CN115821326A - 一种高效耐腐的锌电积阳极铅合金及其制备方法与其应用 - Google Patents

一种高效耐腐的锌电积阳极铅合金及其制备方法与其应用 Download PDF

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阙赟鹏
孙彦华
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张永平
李玉章
包稚群
李雨耕
雷华志
陈新
冯炜光
杨筱筱
李星华
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Abstract

本发明公开了一种高效耐腐的锌电积阳极铅合金及其制备方法与应用，所述的高效耐腐的锌电积阳极铅合金是由Pb‑Ca‑Sr‑Ag合金中添加0.03~0.06%的稀土经熔炼铸锭和晶界优化制备得到；所述的Pb‑Ca‑Sr‑Ag合金中Ca质量百分比为1.5~2.5%、Sr质量百分比为0.5~0.8%、Ag质量百分比为0.1~0.15%，余量为Pb。本发明在Pb‑Ca‑Sr‑Ag合金中用稀土取代Ag用于锌电解阳极板应用的基础上，发明人对熔炼铸锭得到的Pb‑Ca‑Sr‑Ag‑Re或Pb‑Ca‑Sr‑Ag‑Co五元合金再进行反熔，改变了其中的晶相结构，同时消除了应力，解决了传统极板遗迹稀土合金板在使用后期易变形的问题，降低电流密度改善电极工况，增强极板使用前期阳极泥的附着能力和锌的沉积效果，减缓阳极板的腐蚀，进一步提高了阳极板的使用寿命。

