CN105239104A

CN105239104A - 一种使碱法电解出鳞片状锌粉的方法

Info

Publication number: CN105239104A
Application number: CN201510657579.3A
Authority: CN
Inventors: 蒋家超; 商晓甫; 田源; 赵由才; 李强
Original assignee: China University of Mining and Technology CUMT
Current assignee: China University of Mining and Technology CUMT
Priority date: 2015-10-14
Filing date: 2015-10-14
Publication date: 2016-01-13

Abstract

本发明涉及一种使碱法电解出鳞片状锌粉的方法，利用蒸馏水、强碱和锌化合物混合制成溶液，在上述溶液中加入硫脲和吐温，并进行电解获得高纯鳞片状锌粉，硫脲和吐温作为表面活性物质可以通过在电极与溶液界面区发生一系列的吸附填充、黏结包裹、电荷排斥等现象，改变极板表面附近活性成核位点的密度，使得晶体在高电流密度条件下一些高活性突出位点或晶面得到抑制，晶核生长趋于平衡，有利于片状化锌粉晶粒的形成；本发明生产流程简单，成本低，由于硫脲和吐温的加入，从而获得活性更高的鳞片状锌粉，相较于晶枝状的锌粉，其片与片之间易分离，以便于后期加工成品。

Description

一种使碱法电解出鳞片状锌粉的方法

技术领域

本发明属于鳞片状锌粉高技术生产领域，涉及一种使碱法电解出鳞片状锌粉的方法。

背景技术

钢铁构件的镀锌防腐占锌用途的50%以上，防腐原理主要是因为锌电位比铁更负，在电解质溶液中锌原子容易失去电子变成阳极，铁则为阴极，在阳极区锌由于失去电子而被腐蚀掉，在阴极区钢铁表面不断得到电子，从而得到保护。欲使锌充分发挥牺牲阳极的作用，就要求锌粉与钢铁表面之间紧密接触，整个涂层必须有良好的导通性，与钢铁基材体系形成电化学回路，富锌涂层才能起到电化学保护作用。

镀锌方式包括热镀、热喷涂、电镀、富锌涂料和粉末镀等。而对于不适宜热镀和电镀工艺的大型户外钢铁构件，如桥梁、管道、集装箱、机动车、船舶等，镀锌方式主要是富锌涂料的涂覆和粉末镀。富锌涂料中的锌粉和粉末镀所用的锌粉主要有球状和片状两种形态。

传统的富锌涂料采用球状锌粉，它们之间是以点接触的形式来传输电子，并和钢材基体也保持电接触。但由于是点接触，涂层的导电性较差，为了提高涂层的电导率，必须添加大量的锌粉弥补导电性的不足，锌耗量增大。同时球状锌粉涂层不可避免会存在大量涂层孔隙，而涂料中的粘结剂不足以填补涂层间的空隙，从而形成了多孔隙的涂层结构，不利于钢铁基体的防腐。

使用鳞片状锌粉时，由于片状锌粉具有更大的比表面积，可以形成均匀致密的锌粉层，不仅增加了渗透距离，加强了物理屏蔽作用，延长了腐蚀路径，而且具有良好的导电性。另外，鳞片状锌粉的加入还能够在涂层中形成无数的微小区域，减少了涂层与金属基体之间的热膨胀系数之差，降低了涂层硬化时的收缩率、涂层内部的应力，抑制涂层的龟裂、脱落，提高涂层的粘结力和抵抗介质的渗透力，从而大大增强了涂层的防腐蚀性能。

目前锌粉的生产主要有蒸馏法、雾化法、机械法和电解法，其中蒸馏法和雾化法是以锌锭为原料，经高温熔融和冷却制得，能耗较大，且得到的是球状锌粉。机械法则多以球状锌粉为原料，利用高能球磨机经机械加工使球状锌粉变为片状锌粉，加工难度大，成本非常高，而且高质量的片状锌粉球磨技术只有日本等少数几个国家拥有，目前国内迫切需要低成本的鳞片状锌粉生产技术。而在中国专利CN1450182A和CN1482263A中提出的碱液体系通过电解生产的锌粉形貌呈晶枝状，虽然活性较球状锌粉高，但又比鳞片状低，限制了碱法电解生产锌粉的高值化应用，在中国专利CN103938229A中提出的在碱液中添加含锑化合物制备的片状锌粉，片与片之间以层状堆叠，不易分离，难以实现后期加工成品。

发明内容

本发明的目的是提供一种使碱法电解出鳞片状锌粉的方法，本发明生产流程简单，成本低，便于控制的制备鳞片状锌粉的方法，且保证锌粉的片与片之间易分离，以便于后期加工成品。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种使碱法电解出鳞片状锌粉的方法，工艺步骤如下：

