濕法冶金用復合多孔Pb合金陽極制備與應用關鍵技術及基礎理論.pdf

1、Zn、Cu、Ni、Co、Mn等金屬的濕法冶金工業(yè)中，電積工序一般采用含高濃度H2SO4的電解液，因而只能采用Pb合金陽極。但Pb合金陽極存在析氧過電位高、表面氧化膜疏松易脫落、密度大、易蠕變等問題，造成電積過程的能耗高、陰極產品易受Pb污染。針對上述問題開發(fā)的電催化涂層陽極(DSA)、多元Pb合金陽極及多孔陽極，雖然分別在某些方面取得了較好效果，但仍不能滿足工業(yè)應用要求。
　　 論文借鑒相關領域的最新研究成果，以開發(fā)低成本、高性

2、能新型復合多孔Pb合金陽極為目標，深入研究了多孔Pb合金陽極在H2SO4電解液中的電化學行為，研究了“反三明治”結構對多孔Pb合金陽極的陽極電位、腐蝕率、導電性及力學性能的影響，研究了RE添加對Pb合金陽極結構與性能的影響，研究了復合多孔Pb合金陽極在鋅電積和銅粉電積中的應用關鍵技術，開發(fā)了工業(yè)尺寸復合多孔Pb合金陽極的反重力滲流鑄造設備與工藝，采用復合多孔Pb合金陽極在鋅電積工業(yè)現場開展了工業(yè)電解試驗。主要創(chuàng)新性成果如下:
　　

3、 (1)研究了多孔Pb合金陽極在H2SO4溶液中的電化學行為，明確了多孔結構對陽極表面氧化膜的形成過程、膜層組分與結構、電極內部傳質傳荷特點及陽極析氧機制的影響，多孔陽極內部的傳質與傳荷平行進行，電化學反應強度從外到內依次減弱，電化學“特征深度”約為3mm。計算了多孔陽極電化學反應有效面積和表觀活化能，揭示了多孔陽極節(jié)能降耗的電化學本質，其表觀活化能較傳統陽極增加約5kJ/mol，但電化學反應有效面積為傳統陽極的10倍左右，使得析氧過

4、程的表觀交換電流密度大，析氧能力增強。
　　 (2)提出并制備了“反三明治”結構復合多孔Pb合金陽極，實現了金屬芯板與多孔層的冶金結合。復合多孔陽極的芯板主要起傳導電流和承擔載荷的作用，而電化學性能靠外側多孔層發(fā)揮。當芯板為2mm厚時，孔徑為1.25-1.43mm的Pb-Ag合金復合多孔陽極的極限抗拉強度和導電率分別為同孔徑純多孔陽極的3倍和1.3倍。與傳統平板陽極和多孔陽極比較，復合多孔陽極的陽極電位降低114mV和16mV，

5、腐蝕率降低48.7％和6.3％，同時抗拉強度和導電率較多孔陽極提高200％和30％。
　　 (3)揭示了Nd、Pr、Gd和Sm對Pb合金的組織結構、氧化膜結構以及析氧過程的影響規(guī)律，獲得了適用于濕法冶金電沉積的Pb-Ag(0.6wt.％)-Nd(0.5wt.％)三元合金陽極，其極限抗拉強度、穩(wěn)定陽極電位和腐蝕率分別為20.985MPa、1.798V和2.347g/(m2 h)，分別是傳統Pb-Ag(0.8％)平板陽極的113.9