CN103710731A

CN103710731A - 一种湿法冶金用复合阳极

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Publication number: CN103710731A
Application number: CN201310665624.0A
Authority: CN
Inventors: 蒋良兴; 桂俊峰; 于枭影; 刘芳洋; 李劼; 刘业翔
Original assignee: Central South University
Current assignee: Central South University
Priority date: 2013-12-10
Filing date: 2013-12-10
Publication date: 2014-04-09

Abstract

一种湿法冶金用复合阳极，所述阳极由导电芯、包覆层和过渡层组成；所述导电芯由上部用作阳极极耳的导电芯棒与下部导电芯板连为一体构成，在所述导电芯表面依次镀制有过渡层、铸造有包覆层。导电芯经高温下熔盐化学镀在其表面镀上一层铅或铅合金过渡层，然后一次性浇铸成复合平板阳极。本发明省去了极耳的制备和焊接等工艺步骤，增强了阳极的机械强度，提高导电能力，减轻阳极重量，延长使用寿命，减少铅合金用量，进而降低阳极原料成本和节能降耗。本发明结构合理、强度高、重量轻、导电性能好、使用寿命长，可减少铅合金用量，降低阳极原料成本和节能降耗。适于工业化生产。

Description

一种湿法冶金用复合阳极

技术领域

本发明涉及一种湿法冶金用复合阳极，属于湿法冶金电沉积设备技术领域。

背景技术

湿法冶金具有资源适应性强，清洁生产等优势，被广泛应用于Cu、Zn、Mn、Ni、Co等金属的冶炼，电沉积生产金属过程中铅合金阳极是主要的阳极材料。由于Pb合金本身的导电率低、质软且密度大，使得传统的铅合金阳极在应用过程中表现出以下特点：1)极板的导电性差、电阻高。一方面使阳极的电阻电压降高，从而提高槽电压，增加能耗；另一方面，由于极板面积大（>1m²），低导电率使极板表面的电流分布不均匀，极板各处极化程度不一，在电解液/空气交界处的极化程度最高，腐蚀严重，是造成极板“断颈”的原因之一；2）极板的力学强度不高，再加上极板自身重量大。一方面引起极板蠕变延伸，从而破坏极板表面生成的稳定的氧化膜保护层，增加阳极的腐蚀，从而缩短阳极寿命，降低阴极产品品质；另一方面极板易发生翘曲变形，造成阴阳极短接，使阳极穿孔，阴极烧板，从而严重影响阳极的使用寿命和电解能耗。

为解决上述问题，有人提出在制备层状复合阳极，即在阳极内部复合力学性能和导电性能更好的其它金属或合金（在此称导电芯板）。但都只是在阳极板内部机械嵌入导电芯板，然后再与预先铸造好的传统极耳焊接在一起。这种结构存在以下缺陷：1）导电芯板一般用的材质为Al或Ti,与铅很难形成冶金结合。机械的嵌入，一方面无法保证芯板与外层铅合金的良好电接触，无法完全发挥芯板的汇集和传导电流的作用；另一方面，芯板与外层铅合金无法形成冶金结合，使两层之间易发生相对滑移，外层铅合金依然可能会发生蠕变延伸，起不到提高力学性能的目的。2）导电芯板未与极耳中的导电条（铜棒）直接连接。一方面使得导电芯板汇集的电流仍然需要依靠铅合金传导进入极耳中的铜棒，从而不能完全发挥该结构阳极提高极板导电性能、降低极板电阻电压降的特点；另一方面，由于机械性能良好的导电芯板未与铜棒直接连接，过渡段的铅合金在下部极板重力的作用下会发生拉伸变形，不能达到该结构阳极提高极板力学强度、减少变形的目的。若电解液/空气界面位于过渡段，则“断颈”的问题将仍然存在。

综上所述，传统铅阳极重量大，存在导电率低、质软的缺陷，现有技术针对上述问题提出的复合平板阳极则存在导电芯板与极耳中的导电芯棒不能直接连接，且导电芯板与外层铅合金无法形成冶金结合的缺点。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之不足而提供一种结构合理、强度高、重量轻、导电性能好、使用寿命长的湿法冶金用复合阳极。

