CN101245478A - 有色金属电积用节能惰性阳极材料的制备方法 - Google Patents

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一种有色金属电积用节能惰性阳极材料的制备方法，本发明用喷涂导电涂料代替现行的浸锌、酸洗、漂洗、镀铜、镀铅的工艺，在铝基体或者塑料基体上制备得到α－二氧化铅－二氧化钛+β－二氧化铅－二氧化锰(α－PbO2－TiO2+β－PbO2－MnO2)节能惰性阳极材料，利用该方法生产出来的阳极材料，可代替原有工艺的铅及铅基合金阳极，显著降低生产成本，减少阳极铅溶解对阴极产品的污染，提高阴极产品的质量；同时缩短了生产有色金属电积用阳极材料的生产流程，减少生产产生的废液，减少污染、降低生产成本，利用该方法生产有色金属电积用阳极材料，设备投资少，占地少，见效快。

Description

有色金属电积用节能惰性阳极材料的制备方法
技术领域
本发明涉及复合材料、有色金属冶炼、金属表面处理、化学、电化学和化工等科学领域，尤其是一种有色金属电积用节能惰性阳极材料的制备方法。
背景技术
在湿法提取锌、铜、镍、钴、锰、铬等金属过程中，阳极材料目前仍使用铅及铅合金，其缺点是：槽电压高(3.4～3.8V)，电流效率低(75～88％)，电积过程能耗高(3400～4200度/吨锌)，阳极使用寿命短(0.5～1年)，阳极铅易溶解而进入阴极产品中，导致阴极产品质量下降。为了降低锌、铜、镍、钴、锰、铬等电积的电耗及防止阳极铅对阴极产品的污染，国内外对上述金属电积过程用不溶性阳极进行了深入研究和开发。综合国内外目前的研究和使用情况，主要有以下四类：
1、改进的铅-银二元、多元合金阳极：主要包括铅-银(Pb-Ag)，铅-砷(Pb-As)，铅-钙(Pb-Ca)，铅-汞(Pb-Hg)，铅-铬(Pb-Cd)，铅-钛(Pb-Ti)、铅-钙-钡(Pb-Ca-Ba)、铅-银-钙(Pb-Ag-Ca)、铅-银-锶(Pb-Ag-Sr)、铅-钙-锡(Pb-Ca-Sn)及铅-银-钙-锡(Pb-Ag-Ca-Sn)等，但仍存在使用寿命短，能耗高和易污染阴极产物等缺点。
2、钛基表面涂/镀尺寸稳定阳极：此类阳极是以钛Ti为基，表面涂覆贵金属或其氧化物，但是这种阳极存在以下不足：(1)采用钛基体，电极成本高；(2)由于电解生产中贵金属涂层溶解和基体钛的钝化，导致电极的寿命短；(3)在电积溶液中，杂质离子，如锰，氧化后以氧化物态在阳极的沉积降低了涂覆贵金属层的作用。
3、钛基氧化物阳极：此类阳极以金属钛(Ti)为基体，采用电沉积的方法在钛(Ti)基表面首先沉积二氧化铅(PbO2)，再在二氧化铅表面沉积10微米(μm)厚的二氧化锰(MnO2)，形成钛-二氧化铅-二氧化锰(Ti/PbO2/MnO2)电极。该电极与铅-银阳极相比，氧的过电位降低了0.344伏，具有一定的应用前景，但是该电极在锌电积溶液中的使用寿命只有170-200天(在500安/平方米的电流密度下)，有待于进一步提高，而且此类阳极以钛为基体材料，成本高限制了应用。
4、铝基或不锈钢基来制取复合电极材料：此类复合电极材料以铝或不锈钢为基休，采用：除油→浸锌(Zn)→镀铅(Pb)→电化学氧化→脉冲电沉积二氧化锰(MnO2)的工艺来制取。使用该复合电极材料在电积金属时，阳极表面形成一层致密的膜层，使阳极处于非溶状态，能提高阴极产品的质量，降低槽电压。但这种阳极材料在生产过程中存在不足：1、生产流程过长，生产能耗高。2、浸锌、镀铅、漂洗等工艺，会产生大量的废液，环境污染较为严重。
发明内容
本发明的目的是提出一种有色金属电积用节能惰性阳极材料的制备方法，它用喷涂导电涂料代替现行的浸锌、酸洗、漂洗、镀铜、镀铅的工艺，在铝基体或者塑料基体上制备得到α-二氧化铅-二氧化钛+β-二氧化铅-二氧化锰(α-PbO2-TiO2+β-PbO2-MnO2)节能惰性阳极材料，利用该方法生产出来的阳极材料，可代替原有工艺的铅及铅基合金阳极，显著降低生产成本，减少阳极铅溶解对阴极产品的污染，提高阴极产品的质量；同时缩短了生产有色金属电积用阳极材料的生产流程，减少生产产生的废液，减少污染、降低生产成本。利用该方法生产有色金属电积用阳极材料，设备投资少，占地少，见效快。
本发明通过以下技术方案来实现：
一种有色金属电积用节能惰性阳极材料的制备方法，极板的基体材料是铝质或者是塑料，铝质基体经除油、喷沙处理，塑料基体经除油处理，其特征在于：在铝质或者塑料基体材料上喷涂导电涂料、电沉积α-二氧化铅-二氧化钛复合镀层(α-PbO2-TiO2)、电沉积β-二氧化铅-二氧化锰复合镀层(β-PbO2-MnO2)，最后在铝质或者塑料基体上得到α-二氧化铅-二氧化钛+β-二氧化铅-二氧化锰(α-PbO2-TiO2+β-PbO2-MnO2)节能惰性阳极材料。
所述电沉积α-PbO2-TiO2的配方及工艺条件：氧化铅(PbO)10～30g/L；氢氧化钠(NaOH)100～200g/L；粒度0.05～0.10微米(μm)的二氧化钛(TiO2)5～50g/L；温度20～60℃；阳极电流密度0.3～4A/dm2；
所述电沉积β-PbO2-MnO2的配方及工艺条件：硝酸铅Pb(NO3)2220～400g/L；硝酸(HNO3)2～15g/L；氟化钠(NaF)3～10g/L；硝酸锰Mn(NO3)250～150g/L；温度30～70℃；阳极电流密度2.3～5A/dm2；
导电横梁采用铜包铝棒或者铝棒。
上述的塑料基体是ABS或者PP或者PC或者PTFE塑料。
上述的铝质基体是纯铝板或者纯铝棒。
上述的导电涂料按重量计由水性树脂40份+银粉和铜粉混合而成的导电填料25份+溶剂35份调制而成。导电填料按重量计由银粉5～10％和铜粉90～95％组成，组分总合为100％。水性树脂是丙稀酸树脂或聚胺脂树脂。溶剂中主溶剂为乙醇，助溶剂为乙酸乙脂，按重量计乙醇占40～60％，乙酸乙脂占40～60％，组分总合为100％。
上述的导电横梁的横截面积尺寸是22×45mm。
本发明具有的优点及积极效果：
1、采用本发明制取有色金属电积用惰性阳极材料，具有工艺简单、工艺流程短、能耗低、污染小的优点。
2、采用本发明制取有色金属电积用惰性阳极材料，其基体材料可以用铝，也可以用塑料，扩大了基体材料的选择范围。
3、采用本发明制取有色金属电积用惰性阳极材料，可以代替原有工艺的铅阳极，显著降低生产成本。
4、采用本发明制取有色金属电积用惰性阳极材料的工艺，镀液无毒性，对周围环境污染少。
5、采用本发明制取有色金属电积用惰性阳极材料的镀液成本低，设备投资少，占地少，见效快。
具体实施方式
实施例1
在纯铝板上脉冲电沉积复合电极材料，导电横梁采用铜包铝棒或者铝棒，导电横梁的横截面积尺寸是22×45mm。工艺流程为：铝板→除油→喷沙处理→喷涂导电涂料→电沉积α-PbO2-TiO2→电沉积β-PbO2-MnO2，所述电沉积α-PbO2-TiO2的配方及工艺条件：氧化铅(PbO)30g/L；氢氧化钠(NaOH)200g/L；粒度0.05～0.10μm的二氧化钛(TiO2)50g/L；温度60℃；阳极电流密度0.3～4A/dm2；
所述电沉积β-PbO2-MnO2的配方及工艺条件：硝酸铅Pb(NO3)2400g/L。

