[发明专利]锌电积用钛基二氧化铅/二氧化锰梯度电极及其制备方法

说明书

锌电积用钛基二氧化铅/二氧化锰梯度电极及其制备方法，包括钛基体、热沉积在钛基体上的锡锑氧化物底层、热沉积在锡锑氧化物底层上的锡钌钛氧化物中间层、电沉积在锡钌钛氧化物中间层上的多孔的复合二氧化铅导电层、电沉积在多孔的复合二氧化铅导电层上的掺银的二氧化锰活性层；所述锡钌钛氧化物中间层中，锡与钌的摩尔比为2～16:1，所述多孔的复合二氧化铅导电层的厚度为300μm～1000μm、表面孔径大小为30～400μm；所述掺银的二氧化锰活性层中的银所占的质量分数为0.5％～3％。本发明电极可有效降低生产能耗，提高阴极产品质量和阳极的耐腐蚀性，提高锌电积的电流效率，降低劳动强度，可替代当前工业应用的铅基合金阳极。

技术领域

本发明属于电化学技术领域，具体涉及一种锌电积用钛基电极材料及其制备方法技术领域。

背景技术

在湿法炼锌电解工序中，铅合金常被用作不溶性阳极，阳极表面发生的主要反应为O₂的析出反应，由于铅合金表面生成的PbO₂的析氧催化活性差，使得O₂的析出过电位高，能耗约为3200kwh/t-Zn，占总能耗的80％左右。而在正常的工作电流密度下，其析氧过电位接近1V，由此增加无用电耗接近1000kWh/t-Zn，约占Zn电积工序总能耗的30％。但铅合金存在固有的缺陷，析氧过电位高、机械强度低、铅的溶解及污染阴极产品等关键技术问题难以得到根本解决，尤其是当电解液含氯超过1000mg/L时，氯离子将腐蚀阳极，阳极被氧化为氯酸盐，极板变薄、穿孔，寿命大大缩短。因此，研究制备耐腐蚀、高导电、抗变形、长寿命、低成本的新型节能惰性阳极材料一直是人们追求的目标，成为近年来冶金新材料研究领域的重要课题。综合国内外目前的研究和使用情况，惰性阳极材料主要有以下五类：

1、铅银合金(含银0.5-1.0％)阳极：制造工艺简单，但由于含银较高而造价较高，Pb-Ag-Ca三元合金阳极和Pb-Ag-Ca-Sr四元合金极板具有强度高、耐腐蚀、使用寿命长、造价低等优点，但使用时易产生局部腐蚀，表面阳极泥结壳坚硬，不易去除而导致槽电压高，且阳极回收时银钙损失大；

2、钛基表面涂(镀)尺寸稳定阳极(涂覆贵金属或其氧化物)：其外形尺寸稳定，无变形弯曲引起的短路问题；阴极品级率高；极板重量轻，方便搬运和处理更换；但寿命短，钛基体容易钝化以及阳极涂层中采用的金属易引起烧板现象等；

3、新型惰性二氧化铅阳极：此电极的制备，通常选用钛、石墨、塑料和陶瓷等为基体材料，通过基体表面粗化处理、涂镀底层、α-PbO₂中间层以及电镀β-PbO₂等基本过程，镀制得到PbO₂电极。但这样电镀制得的PbO₂电极作为不溶性阳极，在使用中会出现以下问题：(1)PbO₂沉积层与电极表面结合不紧密或沉积层不均匀；(2)PbO₂沉积层致密，导致内应力大；(3)PbO₂沉积层易剥落或腐蚀，寿命不长。而掺杂含氟树脂和(或)不活泼的颗粒PbO₂电极用在有色金属电积中的槽电压高；

4、以轻质金属铝为内芯与外层铅合金通过熔铸或电镀的形式来互溶得到的阳极：存在一些难以解决的问题，一是解决不了铅合金液的流动性以及大尺寸阳极板局部可能出现的孔洞；二是镀层会出现一些晶界缝隙，电解时产生的氧气透过镀层的晶界缝隙氧化铝基体，形成导电性差的三氧化二铝膜层，恶化阳极性能；