CN102626776A - 一种铝基铅及铅合金复合阳极制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种铝基铅及铅合金复合阳极制备方法，工艺步骤：按铅或铅合金各组元比例配制浇铸成铅合金棒材；在铝基材料棒材表面加工若干条沿长度方向的线状燕尾槽；加工好燕尾槽的铝基材料棒材表面拉毛处理；铝基材料和铅或铅合金棒材送入包覆设备进行包覆铅或铅合金包覆材料层；包覆完后在包覆材料层表面立即进行增表处理得到圆弧凸凹状或锯齿状花纹；冷却即为复合材料；复合材料外表面经增表处理再经外形加工成阳极板面，由纯铅与铜排浇铸的导电梁，阳极板面和导电梁通过乙炔焰焊接成阳极。应用于有色金属电积过程可显著提高阳极板的导电性能，提高有色金属电积过程的电流效率，显著降低电积过程的能耗。

Description

一种铝基铅及铅合金复合阳极制备方法
所属技术领域
本发明涉及有色金属冶炼、蓄电池等领域的金属基复合材料，尤其是一种铝基铅及铅合金复合阳极制备方法。
技术背景
一般作为电解生产的电极材料必需满足以下基本要求：(1)良好的导电性；(2)耐腐蚀性强；(3)机械强度和加工性能好；(4)使用寿命长、费用低；(5)对电极反应具有良好的电催化性能。冶金工作者和科研工作者为开发性能更加优越的阳极材料进行了大量的研究和开发。综合国内外目前的研究和使用情况，主要有以下四类：
1、铅及铅合金阳极
铅和铅合金阳极基本上能满足生产需要，目前在有色金属工业生产中得到广泛应用。该阳极其主要优点在于具有较好的导电性能，且熔点、硬度小，易铸造或压延成型；在硫酸介质中较稳定；制造成本低等。其缺点是铅及铅基合金阳极存在析氧过电位高(接近1V)和表面钝化膜不致密、电解过程中吸附大量不导电二氧化锰等，导致电解槽电压高(如锌电积为3.2～3.8V)；电积过程电流效率低(75～90％)；能耗高(如锌电积为3200～3800千瓦时/吨)；阳极寿命短(6～12月)；阳极铅的腐蚀产物易进入阴极产品，影响阴极产品质量；机械强度低，容易变形引起短路等。
2、复合电催化铅基阳极
此类阳极通过沉积、涂覆、镶嵌等方法在铅及铅合金基体上复合入析氧电催化活性好和高的电化学稳定性的材料。该类电极与铅-银阳极相比，其主要优点在于多元铅基合金和复合电催化铅基阳极虽然改进了阳极的部分性能。其缺点是没有从根本上解决其不足，特别是电解液中存在较多的Cl-。Cl-可能取代PbO2晶格中的氧离子，引起晶粒间的破坏，造成铅基阳极被Cl-严重腐蚀。
3、钛基电催化阳极
此类阳极以金属钛(Ti)为基体，主要有2种电极：一是薄涂层钛基阳极，其涂层厚度从几微米到十几微米；二是厚涂层钛基阳极，其涂层厚度在0.5mm以上，甚至可达3mm，此类阳极包括钛基二氧化锰阳极(Ti/MnO2)、钛基二氧化铅阳极(Ti/PbO2)等。该类电极与铅-银阳极相比，其主要优点在于形状尺寸非常稳定，可消除阳极铅对产品的污染，降低析氧超电位，耐腐蚀性强。其缺点是制作技术要求高，电极在硫酸介质中使用寿命较短，而且此类阳极以钛为基体材料成本高。
4、其它基体复合电催化阳极
