)電芯板匯集的電流仍然需要依靠鉛合金傳導(dǎo)進(jìn)入極耳中的銅棒，從而不能完全發(fā)揮該結(jié)構(gòu)陽極提高極板導(dǎo)電性能、降低極板電阻電壓降的特點(diǎn)；另一方面，由于機(jī)械性能良好的導(dǎo)電芯板未與銅棒直接連接，過渡段的鉛合金在下部極板重力的作用下會(huì)發(fā)生拉伸變形，不能達(dá)到該結(jié)構(gòu)陽極提高極板力學(xué)強(qiáng)度、減少變形的目的。若電解液/空氣界面位于過渡段，則“斷頸”的問題將仍然存在。
[0004]綜上所述，傳統(tǒng)鉛陽極重量大，存在導(dǎo)電率低、質(zhì)軟的缺陷，現(xiàn)有技術(shù)針對(duì)上述問題提出的復(fù)合平板陽極則存在導(dǎo)電芯板與極耳中的導(dǎo)電芯棒不能直接連接，且導(dǎo)電芯板與外層鉛合金無法形成冶金結(jié)合的缺點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)之不足而提供一種結(jié)構(gòu)合理、強(qiáng)度高、重量輕、導(dǎo)電性能好、使用壽命長的濕法冶金用復(fù)合陽極。
[0006] 本發(fā)明的一種濕法冶金用復(fù)合陽極，所述陽極由導(dǎo)電芯、鉛合金包覆層和過渡層組成；所述導(dǎo)電芯由上部用作陽極極耳的導(dǎo)電芯棒與下部導(dǎo)電芯板連為一體構(gòu)成，在所述導(dǎo)電芯表面依次鍍制有過渡層、鑄造有包覆層。[0007]本發(fā)明的一種濕法冶金用復(fù)合陽極，所述導(dǎo)電芯板的材質(zhì)為鋁合金，其形狀為板狀、梳狀、框架狀中的一種。
[0008]本發(fā)明的一種濕法冶金用復(fù)合陽極，所述導(dǎo)電芯棒由鋁、鋁合金、銅、銅合金中的一種構(gòu)成；導(dǎo)電芯板材質(zhì)為招合金。
[0009]本發(fā)明的一種濕法冶金用復(fù)合陽極，所述導(dǎo)電芯棒由鋁或鋁合金構(gòu)成時(shí)，導(dǎo)電芯棒與導(dǎo)電芯板采用鑄造工藝一體成型，或者通過焊接工藝接合成一個(gè)整體。
[0010]本發(fā)明的一種濕法冶金用復(fù)合陽極，所述導(dǎo)電芯棒由銅或銅合金構(gòu)成時(shí)，導(dǎo)電芯棒與導(dǎo)電芯板通過鑄造工藝在銅或銅合金棒外部包覆一層鋁合金一體成型，包覆的鋁合金層的厚度為0.5-2mm。
[0011]本發(fā)明的一種濕法冶金用復(fù)合陽極，所述導(dǎo)電芯棒由銅合金構(gòu)成時(shí)，將導(dǎo)電芯棒卷繞包覆在導(dǎo)電芯板的一端，使導(dǎo)電芯板與導(dǎo)電芯棒形成整體；或?qū)?dǎo)電芯板一端切割成至少2片，然后，以相對(duì)方向?qū)?dǎo)電芯棒卷繞包覆在導(dǎo)電芯板的一端，使導(dǎo)電芯板與導(dǎo)電芯棒形成整體。
[0012]本發(fā)明的一種濕法冶金用復(fù)合陽極，所述導(dǎo)電芯板厚度為1-3_。
[0013]本發(fā)明的一種濕法冶金用復(fù)合陽極，導(dǎo)電芯表面鍍制的過渡層為鉛或鉛合金，厚度為0.1-1mm ;鍍制工藝為熔鹽化學(xué)鍍。
[0014]本發(fā)明的一種濕法冶金用復(fù)合陽極，導(dǎo)電芯表面鑄造的包覆層為鉛合金；鑄造采用反重力鑄造或重力鑄造工藝；所述包覆層厚度為2-6_。
[0015]本發(fā)明的一種 濕法冶金用復(fù)合陽極，所述過渡層的鉛合金與所述包覆層的鉛合金的成分相同或不同。
[0016]本發(fā)明的一種濕法冶金用復(fù)合陽極，所述過渡層的鉛合金以及所述包覆層的鉛合金中的合金元素選自Ca, Sn, Sb, Ag, Sr, Al, Ba, Bi, Nd, La, Ce, Pr, Sm, Eu中的至少一種,質(zhì)量百分含量為0.1%~10%ο
