CN102719859A - 一种电沉积镍用钛网阳极及其制备方法 - Google Patents

一种电沉积镍用钛网阳极及其制备方法 Download PDF

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张玉萍
蔡继东
鞠鹤
阎晓玲
邓涛
方媛
朱轲
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Abstract

本发明公开了一种电沉积镍用钛网阳极，由钛包铜导电排、焊接于钛包铜导电排下方的钛板支架，和焊接于钛板支架两侧的两片钛网组成，两片所述钛网表面均覆着有金属氧化物涂层；所述金属氧化物涂层由铂族金属氧化物和阀性金属氧化物组成，其中铂族金属和阀性金属的摩尔比为1～2∶1～3；所述钛网阳极中铂族金属的含量为每平方米钛网上含10g～50g铂族金属；所述铂族金属氧化物为二氧化铱和/或二氧化钌，所述阀性金属氧化物为二氧化钛、五氧化二钽和二氧化锆中的一种或几种。本发明还提供了该钛网阳极的制备方法。本发明的钛网阳极与传统的铅基合金阳极相比：重量轻，析氧电位低，使用寿命长，钛网阳极不溶解，可提高阴极产品质量。

Description

一种电沉积镍用钛网阳极及其制备方法
技术领域
本发明属于电化学技术领域，具体涉及一种电沉积镍用钛网阳极及其制备方法。
背景技术
我国镍矿多属硫化矿，经采选作业产生镍精矿，利用火法熔炼成高冰镍，高冰镍主要用于生产电镍。高冰镍生产电镍的工艺有两大类，一类是可溶阳极电解精炼；另一类为选择性浸出—净液—不溶性阳极电积镍，介质主要为硫酸盐体系，选择性浸出—净液—不溶性阳极电积镍工艺具有流程简单，金属回收率高，药剂耗量少，能耗低，无环境污染等特点，该工艺中目前使用的不溶性阳极为铅基合金阳极，铅基合金阳极价格便宜，性能稳定，但铅基合金阳极在使用过程中存在析氧过电位高、能耗大，质量重、操作不便、易变形，铅容易在阴极析出污染阴极产品，电解液需要定期除铅等缺点。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种具有双面钛网结构的电沉积镍用钛网阳极。该钛网阳极与传统的铅基合金阳极相比：重量轻，可以降低现场操作工人劳动强度；析氧电位低，可以降低能耗；使用寿命长，可达3～5年，性价比高于铅基合金阳极；钛网阳极不溶解，可以提高阴极产品质量。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种电沉积镍用钛网阳极，其特征在于，由钛包铜导电排、焊接于钛包铜导电排下方的钛板支架，和焊接于钛板支架两侧的两片钛网组成，两片所述钛网表面均覆着有金属氧化物涂层；所述金属氧化物涂层由铂族金属氧化物和阀性金属氧化物组成，其中铂族金属和阀性金属的摩尔比为1～2∶1～3；所述钛网阳极中铂族金属的含量为：每平方米钛网上含10g～50g铂族金属；所述铂族金属氧化物为二氧化铱和/或二氧化钌，所述阀性金属氧化物为二氧化钛、五氧化二钽和二氧化锆中的一种或几种。
另外，本发明还提供了一种上述电沉积镍用钛网阳极的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、将两片钛网焊接在钛板支架上，然后用金属清洗剂对焊接后的钛网和钛板支架进行清洗除油，接着对清洗除油后的钛网和钛板支架进行喷砂处理，再对喷砂处理后的钛网和钛板支架进行酸洗处理，最后用去离子水或蒸馏水将经酸洗处理后的钛网和钛板支架冲洗干净，晾干备用；
步骤二、将铂族金属化合物和阀性金属化合物溶解于有机溶剂中配制成溶质质量百分比浓度为5%～20%的涂覆液；所述铂族金属化合物为三氯化钌和/或氯铱酸；所述阀性金属化合物为硝酸锆、钛酸正丁酯和五氯化钽中的一种或几种；所述有机溶剂为乙醇或正丁醇；
步骤三、将步骤二中所述涂覆液均匀涂刷于步骤一中晾干后的钛网上，然后将涂刷有涂覆液的钛网在温度为150℃～200℃的条件下烘干，再将烘干后的钛网在温度为450℃～500℃的条件下保温烧结5min～15min，空冷至室温；
