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濕法冶金用電極材料應用現狀與發展

2016-05-13 17:37 [冶煉] 來源于:中國有色設備信息網
導讀: 利用多組元間性能的協同作用,在基體材料中添加多種元素,實現材料的合金化,改善材料的導電性能、耐蝕性以及綜合使用性能,如,在Pb中添加Ag改善電極導電性能。除傳統的Pb、Ti......
一、電極材料的應用背景與現狀
濕法冶金在提取有色及稀有金屬的冶煉技術中占有越來越重要的地位。
電極材料是整個電解過程的核心主體,有著電化學體系的“心臟”之稱。
以每噸Zn陽極消耗在0.2片計,則陽極每年的消耗達130萬片,其中30%的Pb、Ag是不可回收,僅耗Ag量約達400噸。解鋅過程的無效損耗達58億度,占葛洲壩電站年發電量的1/3
Pb基合金電極
   主要是以Pb為基體材料,添加合金元素(Ca、Sr、Sn、Sb、Bi)及稀土元素(Ce、Tb、Yb、Sm)等元素,提高電極的強度、耐蝕性以及降低槽電壓;
Pb-Ag-Ca-Sr綜合性能為最優。
    借助電化學沉積、涂覆等方法在鉛電極表面沉積或涂覆一層電催化活性劑和增強劑(IrO2、RuO2、PbO2、MnO2、WC、SiC等)以提高電極的導電性、催化活性以及增強表面涂層附著力和抗沖刷力。
二、電極材料的研究現狀
   利用多組元間性能的協同作用,在基體材料中添加多種元素,實現材料的合金化,改善材料的導電性能、耐蝕性以及綜合使用性能,如,在Pb中添加Ag改善電極導電性能。
   除傳統的Pb、Ti、石墨、鉑等材料使用,目前也開始對鋼、鋁、塑料、陶瓷以及金屬陶瓷等材料作為基體材料進行了研究。
   目前的研究主要以PbO2為主,摻雜Mn、Sn、Sb以及稀土元素的氧化物的涂層,如,在塑料、陶瓷表面制備PbO2活性涂層,為其提供了一定的電催化活性,為其作為電極材料奠定基礎。
大塑性變形:減小晶粒尺寸,提高電極的綜合電化學性能,以Pb陽極為主
;涂層組元的選擇:
a.尋求能與基體可形成固溶體的涂層元素,增強兩者的結合力;
b.添加稀土元素,以細化晶粒來提高涂層的導電性能和比表面積;
c.添加疏水性材料,改善活性涂層的潤濕性,并消除PbO2涂層的表面應力,增強附著力
;中間過渡層的選擇:
a.起到連接基體與涂層作用;
b.保護基體不被腐蝕,改善基體的表面特性。
三、電極材料制備的新工藝
技術思想:
1. 利用異性材料的疊加互補效應,改變電極的總體結構設計,從而提高電極基體材料的導電性能和降低電極電位;
2.其內芯金屬作為電極的集流載體和導電通道,起到減小內阻、加快電極對電子的傳輸速度和均化電流分布的作用。
研究項目來源:國家自然科學基金(四項);
國家高技術發展計劃(863計劃)項目;
云南省重點新產品開發計劃。
項目進展:
①研究了復合電極材料的復合制備工藝、界面相變、復合的熱動力學、電流分布、電化學性能的理論基礎研究,建立了制備鉛/鋁、鈦/鋁復合電極材料的工藝技術體系;
②鉛/鋁復合電極的性能與傳統鉛電極相比:強度提高37-45%,節省電耗6-10%,電流效率提高3-4% ,成本下降25%,重量減輕30%,耐腐蝕率提高33%-37%;
③鉛/鋁復合電極在“云南省重點新產品開發計劃”的支持下已進入了產業化的推進過程。

四、合金電極的連鑄連軋系統
連鑄連軋制備加工技術優勢:
a.實現了電極板大批量、連續化、短流程的近終成形,具有生產效率高、勞動條件好、能源消耗少、金屬收得率高、綜合使用成本低、產品質量均衡、自動化程度高等多方面優點;
b. 采用強磁場的鉛合金熔煉方法,強化了多元合金成分的均勻性和鑄軋合金溫度的一致性;
c. 增設了強物理場的晶粒細化裝置,適中的晶粒尺寸不僅提高了鉛電極的機械強度和耐蝕性能,同時保證了電極的導電性能。
建議與趨勢:濕法電解冶金將成為未來有色金屬提取的重要方法之一和發展方向。而電極是整個電解提取過程的關鍵材料,隨著電解工藝的技術不斷提高,對電極材料提出了更高的要求,未來電極材料將朝著高活性、低成本、節能型的方向發展:
(1)專業化、標準化、定點式的規范化批量生產應該是未來電極材料的新型生產模式,以此減少能源和資源的消耗,保障產品質量的一致性和穩定性;
(2)新工藝、新技術:在不增加合金成本的前提下,提高電極性能是一種趨勢。
(3)新材料:采用新型材料實現提高催化活性,以改變電極材料的使用現狀,如采用金屬層狀復合材料、新型金屬陶瓷,塑料基體的電極材料等。
 
五、企業研發水平概況
   公司成立至今,已獲得國家高新技術企業,擁有企業技術中心、省內先進材料檢測儀器和加工設備,同時擁有博導5名、博士3名、碩士2名、高級工程師1名,分析與化驗專業的大中專專職員工數名、生產及市場經營豐富的技術骨干人員。    
   同時與昆明理工大學、昆明冶金研究院、中南大學、北京礦冶研究院等院校展開了合作,根據市場實際需求情況,不斷研發出新型的陽極材料,公司目前的陽極板生產技術處于國內領先水平。     
    到目前,公司現擁有13項國家技術專利,獲得2項國家科技部立項項目,國家火炬計劃項目1項5項云南省科技廳、昆明市科技局科技攻關立項項目。榮獲1項國家重點新產品稱號、云南
省著名商標和名牌產品等。
 
感謝業界同行長期以來給予的支持和幫助,我們將為濕法電積用極板材料的發展而不斷努力!

(編輯:中冶有色技術網)

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