Description

一种高效耐腐的锌电积阳极铅合金及其制备方法与其应用
技术领域
本发明属于化工技术领域，进一步属于电化学技术领域，具体涉及一种高效耐腐蚀的锌电积阳极铅合金及其制备方法与应用。
背景技术
常用的锌电积用阳极板存在以下问题：（1）铅银二元合金阳极板：强度低，在使用过程中容易发生弯曲变形，导致电解槽中出现短路现象，电流效率下降；其次，铅银合金阳极使用过程中在铅的表面上形成的二氧化铅膜与铅基体结合不牢固，因此铅基体容易被电解液腐蚀，溶解下来的铅进入阴极，导致最终产品纯度降低，同时造成极板使用寿命短，槽电压也会升高，导致耗电量大增；另外，贵金属银的添加量大，生产使用成本高。（2）Pb-Ag-Ca三元合金作为阳极板材料，但其中Ag的添加量相比铅银二元合金并没有多大变化，因此成本仍然较高；也有为了降低成本而降低Ag的添加量，但又会导致极板的导电性能大幅降低。（3）Pb-Ag-Ca-Sr四元合金板及稀土合金板则在使用后期钙元素的析出生成了粘性硫酸钙增强了阳极泥的附着能力，生成的阳极泥不易脱落，长时间不清理易结晶成壳状层，电效大幅降低。因此，开发一种能解决上述问题的产品是非常必要的。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种高效耐腐的锌电积阳极铅合金；第二目的在于提供所述的高效耐腐的锌电积阳极铅合金的制备方法；第三目的在于提供所述的高效耐腐的锌电积阳极铅合金的应用。
本发明的第一目的是这样实现的，所述的高效耐腐的锌电积阳极铅合金是由Pb-Ca-Sr-Ag合金中添加0.03~0.06%的稀土经中间合金制备、熔炼铸锭和晶界优化制备得到；所述的Pb-Ca-Sr-Ag合金中Ca质量百分比为1.5~2.5%、Sr质量百分比为0.5~0.8%、Ag质量百分比为0.1~0.15%，余量为Pb。
本发明的第二目的是这样实现的，包括中间合金制备、熔炼铸锭和晶界优化步骤，具体包括：
A、中间合金制备：将稀土或Co与铅锭进行合金化反应得到中间合金；
B、熔炼铸锭：将符合配方配比的Pb-Ca-Sr-Ag合金和中间合金进行熔炼铸锭得到锌电积阳极铅合金预制品a；
C、晶界优化：将A步骤制备得到的锌电积阳极铅合金预制品a在温度250~260℃条件下淬火0.5~2h得到目标物高效耐腐蚀的锌电积阳极铅合金。
本发明的第三目的是这样实现的，所述的高效耐腐的锌电积阳极铅合金在制备锌电积阳极板中的应用。
本发明在Pb-Ca-Sr-Ag合金中用稀土或Co取代Ag用于锌电解阳极板应用的基础上，发明人结合将Ag含量降低既可以保证锌电解阳极板的耐蚀性，又降低了阳极析氧过电位，从而降低槽电压，减少电耗的基础上增加晶界优化步骤，对熔炼铸锭得到的Pb-Ca-Sr-Ag-Re或Pb-Ca-Sr-Ag-Co五元合金再进行热处理，改变了其中的晶相结构，同时消除了应力，解决了传统极板遗迹稀土合金板在使用后期易变形的问题，降低电流密度改善电极工况，增强极板使用前期阳极泥的附着能力和锌的沉积效果，减缓阳极板的腐蚀，进一步提高了阳极板的使用寿命；同时实现了用稀土部分取代Ag存在的阳极析氧过电位有所降低的情况，经本发明处理后的阳极板能非常的接近不用稀土部分取代Ag而完全采用Ag能达到的阳极析氧过电位。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但不以任何方式对本发明加以限制，基于本发明教导所作的任何变换或替换，均属于本发明的保护范围。
本发明所述的高效耐腐的锌电积阳极铅合金是由Pb-Ca-Sr-Ag合金中添加0.03~0.06%的稀土经中间合金制备、熔炼铸锭和晶界优化制备得到；所述的Pb-Ca-Sr-Ag合金中Ca质量百分比为1.5~2.5%、Sr质量百分比为0.5~0.8%、Ag质量百分比为0.1~0.15%，余量为Pb。
所述的高效耐腐的锌电积阳极铅合金是由Pb-Ca-Sr-Ag合金中添加0.04~0.05%的稀土经熔炼和热处理制备得到。
稀土的中间合金是在950～980℃制备成Pb-稀土中间合金；Co的中间合金是在1550～1580℃制备成Pb-Co中间合金。
所述的熔炼铸锭的温度为500~700℃。
所述的晶界优化的温度为250~260℃。
所述的晶界优化的时间为0.5~2.0h。
本发明所述的高效耐腐的锌电积阳极铅合金，包括中间合金制备、熔炼铸锭和晶界优化步骤，具体包括：
A、中间合金制备：将稀土或Co与铅锭进行合金化反应得到中间合金；
B、熔炼铸锭：将符合配方配比的Pb-Ca-Sr-Ag合金和中间合金进行熔炼铸锭得到锌电积阳极铅合金预制品a；
C、晶界优化：将A步骤制备得到的锌电积阳极铅合金预制品a在温度250~260℃条件下淬火0.5~2h得到目标物高效耐腐蚀的锌电积阳极铅合金。
本发明所述的高效耐腐的锌电积阳极铅合金的应用为所述的高效耐腐的锌电积阳极铅合金在制备锌电积阳极板中的应用。
所述的制备是将高效耐腐的锌电积阳极铅合金通过冷轧为板材，与一体化横梁焊接成阳极板。
下面以具体实施对本发明做进一步说明：
实施例1
先制备Pb-稀土中间合金：将1#铅锭加入中频炉中温度在600℃时加入铝箔包裹的稀土La，升温至950℃，合金化反应充分完成后，保温10min，制备成Pb-La(含量1%)中间合金；将Pb-Ca-Sr-Ag合金、Pb-La(含量1%)中间合金加入中频炉中反应，反应温度为650℃，保温10min，浇铸成板面，其中Ca质量百分比为2%、Sr质量百分比为0.6%、Ag质量百分比为0.1%，稀土La质量百分比为0.05%，余量为Pb。将板面进行晶界优化，温度为250℃，晶界优化的时间为1h。工业试验使用工况：电流密度：550A/m2，循环液Zn2+浓度：50～53g/L，H+浓度：120～126g/L，剥锌周期为24h，连续使用5个月，直流电单耗平均值为2979.5kwh/t.Zn，平均电流效率89.35%。
实施例2
先制备Pb-稀土中间合金：将1#铅锭加入中频炉中温度在650℃时加入铝箔包裹的稀土Y，升温至980℃，合金化反应充分完成后，保温12min，制备成Pb-Y(含量1%)中间合金；将Pb-Ca-Sr-Ag合金、Pb-Y(含量1%)中间合金加入中频炉中反应，反应温度为500℃，保温10min，浇铸成板面，其中Ca质量百分比为1.5%、Sr质量百分比为0.5%、Ag质量百分比为0.12%，稀土Y质量百分比为0.03%，余量为Pb。将板面进行晶界优化，温度为260℃，晶界优化的时间为0.5h。工业试验使用工况：电流密度：480A/m2，循环液Zn2+浓度：54～59g/L，H+浓度：128～141g/L，剥锌周期为30h，连续使用7个月，直流电单耗平均值为2991.7kwh/t.Zn，平均电流效率91.21%。
实施例3
先制备Pb-稀土中间合金：将1#铅锭加入中频炉中温度在600℃时加入铝箔包裹的稀土Ce，升温至960℃，合金化反应充分完成后，保温15min，制备成Pb-Ce(含量1%)中间合金；将Pb-Ca-Sr-Ag合金、Pb-Ce(含量1%)中间合金加入中频炉中反应，反应温度为700℃，保温10min，浇铸成板面，其中Pb-Ca-Sr-Ag合金中Ca质量百分比为2.5%、Sr质量百分比为0.8%、Ag质量百分比为0.15%，稀土Ce质量百分比为0.06%，余量为Pb。将板面进行晶界优化，温度为255℃，晶界优化的时间为2.0h。工业试验使用工况：电流密度：580A/m2，循环液Zn2+浓度：58～64g/L，H+浓度：128～133g/L，剥锌周期为30h，连续使用9个月，直流电单耗平均值为3012.8kwh/t.Zn，平均电流效率91..22%。
实施例4
先制备Pb-Co中间合金：将1#铅锭加入中频炉中温度在600℃时加入铝箔包裹的Co，升温至1550℃，合金化反应充分完成后，保温10min，制备成Pb-Co(含量1%)中间合金；将Pb-Ca-Sr-Ag合金、Pb-Co(含量1%)中间合金加入中频炉中反应，反应温度为630℃，保温8min，浇铸成板面，其中Ca质量百分比为1.8%、Sr质量百分比为0.8%、Ag质量百分比为0.12%，Co百分比为0.04%，余量为Pb。将板面进行晶界优化，温度为260℃，晶界优化的时间为1.5h。将高效耐腐的锌电积阳极铅合金通过冷轧为板材，与一体化横梁焊接成阳极板。工业试验使用工况：电流密度：450A/m2，循环液Zn2+浓度：55～62g/L，H+浓度：130～136g/L，剥锌周期为36h，连续使用8个月，直流电单耗平均值为3024.5kwh/t.Zn，平均电流效率90.14%。