本发明的一种湿法冶金用复合阳极，所述阳极由导电芯、铅合金包覆层和过渡层组成；所述导电芯由上部用作阳极极耳的导电芯棒与下部导电芯板连为一体构成，在所述导电芯表面依次镀制有过渡层、铸造有包覆层。

本发明的一种湿法冶金用复合阳极，所述导电芯板的材质为铝合金，其形状为板状、梳状、框架状中的一种。

本发明的一种湿法冶金用复合阳极，所述导电芯棒由铝、铝合金、铜、铜合金中的一种构成；导电芯板材质为铝合金。

本发明的一种湿法冶金用复合阳极，所述导电芯棒由铝或铝合金构成时，导电芯棒与导电芯板采用铸造工艺一体成型,或者通过焊接工艺接合成一个整体。

本发明的一种湿法冶金用复合阳极，所述导电芯棒由铜或铜合金构成时，导电芯棒与导电芯板通过铸造工艺在铜或铜合金棒外部包覆一层铝合金一体成型，包覆的铝合金层的厚度为0.5-2mm。

本发明的一种湿法冶金用复合阳极，所述导电芯棒由铜合金构成时，将导电芯棒卷绕包覆在导电芯板的一端，使导电芯板与导电芯棒形成整体；或将导电芯板一端切割成至少2片，然后，以相对方向将导电芯棒卷绕包覆在导电芯板的一端，使导电芯板与导电芯棒形成整体。

本发明的一种湿法冶金用复合阳极，所述导电芯板厚度为1-3mm。

本发明的一种湿法冶金用复合阳极，导电芯表面镀制的过渡层为铅或铅合金，厚度为0.1-1mm；镀制工艺为熔盐化学镀。

本发明的一种湿法冶金用复合阳极，导电芯表面铸造的包覆层为铅合金；铸造采用反重力铸造或重力铸造工艺;所述包覆层厚度为2-6mm。

本发明的一种湿法冶金用复合阳极，所述过渡层的铅合金与所述包覆层的铅合金的成分相同或不同。

本发明的一种湿法冶金用复合阳极，所述过渡层的铅合金以及所述包覆层的铅合金中的合金元素选自Ca,Sn,Sb,Ag,Sr,Al,Ba,Bi,Nd,La,Ce,Pr,Sm,Eu中的至少一种，质量百分含量为0.1%～10%。

本发明由于采用上述结构，阳极由导电芯、过渡层和铅合金包覆层组成，且导电芯板与极耳内的导电棒为一个整体，形成导电芯；采用熔盐化学镀的方法在导电芯表面镀上铅或者铅合金过渡层，可以有效解决铅-铝两者之间高强度低阻抗结合问题。将处理好的导电芯在反重力或重力铸造工艺条件下，一次性浇铸制备成工业尺寸的复合平板阳极。其中极耳与极板为一整体结构，如此导电芯贯穿极耳与极板，提高了阳极的机械强度和抗蠕变能力，铝导电芯可以提高导电能力。克服了传统复合平板阳极的缺点。

本发明复合阳极与现有技术相比，具有以下优点：

1、Al基导电芯贯穿极耳与极板，形成一个完整的导电通路，从而可大大提高阳极的电导率和力学性能。其中，电导率的提高，可以使阳极电阻电压降降低，阳极表面的电流分布更加均匀，有利于电极表面极化的均匀，减少阳极腐蚀和阳极电位；而力学性能的提高，可减少极板的蠕变和变形，从而有利于降低阳极阳极腐蚀率和减少阴阳极短接而造成的阴极烧板和阳极穿孔。两者的综合作用，可以延长阳极使用寿命，提高阴极产品品位和降低电解能耗

2、采用密度轻的Al合金作芯，部分替代密度大的铅合金，一方面可减少铅合金的用量，另一方面可减轻阳极重量，从而更便于工人进行阳极平整、清理和更换，可大大减少阳极原料成本和降低工人劳动强度