此类复合电极材料以铅合金、铝或不锈钢为基体，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。该电极与铅-银阳极相比，其主要优点在于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。其缺点是这种阳极材料在生产过程中存在不足：生产流程过长，生产能耗高。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铝基铅及铅合金复合阳极制备方法，本发明的优点在可显著降低生产成本，提高机械强度，降低自重。明显提高材料导电性能，增大有效导电面积，克服上述现有技术存在的不足。
本发明通过以下技术方案来实现
一种铝基铅及铅合金复合阳极，其特征是：所述的铝基铅及铅合金复合阳极的材芯为铝基材料，材芯表面粗糙带毛刺开有若干条沿长度方向的线状燕尾槽，铝基材料外包覆有包覆材料层即为复合材料，复合材料外表面经增表处理再经外形加工成阳极板面；由纯铅与铜排浇铸的导电梁；阳极板面和导电梁通过乙炔焰焊接成阳极。
所述的铝基铅及铅合金复合材料外表面经增表处理再经外形加工成阳极板面，由纯铅与铜排浇铸的导电梁；阳极板面和导电梁通过乙炔焰焊接成阳极。浇铸温度480～500℃，铜排材质为T2。
所述的铝基铅及铅合金复合阳极板面是铝基铅合金复合材料为：a、棒材(Φ6～Φ30mm)弯曲后剪切端头成，棒材弯曲后剪切成，相邻2根棒材距离5～15mm，表面积相对同尺寸光滑板表面积增大1～1.5倍；b、带材(厚度6～15mm宽30～1000mm)剪切成，相邻2根带材距离5～15mm，表面积相对同尺寸光滑板表面积增大1～1.5倍。
所述的铝基铅合金复合材料是材芯为铝基材料，材芯表面粗糙带毛刺开有若干条沿铝材长度方向的线状燕尾槽，铝基材料外包覆有铅及铅合金包覆层即为复合材料，复合材料外表面经增表处理有圆弧凸凹状或者锯齿状花纹。
所述的铝基材料为Φ3～Φ20mm的棒材或厚度2～5mm宽30～1000mm带材，材质为纯铝或铝合金。
所述的包覆材料为按铅合金各组元比例配制浇铸成Φ7～Φ20mm的棒材，包覆材料层厚1.5～5mm；材质为纯铅或铅合金。
所述的铝基材料表面粗糙带毛刺，毛刺长小于0.5mm，开有若干条线状燕尾槽，燕尾槽上宽0.5～3.0mm，下宽0.75～5.0mm，深0.5～2.0mm。
所述的复合材料成品外表面增表处理为圆弧凸凹状或者锯齿状花纹，花纹深度0.2～1.5mm，花纹圆弧半径0.5～5mm。
一种铝基铅及铅合金复合阳极的制备方法，工艺步骤如下：
1、按铅或铅合金各组元比例配制浇铸成铅合金棒材；
2、在铝基材料棒材表面加工若干条沿铝材长度方向的线状燕尾槽；
3、加工好燕尾槽的铝基材料棒材表面拉毛处理；
4、铝基材料和铅或铅合金棒材送入包覆设备进行包覆铅或铅合金包覆材料层；
5、包覆完后在包覆材料层表面立即进行增表处理得到圆弧凸凹状或者锯齿状花纹；冷却即为复合材料；
6、铝基铅及铅合金复合材料经外形加工成阳极板面其中：a、棒材校直后弯曲成Φ6～Φ30mm规格；b、带材校直后剪切组装成规格为厚度6～15mm、宽30～1000mm；
7、导电梁用纯铅与铜排浇铸而成，浇铸温度480～500℃。
8、阳极板面和导电梁通过乙炔焰焊接成阳极。
本发明的有益效果是通过物理挤压将铝基包覆入铅及铅合金电极材料中减少了铅及铅合金使用量可显著降低生产成本，具备了铝基密度小，机械强度高的特性，同时保持了铅及铅合金电极的优点。由于导电性能的提高和有效导电面积的增大。可减小材料电阻降低自身电压降达到降低电解槽电压减小电积电流密度，在电积过程中达到提高电流效率降低低能耗的目的。此外还可减少电解槽产生的热量，简化电解后液体的冷却工序。
