一种新型锌电解用阳极合金材料及其低损耗制备方法技术

本发明专利技术公开一种新型锌电解用阳极合金材料及其低损耗制备方法。合金材料的组成满足通式：PbaAgbCacSrdREeCof，式中各合金元素质量百分比为：0.01%≤b≤0.5%，0.01%≤c≤0.5%，0.01%≤d≤0.2%，0.01%≤e≤0.3%，0.01%≤f≤0.3%及余量的a。制备方法包括：按合金材料中Sr、RE、Co含量比值20±2倍备料，铅升温至700左右压入备料熔炼20±5min，浇铸得中间合金A；按合金材料中Ca含量比值20±2倍备料，铅稳定在550左右压入备料，反应后浇铸得中间合金B；铅稳定在550左右后加入Ag、中间合金A及B，反应后升温至580℃左右浇铸得合金板铸锭。

【技术实现步骤摘要】
一种新型锌电解用阳极合金材料及其低损耗制备方法
本专利技术属于有色冶金材料
，具体涉及一种具有成本低、耐腐蚀性能好、强度和刚度高、极板寿命长、添加的稀有元素实收率高的新型锌电解用阳极合金材料及其低损耗制备方法。
技术介绍
锌电解沉积(electrowinningofzinc)是指采用不溶阳极，在直流电作用下使硫酸锌电解液中的锌沉积在阴极上的过程，为湿法炼锌流程的重要组成部分，是湿法炼锌电能消耗最多的一道作业。现有技术中，锌电解沉积阳极板材料一般为含银0.5%~1%的铅银二元合金。极板被称为锌电积过程“心脏”，其性能的好坏对锌冶炼工艺的综合能耗、生产成本及产品质量有着重要影响作用。铅银二元合金阳极生产工艺成熟、技术稳定；报废后方便回收利用，金属损失不大，是目前有色冶金工业中长期以来一直使用的阳极材料。但铅银二元合金阳极在使用过程中也存在如下问题：现有合金极板强度低，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，且膜层是疏松多孔的，不致密。电解过程中，电解液中的阴离子或着水分子容易透过表面疏松的二氧化铅膜层腐蚀基体铅，基体溶解后二氧化铅膜从基体上脱落下来，同时从基体上溶解下来的铅进入阴极，导致最终产品纯度降低，同时槽电压也会升高，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。目前，也有采用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；另外，Pb-Ag-Ca三元合金为了增强极板的机械强度，其中Ca的含量较高，但随着极板使用时间的增长，极板中Ca元素的降低会导致极板性能快速下降。
技术实现思路
本专利技术的第一目的在于提供一种具有成本低、耐腐蚀性能好、强度和刚度高、极板寿命长的新型锌电解用阳极合金材料；第二目的在于提供一种实现第一目的新型锌电解用阳极合金材料的低损耗制备方法。本专利技术的第一目的是这样实现的：所述阳极合金材料的组成满足通式：PbaAgbCacSrdREeCof，式中a、b、c、d、e、f分别表示对应合金元素的质量百分比，其中：0.01%≤b≤0.5%，0.01%≤c≤0.5%，0.01%≤d≤0.2%，0.01%≤e≤0.3%，0.01%≤f≤0.3%及余量的a。本专利技术的阳极合金材料以Pb-Ag-Ca为基础，添加Sr、RE和Co元素的合金，各元素在本专利技术中的作用简述如下：Ca：可改善机械强度；Ag：易在亚晶和晶界处偏聚，晶界和枝晶界区域更耐腐蚀，改善机械强度和抗蠕变强度，但效果有限，能促进致密氧化膜层的形成；Sr：可以降低氧化物的剥落数量，因此能延长阳极的寿命，提高阴极产品的纯度；RE：细化晶粒，降低腐蚀，降低PbO2表面膜层的电阻率；Co：催化析氧反应从而降低阳极过电位，降低阳极腐蚀，抑制PbSO4形成，表面形成的氧化膜更薄、结合更牢靠。本专利技术的第二目的是这样实现的：中间合金A制备、中间合金B制备、阳极合金材料制备步骤，具体步骤如下：A、中间合金A制备：按阳极合金材料中Sr、RE、Co含量的比值等比例加入目标合金含量的20±2倍各元素的量备料，取一定量铅升温熔化加入除渣剂排渣并除气，继续升温至700±10℃，加入合金总质量0.5%～2%的钙铝合金做保护剂，然后用钟罩把上述Sr、RE、Co的备料压入前述铅液中熔炼20±5min，拿出钟罩加大加热功率搅拌15min后打渣，浇铸制得中间合金A；B、中间合金B制备：按阳极合金材料中Ca含量的比值等比例加入目标合金含量的20±2倍各元素的量备料，取一定量铅升温熔化加入除渣剂排渣并除气后，稳定铅液温度在550±10℃，然后用钟罩把上述Ca的备料压入前述铅液中反应，反应完全后用钟罩短时间搅拌打渣，浇铸制得中间合金B；C、阳极合金材料制备：取一定量铅升温至550±10℃，加入除渣剂排渣并除气，稳定铅液温度在550±10℃，按所述阳极合金材料中各元素的含量及中间合金A、中间合金B中元素的含量，依次加入适量的Ag、中间合金A及中间合金B，待反应完全后用钟罩短时间搅拌打渣，升温至580±10℃浇铸成合金板铸锭。本专利技术与现有技术相比具有以下有益效果：1、本专利技术的阳极合金材料通过添加Sr、RE、Co等元素，一方面降低了原Pb-Ag-Ca三元合金中Ag的添加量，大幅减低了极板成本，同时极板的导电性能并没有明显降低；另一方面，降低了原Pb-Ag-Ca三元合金极板中Ca的含量，使随着极板使用时间的增长钙元素降低从而导致极板性能下降的现象有所缓解，保持了极板性能的稳定性；此外，Sr、RE、Co微量元素的加入能改善原Pb-Ag-Ca三元合金的显微组织，从而降低阳极过电位，增强极板耐腐蚀性能，有效改善锌电解沉积的电解环境，在电能效率及锌产品质量方面都有显著提高。2、本专利技术的阳极合金材料制备方法中，由于所添加合金元素多数为难熔或易烧损元素，本专利技术提出分别制备中间合金A、B的方法以此来降低合金配制过程中各元素的烧损；由于Ca的添加温度低于Sr、RE、Co元素添加温度，且Ca极易烧损，当Ca与Sr、RE、Co一起制备Pb五元中间合金时，Ca元素的烧损率极大，同时过多的氧化铅渣会进一步降低Sr、RE、Co元素的实收率，从而增加控制各元素含量难度的基础上加大了材料成本。本专利技术的阳极合金材料制备方法在制备中间合金A、B时各元素的实收率都在85%以上，由中间合金制备目标合金时各元素的实收率都在95%以上，综合实收率80%以上。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步的说明，但不以任何方式对本专利技术加以限制，基于本专利技术教导所作的任何变更或改进，均属于本专利技术的保护范围。本专利技术之新型锌电解用阳极合金材料，所述阳极合金材料的组成满足通式：PbaAgbCacSrdREeCof，式中a、b、c、d、e、f分别表示对应合金元素的质量百分比，其中：0.01%≤b≤0.5%，0.01%≤c≤0.5%，0.01%≤d≤0.2%，0.01%≤e≤0.3%，0.01%≤f≤0.3%及余量的a。所述c、d、e的范围分别为：0.05%≤c≤0.1%，0.02%≤d≤0.05%，0.02%≤e≤0.05%。本专利技术之新型锌电解用阳极合金材料的低损耗制备方法，包括中间合金A制备、中间合金B制备、阳极合金材料制备步骤，具体步骤如下：A、中间合金A制备：按阳极合金材料中Sr、RE、Co含量的比值等比例加入目标合金含量的20±2倍各元素的量备料，取一定量铅升温熔化加入除渣剂排渣并除气，继续升温至700±10℃，加入合金总质量0.5%～2%的钙铝合金做保护剂，然后用钟罩把上述Sr、RE、Co的备料压入前述铅液中熔炼20±5min，拿出钟罩加大加热功率搅拌15min后打渣，浇铸制得中间合金A；B、中间合金B制备：按阳极合金材料中Ca含量的比值等比例加入目标合金含量的20±2倍各元素的量备料，取一定量铅升温熔化加入除渣剂排渣并除气后，稳定铅液温度在550±10℃，然后用钟罩把上述Ca的备料压入前述铅液中反应，反应完全后用钟罩短时间搅拌打渣，浇铸制得中间合金B；C、阳极合金材料制备：取一定量铅升温本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种新型锌电解用阳极合金材料，其特征在于所述阳极合金材料的组成满足通式：PbaAgbCacSrdREeCof，式中a、b、c、d、e、f分别表示对应合金元素的质量百分比，其中：0.01%≤b≤0.5%，0.01%≤c≤0.5%，0.01%≤d≤0.2%，0.01%≤e≤0.3%，0.01%≤f≤0.3%及余量的a。