[0017]本發(fā)明由于采用上述結(jié)構(gòu)，陽極由導(dǎo)電芯、過渡層和鉛合金包覆層組成，且導(dǎo)電芯板與極耳內(nèi)的導(dǎo)電棒為一個(gè)整體，形成導(dǎo)電芯；采用熔鹽化學(xué)鍍的方法在導(dǎo)電芯表面鍍上鉛或者鉛合金過渡層，可以有效解決鉛-鋁兩者之間高強(qiáng)度低阻抗結(jié)合問題。將處理好的導(dǎo)電芯在反重力或重力鑄造工藝條件下，一次性澆鑄制備成工業(yè)尺寸的復(fù)合平板陽極。其中極耳與極板為一整體結(jié)構(gòu)，如此導(dǎo)電芯貫穿極耳與極板，提高了陽極的機(jī)械強(qiáng)度和抗蠕變能力，鋁導(dǎo)電芯可以提高導(dǎo)電能力。克服了傳統(tǒng)復(fù)合平板陽極的缺點(diǎn)。
[0018]本發(fā)明復(fù)合陽極與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0019]1、Al基導(dǎo)電芯貫穿極耳與極板，形成一個(gè)完整的導(dǎo)電通路，從而可大大提高陽極的電導(dǎo)率和力學(xué)性能。其中，電導(dǎo)率的提高，可以使陽極電阻電壓降降低，陽極表面的電流分布更加均勻，有利于電極表面極化的均勻，減少陽極腐蝕和陽極電位；而力學(xué)性能的提高，可減少極板的蠕變和變形，從而有利于降低陽極陽極腐蝕率和減少陰陽極短接而造成的陰極燒板和陽極穿孔。兩者的綜合作用，可以延長陽極使用壽命，提高陰極產(chǎn)品品位和降低電解能耗
[0020]2、采用密度輕的Al合金作芯，部分替代密度大的鉛合金，一方面可減少鉛合金的用量，另一方面可減輕陽極重量，從而更便于工人進(jìn)行陽極平整、清理和更換，可大大減少陽極原料成本和降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度[0021]綜上所述，本發(fā)明結(jié)構(gòu)合理、強(qiáng)度高、重量輕、導(dǎo)電性能好、使用壽命長，可減少鉛合金用量，降低陽極原料成本和節(jié)能降耗。適于工業(yè)化生產(chǎn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]附圖1為本發(fā)明復(fù)合電極結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]附圖2為梳狀導(dǎo)電芯板示意圖。
[0024]附圖3為框架狀導(dǎo)電芯板示意圖。
[0025]附圖4為:鋁合金導(dǎo)電芯板卷繞包覆銅棒時(shí)的卷繞方式示意圖。
[0026]附圖5為鋁合金導(dǎo)電芯板卷繞包覆銅棒后形成的導(dǎo)電芯側(cè)視圖。
[0027]圖4中:1-導(dǎo)電芯板；2-鉛合金包覆層；3-導(dǎo)電芯棒。
【具體實(shí)施方式】
[0028]下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0029]實(shí)施例1
[0030]將厚度為2mm的Al-Sn合金導(dǎo)電芯板上部分成8片，對(duì)銅棒進(jìn)行卷繞處理形成導(dǎo)電芯；再將導(dǎo)電芯實(shí)施熔鹽化學(xué)鍍形成厚度為0.5mm的過渡層，過渡層合金為Pb-Ca-Sn，其中Ca含量為0.12wt.%，Sn含量為0.77wt.%。導(dǎo)電芯經(jīng)處理后，經(jīng)反重力鑄造工藝一次性澆鑄成工業(yè)所需新型復(fù)合平板陽極，外包覆層為Pb-Ca-Sn合金，Pb-Ca-Sn合金中Ca-Sn的含量分別為0.12wt.%和0.77wt.%`，包覆層厚度為2mm。與傳統(tǒng)平板陽極相比，所得陽極的極限抗拉強(qiáng)度提高約1.5倍，用直流四端電極法測得其導(dǎo)電率提高約I倍，將該復(fù)合平板陽極用于銅電沉積工序，電沉積工藝參數(shù)為:電解液成分為45g/L的Cu2+，170g/L H2SO4，溫度為45°C，電流密度為240A/m2，24h后測得陰陽極間槽電壓降低約60mV。