附图说明
图1铝基铅及铅合金复合棒材阳极；
图2铝基铅及铅合金复合棒材阳极板面；
图3铝基铅及铅合金复合带材阳极；
图4铝基铅及铅合金复合带材阳极板面。
图中：1、铜排，2、导电梁包铅层，3、铝基铅及铅合金板面复合阳极板面。
具体实施方式
实施例1
1、浇铸纯铅成Φ7.0mm棒材。
2、取Φ6.0mm纯铝棒在表面加工长度方向线状燕尾槽6条，燕尾槽上宽0.8mm，下宽1.2mm，深0.5mm。
3、加工好燕尾槽的铝棒表面磨粗拉毛处理，毛刺长小于0.3mm。
4、将加工好的铝棒和铅棒同时送入包覆机在包覆机进料线上进行包覆，包覆的纯铅层厚2mm。
5、包覆完立即进行增表处理，花纹为圆弧凸凹状或者锯齿状花纹，花纹深度0.5mm，花纹半径0.5mm，进行风冷获得Φ10mm铝基铅复合材料棒材。
6、将Φ10mm铝基铅复合材料棒材，校直后弯曲成1000×800×10mm阳极板面，如图2所示，相邻2根棒材距离5mm。
7、用纯铅与铜排在480～500℃温度下浇铸成导电梁。
8、阳极板面和导电梁通过乙炔焰焊接成如图1所示的阳极。
实施例2
1、按Ag0.8％比例配制铅合金浇铸成Φ9.5m棒材。
2、取Φ20.0mm电工铝棒材(型号6201)在表面加工长度方向线状燕尾槽16条，燕尾槽上宽1.5mm，下宽2mm，深2.0mm。
3、加工好燕尾槽的铝棒表面磨粗拉毛处理，毛刺长小于0.5mm。
4、将加工好的铝棒和铅银合金棒送入包覆机在包覆机进料线上进行包覆，铅银合金层厚5mm。
5、包覆完立即进行增表处理，花纹为圆弧凸凹状或者锯齿状花纹，花纹深度1.5mm，花纹半径1mm，进行风冷获得铝基铅复合材料。
6、铝基铅及铅合金复合材料棒材(Φ30mm)校直后弯曲成1000×800×30mm阳极板面，如图2所示，相邻2根棒材距离15mm。
7、用纯铅与铜排在480～500℃温度下浇铸成导电梁。
8、阳极板面和导电梁通过乙炔焰焊接成阳极，如图1所示。
实施例3
1、按Sn0.6％比例配制铅合金浇铸成Φ10.0mm棒材。
2、取3×46mm纯铝铝带在表面加工长度方向线状燕尾槽若干条，燕尾槽上宽1.5mm，下宽2mm，深0.5mm。
3、加工好燕尾槽的铝带表面磨粗拉毛处理，毛刺长小于0.5mm。
5、将加工好的铝带、铅锡合金棒送入包覆机在包覆机进料线上进行包覆，铅锡合金层厚1.5mm。
5、包覆完立即进行增表处理，花纹为圆弧凸凹状或者锯齿状花纹，花纹深度0.5mm，花纹半径0.5mm，进行风冷获得铝基铅复合材料。
6、铝基铅及铅合金复合材料带材(6×49mm)校直后剪切(剪切长度为1000mm)，组装成1000×800×6mm阳极板面，如图4所示，相邻2根带材距离5mm。
7、用纯铅与铜排在480～500℃温度下浇铸成导电梁。
8、阳极板面和导电梁通过乙炔焰焊接成阳极，如图3所示。
实施例4
1、按Sn0.6％比例配制铅合金浇铸成Φ20.0mm棒材。
2、取5x1000mm纯铝铝带在表面加工长度方向线状燕尾槽若干条，燕尾槽上宽3mm，下宽5mm，深1.5mm。
3、加工好燕尾槽的铝带表面磨粗拉毛处理，毛刺长小于0.5mm。
6、将加工好的铝带、铅锡合金棒送入包覆机在包覆机进料线上进行包覆，铅锡合金层厚5mm。
