CN109468667A - 一种锌电积用铅-铁酸锌复合阳极及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种锌电积用铅‑铁酸锌复合阳极及其制备方法。该复合阳极由铅和铁酸锌组成，铅为连续相，铁酸锌为分散相。该复合阳极制备方法为：首先，采用混料机将铅粉、铁酸锌粉混合均匀；然后，采用热压烧结炉使铅、铁酸锌混合料烧结；最后，烧结制备的复合阳极随炉冷却至室温。烧结过程中，Pb粉熔融形成液相，冷却后形成以铅为连续相、铁酸锌为弥散相的复合阳极。由于铁酸锌在硫酸溶液中稳定性好、析氧活性高，该复合阳极相较传统铅合金阳极板具有耐腐蚀性能好、能耗低的优点。

Description

一种锌电积用铅-铁酸锌复合阳极及其制备方法
技术领域
本发明涉及材料制备领域，尤其涉及一种锌电积用铅-铁酸锌复合阳极及其制备方法。
背景技术
锌电积工序普遍采用铅银合金阳极板。在服役过程中，阳极板表面逐渐形成一层保护性膜层，减缓铅银阳极板的腐蚀，同时，在膜层表面进行析氧反应。由于膜层主要组分为二氧化铅、硫酸铅及非化学计量比铅氧化物，这些组分在硫酸溶液中稳定性差，膜层易脱落，进而导致铅银阳极寿命不理想和阴极锌铅含量超标。此外，膜层析氧活性较差，析氧过电位高，导致锌电积过程能耗高。
基于上述问题，本领域人员研发了系列铅基涂层阳极，即，将析氧活性较高的氧化物涂覆在铅合金表面，以提高铅基阳极的析氧活性并降低能耗。然而，该类阳极往往存在活性氧化物颗粒与铅合金基底结合强度不理想，在服役过程中，涂层易从基底脱落，涂层寿命短、维护成本高。
发明内容
针对传统铅银阳极、涂层阳极存在的膜层氧化物稳定性不高、析氧活性较低的缺点，本发明提出一种铅-铁酸锌复合阳极及其制备方法。
本发明提出的一种锌电积用铅-铁酸锌复合阳极由铅和铁酸锌组成，其中，铅为连续相，铁酸锌为分散相，且铅与铁酸锌相通过热压烧结实现冶金结合。
优选地，铅和铁酸锌的质量比为6:1～10:1。
优选地，铅和铁酸锌的质量比为8:1。
本发明提出的一种如上述任一项所述的锌电积用铅-铁酸锌复合阳极的制备方法，包括以下步骤：
采用混料机将铅粉、铁酸锌粉混合均匀；
采用热压烧结炉使铅、铁酸锌混合料烧结；
烧结制备的复合阳极随炉冷却至室温。
优选地，铅粉颗粒粒径为100nm～1000μm；铁酸锌粉颗粒粒径为50nm～1000μm。
优选地，铅粉颗粒粒径为50μm；铁酸锌粉颗粒粒径为20μm。
优选地，热压烧结温度为327～337℃，压力为10～30MPa。
本发明的发明构思及技术原理如下：
铁酸锌是硫化锌精矿焙烧过程中的副产物，其在酸浸过程中稳定性好，不易溶出，说明其在硫酸溶液中稳定性好。此外，多篇文献报道指出，铁酸锌是半导体，在碱性体系光解水活性高。受此启发，本发明提出一种铅-铁酸锌复合阳极，作为硫酸体系析氧电极，其有以下优势：铁酸锌作为活性物质，在硫酸溶液中稳定，可以避免其溶解，活性物质化学稳定性好，寿命长；铁酸锌作为半导体，电子导电性差，控制Pb与铁酸锌的比例，在327-337℃下烧结过程中，Pb熔融，可形成金属连续相，作为金属导电网络，提高电极电子导电性；冷却过程中，熔融的Pb凝固，可以实现Pb与铁酸锌的冶金结合，电极各组分结构稳定性好；烧结过程中，Pb易并入铁酸锌晶格替代Zn，从而增大铁酸锌的化学缺陷密度，有利于改善其电催化析氧活性。
综上，本发明提出的铅-铁酸锌复合阳极具备耐腐蚀性能好、能耗低的优点，具有较大的工业应用价值。
具体实施方式
结合以下实施例对本发明的内容进行详细说明。
实施例1
将质量比为7:1的200nm Pb颗粒和50μm铁酸锌颗粒送混料机混匀2h。混料填入1200×1000×7mm模具，送热压烧结炉烧结，烧结温度为330℃，压力30MPa，烧结2h后随炉冷却至室温。该复合阳极在模拟锌电积电解液中恒流极化(500Am-2)72h后，电解液ICP-MASS检测未检测出Fe2+和Fe3+，Pb2+浓度与使用传统铅银阳极电解槽中电解液Pb2+浓度相当，阳极电位相较传统Pb-Ag板低60mV。
实施例2
将质量比为8:1的500μm Pb颗粒和50nm铁酸锌颗粒送混料机混匀4h。混料装入1200×1000×7mm模具，送热压烧结炉烧结，烧结温度为337℃，压力20MPa，烧结1.5h后随炉冷却至室温。该复合阳极在模拟锌电积电解液中恒流极化(500Am-2)72h后，电解液ICP-MASS检测未检测出Fe2+和Fe3+，Pb2+浓度较使用传统铅银阳极电解槽中电解液Pb2+浓度低20％，阳极电位相较传统Pb-Ag板低45mV。
实施例3
将质量比为10:1的10μm Pb颗粒和50μm铁酸锌颗粒送混料机混匀4h。混料装入1200×1000×7mm模具，送热压烧结炉烧结，烧结温度为337℃，压力25MPa，烧结3h后随炉冷却至室温。该复合阳极在模拟锌电积电解液中恒流极化(500Am-2)72h后，电解液ICP-MASS检测未检测出Fe2+和Fe3+，阳极电位与Pb/PbO2-CeO2复合阳极相当，0#锌合格率较使用Pb/PbO2-CeO2复合阳极体系高1.1％。
实施例4
将质量比为9:1的500μm Pb颗粒和20μm铁酸锌颗粒送混料机混匀4h。混料装入1200×1000×7mm模具，送热压烧结炉烧结，烧结温度为327℃，压力30MPa，烧结5h后随炉冷却至室温。该复合阳极在模拟锌电积电解液中恒流极化(500Am-2)72h后，电解液ICP-MASS检测未检测出Fe2+和Fe3+，阳极电位较Pb-PbO2-WC-CeO2粉末烧结复合阳极低20mV，0#锌合格率较使用Pb-PbO2-WC-CeO2粉末烧结复合阳极体系高0.5％。
实施例5
将质量比为6:1的50μm Pb颗粒和20μm铁酸锌颗粒送混料机混匀2h。混料填入1200×1000×7mm模具，送热压烧结炉烧结，烧结温度为333℃，压力15MPa，烧结4h后随炉冷却至室温。该复合阳极在模拟锌电积电解液中恒流极化(500Am-2)72h后，电解液ICP-MASS检测未检测出Fe2+和Fe3+，Pb2+浓度较使用传统铅银阳极电解槽中电解液Pb2+浓度低15％，阳极电位相较传统Pb-Ag板低62mV。

