湿法冶金电沉积工序用多孔铝基复合阳极及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种湿法冶金电沉积工序用多孔铝基复合阳极及制备方法。所述阳极基体为具有“三维通孔结构”的铝合金，在铝合金基体的“三维通孔结构”的孔壁上以及铝合金基体表面设有包覆层，所述包覆层由铅银合金内层与湿法冶金电积工序用成熟铅阳极用的铅合金外层组成；其制备方法包括：多孔铝基体的预处理、铅银合金底层在多孔铝基体上的着附以及后处理三大步骤。通过本发明专利技术方法所制备多孔铝基复合阳极，具有低析氧过电位、良好的导电性与抗蠕变性，采用该阳极所生产阴极产品品质高，阳极制造所采用原料的成本低；另外，阳极的制造工艺路线简单，可用来大规模工业化生产阳极。

【技术实现步骤摘要】
湿法冶金电沉积工序用多孔铝基复合阳极及制备方法
本专利技术涉及一种多孔金属复合材料制备方法，特别涉及一种湿法冶金电沉积工序用多孔铝基复合阳极及制备方法，属于金属材料制备与湿法冶金

技术介绍
由于湿法冶金具有资源综合利用率高、过程环保以及对低品位矿适应性强等优点，Cu、Zn、Ni、Co、Cd、Mn等有色金属通过湿法进行提取占的份额逐渐增大。电沉积是湿法冶炼提取有色金属工艺过程中的一个重要工序，目前工业上大多采用不溶性的Pb合金作为阳极，但由于铅密度大、电导率不高以及抗拉强度小，从而导致阳极在使用过程中容易出现蠕变、阳极压降大以及电流效率低等缺陷的出现；另外，有些阳极中还含有不少含量的银，也导致了阳极原料成本高。因此减轻阳极重量、提高阳极导电性与抗拉强度、降低阳极中贵金属含量对现有湿法冶金技术的提升意义重大。将铅与铝复合在一起来制备铝基铅复合阳极是改善阳极性能的一个有效手段，前人也在这方面做了不少工作。专利200710065927.3与专利01135605.7采用了类似的方法，即先通过浸渍、或化学镀的方式在铝表层预镀一层过渡金属层，然后再在预镀层上进行浇铸铅合金，由于铝表面的氧化层很容易形成，这类方法势必难保证预镀层与铝基体的长效结合。专利200910094290.X公布了一类直接在铝基体上电镀铅合金层的方法，该方法除工艺复杂外，镀层厚度的控制以及镀层与铝基体之间的结合依然是其主要问题。针对现有技术所研制铝基铅复合阳极存在铝基体与铅合金表层难以长效结合以及工艺复杂等方面问题，本专利技术人经反复研究，专利技术了一种湿法冶金电沉积工序用多孔铝基复合铅阳极制备方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术之不足，提供一种结构合理、铝/铅界面结合紧密，导电性与抗蠕变性能好、使用寿命长的湿法冶金电沉积工序用多孔铝基复合阳极及制备方法。本专利技术一种湿法冶金电沉积工序用多孔铝基复合阳极，所述复合阳极基体为具有“三维通孔结构”的铝合金，在铝合金基体的“三维通孔结构”的孔壁上以及铝合金基体表面设有包覆层，所述包覆层由铅银合金内层与湿法冶金电积工序用成熟铅阳极用的铅合金外层组成；本专利技术一种湿法冶金电沉积工序用多孔铝基复合阳极，铝合金基体中“三维通孔结构”的通孔尺寸为4-8mm，铝合金基体的孔隙率为60-80％；本专利技术一种湿法冶金电沉积工序用多孔铝基复合阳极，包覆层中内层铅银合金的厚度为0.2-0.5mm，外层铅合金的厚度为0.8-2.5mm；铅银合金中银的质量百分含量为0.2-0.6wt％。