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湿法冶金用电极材料应用现状与发展

2016-05-13 17:37 [冶炼] 来源于:中国有色设备信息网
导读: 利用多组元间性能的协同作用,在基体材料中添加多种元素,实现材料的合金化,改善材料的导电性能、耐蚀性以及综合使用性能,如,在Pb中添加Ag改善电极导电性能。除传统的Pb、Ti......
一、电极材料的应用背景与现状
湿法冶金在提取有色及稀有金属的冶炼技术中占有越来越重要的地位。
电极材料是整个电解过程的核心主体,有着电化学体系的“心脏”之称。
以每吨Zn阳极消耗在0.2片计,则阳极每年的消耗达130万片,其中30%的Pb、Ag是不可回收,仅耗Ag量约达400吨。解锌过程的无效损耗达58亿度,占葛洲坝电站年发电量的1/3
Pb基合金电极
   主要是以Pb为基体材料,添加合金元素(Ca、Sr、Sn、Sb、Bi)及稀土元素(Ce、Tb、Yb、Sm)等元素,提高电极的强度、耐蚀性以及降低槽电压;
Pb-Ag-Ca-Sr综合性能为最优。
    借助电化学沉积、涂覆等方法在铅电极表面沉积或涂覆一层电催化活性剂和增强剂(IrO2、RuO2、PbO2、MnO2、WC、SiC等)以提高电极的导电性、催化活性以及增强表面涂层附着力和抗冲刷力。
二、电极材料的研究现状
   利用多组元间性能的协同作用,在基体材料中添加多种元素,实现材料的合金化,改善材料的导电性能、耐蚀性以及综合使用性能,如,在Pb中添加Ag改善电极导电性能。
   除传统的Pb、Ti、石墨、铂等材料使用,目前也开始对钢、铝、塑料、陶瓷以及金属陶瓷等材料作为基体材料进行了研究。
   目前的研究主要以PbO2为主,掺杂Mn、Sn、Sb以及稀土元素的氧化物的涂层,如,在塑料、陶瓷表面制备PbO2活性涂层,为其提供了一定的电催化活性,为其作为电极材料奠定基础。
大塑性变形:减小晶粒尺寸,提高电极的综合电化学性能,以Pb阳极为主
;涂层组元的选择:
a.寻求能与基体可形成固溶体的涂层元素,增强两者的结合力;
b.添加稀土元素,以细化晶粒来提高涂层的导电性能和比表面积;
c.添加疏水性材料,改善活性涂层的润湿性,并消除PbO2涂层的表面应力,增强附着力
;中间过渡层的选择:
a.起到连接基体与涂层作用;
b.保护基体不被腐蚀,改善基体的表面特性。
三、电极材料制备的新工艺
技术思想:
1. 利用异性材料的叠加互补效应,改变电极的总体结构设计,从而提高电极基体材料的导电性能和降低电极电位;
2.其内芯金属作为电极的集流载体和导电通道,起到减小内阻、加快电极对电子的传输速度和均化电流分布的作用。
研究项目来源:国家自然科学基金(四项);
国家高技术发展计划(863计划)项目;
云南省重点新产品开发计划。
项目进展:
①研究了复合电极材料的复合制备工艺、界面相变、复合的热动力学、电流分布、电化学性能的理论基础研究,建立了制备铅/铝、钛/铝复合电极材料的工艺技术体系;
②铅/铝复合电极的性能与传统铅电极相比:强度提高37-45%,节省电耗6-10%,电流效率提高3-4% ,成本下降25%,重量减轻30%,耐腐蚀率提高33%-37%;
③铅/铝复合电极在“云南省重点新产品开发计划”的支持下已进入了产业化的推进过程。

四、合金电极的连铸连轧系统
连铸连轧制备加工技术优势:
a.实现了电极板大批量、连续化、短流程的近终成形,具有生产效率高、劳动条件好、能源消耗少、金属收得率高、综合使用成本低、产品质量均衡、自动化程度高等多方面优点;
b. 采用强磁场的铅合金熔炼方法,强化了多元合金成分的均匀性和铸轧合金温度的一致性;
c. 增设了强物理场的晶粒细化装置,适中的晶粒尺寸不仅提高了铅电极的机械强度和耐蚀性能,同时保证了电极的导电性能。
建议与趋势:湿法电解冶金将成为未来有色金属提取的重要方法之一和发展方向。而电极是整个电解提取过程的关键材料,随着电解工艺的技术不断提高,对电极材料提出了更高的要求,未来电极材料将朝着高活性、低成本、节能型的方向发展:
(1)专业化、标准化、定点式的规范化批量生产应该是未来电极材料的新型生产模式,以此减少能源和资源的消耗,保障产品质量的一致性和稳定性;
(2)新工艺、新技术:在不增加合金成本的前提下,提高电极性能是一种趋势。
(3)新材料:采用新型材料实现提高催化活性,以改变电极材料的使用现状,如采用金属层状复合材料、新型金属陶瓷,塑料基体的电极材料等。
 
五、企业研发水平概况
   公司成立至今,已获得国家高新技术企业,拥有企业技术中心、省内先进材料检测仪器和加工设备,同时拥有博导5名、博士3名、硕士2名、高级工程师1名,分析与化验专业的大中专专职员工数名、生产及市场经营丰富的技术骨干人员。    
   同时与昆明理工大学、昆明冶金研究院、中南大学、北京矿冶研究院等院校展开了合作,根据市场实际需求情况,不断研发出新型的阳极材料,公司目前的阳极板生产技术处于国内领先水平。     
    到目前,公司现拥有13项国家技术专利,获得2项国家科技部立项项目,国家火炬计划项目1项5项云南省科技厅、昆明市科技局科技攻关立项项目。荣获1项国家重点新产品称号、云南
省著名商标和名牌产品等。
 
感谢业界同行长期以来给予的支持和帮助,我们将为湿法电积用极板材料的发展而不断努力!

(编辑:中冶有色技术网)



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