步骤四、重复步骤三，直至涂刷完所有涂覆液，最后一次涂刷完涂覆液后将钛网在温度为150℃～200℃的条件下烘干，然后在温度为450℃～500℃的条件下保温烧结30min～60min，空冷至室温，得到覆着有金属氧化物涂层的钛网，最后将钛板支架焊接于钛包铜导电排上，得到电沉积镍用钛网阳极。
上述的方法，步骤一中所述酸洗处理采用氢氟酸与盐酸的混合溶液作为酸洗液，其中氢氟酸的质量百分比浓度为3%～5%，盐酸的质量百分比浓度为20%～30%。
上述的方法，步骤一中所述酸洗处理采用氢氟酸与硝酸的混合溶液作为酸洗液，其中氢氟酸的质量百分比浓度为3%～5%，硝酸的质量百分比浓度为20%～30%。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明的钛网阳极采用双面钛网结构，可有效增加钛基体的强度和有效面积，并焊接有钛包铜导电排，该导电排具有良好的导电能力，同时具有优异的耐蚀性，铜外面包覆的钛可以有效的保护铜不被电解液腐蚀。该结构可以有效的降低槽压，节约电能。
2、本发明的钛网阳极制备方法简单，易于实现。钛网阳极覆着有由铂族金属氧化物和阀性金属氧化物组成的金属氧化物涂层，该金属氧化物涂层电化学活性高，析氧电位低。
3、本发明的钛网阳极与传统的铅基合金阳极相比：重量轻，可以降低现场操作工人劳动强度；析氧电位低，可以降低能耗；使用寿命长，可达35年，性价比高于铅基合金阳极；钛网阳极不溶解，可以提高阴极产品质量。
4、本发明的钛网阳极可用于硫酸盐电沉积镍工艺，也可用于其它有色金属电沉积工艺。
下面结合附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明的钛网阳极的结构示意图。
附图标记说明：
1—钛包铜导电排；     2—钛板支架；    3—钛网。
具体实施方式
实施例1
如图1所示，本实施例的电沉积镍用钛网阳极，由钛包铜导电排1、焊接于钛包铜导电排1下方的钛板支架2，和焊接于钛板支架2两侧的两片钛网3组成，两片所述钛网3的表面均覆着有金属氧化物涂层；所述金属氧化物涂层由铂族金属氧化物和阀性金属氧化物组成，其中铂族金属和阀性金属的摩尔比为1∶1；所述钛网阳极中铂族金属的含量为每平方米钛网3上含10g铂族金属；所述铂族金属为铱，所述铂族金属氧化物为二氧化铱，所述阀性金属氧化物为二氧化锆。
本实施例的电沉积镍用钛网阳极的制备方法为：
步骤一、将两片尺寸为50mm×50mm的钛网3焊接在钛板支架2两侧，然后用金属清洗剂（购于上海箭宇化工有限公司664金属清洗剂）对焊接后的钛网3和钛板支架2进行清洗除油，接着对清洗除油后的钛网3和钛板支架2进行喷砂处理，再对喷砂处理后的钛网3和钛板支架2进行酸洗处理，最后用去离子水或蒸馏水将经酸洗处理后的钛网3和钛板支架2冲洗干净，晾干备用；所述酸洗处理采用氢氟酸与盐酸（或硝酸）的混合溶液作为酸洗液，其中氢氟酸的质量百分比浓度为5%，盐酸（或硝酸）的质量百分比浓度为20%；
步骤二、根据钛网3的面积确定涂覆液的用量，将142mg氯铱酸（铱质量含量35%）和112mg硝酸锆（Zr(NO3)4·5H2O）溶解于乙醇中配制成溶质质量百分比浓度为5%的涂覆液；
步骤三、将步骤二中所述涂覆液均匀涂刷于步骤一中晾干后的钛网3上，然后将涂刷有涂覆液的钛网3在温度为200℃的条件下烘干，再将烘干后的钛网3在温度为450℃的条件下保温烧结15min，空冷至室温；
步骤四、重复步骤三，直至涂刷完所有涂覆液，最后一次涂刷完涂覆液后将钛网3在温度为200℃的条件下烘干，然后在温度为450℃的条件下保温烧结60min，空冷至室温，得到覆着有金属氧化物涂层的钛网，最后将钛板支架2焊接于钛包铜导电排1上，得到电沉积镍用钛网阳极。
本实施例的钛网阳极与传统的铅基合金阳极相比：重量轻，可以降低现场操作工人劳动强度；析氧电位低，可以降低能耗；使用寿命长，可达3～5年，性价比高于铅基合金阳极；钛网阳极不溶解，可以提高阴极产品质量。
