CN111005040A - 一种有色金属电积用铝基阳极板制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种有色金属电积用铝基阳极板制备方法，属于有色金属湿法冶金领域。本发明包括以下步骤：(1)以铸态铝基合金为原料，对所取原料进行压延预处理；所述压延预处理，即将铝合金铸锭置于电阻炉中，进行扩散退火和或变质热处理；(2)压延，即将预处理后合金通过两辊或四辊轧机进行压延；(3)电场时效处理，即将压延阳极板置于电场时效装置中进行时效处理。采用本发明制得的压延阳极具有较好的力学性能、耐腐蚀性能和电化学性能，可以代替原有工艺的铝合金压延阳极；应用于有色金属电积工序，能降低电解过程的槽电压、降低阳极成本和延长阳极的使用寿命。

Description

一种有色金属电积用铝基阳极板制备方法
技术领域
本发明属于有色金属电极技术领域，涉及一种有色金属电积用铝基阳极板制备方法。
背景技术
在有色金属的湿法提取过程中，电沉积过程是重要工序。铅基阳极由于可以在高电流密度、高硫酸浓度的条件下表面形成一层具有良好导电性的氧化物保护膜，被作为不溶阳极广泛应用于湿法冶金电沉积工业。然而，Pb基合金阳极存在以下缺点：1)析氧过电位高，导致大量无用能耗。以金属Zn为例，湿法炼锌电积工序的能耗约为3200kWh/t-Zn，采用铅银合金阳极，无用电耗近1000kWh/t-Zn，约占电积过程能耗的30％；2)阳极中需添加贵金属银，使得阳极成本较高；3)铅基合金阳极密度大、强度低、易弯曲蠕变，减少使用寿命。
为了克服铅基阳极存在的不足，国内外对铅基合金阳极的制备工艺进行了改进，采用压延的方法制备阳极。由于压延过程可以破坏铸态铅合金的组织结构，获得细小均匀的晶粒，减小二次相的偏聚程度，同时减少裂缝孔洞等缺陷，在锌电沉积工业中，压延阳极正逐渐取代浇铸阳极。现有的压延阳极工艺为：铅合金液进行浇注，凝固后得到毛坯板，之后轧制得到铅合金板，然后校平、剪切、焊接极耳后得到成品板。现有工艺的不足之处在于：1)由于阳极材料表面在轧制方向上形成取向一致、形状细长、晶界数量少的晶体结构，导致阳极材料表面缺少腐蚀中心，难以快速形成结合力优良的PbO2氧化产物保护层。2)压延阳极板表面光滑，在电解过程中阳极泥不能很好的粘附在阳极板面上，多数呈片状脱落，使得新鲜铅表面暴露在电解液中，不能很好的保护阳极板，缩短了阳极板的寿命，同时还导致析出锌片含铅高，降低产品质量。3)压延前的毛坯板的金相结构的随意性较大，未进行很好的调控，使压延后得到的阳极板合金金相不理想，有可能还会导致Pb基合金机械性能恶化。因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
本发明的目的是提供一种有色金属电积用铝基阳极板制备方法，解决了现有技术中存在的压延后得到的阳极板合金金相不理想的问题。
本发明所采用的技术方案是，一种有色金属电积用铝基阳极板制备方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1、铝基体的预处理：对铝基体材料进行150～300℃条件下淬火1～5小时，然后对表面进行增表处理和除油；
步骤2、镀锡：铝在基体材料上镀锡；
步骤3、浇注铝合金层：将步骤2处理制得的基板置于预热过的铸态钢竖模中，然后将熔后的铝合金液倒入模具中制得毛坯板；
步骤4、挤压或爆炸喷涂活性颗粒：将步骤3所得的毛坯板轧制后通过挤压或爆炸喷涂嵌入活性固体颗粒，获得金属基陶瓷复合阳极板；
步骤5、对步骤4所得金属基陶瓷复合阳极板进行压延，得到设定尺寸的预成品；
步骤6、对步骤5所得预成品进行电场时效处理，得到成品。
本发明的特点还在于：
步骤4中活性固体颗粒为SiC、PbO2或Si4N4粒子中的一种或几种。
步骤2中镀液由锡酸钠100～120g/L、氢氧化钠10～25g/L、醋酸钠5～10g/L和添加剂明胶0～1g/L组成。