【技术特征摘要】
1.一种新型锌电解用阳极合金材料，其特征在于所述阳极合金材料的组成满足通式：PbaAgbCacSrdREeCof，式中a、b、c、d、e、f分别表示对应合金元素的质量百分比，其中：0.01%≤b≤0.5%，0.01%≤c≤0.5%，0.01%≤d≤0.2%，0.01%≤e≤0.3%，0.01%≤f≤0.3%及余量的a。2.根据权利要求1所述新型锌电解用阳极合金材料，其特征在于所述c、d、e的范围分别为：0.05%≤c≤0.1%，0.02%≤d≤0.05%，0.02%≤e≤0.05%。3.一种权利要求1或2所述新型锌电解用阳极合金材料的低损耗制备方法，其特征在于包括中间合金A制备、中间合金B制备、阳极合金材料制备步骤，具体步骤如下：A、中间合金A制备：按阳极合金材料中Sr、RE、Co含量的比值等比例加入目标合金含量的20±2倍各元素的量备料，取一定量铅升温熔化加入除渣剂排渣并除气，继续升温至700±10℃，加入合金总质量0.5%～2%的钙铝合金做保护剂，然后用钟罩把上述Sr、RE、Co的备料压入前述铅液中熔炼20±5min，拿出钟罩加大加热功率搅拌15min后打渣，浇铸制得中间合金A；B、中间合金B制备：按阳极合金材料中Ca含量的比值等比例加入目标合金含量的20±2倍各元素的量备料，取一定量铅升温熔化加入除渣剂排渣并除气后，稳定铅液温度在550...

【专利技术属性】
技术研发人员：李玉章，李雨耕，雷华志，张永平，胥福顺，包崇军，杨筱筱，包稚群，闫森，周娴，王应武，梁智，
申请(专利权)人：昆明冶金研究院，
类型：发明
国别省市：云南,53