5、包覆完立即进行增表处理，花纹为圆弧凸凹状或者锯齿状花纹，花纹深度1.5mm，花纹半径5mm，进行风冷获得铝基铅复合材料。
6、铝基铅及铅合金复合材料带材(15×1010mm)校直后剪切(剪切长度为1000mm)，组装成1000×1010×15mm阳极板面，如图4所示，相邻2根带材距离15mm。
7、用纯铅与铜排在480～500℃温度下浇铸成导电梁。
8、阳极板面和导电梁通过乙炔焰焊接成阳极，如图3所示。

Claims (8)

1.一种铝基铅及铅合金复合阳极，其特征是：铝基铅及铅合金复合阳极的材芯为铝基材料，材芯表面粗糙带毛刺开有若干条沿铝基材料长度方向的线状燕尾槽, 铝基材料外包覆有包覆材料层即为复合材料，复合材料外表面经增表处理再经外形加工成阳极板面，阳极板面和导电梁通过乙炔焰焊接成阳极；所述的导电梁由纯铅与铜排浇铸。
2.根据权利要求1所述的一种铝基铅及铅合金复合阳极，其特征是：所述纯铅与铜排浇铸成导电梁时，浇铸温度480～500˚C，铜排材质为T2。
3.根据权利要求1所述的一种铝基铅及铅合金复合阳极，其特征是：所述的铝基材料为Φ3～Φ20㎜的棒材或厚度2～5mm、宽30～1000mm带材，材质为纯铝或铝合金。
4.根据权利要求1所述的一种铝基铅及铅合金复合阳极，其特征是：所述的包覆材料层为按铅合金各组元比例配制浇铸成Φ7～Φ20㎜的棒材，包覆材料层厚1.5～5㎜；材质为纯铅或铅合金。
5.根据权利要求1所述的铝基铅及铅合金复合阳极，其特征是：所述的阳极板面是铝基铅合金复合材料，分为棒材和带材；其中：a、棒材规格为Φ6～Φ30㎜，弯曲后剪切端头而成，相邻2根棒材距离5～15㎜，表面积相对同尺寸光滑板表面积增大1～1.5倍；b、带材剪切成规格为厚度6～15mm、宽30～1000mm，相邻2根带材距离5～15㎜，表面积相对同尺寸光滑板表面积增大1～1.5倍。
6.根据权利要求1所述的铝基铅及铅合金复合阳极，其特征是：所述的铝基材料表面粗糙带毛刺，毛刺长小于0.5㎜，开有若干条线状燕尾槽，燕尾槽上宽0.5～3.0㎜，下宽0.75～5.0㎜，深0.5～2.0㎜。
7.根据权利要求1所述的铝基铅及铅合金复合阳极，其特征是：所述的复合材料成品外表面增表处理为圆弧凸凹状或者锯齿状花纹，花纹深度0.2～1.5㎜，花纹圆弧半径0.5～5㎜。
8.根据权利要求1所述的一种铝基铅及铅合金复合阳极的制备方法，其特征是工艺步骤如下：
（1）按铅或铅合金各组元比例配制浇铸成铅合金棒材；
（2）在铝基材料棒材表面加工若干条沿长度方向的线状燕尾槽；
（3）加工好燕尾槽的铝基材料棒材表面拉毛处理；
（4）铝基材料和铅或铅合金棒材送入包覆设备进行包覆铅或铅合金包覆材料层；
（5）包覆完后在包覆材料层表面立即进行增表处理得到圆弧凸凹状或锯齿状花纹；冷却即为复合材料；
（6）铝基铅及铅合金复合材料经外形加工成阳极板面，阳极板面有棒材和带材；其中：a、棒材校直后弯曲成规格为Φ6～Φ30㎜；b、带材校直后剪切组装成规格为厚度6～15mm、宽30～1000mm；
（7）用纯铅与铜排浇铸导电梁，浇铸温度480～500˚C；
（8）阳极板面和导电梁通过乙炔焰焊接成阳极。
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