步骤2工艺条件为：电流密度1～2A/dm2；温度60～85℃；电镀时间30～40min。
步骤3中铝合金为现有的硅钡钙合金、铝锰铁合金、硅钙脱氧合金的一种。
步骤6电场时效处理，控制温度为60～90℃，电场强度为3～6kV/cm、时间为20～80min。
步骤4种活性颗粒直径尺寸为30～700μm。
本发明的有益效果是：
1、本发明以铝板为基材采用熔铸、轧制、挤压或爆炸喷涂相结合的方法制备复合阳极材料，获得的复合阳极板是由层状和活性固体颗粒增强复合形成；铝基材外由内至外外依次为镀锡层和活性固体颗粒层。
2、本发明的复合阳极板采用轧制的方法，这可以不要求合金具有足够的低熔点和溶化后足够好的流动性，从而可以大大降低阳极板的孔隙率，提高阳极板的寿命；并且铝板有较好的延展性，解决了他们之间可能存在的局部结合不牢固的缺点。
3、本发明的复合阳极板在原有技术的基础上在电极表面引入了活性颗粒WC、B4C和Si4N4粒子具有强的耐酸和耐碱腐蚀性，制备的阳极与传统的阳极相比在强酸溶液中具有寿命长优点。
4、本发明制备的复合阳极，用在有色电积过程中，具有导电性好、稳定性高，解决了公知的单纯以铅合金为外层时存在的变形问题，同时这种新型金属基陶瓷复合阳极在镀层中含有具有优越的电催化活性导电WC微粒和具有耐酸碱性、抗氧化还原性、良好的热稳定性、抗高温氧化和机械强度纳米陶瓷颗粒B4C，它们既可以催化氧放电，又能使电极在长时间大电流的电解使用后，槽电压仍然很低。
5、本发明制备的金属基陶瓷复合阳极制备方法简单、电极价格低廉；其应用于铜、锌、镍、锰等有色金属的电积过程，能显著降低电解过程的槽电压、降低阳极板成本，提高阴极电流效率，延长阳极板的使用寿命长。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。
实施例1
本发明所采用的技术方案是，一种有色金属电积用铝基阳极板制备方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1、铝基体的预处理：对铝基体材料进行150℃条件下淬火1小时，然后对表面进行增表处理和除油；
步骤2、镀锡：铝在基体材料上镀锡；
步骤3、浇注铝合金层：将步骤2处理制得的基板置于预热过的铸态钢竖模中，然后将熔后的铝合金液倒入模具中制得毛坯板；
步骤4、挤压或爆炸喷涂活性颗粒：将步骤3所得的毛坯板轧制后通过挤压或爆炸喷涂嵌入活性固体颗粒，获得金属基陶瓷复合阳极板；
步骤5、对步骤4所得金属基陶瓷复合阳极板进行压延，得到设定尺寸的预成品；
步骤6、对步骤5所得预成品进行电场时效处理，得到成品。
步骤4中活性固体颗粒为SiC。
步骤2中镀液由锡酸钠100g/L、氢氧化钠10g/L、醋酸钠5g/L和添加剂明胶0g/L组成。
步骤2工艺条件为：电流密度1A/dm2；温度60℃；电镀时间30min。
步骤3中铝合金为现有的硅钡钙合金。
步骤6电场时效处理，控制温度为60℃，电场强度为3kV/cm、时间为20min。
步骤4种活性颗粒直径尺寸为30μm。
实施例2
本发明所采用的技术方案是，一种有色金属电积用铝基阳极板制备方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1、铝基体的预处理：对铝基体材料进行180℃条件下淬火4小时，然后对表面进行增表处理和除油；
步骤2、镀锡：铝在基体材料上镀锡；
步骤3、浇注铝合金层：将步骤2处理制得的基板置于预热过的铸态钢竖模中，然后将熔后的铝合金液倒入模具中制得毛坯板；
步骤4、挤压或爆炸喷涂活性颗粒：将步骤3所得的毛坯板轧制后通过挤压或爆炸喷涂嵌入活性固体颗粒，获得金属基陶瓷复合阳极板；
步骤5、对步骤4所得金属基陶瓷复合阳极板进行压延，得到设定尺寸的预成品；
步骤6、对步骤5所得预成品进行电场时效处理，得到成品。
