鋅電積用鉛基多孔節(jié)能陽極的制備、表征與工程化試驗(yàn).pdf

1、濕法煉鋅工業(yè)中，高濃度H2SO4電解液體系使得Zn電積過程一直采用鉛基合金陽極。但鉛基合金陽極析氧過電位高(約860mV)，增加無用電耗近1000 kWh/t-Zn(約占Zn電積總能耗的30％)，同時(shí)存在抗蠕變性能差以及Pb被腐蝕進(jìn)入電解液并降低電Zn品質(zhì)等問題。針對(duì)上述問題的Ti基電催化涂層陽極盡管可有效降低陽極過電位，但較短壽命與高昂成本使其難以取代鉛基合金陽極。因此，開發(fā)新型節(jié)能陽極仍是濕法煉Zn領(lǐng)域的重要課題。 在大量文

2、獻(xiàn)調(diào)研的基礎(chǔ)上，作者率先提出鉛基多孔節(jié)能陽極的概念，通過增大陽極導(dǎo)電面積，降低陽極電流密度，從而在保持Pb-Ag陽極優(yōu)勢的同時(shí)，降低陽極過電位，減少陽極腐蝕并提高Zn品質(zhì)。論文研究開發(fā)了鉛基多孔材料的反重力滲流鑄造設(shè)備及工藝，系統(tǒng)評(píng)價(jià)了Pb-Ag(0.8％)(質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，下同)多孔陽極的電化學(xué)性能，深入研究了表觀電流密度對(duì)Pb-Ag(0.8％)平板陽極電化學(xué)行為的影響，開展了Pb-Ag(0.8％)多孔陽極的工程化電解試驗(yàn)；在此基礎(chǔ)上，進(jìn)

3、一步研究了電催化活性金屬元素?fù)诫s的鉛基多孔節(jié)能陽極。論文主要研究結(jié)果如下： (1)設(shè)計(jì)并開發(fā)了Pb基多孔合金的反重力滲流鑄造設(shè)備與工藝。鉛基熔體在可控壓力下充型和結(jié)晶，可有效避免滲流不足和滲流過度，解決了鉛基熔體和填料粒子的潤濕性與補(bǔ)縮問題，建立了孔徑可控、結(jié)構(gòu)均勻的鉛基多孔合金的制備技術(shù)，制備了尺寸為250.0mm×160.0mm×30.0mm的Pb-Ag(0.8％)多孔材料。 (2)系統(tǒng)研究了不同孔徑Pb-Ag(0.

4、8％)多孔合金陽極的電化學(xué)行為，揭示了多孔陽極的電化學(xué)行為與特征。結(jié)果表明，不同孔徑多孔陽極的相對(duì)穩(wěn)定的析氧電位(以下簡稱析氧電位)、腐蝕速率均明顯低于平板陽極，當(dāng)陽極孔徑為1.60～2.00mm時(shí)，其陽極析氧電位比Pb-Ag(0.8％)平板陽極降低了lOOmV左右，相對(duì)腐蝕速率減少50％左右，陰極產(chǎn)品含鉛量顯著降低，且多孔陽極減少了Mn2+的貧化，有利于減少陽極泥的生成，而電流效率與平板陽極相當(dāng)，均介于91％-92％之間。 (

5、3)以闡明Pb-Ag(0.8％)多孔陽極的電化學(xué)行為與特征為目的，系統(tǒng)研究了不同電流密度下Pb基合金陽極電化學(xué)行為，揭示了電流密度對(duì)Pb-Ag(0.8％)平板陽極析氧電位、腐蝕速率、氧化膜的物相組成與微觀結(jié)構(gòu)、電流效率、陽極泥生成量及陰極Zn品質(zhì)的影響規(guī)律。在純ZriSO4-H2SO4體系中，當(dāng)電流密度分別由500A/m2降低到100A/m2時(shí)，其相對(duì)穩(wěn)定的陽極電位(簡稱穩(wěn)定電位)由1.835V(相對(duì)飽和甘汞電極，以下同)降低到1.74

6、2V，腐蝕速率由1.620g/m·h降低到0.652g/m2·h;在ZnSO4-MnSO4-H2SO4體系中，陽極析氧電位與腐蝕速率隨電流密度降低的規(guī)律不變，100A/m2和500A/m2電流密度下的穩(wěn)定電位則分別為1.704V和1.792V。 (4) Pb-Ag(0.8％)多孔陽極的工程化電解試驗(yàn)取得了良好效果。采用尺寸為200.0mm×100.0mm×6.0mm的Pb-Ag(0.8％)多孔陽極在工業(yè)電解條件下進(jìn)行了為期24天

7、的工程化電解試驗(yàn)。結(jié)果表明，與現(xiàn)行Pb-Ag(0.8％)平板陽極比較，多孔陽極析氧過電位降低約100mV，腐蝕率降低80％;使得噸Zn能耗降低78kWh，陽極泥減少80％，陰極鋅產(chǎn)品中Pb含量降低60％。 (5)將Pb蓄電池電極中的有害雜質(zhì)Bi作為合金元素引入鋅電積用Pb-Ag(0.8％)陽極。揭示了Bi添加對(duì)Pb-Ag(0.8％)陽極析氧電位、腐蝕速率、合金及其氧化膜組織結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律，確定Bi的最佳添加量為0.8～1.0％，