综上所述，本发明结构合理、强度高、重量轻、导电性能好、使用寿命长，可减少铅合金用量，降低阳极原料成本和节能降耗。适于工业化生产。

附图说明

附图1为本发明复合电极结构示意图。

附图2为梳状导电芯板示意图。

附图3为框架状导电芯板示意图。

附图4为：铝合金导电芯板卷绕包覆铜棒时的卷绕方式示意图。

附图5为铝合金导电芯板卷绕包覆铜棒后形成的导电芯侧视图。

图4中：1-导电芯板；2-铅合金包覆层；3-导电芯棒。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

实施例1

将厚度为2mm的Al-Sn合金导电芯板上部分成8片，对铜棒进行卷绕处理形成导电芯；再将导电芯实施熔盐化学镀形成厚度为0.5mm的过渡层，过渡层合金为Pb-Ca-Sn，其中Ca含量为0.12wt.%,Sn含量为0.77wt.%。导电芯经处理后，经反重力铸造工艺一次性浇铸成工业所需新型复合平板阳极，外包覆层为Pb-Ca-Sn合金，Pb-Ca-Sn合金中Ca-Sn的含量分别为0.12wt.%和0.77wt.%，包覆层厚度为2mm。与传统平板阳极相比，所得阳极的极限抗拉强度提高约1.5倍，用直流四端电极法测得其导电率提高约1倍，将该复合平板阳极用于铜电沉积工序，电沉积工艺参数为：电解液成分为45g/L的Cu²⁺，170g/L H₂SO₄，温度为45℃，电流密度为240A/m²，24h后测得阴阳极间槽电压降低约60mV。

实施例2

将厚度为1mm的Al-Si-Mg合金的框架状导电芯板上部对铜棒进行卷绕处理形成导电芯；再将导电芯实施熔盐化学镀形成厚度为0.2mm的过渡层，过渡层合金为Pb-RE-Sn，其中RE含量为0.02wt.%,Sn含量为1.2wt.%。导电芯经处理后，经重力铸造工艺一次性浇铸成工业所需新型复合平板阳极，外包覆层为Pb-Ag-Ca-Sr合金，Pb-Ag-Ca-Sr合金中Ag、Ca、Sr的含量分别为0.28wt.%、0.15wt.%和0.8wt.%，包覆层厚度为3mm。与传统平板阳极相比，所得阳极的极限抗拉强度提高约1.5倍，用直流四端电极法测得其导电率提高约1倍，将该复合平板阳极用于锌电沉积工序，电沉积工艺参数为：电解液成分60g/L的Zn²⁺，160g/L H₂SO₄，温度为40℃，电流密度为5000A/m²，电解24h后测得槽电压降低约68mV

实施例3

导电芯为金属Al，芯板厚度为1.5mm，在模具内整体铸造成型，且导电芯板为梳状；将导电芯实施熔盐化学镀形成过渡层，厚度为0.1mm，过渡层合金为Pb-Ag(0.4wt.%)合金。导电芯经处理后，经重力铸造工艺一次性浇铸成工业所需新型复合平板阳极，外包覆层为Pb-Ag-RE合金，其中Ag含量为0.4wt.%，RE含量为0.05wt.%，包覆层厚度为2.5mm。与传统平板阳极相比，所得阳极的极限抗拉强度提高约1倍，用直流四端电极法测得其导电率提高约0.8倍，将该复合平板阳极用于锌电沉积工序，电沉积工艺参数为：电解液成分60g/L的Zn²⁺，160g/L H₂SO₄，温度为40℃，电流密度为5000A/m²，电解24h后测得槽电压降低约80mV。