Claims (8)

1.一种有色金属电积用节能惰性阳极材料的制备方法，极板的基体材料是铝质或者是塑料，铝质基体经除油、喷沙处理，塑料基体经除油处理，其特征在于：在基体材料上喷涂导电涂料、电沉积α-PbO2-TiO2、电沉积β-PbO2-MnO2，最后在铝质或者塑料基体上得到α-PbO2-TiO2+β-PbO2-MnO2节能惰性阳极材料。
所述电沉积α-PbO2-TiO2的配方及工艺条件：氧化铅(PbO)10～30g/L；氢氧化钠(NaOH)100～200g/L；粒度0.05～0.10μm的二氧化钛(TiO2)5～50g/L；温度20～60℃；阳极电流密度0.3～4A/dm2；
所述电沉积β-PbO2-MnO2的配方及工艺条件：硝酸铅Pb(NO3)2220～400g/L；硝酸(HNO3)2～15g/L；氟化钠(NaF)3～10g/L；硝酸锰Mn(NO3)250～150g/L；温度30～70℃；阳极电流密度2.3～5A/dm2；
导电横梁采用铜包铝棒或者铝棒。
2.根据权利要求1所述的有色金属电积用节能惰性阳极材料的制备方法，其特征在于：塑料基体是ABS或者PP或者PC或者PTFE塑料。
3.根据权利要求1所述的有色金属电积用节能惰性阳极材料的制备方法，其特征在于：铝质基体是纯铝板或者纯铝棒。
4.根据权利要求1所述的有色金属电积用节能惰性阳极材料的制备方法，其特征在于：导电涂料按重量计由水性树脂40份+银粉和铜粉混合而成的导电填料25份+溶剂35份调制而成。
5.根据权利要求1所述的有色金属电积用节能惰性阳极材料的制备方法，其特征在于：导电横梁的横截面积尺寸是22×45mm。
6.根据权利要求4所述的有色金属电积用节能惰性阳极材料的制备方法，其特征在于：导电填料按重量计由银粉5～10％和铜粉90～95％组成，组分总合为100％。
7.根据权利要求4所述的有色金属电积用节能惰性阳极材料的制备方法，其特征在于：水性树脂是丙稀酸树脂或者聚胺脂树脂。
8.根据权利要求4所述的有色金属电积用节能惰性阳极材料的制备方法，其特征在于：溶剂中主溶剂为乙醇，助溶剂为乙酸乙脂，按重量计乙醇占40～60％，乙酸乙脂占40～60％，组分总合为100％。
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