[0031]實(shí)施例2
[0032]將厚度為1mm的Al-S1-Mg合金的框架狀導(dǎo)電芯板上部對(duì)銅棒進(jìn)行卷繞處理形成導(dǎo)電芯；再將導(dǎo)電芯實(shí)施熔鹽化學(xué)鍍形成厚度為0.2mm的過渡層，過渡層合金為Pb-RE-Sn，其中RE含量為0.02wt.%，Sn含量為1.2wt.%。導(dǎo)電芯經(jīng)處理后，經(jīng)重力鑄造工藝一次性澆鑄成工業(yè)所需新型復(fù)合平板陽極，外包覆層為Pb-Ag-Ca-Sr合金，Pb-Ag-Ca-Sr合金中Ag、Ca,Sr的含量分別為0.28wt.%、0.15wt.%和0.8wt.%，包覆層厚度為3mm。與傳統(tǒng)平板陽極相t匕，所得陽極的極限抗拉強(qiáng)度提高約1.5倍，用直流四端電極法測得其導(dǎo)電率提高約I倍，將該復(fù)合平板陽極用于鋅電沉積工序，電沉積工藝參數(shù)為:電解液成分60g/L的Zn2+，160g/L H2SO4，溫度為40°C，電流密度為5000A/m2，電解24h后測得槽電壓降低約68mV
[0033]實(shí)施例3
[0034]導(dǎo)電芯為金屬Al,芯板厚度為1.5mm,在模具內(nèi)整體鑄造成型，且導(dǎo)電芯板為梳狀；將導(dǎo)電芯實(shí)施熔鹽化學(xué)鍍形成過渡層，厚度為0.1_，過渡層合金為Pb-Ag(0.4wt.%)合金。導(dǎo)電芯經(jīng)處理后，經(jīng)重力鑄造工藝一次性澆鑄成工業(yè)所需新型復(fù)合平板陽極，外包覆層為Pb-Ag-RE合金，其中Ag含量為0.4wt.%，RE含量為0.05wt.%，包覆層厚度為2.5mm。與傳統(tǒng)平板陽極相比，所得陽極的極限抗拉強(qiáng)度提高約I倍，用直流四端電極法測得其導(dǎo)電率提高約0.8倍，將該復(fù)合平板陽極用于鋅電沉積工序，電沉積工藝參數(shù)為:電解液成分60g/L的Zn2+，160g/L H2SO4，溫度為40°C，電流密度為5000A/m2，電解24h后測得槽電壓降低約80mV。
[0035]實(shí)施例4
[0036]將在銅棒置于模具中，澆入Al-Si合金獲得導(dǎo)電芯棒為銅棒的導(dǎo)電芯，其中導(dǎo)電芯板厚度為1_，導(dǎo)電芯棒外層鋁合金厚度為1.5mm ;將導(dǎo)電芯實(shí)施熔鹽化學(xué)鍍形成鉛過渡層，厚度為1mm。導(dǎo)電芯經(jīng)處理后，經(jīng)反重力鑄造工藝一次性澆鑄成工業(yè)所需新型復(fù)合平板陽極，外包覆層為Pb-Ag合金，其中Ag的含量為0.8wt.%，包覆層厚度為2.5mm。與傳統(tǒng)平板陽極相比，所得陽極的極限抗拉強(qiáng)度提高約I倍，用直流四端電極法測得其導(dǎo)電率提高約1.5倍，將該復(fù)合平板陽極用于鋅電沉積工序，電沉積工藝參數(shù)為:陽極在電解液成分為160g/L的H2SO4,60g/L Zn2+，溫度為40°C，電流密度為500A/m2，電解24h后測得槽電壓降低約 85mV。
[0037]實(shí)施例5
[0038]將厚度為3mm的框架狀A(yù)l導(dǎo)電芯板與Al導(dǎo)電芯棒焊接在一起形成導(dǎo)電芯；將導(dǎo)電芯實(shí)施熔鹽化學(xué)鍍形成Pb-Ag合金過渡層，厚度為1mm，Pb-Ag合金中的Ag含量為
0.4wt.%。導(dǎo)電芯經(jīng)處理后，經(jīng)反重力鑄造工藝一次性澆鑄成工業(yè)所需新型復(fù)合平板陽極，外包覆層為Pb-Ag合金，其中Ag的含量為0.8wt.%，包覆層厚度為6mm。與傳統(tǒng)平板陽極相比，所得陽極的極限抗拉強(qiáng)度提高約1.5倍，用直流四端電極法測得其導(dǎo)電率提高約1.8倍，將該復(fù)合平板陽極用于鋅電沉積工序，電沉積工藝參數(shù)為:陽極在電解液成分為160g/L的H2SO4,60g/L Zn2+，溫度為40°C，電流密度為500A/m2，電解24h后測得槽電壓降低約80mV。`