步骤4中活性固体颗粒为SiC、PbO2。
步骤2中镀液由锡酸钠110g/L、氢氧化钠16g/L、醋酸钠9g/L和添加剂明胶0.3g/L组成。
步骤2工艺条件为：电流密度1.2A/dm2；温度75℃；电镀时间34min。
步骤3中铝合金为现有的硅钡钙合金、铝锰铁合金、硅钙脱氧合金的一种。
步骤6电场时效处理，控制温度为8℃，电场强度为4V/cm、时间为40min。
步骤4种活性颗粒直径尺寸为130μm。
实施例3
本发明所采用的技术方案是，一种有色金属电积用铝基阳极板制备方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1、铝基体的预处理：对铝基体材料进行300℃条件下淬火5小时，然后对表面进行增表处理和除油；
步骤2、镀锡：铝在基体材料上镀锡；
步骤3、浇注铝合金层：将步骤2处理制得的基板置于预热过的铸态钢竖模中，然后将熔后的铝合金液倒入模具中制得毛坯板；
步骤4、挤压或爆炸喷涂活性颗粒：将步骤3所得的毛坯板轧制后通过挤压或爆炸喷涂嵌入活性固体颗粒，获得金属基陶瓷复合阳极板；
步骤5、对步骤4所得金属基陶瓷复合阳极板进行压延，得到设定尺寸的预成品；
步骤6、对步骤5所得预成品进行电场时效处理，得到成品。
步骤4中活性固体颗粒为Si4N4粒子中的一种或几种。
步骤2中镀液由锡酸钠120g/L、氢氧化钠25g/L、醋酸钠10g/L和添加剂明胶1g/L组成。
步骤2工艺条件为：电流密度2A/dm2；温度85℃；电镀时间40min。
步骤3中铝合金为现有的硅钙脱氧合金。
步骤6电场时效处理，控制温度为90℃，电场强度为6kV/cm、时间为80min。
步骤4种活性颗粒直径尺寸为700μm。

Claims (7)

1.一种有色金属电积用铝基阳极板制备方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
步骤1、铝基体的预处理：对铝基体材料进行150～300℃条件下淬火1～5小时，然后对表面进行增表处理和除油；
步骤2、镀锡：铝在基体材料上镀锡；
步骤3、浇注铝合金层：将步骤2处理制得的基板置于预热过的铸态钢竖模中，然后将熔后的铝合金液倒入模具中制得毛坯板；
步骤4、挤压或爆炸喷涂活性颗粒：将步骤3所得的毛坯板轧制后通过挤压或爆炸喷涂嵌入活性固体颗粒，获得金属基陶瓷复合阳极板；
步骤5、对步骤4所得金属基陶瓷复合阳极板进行压延，得到设定尺寸的预成品；
步骤6、对步骤5所得预成品进行电场时效处理，得到成品。
2.根据权利要求1所述的一种有色金属电积用铝基阳极板制备方法，其特征在于，所述步骤4中活性固体颗粒为SiC、PbO2或Si4N4粒子中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的一种有色金属电积用铝基阳极板制备方法，其特征在于，所述步骤2中镀液由锡酸钠100～120g/L、氢氧化钠10～25g/L、醋酸钠5～10g/L和添加剂明胶0～1g/L组成。
4.根据权利要求1所述的一种有色金属电积用铝基阳极板制备方法，其特征在于，所述步骤2工艺条件为：电流密度1～2A/dm2；温度60～85℃；电镀时间30～40min。
5.根据权利要求1所述的一种有色金属电积用铝基阳极板制备方法，
其特征在于，所述步骤3中铝合金为现有的硅钡钙合金、铝锰铁合金、硅钙脱氧合金的一种。
6.根据权利要求1所述的一种有色金属电积用铝基阳极板制备方法,其特征在于，所述步骤6电场时效处理，控制温度为60～90℃，电场强度为3～6kV/cm、时间为20～80min。
7.根据权利要求1所述的一种有色金属电积用铝基阳极板制备方法,其特征在于，所述步骤4种活性颗粒直径尺寸为30～700μm。
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