实施例4

将在铜棒置于模具中，浇入Al-Si合金获得导电芯棒为铜棒的导电芯，其中导电芯板厚度为1mm，导电芯棒外层铝合金厚度为1.5mm；将导电芯实施熔盐化学镀形成铅过渡层，厚度为1mm。导电芯经处理后，经反重力铸造工艺一次性浇铸成工业所需新型复合平板阳极，外包覆层为Pb-Ag合金，其中Ag的含量为0.8wt.%，包覆层厚度为2.5mm。与传统平板阳极相比，所得阳极的极限抗拉强度提高约1倍，用直流四端电极法测得其导电率提高约1.5倍，将该复合平板阳极用于锌电沉积工序，电沉积工艺参数为：阳极在电解液成分为160g/L的H₂SO₄，60g/L Zn²⁺，温度为40℃，电流密度为500A/m²，电解24h后测得槽电压降低约85mV。

实施例5

将厚度为3mm的框架状Al导电芯板与Al导电芯棒焊接在一起形成导电芯；将导电芯实施熔盐化学镀形成Pb-Ag合金过渡层，厚度为1mm，Pb-Ag合金中的Ag含量为0.4wt.%。导电芯经处理后，经反重力铸造工艺一次性浇铸成工业所需新型复合平板阳极，外包覆层为Pb-Ag合金，其中Ag的含量为0.8wt.%，包覆层厚度为6mm。与传统平板阳极相比，所得阳极的极限抗拉强度提高约1.5倍，用直流四端电极法测得其导电率提高约1.8倍，将该复合平板阳极用于锌电沉积工序，电沉积工艺参数为：阳极在电解液成分为160g/L的H₂SO₄，60g/L Zn²⁺，温度为40℃，电流密度为500A/m²，电解24h后测得槽电压降低约80mV。

Claims

1.一种湿法冶金用复合阳极，所述阳极由导电芯、包覆层和过渡层组成；其特征在于：所述导电芯由上部用作阳极极耳的导电芯棒与下部导电芯板连为一体构成，在所述导电芯表面依次镀制有过渡层、铸造有包覆层。

2.根据权利要求1所述的一种湿法冶金用复合阳极，其特征在于：导电芯表面镀制的过渡层为铅或铅合金，厚度为0.1-1mm；镀制工艺为熔盐化学镀。

3.根据权利要求2所述的一种湿法冶金用复合阳极，其特征在于：导电芯表面铸造的包覆层为铅合金；铸造采用反重力铸造或重力铸造工艺;所述包覆层厚度为2-6mm。

4.根据权利要求3所述的一种湿法冶金用复合阳极，其特征在于：所述过渡层的铅合金与所述包覆层的铅合金的成分相同或不同。

5.根据权利要求4所述的一种湿法冶金用复合阳极，其特征在于：所述过渡层的铅合金以及所述包覆层的铅合金中的合金元素选自Ca,Sn,Sb,Ag,Sr,Al,Ba,Bi,Nd,La,Ce,Pr,Sm,Eu中的至少一种，质量百分含量为0.1%～10%。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的一种湿法冶金用复合阳极，其特征在于：所述导电芯板的材质为铝合金，其形状为板状、梳状、框架状中的一种；厚度为1-3mm。

7.根据权利要求6所述的一种湿法冶金用复合阳极，其特征在于：所述导电芯棒由铝、铝合金、铜、铜合金中的一种构成；导电芯板材质为铝合金。

8.根据权利要求6所述的一种湿法冶金用复合阳极，其特征在于：所述导电芯棒由铝或铝合金构成时，导电芯棒与导电芯板采用铸造工艺一体成型,或者通过焊接工艺接合成一个整体。

9.根据权利要求6所述的一种湿法冶金用复合阳极，其特征在于：所述导电芯棒由铜或铜合金构成时，导电芯棒与导电芯板通过铸造工艺在铜或铜合金棒外部包覆一层铝合金一体成型，包覆的铝合金层的厚度为0.5-2mm。

10.根据权利要求6所述的一种湿法冶金用复合阳极，其特征在于：所述导电芯棒由铜合金构成时，将导电芯棒卷绕包覆在导电芯板的一端，使导电芯板与导电芯棒形成整体；或将导电芯板一端切割成至少2片，然后，以相对方向将导电芯棒卷绕包覆在导电芯板的一端，使导电芯板与导电芯棒形成整体。