Claims (9)

1.一种高效耐腐的锌电积阳极铅合金，其特征在于，所述的高效耐腐的锌电积阳极铅合金是由Pb-Ca-Sr-Ag合金中添加0.03~0.06%的稀土或Co经中间合金制备、熔炼铸锭和晶界优化制备得到；所述的Pb-Ca-Sr-Ag合金中Ca质量百分比为1.5~2.5%、Sr质量百分比为0.5~0.8%、Ag质量百分比为0.1~0.15%，余量为Pb。
2.根据权利要求要求1所述的高效耐腐的锌电积阳极铅合金，其特征在于，所述的高效耐腐的锌电积阳极铅合金是由Pb-Ca-Sr-Ag合金中添加0.04~0.05%的稀土或者Co经熔炼和晶界优化制备得到。
3.根据权利要求1或2所述的高效耐腐的锌电积阳极铅合金，其特征在于，稀土的中间合金是在950～980℃制备成Pb-稀土中间合金；Co的中间合金是在1550～1580℃制备成Pb-Co中间合金。
4.根据权利要求1或2所述的高效耐腐的锌电积阳极铅合金，其特征在于，所述的熔炼铸锭的温度为500~700℃。
5.根据权利要求1或2所述的高效耐腐的锌电积阳极铅合金，其特征在于，所述的晶界优化的温度为250~260℃。
6.根据权利要求1或2所述的高效耐腐的锌电积阳极铅合金，其特征在于，所述的晶界优化的时间为0.5~2.0h。
7.一种权利要求1~6任一所述的高效耐腐的锌电积阳极铅合金，其特征在于，包括中间合金制备、熔炼铸锭和晶界优化步骤，具体包括：
A、中间合金制备：将稀土或Co与铅锭进行合金化反应得到中间合金；
B、熔炼铸锭：将符合配方配比的Pb-Ca-Sr-Ag合金和中间合金进行熔炼铸锭得到锌电积阳极铅合金预制品a；
C、晶界优化：将A步骤制备得到的锌电积阳极铅合金预制品a在温度250~260℃条件下淬火0.5~2h得到目标物高效耐腐蚀的锌电积阳极铅合金。
8.一种权利要求1~6任一所述的高效耐腐的锌电积阳极铅合金的应用，其特征在于，所述的高效耐腐的锌电积阳极铅合金在制备锌电积阳极板中的应用。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述的制备是将高效耐腐的锌电积阳极铅合金通过冷轧为板材，与一体化横梁焊接成阳极板。
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