一种多孔铅合金阳极的制备方法及其应用技术

本发明专利技术提供了一种多孔铅阳极的制备方法及其应用，所述多孔铅合金阳极具有三维通孔结构，孔隙率大于50％。所述多孔铅合金阳极制备方法采用泡沫金属作为造孔基体并配合特有装置的渗流法，包括泡沫金属表面预处理、熔融铅合金加压渗流及泡沫金属的溶出等步骤。本发明专利技术制备的多孔铅合金阳极具有重量轻、抗蠕变、密度低、阳极过电位低、铅合金用量少以及操作方便、泡沫金属廉价易得等优点。此外，本发明专利技术的制备方法可针对不同有色金属电积来开发相应的阳极，有利于实现大规模工业化。

Method for preparing porous lead alloy anode and application thereof

The invention provides a method for preparing a porous lead anode and the application thereof. The porous lead alloy anode has a three-dimensional through-hole structure with a porosity greater than 50%. The porous lead alloy anode preparation method using metal foam as substrate and method of seepage pore with specific device, including foam metal surface pretreatment, the molten lead alloy pressure seepage and foam metal dissolution steps. The porous lead alloy anode prepared by the invention has the advantages of light weight, low creep resistance, low density, low anodic overpotential, small amount of lead alloy, convenient operation and cheap and easy foamed metal. In addition, the preparation method of the invention can be used for developing the corresponding anode according to the non-ferrous metal electrowinning, and is beneficial for realizing large-scale industrialization.