实施例2
如图1所示，本实施例的电沉积镍用钛网阳极，由钛包铜导电排1、焊接于钛包铜导电排1下方的钛板支架2，和焊接于钛板支架2两侧的两片钛网3组成，两片所述钛网3表面均覆着有金属氧化物涂层；所述金属氧化物涂层由铂族金属氧化物和阀性金属氧化物组成，其中铂族金属和阀性金属的摩尔比为2∶3；所述钛网阳极中铂族金属的含量为每平方米钛网3上含50g铂族金属；所述铂族金属为钌和铱，所述铂族金属氧化物为二氧化铱和二氧化钌（铱和钌的摩尔比为1∶1），所述阀性金属氧化物为二氧化钛。
本实施例的电沉积镍用钛网阳极的制备方法为：
步骤一、将两片尺寸为50mm×50mm的钛网3焊接在钛板支架2上，然后用金属清洗剂（购于上海箭宇化工有限公司664金属清洗剂）对焊接后的钛网3和钛板支架2进行清洗除油，接着对清洗除油后的钛网3和钛板支架2进行喷砂处理，再对喷砂处理后的钛网3和钛板支架2进行酸洗处理，最后用去离子水或蒸馏水将经酸洗处理后的钛网3和钛板支架2冲洗干净，晾干备用；所述酸洗处理采用氢氟酸与硝酸（或盐酸）的混合溶液作为酸洗液，其中氢氟酸的质量百分比浓度为4%，硝酸（或盐酸）的质量百分比浓度为25%；
步骤二、根据钛网3的面积确定涂覆液的用量，将232mg三氯化钌（钌质量含量37%）、469mg氯铱酸（铱质量含量35%）和870mg钛酸正丁酯溶解于正丁醇中配制成溶质质量百分比浓度为20%的涂覆液；
步骤三、将步骤二中所述涂覆液均匀涂刷于步骤一中晾干后的钛网3上，然后将涂刷有涂覆液的钛网3在温度为150℃的条件下烘干，再将烘干后的钛网3在温度为500℃的条件下保温烧结5min，空冷至室温；
步骤四、重复步骤三，直至涂刷完所有涂覆液，最后一次涂刷完涂覆液后将钛网3在温度为150℃的条件下烘干，然后在温度为500℃的条件下保温烧结30min，空冷至室温，得到覆着有金属氧化物涂层的钛网，最后将钛板支架2焊接于钛包铜导电排1上，得到电沉积镍用钛网阳极。
本实施例的钛网阳极与传统的铅基合金阳极相比：重量轻，可以降低现场操作工人劳动强度；析氧电位低，可以降低能耗；使用寿命长，可达3～5年，性价比高于铅基合金阳极；钛网阳极不溶解，可以提高阴极产品质量。
实施例3
如图1所示，本实施例的电沉积镍用钛网阳极，由钛包铜导电排1、焊接于钛包铜导电排1下方的钛板支架2，和焊接于钛板支架2两侧的两片钛网3组成，两片所述钛网3表面均覆着有金属氧化物涂层；所述金属氧化物涂层由铂族金属氧化物和阀性金属氧化物组成，其中铂族金属和阀性金属的摩尔比为1.5∶2；所述钛网阳极中铂族金属的含量为每平方米钛网3上含30g铂族金属；所述铂族金属为铱，所述铂族金属氧化物为二氧化铱，所述阀性金属氧化物为五氧化二钽。
本实施例的电沉积镍用钛网阳极的制备方法为：
步骤一、将两片尺寸为50mm×50mm的钛网3焊接在钛板支架2上，然后用金属清洗剂（购于四川省自贡市沿滩区龙城化工厂的飞天牌702型金属清洗剂）对焊接后的钛网3和钛板支架2进行清洗除油，接着对清洗除油后的钛网3和钛板支架2进行喷砂处理，再对喷砂处理后的钛网3和钛板支架2进行酸洗处理，最后用去离子水或蒸馏水将经酸洗处理后的钛网3和钛板支架2冲洗干净，晾干备用；所述酸洗处理采用氢氟酸与盐酸（或硝酸）的混合溶液作为酸洗液，其中氢氟酸的质量百分比浓度为3%，盐酸（或硝酸）的质量百分比浓度为30%；
步骤二、根据钛网3的面积确定涂覆液的用量，将428mg氯铱酸（铱质量含量35%）和1.88mL五氯化钽的正丁醇溶液（含钽100g/L）溶解于正丁醇中配制成溶质质量百分比浓度为10%的涂覆液；
步骤三、将步骤二中所述涂覆液均匀涂刷于步骤一中晾干后的钛网3上，然后将涂刷有涂覆液的钛网3在温度为180℃的条件下烘干，再将烘干后的钛网3在温度为480℃的条件下保温烧结10min，空冷至室温；