1）利用蒸馏水、强碱和锌化合物混合制成溶液，其中锌含量为10~50g/L，强碱浓度150~300g/L；

2）在上述溶液中加入5~10g/L的硫脲和体积分数为0.0025%~0.015%的吐温；

3）对上述溶液进行锌的电解，插入电极板，正、负极板间距1~10cm，温度0~70℃，通直流电电解，电流密度为800~1500A/m2；

4）停止电解后，立即取出锌粉，利用无水乙醇和去离子水先后清洗至清洗液pH呈中性，真空干燥后即得高纯鳞片状锌粉。

所述的强碱为氢氧化钠或氢氧化钾；所述的锌化合物为ZnO、ZnCO3或ZnSiO3中的一种或几种的混合。

步骤2）中所述的电极板其阳极是不锈钢板，阴极是含镁铝的合金板。

步骤3）中的电解时间2min~120min。

通过本发明所述的方法制备所得鳞片状金属锌粉全锌含量平均值为99.30%，金属锌含量为97.50%，锌粉的平均粒径3.83μm，鳞片的平均厚度0.36μm。

本发明中的硫脲和吐温作为表面活性物质可以通过在电极与溶液界面区发生一系列的吸附填充、黏结包裹、电荷排斥等现象，改变极板表面附近活性成核位点的密度，使得晶体在高电流密度条件下一些高活性突出位点或晶面得到抑制，晶核生长趋于平衡，有利于片状化锌粉晶粒的形成。

本发明的有益效果是：本发明生产流程简单，成本低，由于硫脲和吐温的加入，从而获得活性更高的鳞片状锌粉，相较于晶枝状的锌粉，其片与片之间易分离，以便于后期加工成品。

附图说明

附图1为通过本发明所述的制备方法所得鳞片状金属锌粉的X射线衍射图。

附图2为实施例1所得锌粉的扫描电镜图。

附图3为实施例2所得锌粉的扫描电镜图。

附图4为实施例3所得锌粉的扫描电镜图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

实施例一

利用蒸馏水、氢氧化钠和ZnO混合制成溶液，其中锌含量35g/L，强碱浓度200g/L。

然后加入7g/L的硫脲和体积分数为0.005%的吐温。

插入电极板，极板间距3cm，温度25℃，通直流电电解，电流密度为800A/m2。

电解90min后，立即取出锌粉，利用无水乙醇和去离子水先后清洗至清洗液pH呈中性，真空干燥后即得高纯鳞片状锌粉。

实施例二

利用蒸馏水、强碱氢氧化钠和锌化合物ZnO混合制成溶液，其中锌含量50g/L，强碱浓度250g/L。

然后加入10g/L的硫脲和体积分数为0.01%的吐温。

插入电极板，极板间距3cm，温度50℃，通直流电电解，电流密度为1000A/m2。

电解60min后，立即取出锌粉，利用无水乙醇和去离子水先后清洗至清洗液pH呈中性，真空干燥后即得高纯鳞片状锌粉。

实施例三

利用蒸馏水、氢氧化钠和ZnO混合制成溶液，其中锌含量10g/L，强碱浓度150g/L。

然后加入5g/L的硫脲和体积分数为0.005%的吐温。

插入电极板，极板间距5cm，温度0℃，通直流电电解，电流密度为800A/m2。

Claims

1.一种使碱法电解出鳞片状锌粉的方法，其特征在于，工艺步骤如下：

1）利用蒸馏水、强碱和锌化合物混合制成溶液，其中锌含量为10~50g/L，强碱浓度150~300g/L；

2）在上述溶液中加入5~10g/L的硫脲和体积分数为0.0025%~0.015%的吐温；

3）对上述溶液进行锌的电解，插入电极板，正、负极板间距1~10cm，温度0~70℃，通直流电电解，电流密度为800~1500A/m2；

4）停止电解后，立即取出锌粉，利用无水乙醇和去离子水先后清洗至清洗液pH呈中性，真空干燥后即得高纯鳞片状锌粉。

2.根据权利要求1所述的一种使碱法电解出鳞片状锌粉的方法，其特征在于，所述的强碱为氢氧化钠或氢氧化钾；所述的锌化合物为ZnO、ZnCO3或ZnSiO3中的一种或几种的混合。

3.根据权利要求1所述的一种使碱法电解出鳞片状锌粉的方法，其特征在于，所述的电极板其阳极是不锈钢板，阴极是含镁铝的合金板。

4.根据权利要求1所述的一种使碱法电解出鳞片状锌粉的方法，其特征在于，所述电解时间2min~120min。

5.根据权利1~4任意一项权利要求所述的一种使碱法电解出鳞片状锌粉的方法制备的鳞片状锌粉，其特征在于，所述鳞片状金属锌粉全锌含量平均值为99.30%，金属锌含量为97.50%，锌粉的平均粒径3.83μm，鳞片的平均厚度0.36μm。