【技术实现步骤摘要】
一种多孔铅合金阳极的制备方法及其应用
本专利技术涉及一种多孔铅合金阳极的制备方法及其应用，属于湿法冶金

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，导致现有的Pb合金阳极在使用过程中容易出现蠕变、阳极压降大\析氧过电位高以及电流效率低等缺陷；另外，有些阳极中还需加入含量较大的银，这也进一步导致了该种阳极的原料成本高。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。制备新型多孔结构阳极是改善阳极电化学性能的一个有效手段。中国专利文献201110306156.9先通过浸渍或化学镀的方式在金属基体表层预镀一层过渡金属层，然后再在预镀层上进行浇铸多孔铅合金。但由于铝表面很容易形成氧化层，这类方法无法保证预镀层与铝基体的长期有效结合，并且该方法的制备流程复杂繁琐，制备难度较大。中国专利文献200810031807.6公布了一种反重力渗透法制备多孔阳极的方法，但该方法存在渗流铸造的质量和生产效率低、所得到的阳极抗拉强度差，对铸造温度、充型压力和粒子预热温度的要求苛刻，使用过程繁杂，得到的阳极无法满足相应的性能要求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有阳极之不足而提供一种阳极过电位低，重量轻，抗蠕变性能好、成本低，所使用的装置简单，操作方便，结构简化的多孔铅合金阳极的制备方法。本专利技术的另一目的在于提供一种过电位低，重量轻，抗拉强度高、成本低的多孔铅合金阳极的应用，将其应用作为湿法冶金电沉积工序的阳极。本专利技术的技术方案在于提供一种多孔铅合金阳极的制备方法，所述多孔铅合金阳极具有三维通孔结构，制备过程中采用泡沫金属作为造孔基体，在泡沫金属基体的三维通孔结构中加压渗流熔融铅合金，经空冷后溶出泡沫金属后得到多孔铅合金阳极。优选的，渗流过程中使用的渗流装置包括渗流室、滑动模块、升温套筒；渗流室的左右两侧设置滑动模块，通过滑动模块在水平方向滑动调节渗流室的空间大小；在渗流室外侧包裹升温套筒；泡沫金属与铅合金依次垂直加入渗流室中，且靠近其中的一侧滑动模块竖直排放；向泡沫金属与铅合金方向滑动另一侧滑动模块至另一侧滑动模块刚接触铅合金。针对现有技术所研制多孔铅合金阳极存在的流程复杂、效率低、阳极抗拉强度差等方面问题，本专利技术人经反复研究，得到了可解决这些问题的上述技术方案。本专利技术方法是属于渗流方式，通过配合本专利技术特有的渗流装置，操作方便，结构简化，可以协助保证铅合金渗流完全。本专利技术所使用装置易于控制，对压力等的要求并不是很高，只需简单定位即可操作。本专利技术中采用的泡沫金属骨架具有相互连通的结构骨架，通过后续的溶出过程，进一步保证泡沫金属完全溶出。本专利技术采用的泡沫金属脉络相对较粗，溶出后制备得到具有强抗拉强度的多用铅合金。本专利技术装置中使用升温套筒，其能够保证铅合金和泡沫金属渗流时温度相同，极大的减少它们之间的热交换，更有利于铅合金的完全渗流。与现有装置相比，本专利技术的装置组成简单(无需连接通气设备、压力表等)、易于制作、操作更方便；与CN200810031807的反渗流法不同，本专利技术在水平方向施压，转轮转动距离设定更加精确，能够更好的调控渗流过程。使用过程中，通过“将泡沫金属和铅合金依次垂直加入放入渗流室中，使其与一侧滑动模块相互紧靠”；可进一步保证加压渗流时的滑动模块推进距离的精确，“装料时移动另一侧滑动模块至刚接触到铅合金的位置”并以此为转轮转动的起点，通过公式：“转轮转动的圈数＝所使用泡沫金属的厚度/转轮转动一圈带动滑动模块推动的距离”来通过转轮所需转动圈数控制终点，这样通过简单的距离控制能保证熔融铅合金渗流完全且不会使泡沫金属受压变形。进一步地，溶出过程中，加入无机酸溶出。进一步地，所述无机酸的质量百分数为20-25wt％。进一步地，所述无机酸为盐酸或硫酸。进一步地，所述渗流室通过升温套筒升温。所述渗流装置进一步包括转轮；进一步地，所述滑动模块通过转轮的转动实现滑动；本专利技术中，装置的左右转轮转动一圈相应滑动模块推动一固定距离，因此可根据欲制备的多孔铅合金阳极的厚度计算出转轮需转动的圈数，在使用过程中只需根据转轮的转动圈数和滑动模块推动的位置来协助判断熔融铅合金是否渗流完全。进一步地，升温套筒升温至350-400℃。进一步地，升温后保温5-8min后滑动另一侧滑动模块，减小渗流室空间，使渗流完全且不变形，保持5-10min，然后随炉冷却至100-150℃取出。进一步地，所述泡沫金属和铅合金的质量比为1:(40-80)。进一步地，取出后进一步溶出，溶出过程在超声条件下进行，处理时间为6-8h。进一步地，所述渗流室中，与泡沫金属和铅合金接触部分的材料材质为特种不锈钢。进一步地，所述泡沫金属选自泡沫铁、泡沫铝或泡沫镍中的一种。进一步地，所述泡沫金属的孔隙率为80-90％、厚度为8-10mm。进一步地，所述铅合金的成分包括0-0.5wt％银、0-0.04wt％稀土元素、0-0.8wt％钙、0-1wt％锡，其余为铅。进一步地，对泡沫金属进行表面预处理，处理过程为：首先，将泡沫金属置于酒精中超声，洗涤；然后，将加入碱液中浸泡，最后，用去离子水洗涤、烘干。进一步地，预处理过程中，所用酒精质量百分数为75-99％，酒精中超声的时间为2-3h。进一步地，所述碱液为氢氧化钠、碳酸钠和磷酸钠混合溶液。进一步地，所述碱液氢氧化钠的含量为15-20g/L。进一步地，碳酸钠含量为40-45g/L。进一步地，磷酸钠含量为35-45g/L。进一步地，所述碱液的温度为50-60℃，碱液中浸泡时间1-2min。进一步地，本专利技术涉及所制备得到的多孔铅合金阳极的应用，上述制备方法制备得到的多孔铅合金阳极应用作为湿法冶金电沉积工序的阳极。本专利技术所使用装置材料为特种不锈钢，使用寿命大大增加，不会因铸造温度过高而变形出现裂痕。随炉降温时，保持滑动模块的位置，进一步优选降温速率为5-8℃/min。本专利技术所制备得到的阳极具有低析氧过电位、长使用寿命以及高品质阴极产品的积极效果。①本专利技术所制备得到的阳极的“三维通孔结构”使其实际的反应表面积较传统平板阳极增大很多倍，从而使阳极的实际电流密度大为降低，根据塔费尔方程η＝a+blogi可知，减小电流密度可实现阳极析氧过电位的降低；②在低电流密度下，电沉积过程中阳极表面所形成氧化膜致密，可有效提高阳极的耐酸腐蚀性能，这样不仅减少了阳极铅被腐蚀进入电解液的速率、降低了阴极产品中的铅含量，而且还有效延长了阳极寿命，且制备方法利用泡沫金属脉络粗的特点，所制备得到的多孔阳极的抗拉强度较已有的多孔阳极更大，且阳极寿命更长。本专利技术方法所制备得到的阳极的原材料成本较目前工业上正在使用的阳极大幅降低。本专利技术方法所制备阳极的抗拉强度较目前已有的多孔阳极大幅增加。本专利技术方法所制备得到的多孔阳极的质量较平板阳极有了较大幅度的减轻。本专利技术可以大量节约贵金属，且泡沫金属造孔基体廉价易得，相对于现有技术而言，阳极成本可以大大降低。因此，本专利技术与公知技本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多孔铅合金阳极的制备方法，其特征在于，所述多孔铅合金阳极具有三维通孔结构，制备过程中采用泡沫金属作为造孔基体，在泡沫金属基体的三维通孔结构中加压渗流熔融铅合金，经空冷后溶出泡沫金属得到多孔铅合金阳极。

【技术特征摘要】
1.一种多孔铅合金阳极的制备方法，其特征在于，所述多孔铅合金阳极具有三维通孔结构，制备过程中采用泡沫金属作为造孔基体，在泡沫金属基体的三维通孔结构中加压渗流熔融铅合金，经空冷后溶出泡沫金属得到多孔铅合金阳极。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，渗流过程中使用的渗流装置包括渗流室(203)、滑动模块(201，207)、升温套筒(204)；渗流室(203)的左右两侧设置滑动模块(201，207)，通过滑动模块(201，207)在水平方向滑动调节渗流室(203)的空间大小；在渗流室(203)外侧包裹升温套筒(204)；泡沫金属与铅合金依次垂直加入渗流室(203)中，且靠近其中的一侧滑动模块竖直排放；向泡沫金属(209)与铅合金(208)方向滑动另一侧滑动模块至另一侧滑动模块刚接触铅合金。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，溶出过程中，加入无机酸溶出，所述无机酸的质量百分数为20-25wt％；所述无机酸为盐酸或硫酸。4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述渗流装置进一步包括转轮(202，206)；所述渗流室(203)通过升温套筒(204)升温；所述滑动模块(201，207)通过转轮(202，206)的转动实现滑动；通过升温套筒(204)升温至350-400℃，保温5-8min后滑动另一侧滑动模块，减小渗流室(203)空间，使渗流完全且不变形，保持5-10...

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