步骤四、重复步骤三，直至涂刷完所有涂覆液，最后一次涂刷完涂覆液后将钛网3在温度为180℃的条件下烘干，然后在温度为480℃的条件下保温烧结50min，空冷至室温，得到覆着有金属氧化物涂层的钛网，最后将钛板支架2焊接于钛包铜导电排1上，得到电沉积镍用钛网阳极。
本实施例的钛网阳极与传统的铅基合金阳极相比：重量轻，可以降低现场操作工人劳动强度；析氧电位低，可以降低能耗；使用寿命长，可达3～5年，性价比高于铅基合金阳极；钛网阳极不溶解，可以提高阴极产品质量。
实施例4
如图1所示，本实施例的电沉积镍用钛网阳极，由钛包铜导电排1、焊接于钛包铜导电排1下方的钛板支架2，和焊接于钛板支架2两侧的两片钛网3组成，两片所述钛网3表面均覆着有金属氧化物涂层；所述金属氧化物涂层由铂族金属氧化物和阀性金属氧化物组成，其中铂族金属和阀性金属的摩尔比为1.2∶3；所述钛网阳极中铂族金属的含量为每平方米钛网3上含20g铂族金属；所述铂族金属为铱和钌，所述铂族金属氧化物为二氧化铱和二氧化钌（铱和钌的摩尔比为1∶0.2），所述阀性金属氧化物为五氧化二钽和二氧化钛（钽和钛的摩尔比为1∶2）。
本实施例的电沉积镍用钛网阳极的制备方法为：
步骤一、将两片尺寸为50mm×50mm的钛网3焊接在钛板支架2上，然后用金属清洗剂（购于四川省自贡市沿滩区龙城化工厂的飞天牌702型金属清洗剂）对焊接后的钛网3和钛板支架2进行清洗除油，接着对清洗除油后的钛网3和钛板支架2进行喷砂处理，再对喷砂处理后的钛网3和钛板支架2进行酸洗处理，最后用去离子水或蒸馏水将经酸洗处理后的钛网3和钛板支架2冲洗干净，晾干备用；所述酸洗处理采用氢氟酸与盐酸（或硝酸）的混合溶液作为酸洗液，其中氢氟酸的质量百分比浓度为4%，盐酸（或硝酸）的质量百分比浓度为30%；
步骤二、根据钛网3的面积确定涂覆液的用量，将258mg氯铱酸（铱质量含量35%）、26mg三氯化钌（钌质量含量37%）、0.84mL五氯化钽的正丁醇溶液（钽含量100g/L）和320mg钛酸正丁酯溶解于乙醇中配制成溶质质量百分比浓度为15%的涂覆液；
步骤三、将步骤二中所述涂覆液均匀涂刷于步骤一中晾干后的钛网3上，然后将涂刷有涂覆液的钛网3在温度为200℃的条件下烘干，再将烘干后的钛网3在温度为500℃的条件下保温烧结10min，空冷至室温；
步骤四、重复步骤三，直至涂刷完所有涂覆液，最后一次涂刷完涂覆液后将钛网3在温度为200℃的条件下烘干，然后在温度为450℃的条件下保温烧结60min，空冷至室温，得到覆着有金属氧化物涂层的钛网，最后将钛板支架2焊接于钛包铜导电排1上，得到电沉积镍用钛网阳极。
本实施例的钛网阳极与传统的铅基合金阳极相比：重量轻，可以降低现场操作工人劳动强度；析氧电位低，可以降低能耗；使用寿命长，可达3～5年，性价比高于铅基合金阳极；钛网阳极不溶解，可以提高阴极产品质量。
实施例5
如图1所示，本实施例的电沉积镍用钛网阳极，由钛包铜导电排1、焊接于钛包铜导电排1下方的钛板支架2，和焊接于钛板支架2两侧的两片钛网3组成，两片所述钛网3表面均覆着有金属氧化物涂层；所述金属氧化物涂层由铂族金属氧化物和阀性金属氧化物组成，其中铂族金属和阀性金属的摩尔比为1∶2；所述钛网阳极中铂族金属的含量为每平方米钛网3上含40g铂族金属；所述铂族金属为钌，所述铂族金属氧化物为二氧化钌，所述阀性金属氧化物为二氧化锆、五氧化二钽和二氧化钛（锆、钽和钛的摩尔比为0.5∶0.5∶1）。
本实施例的电沉积镍用钛网阳极的制备方法为：
步骤一、将两片尺寸为50mm×50mm的钛网3焊接在钛板支架2上，然后用金属清洗剂（购于四川省自贡市沿滩区龙城化工厂的飞天牌702型金属清洗剂）对焊接后的钛网3和钛板支架2进行清洗除油，接着对清洗除油后的钛网3和钛板支架2进行喷砂处理，再对喷砂处理后的钛网3和钛板支架2进行酸洗处理，最后用去离子水或蒸馏水将经酸洗处理后的钛网3和钛板支架2冲洗干净，晾干备用；所述酸洗处理采用氢氟酸与盐酸（或硝酸）的混合溶液作为酸洗液，其中氢氟酸的质量百分比浓度为3%，盐酸（或硝酸）的质量百分比浓度为20%；