【權(quán)利要求】
1.一種濕法冶金用復(fù)合陽極，所述陽極由導(dǎo)電芯、包覆層和過渡層組成；其特征在于:所述導(dǎo)電芯由上部用作陽極極耳的導(dǎo)電芯棒與下部導(dǎo)電芯板連為一體構(gòu)成，在所述導(dǎo)電芯表面依次鍍制有過渡層、鑄造有包覆層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種濕法冶金用復(fù)合陽極，其特征在于:導(dǎo)電芯表面鍍制的過渡層為鉛或鉛合金，厚度為0.1-1mm ;鍍制工藝為熔鹽化學(xué)鍍。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種濕法冶金用復(fù)合陽極，其特征在于:導(dǎo)電芯表面鑄造的包覆層為鉛合金；鑄造采用反重力鑄造或重力鑄造工藝；所述包覆層厚度為2-6_。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種濕法冶金用復(fù)合陽極，其特征在于:所述過渡層的鉛合金與所述包覆層的鉛合金的成分相同或不同。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種濕法冶金用復(fù)合陽極，其特征在于:所述過渡層的鉛合金以及所述包覆層的鉛合金中的合金元素選自Ca, Sn, Sb, Ag, Sr, Al, Ba, Bi, Nd, La, Ce, Pr, Sm, Eu中的至少一種，質(zhì)量百分含量為0.1%~10%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任意一項(xiàng)所述的一種濕法冶金用復(fù)合陽極，其特征在于:所述導(dǎo)電芯板的材質(zhì)為招合金，其形狀為板狀、梳狀、框架狀中的一種；厚度為l_3mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種濕法冶金用復(fù)合陽極，其特征在于:所述導(dǎo)電芯棒由鋁、招合金、銅、銅合金中的一種構(gòu)成；導(dǎo)電芯板材質(zhì)為招合金。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種濕法冶金用復(fù)合陽極，其特征在于:所述導(dǎo)電芯棒由鋁或鋁合金構(gòu)成時(shí)，導(dǎo)電芯棒與導(dǎo)電芯板采用鑄造工藝一體成型，或者通過焊接工藝接合成一個(gè)整體。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述·的一種濕法冶金用復(fù)合陽極，其特征在于:所述導(dǎo)電芯棒由銅或銅合金構(gòu)成時(shí)，導(dǎo)電芯棒與導(dǎo)電芯板通過鑄造工藝在銅或銅合金棒外部包覆一層鋁合金一體成型，包覆的鋁合金層的厚度為0.5-2mm。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種濕法冶金用復(fù)合陽極，其特征在于:所述導(dǎo)電芯棒由銅合金構(gòu)成時(shí)，將導(dǎo)電芯棒卷繞包覆在導(dǎo)電芯板的一端，使導(dǎo)電芯板與導(dǎo)電芯棒形成整體；或?qū)?dǎo)電芯板一端切割成至少2片，然后，以相對(duì)方向?qū)?dǎo)電芯棒卷繞包覆在導(dǎo)電芯板的一端，使導(dǎo)電芯板與導(dǎo)電芯棒形成整體。
【文檔編號(hào)】C25C7/02GK103710731SQ201310665624
【公開日】2014年4月9日 申請(qǐng)日期:2013年12月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月10日
【發(fā)明者】蔣良興, 桂俊峰, 于梟影, 劉芳洋, 李劼, 劉業(yè)翔 申請(qǐng)人:中南大學(xué)