Claims (7)

1.一种锌电积用铅-铁酸锌复合阳极，其特征在于，该复合阳极由铅和铁酸锌组成，其中，铅为连续相，铁酸锌为分散相，且铅与铁酸锌相通过热压烧结实现冶金结合。
2.如权利要求1所述的锌电积用铅-铁酸锌复合阳极，其特征在于，铅和铁酸锌的质量比为6:1～10:1。
3.如权利要求2所述的锌电积用铅-铁酸锌复合阳极，其特征在于，铅和铁酸锌的质量比为8:1。
4.一种如权利要求1-3任一项所述的锌电积用铅-铁酸锌复合阳极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
采用混料机将铅粉、铁酸锌粉混合均匀；
采用热压烧结炉使铅、铁酸锌混合料烧结；
烧结制备的复合阳极随炉冷却至室温。
5.如权利要求4所述的锌电积用铅-铁酸锌复合阳极的制备方法，其特征在于，铅粉颗粒粒径为100nm～1000μm；铁酸锌粉颗粒粒径为50nm～1000μm。
6.如权利要求5所述的锌电积用铅-铁酸锌复合阳极的制备方法，其特征在于，铅粉颗粒粒径为50μm；铁酸锌粉颗粒粒径为20μm。
7.如权利要求4所述的锌电积用铅-铁酸锌复合阳极的制备方法，其特征在于，热压烧结温度为327～337℃，压力为10～30MPa。
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