步骤二、根据钛网3的面积确定涂覆液的用量，将540mg三氯化钌（钌质量含量37%）、425mg硝酸锆（Zr(NO3)4·5H2O）、1.8mL五氯化钽的正丁醇溶液（钽含量100g/L）和674mg钛酸正丁酯溶解于乙醇中配制成溶质质量百分比浓度为20%的涂覆液；
步骤三、将步骤二中所述涂覆液均匀涂刷于步骤一中晾干后的钛网3上，然后将涂刷有涂覆液的钛网3在温度为150℃的条件下烘干，再将烘干后的钛网3在温度为450℃的条件下保温烧结10min，空冷至室温；
步骤四、重复步骤三，直至涂刷完所有涂覆液，最后一次涂刷完涂覆液后将钛网3在温度为150℃的条件下烘干，然后在温度为500℃的条件下保温烧结30min，空冷至室温，得到覆着有金属氧化物涂层的钛网，最后将钛板支架2焊接于钛包铜导电排1上，得到电沉积镍用钛网阳极。
本实施例的钛网阳极与传统的铅基合金阳极相比：重量轻，可以降低现场操作工人劳动强度；析氧电位低，可以降低能耗；使用寿命长，可达3～5年，性价比高于铅基合金阳极；钛网阳极不溶解，可以提高阴极产品质量。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (4)

1.一种电沉积镍用钛网阳极，其特征在于，由钛包铜导电排（1）、焊接于钛包铜导电排（1）下方的钛板支架（2），和焊接于钛板支架（2）两侧的两片钛网（3）组成，两片所述钛网（3）表面均覆着有金属氧化物涂层；所述金属氧化物涂层由铂族金属氧化物和阀性金属氧化物组成，其中铂族金属和阀性金属的摩尔比为1～2∶1～3；所述钛网阳极中铂族金属的含量为：每平方米钛网（3）上含10g～50g铂族金属；所述铂族金属氧化物为二氧化铱和/或二氧化钌，所述阀性金属氧化物为二氧化钛、五氧化二钽和二氧化锆中的一种或几种。
2.一种制备如权利要求1所述电沉积镍用钛网阳极的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、将两片钛网（3）焊接在钛板支架（2）上，然后用金属清洗剂对焊接后的钛网（3）和钛板支架（2）进行清洗除油，接着对清洗除油后的钛网（3）和钛板支架（2）进行喷砂处理，再对喷砂处理后的钛网（3）和钛板支架（2）进行酸洗处理，最后用去离子水或蒸馏水将经酸洗处理后的钛网（3）和钛板支架（2）冲洗干净，晾干备用；
步骤二、将铂族金属化合物和阀性金属化合物溶解于有机溶剂中配制成溶质质量百分比浓度为5%～20%的涂覆液；所述铂族金属化合物为三氯化钌和/或氯铱酸；所述阀性金属化合物为硝酸锆、钛酸正丁酯和五氯化钽中的一种或几种；所述有机溶剂为乙醇或正丁醇；
步骤三、将步骤二中所述涂覆液均匀涂刷于步骤一中晾干后的钛网（3）上，然后将涂刷有涂覆液的钛网（3）在温度为150℃～200℃的条件下烘干，再将烘干后的钛网（3）在温度为450℃～500℃的条件下保温烧结5min～15min，空冷至室温；
步骤四、重复步骤三，直至涂刷完所有涂覆液，最后一次涂刷完涂覆液后将钛网（3）在温度为150℃～200℃的条件下烘干，然后在温度为450℃～500℃的条件下保温烧结30min～60min，空冷至室温，得到覆着有金属氧化物涂层的钛网，最后将钛板支架（2）焊接于钛包铜导电排（1）上，得到电沉积镍用钛网阳极。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤一中所述酸洗处理采用氢氟酸与盐酸的混合溶液作为酸洗液，其中氢氟酸的质量百分比浓度为3%～5%，盐酸的质量百分比浓度为20%～30%。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤一中所述酸洗处理采用氢氟酸与硝酸的混合溶液作为酸洗液，其中氢氟酸的质量百分比浓度为3%～5%，硝酸的质量百分比浓度为20%～30%。
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