[发明专利]锰电积用碳纤维基非晶态Pb-Mn-RuOx梯度阳极材料及制备方法

说明书

锰电积用碳纤维基非晶态Pb‑Mn‑RuO_x梯度阳极材料及制备方法，所述阳极包括碳纤维基板、覆于碳纤维基板上的Ni‑Co₃O₄底层、覆于底层上的Sn‑Co‑RuO_x中间层、以及覆于Sn‑Co‑RuO_x中间层上的非晶态Pb‑Mn‑RuO_x活性层。本发明制备的碳纤维基非晶态Pb‑Mn‑RuO_x梯度阳极材料与传统的铅基多元合金相比，在氯化锰体系阴离子隔膜电积锰，在不改变电解槽结构、电解液组成和操作规范的基础上，阳极寿命和导电性显著提高，槽电压可降低20％以上，电流效率提高4‑8％，并且能抑制氯气的产生。

技术领域

本发明涉及一种阳极材料及其制备方法技术领域，具体涉及到应用于氯化铵体系提取有色金属的阳极材料的制备方法。

背景技术

由于湿法冶金具有资源综合利用率高、过程环保以及低品位矿适应性强等优点，Cu、Zn、Ni、Mn等有色金属通过湿法进行提取所占的份额逐渐增大。在有色金属的电解过程中，大约90％锌、30％左右铜和100％锰是由湿法冶金技术提取。以湿法电解锰为例，电解金属锰的电流效率低，一般只达到75％左右，每吨电解锰产品电能消耗近6200kW·h，是有名的“电老虎”，若以每年国内生产锰锭140万吨计，将需要的能耗接近86.8亿度电。在电解金属锰的生产过程中，有95％以上的电耗集中在电解槽上，锰电解提取过程中，阳极材料性质直接影响着离子放电电位、过电位的变化、电流效率大小、电能消耗量、阳极寿命及阴极产品质量等指标。

电解锰生产用阳极板最初采用石墨电解，但是因为其在电解中容易膨胀、脱落而遭到淘汰，铅合金板因为其容易成型、在硫酸电解液中操作稳定等优点而在电解锰工业中得到应用，使用铅合金板电解是在阳极液中产生的大量微粒MnO₂，MnO₂是因为铅合金表面的铅以二价铅离子在阴极电沉积析出进入金属锰中，使电解锰的纯度降低、金属锰表面形成晶枝而使阴阳极短路，电能消耗大，降低直流电效率；同时铅电极易发生弯曲变形，降低电流效率，缩短电极使用寿命。钛板具有良好的导电性，较大的强度和强耐腐蚀性，几乎不受稀硫酸、稀盐酸、氯气等大部分有机酸的腐蚀，同时质量相较于铅板要小很多。但由于纯钛板在低温下容易钝化，电极板导电性变差，故需要对钛板表面进行处理，且钛基涂层价格昂贵，实现工业化时，一次性投资大。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述现有技术的存在的缺点，提供一种电催化活性好、电极导电性强、电积中的槽电压低、使用寿命长、能耗低的锰电积用碳纤维基非晶态Pb-Mn-RuOx梯度阳极材料。本发明还提供这种阳极材料的制备方法。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种锰电积用碳纤维基非晶态Pb-Mn-RuOx梯度阳极材料，包括碳纤维基板、覆于碳纤维基板上的Ni-Co₃O₄底层、覆于底层上的Sn-Co-RuOx中间层、以及覆于Sn-Co-RuOx中间层上的非晶态Pb-Mn-RuOx活性层。

本发明所述Ni-Co₃O₄底层为复合镀层，该复合镀层中的Co₃O₄组成为2.85～10wt％；Sn-Co-RuOx中间层为镀层，该镀层中的Sn：Co：Ru摩尔比为(54～80)：(18～32)：(1～10)；所述非晶态Pb-Mn-RuOx活性层中的Pb：Mn：Ru摩尔比为(42～70)：(24～48)：(2～12)。所述阳极的总厚度为2～10mm，其中底层的厚度为20～200μm，中间层厚度为10～100μm，活性层厚度为0.1～1mm.

本发明所述锰电积用碳纤维基非晶态Pb-Mn-RuOx梯度阳极材料的制备方法如下：