濕法冶金用復(fù)合多孔Pb合金陽(yáng)極制備與應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)及基礎(chǔ)理論.pdf

1、Zn、Cu、Ni、Co、Mn等金屬的濕法冶金工業(yè)中，電積工序一般采用含高濃度H2SO4的電解液，因而只能采用Pb合金陽(yáng)極。但Pb合金陽(yáng)極存在析氧過(guò)電位高、表面氧化膜疏松易脫落、密度大、易蠕變等問(wèn)題，造成電積過(guò)程的能耗高、陰極產(chǎn)品易受Pb污染。針對(duì)上述問(wèn)題開發(fā)的電催化涂層陽(yáng)極(DSA)、多元Pb合金陽(yáng)極及多孔陽(yáng)極，雖然分別在某些方面取得了較好效果，但仍不能滿足工業(yè)應(yīng)用要求。
　　 論文借鑒相關(guān)領(lǐng)域的最新研究成果，以開發(fā)低成本、高性

2、能新型復(fù)合多孔Pb合金陽(yáng)極為目標(biāo)，深入研究了多孔Pb合金陽(yáng)極在H2SO4電解液中的電化學(xué)行為，研究了“反三明治”結(jié)構(gòu)對(duì)多孔Pb合金陽(yáng)極的陽(yáng)極電位、腐蝕率、導(dǎo)電性及力學(xué)性能的影響，研究了RE添加對(duì)Pb合金陽(yáng)極結(jié)構(gòu)與性能的影響，研究了復(fù)合多孔Pb合金陽(yáng)極在鋅電積和銅粉電積中的應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)，開發(fā)了工業(yè)尺寸復(fù)合多孔Pb合金陽(yáng)極的反重力滲流鑄造設(shè)備與工藝，采用復(fù)合多孔Pb合金陽(yáng)極在鋅電積工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)開展了工業(yè)電解試驗(yàn)。主要?jiǎng)?chuàng)新性成果如下:
　　

3、 (1)研究了多孔Pb合金陽(yáng)極在H2SO4溶液中的電化學(xué)行為，明確了多孔結(jié)構(gòu)對(duì)陽(yáng)極表面氧化膜的形成過(guò)程、膜層組分與結(jié)構(gòu)、電極內(nèi)部傳質(zhì)傳荷特點(diǎn)及陽(yáng)極析氧機(jī)制的影響，多孔陽(yáng)極內(nèi)部的傳質(zhì)與傳荷平行進(jìn)行，電化學(xué)反應(yīng)強(qiáng)度從外到內(nèi)依次減弱，電化學(xué)“特征深度”約為3mm。計(jì)算了多孔陽(yáng)極電化學(xué)反應(yīng)有效面積和表觀活化能，揭示了多孔陽(yáng)極節(jié)能降耗的電化學(xué)本質(zhì)，其表觀活化能較傳統(tǒng)陽(yáng)極增加約5kJ/mol，但電化學(xué)反應(yīng)有效面積為傳統(tǒng)陽(yáng)極的10倍左右，使得析氧過(guò)

4、程的表觀交換電流密度大，析氧能力增強(qiáng)。
　　 (2)提出并制備了“反三明治”結(jié)構(gòu)復(fù)合多孔Pb合金陽(yáng)極，實(shí)現(xiàn)了金屬芯板與多孔層的冶金結(jié)合。復(fù)合多孔陽(yáng)極的芯板主要起傳導(dǎo)電流和承擔(dān)載荷的作用，而電化學(xué)性能靠外側(cè)多孔層發(fā)揮。當(dāng)芯板為2mm厚時(shí)，孔徑為1.25-1.43mm的Pb-Ag合金復(fù)合多孔陽(yáng)極的極限抗拉強(qiáng)度和導(dǎo)電率分別為同孔徑純多孔陽(yáng)極的3倍和1.3倍。與傳統(tǒng)平板陽(yáng)極和多孔陽(yáng)極比較，復(fù)合多孔陽(yáng)極的陽(yáng)極電位降低114mV和16mV，

5、腐蝕率降低48.7％和6.3％，同時(shí)抗拉強(qiáng)度和導(dǎo)電率較多孔陽(yáng)極提高200％和30％。
　　 (3)揭示了Nd、Pr、Gd和Sm對(duì)Pb合金的組織結(jié)構(gòu)、氧化膜結(jié)構(gòu)以及析氧過(guò)程的影響規(guī)律，獲得了適用于濕法冶金電沉積的Pb-Ag(0.6wt.％)-Nd(0.5wt.％)三元合金陽(yáng)極，其極限抗拉強(qiáng)度、穩(wěn)定陽(yáng)極電位和腐蝕率分別為20.985MPa、1.798V和2.347g/(m2 h)，分別是傳統(tǒng)Pb-Ag(0.8％)平板陽(yáng)極的113.9