本专利技术一种湿法冶金电沉积工序用多孔铝基复合阳极，铝合金基体中各元素的质量百分含量为：0.5-1.5wt％Mg、3-5wt％Si、0.5-1.5wt％Cu、铝余量。本专利技术一种湿法冶金电沉积工序用多孔铝基复合阳极，阳极孔洞的尺寸为1-2mm，阳极的孔隙率为55-65％。本专利技术一种湿法冶金电沉积工序用多孔铝基复合阳极的制备方法，包括下述步骤：第一步：铝合金基体预处理选用孔洞相互连通、孔洞尺寸为4-8mm、孔隙率为60-80％的铝合金基体，将铝合金基体，置于温度为60-100℃的硝酸蒸汽中氧化，表面产生微孔后，洗涤；然后，将氧化后的铝合金基体置于氢氧化钠碱液中浸泡，使硝酸氧化形成的微孔扩大，最后，用去离子水漂洗干净、烘干；第二步：铝合金基体表面包覆铅银合金将第一步所得铝合金基体与铅银合金锭一块装入密闭容器，将密闭容器抽真空到0.01-10Pa，然后，维持真空度，将密闭容器升温到350-520℃保温10-30min后，向密闭容器中通入惰性气体，使密闭容器的压力达到15-120Mpa，保压30-60mi后；随炉降温到320-330℃，卸压，在此温度下，将铝合金基体自铅熔体中取出，风冷，得到表面结合有铅银合金层的多孔阳极粗坯；第三步：对第二步所得多孔阳极初坯进行后处理对第二步所得阳极粗坯表面化学镀铅锡合金后，在温度为350-450℃的湿法冶金电积工序用成熟铅阳极用的铅合金熔体中进行至少3次循环金属浴，得到湿法冶金电沉积工序用多孔铝基复合阳极。本专利技术一种湿法冶金电沉积工序用多孔铝基复合阳极的制备方法，铝合金基体在硝酸蒸汽中氧化，是将铝合金基体悬空在密闭反应釜中的硝酸溶液液面上，加热硝酸溶液对铝合金基体进行氧化；所述的硝酸溶液的质量百分浓度为65-68％，其体积占密闭反应釜体积的5-30％，氧化时间5-30min；氢氧化钠碱液中氢氧化钠含量为40-60g/l，氢氧化钠碱液的温度为40-55℃，浸泡时间5-10min。本专利技术一种湿法冶金电沉积工序用多孔铝基复合阳极的制备方法，随炉降温时，保持密闭容器中压力在15-120Mpa，降温速率为1-5℃/min。本专利技术一种湿法冶金电沉积工序用多孔铝基复合阳极的制备方法，表面化学镀铅锡合金，是将多孔阳极初坯置于化学镀液中，在75-100℃(优选90℃)温度下反应20-60min(优选30min)，化学镀液中各组分的含量为：甲基磺酸150-350ml/l(优选200ml/l)，甲基磺酸锡200-400ml/l(优选320ml/l)，甲基磺酸铅100-300ml/l(优选160ml/l)，硫脲50-100g/l(优选80g/l)，次磷酸钠5-15g/l(优选10g/l)，EDTA1-3g/l(优选2g/l)，抗坏血酸1-3g/l(优选2g/l)。本专利技术所述方法实现了铝基体与铅合金之间的“长效无缝”结合，是基于以下原因：①对多孔铝基体进行预处理时，酸气氛与稀碱溶液双重腐蚀，这不仅可去除多孔铝表面的氧化皮，特别是通过硝酸蒸汽对芯材表面腐蚀处理，可以产生腐蚀孔；后续的碱处理时，由于Al2O3与Al都能与碱发生反应，进一步扩大了铝表面微孔尺寸，有利于铅银合金熔体浸入铝合金基体表面的微孔中；随后，采用在密闭容器中施加一定压力的熔渗，利用外加压力，克服铝、铅界面湿润性差，铅熔体不易与铝合金表面结合的障碍，使铅银合金熔体可以浸入铝合金基体表面的微孔中，然后，在铅合金熔点温度附近(320-330℃)将铝合金基体从铅银合金熔体中取出，风冷，使粘附在铝合金基体表面的铅银合金迅速凝固，浸入铝合金表面微孔中的铅银合金与为微孔之间形成机械咬合，实现铅银合金与铝合金基体的物理结合；②本专利技术铝合金基体选择的铝合金中，主合金化元素为Mg，在350-520℃左右，加压、保温时，熔融态的铅与镁形成Mg-Pb或Al-Mg-Pb合金，实现铝合金芯材基体/铅界面的“冶金结合”。本专利技术通过设置具有三维通孔的铝合金基体，选择主合金化元素为镁的铝合金，采用压力熔渗后迅速风冷工艺的结合，使复合阳极表层铅合金与芯材铝合金之间形成“物理结合”与“冶金结合”，确保铝基体与铅合金之间的“长效无缝”结合。克服了现有技术所制备的铝基铅复合阳极存在铝基体与铅合金表层难以长效结合以及工艺复杂的缺陷。随后，在铅银合金表面学镀铅锡合金及循环金属浴，在铅银合金表面包裹适用于湿法冶金电积工序用的成熟铅阳极用铅合金外层，制备出多孔多孔铝基复合阳极。本专利技术方法所制备阳极的导电性与机械强度均良好，主要是由于所采用泡沫铝基体制备用铝合金的成分类似于ZL101A，有研究表明(见“特种铸造及有色合金,2010,30[12]:1162-1165”)，该类合金在20℃时的电导率为23.20-23.78本文档来自技高网...

【技术保护点】
湿法冶金电沉积工序用多孔铝基复合阳极，其特征在于：所述复合阳极基体为具有“三维通孔结构”的铝合金，在铝合金基体的“三维通孔结构”的孔壁上以及铝合金基体表面设有包覆层，所述包覆层由铅银合金内层与湿法冶金电积工序用成熟铅阳极用的铅合金外层组成。

【技术特征摘要】
1.湿法冶金电沉积工序用多孔铝基复合阳极，其特征在于：所述复合阳极基体为具有“三维通孔结构”的铝合金，在铝合金基体的“三维通孔结构”的孔壁上以及铝合金基体表面设有包覆层，所述包覆层由铅银合金内层与湿法冶金电积工序用成熟铅阳极用的铅合金外层组成；所述的复合阳极的制备方法，包括下述步骤：第一步：铝合金基体预处理选用孔洞相互连通、孔洞尺寸为4-8mm、孔隙率为60-80%的铝合金基体，将铝合金基体，置于温度为60-100℃的硝酸蒸汽中氧化，表面产生微孔后，洗涤；然后，将氧化后的铝合金基体置于氢氧化钠碱液中浸泡，使硝酸氧化形成的微孔扩大，最后，用去离子水漂洗干净、烘干；第二步：铝合金基体表面包覆铅银合金将第一步所得铝合金基体与铅银合金锭一块装入密闭容器，将密闭容器抽真空到0.01-10Pa，然后，维持真空度，将密闭容器升温到350-520℃保温至少10min后，向密闭容器中通入惰性气体，使密闭容器的压力达到15-120Mpa，保压至少30min后，随炉降温到320-330℃，卸压，在此温度下，将铝合金基体自铅熔体中取出，风冷，得到表面结合有铅银合金层的多孔阳极粗坯；第三步：对第二步所得多孔阳极初坯进行后处理对第二步所得阳极粗坯表面化学镀铅锡合金后，在温度为350-450℃的湿法冶金电积工序用成熟铅阳极用的铅合金熔体中进行至少3次循环金属浴，得到湿法冶金电沉积工序用多孔铝基复合阳极。2.根据权利要求1所述的复合阳极，其特征在于：铝合金基体中“三维通孔结构”的通孔尺寸为4-8mm，铝合金基体的孔隙率为60-80%。3.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：周向阳，杨娟，王辉，刘宏专，杨焘，马驰原，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43