權(quán)利要求
1.電解金屬錳用陽(yáng)極，其特征在于，所述電解金屬錳用陽(yáng)極由按重量百分比計(jì)的下列原料制備：Sn1％～6％，Sb1％～6％，Ag0.05％～0.2％，余量為鉛。
2.電解金屬錳用陽(yáng)極的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：
S1：將金屬Pb、Sn、Sb和Ag按預(yù)定比例加入到坩堝電阻爐中加熱到600-700℃進(jìn)行熔煉；
S2：在脈沖電流和靜磁場(chǎng)作用下，打開(kāi)冷卻裝置，設(shè)置模具溫度從600℃降溫到100℃，降溫時(shí)間為6小時(shí)，將S1中形成的熔體凝固成型；
S3：對(duì)軋輥進(jìn)行預(yù)熱，對(duì)S2中凝固成型的金屬進(jìn)行軋制處理，獲得均質(zhì)細(xì)晶金屬板材；
S4：將細(xì)晶金屬板材進(jìn)行沖孔處理獲得電解金屬錳用陽(yáng)極。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電解金屬錳用陽(yáng)極的制備方法，其特征在于：所述S2中凝固成型過(guò)程中施加靜磁場(chǎng)和脈沖電流，靜磁場(chǎng)為20-40mT靜磁場(chǎng)，脈沖電流10-30Hz峰值400A的脈沖電流。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電解金屬錳用陽(yáng)極的制備方法，其特征在于：所述S3中采用連鑄連軋成型，軋輥的鑄軋速度為400-800mm/min。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電解金屬錳用陽(yáng)極的制備方法，其特征在于：所述S4中細(xì)晶金屬板材厚度為3-10mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電解金屬錳用陽(yáng)極的制備方法，其特征在于，所述細(xì)晶金屬板材的沖孔直徑為10-50mm。
說(shuō)明書(shū)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及錳電解槽陽(yáng)極材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種電解金屬錳用陽(yáng)極及其制備方法。
背景技術(shù)
[0002]電解金屬錳是指用錳礦石經(jīng)酸浸出獲得硫酸錳，再送電解槽電解析出的單質(zhì)金屬錳的過(guò)程。電解過(guò)程中采用不銹鋼作為陰極，以鉛合金為陽(yáng)極，電解過(guò)程中的電極材料要求具有較好的導(dǎo)電性、耐腐蝕性、較好的電催化活性、高的機(jī)械強(qiáng)度和良好的加工性能、長(zhǎng)使用壽命以及低成本等綜合性能。目前，我國(guó)電解金屬錳生產(chǎn)的直流電耗為5600～7000kWh/t，電流效率為65～70％，存在成本高、高能耗、低電效的問(wèn)題。電解錳生產(chǎn)過(guò)程中，陽(yáng)極會(huì)發(fā)生析氧反應(yīng)，受到析氧反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的限制，陽(yáng)極會(huì)產(chǎn)生析氧過(guò)電位，使得電解錳過(guò)程中的槽電壓升高，增加錳金屬生產(chǎn)的直流電耗、析氧反應(yīng)過(guò)電位高和使用過(guò)程易彎曲變形的缺點(diǎn)。
[0003]目前也有不少關(guān)于濕法冶金用陽(yáng)極材料在機(jī)械強(qiáng)度、耐腐蝕性能和電催化活性等方面的改進(jìn)研究。
[0004]專利號(hào)為CN201910239624.1的專利涉及陽(yáng)極材料制備技術(shù)領(lǐng)域，是一種低Ag鉛合金復(fù)合陽(yáng)極材料制備方法，采用的納米復(fù)合氧化物以納米二氧化鈦顆粒、納米二氧化銥(IrO2)顆粒、納米二氧化鉛顆粒為原料配制而成，使得加入之后，極大程度的降低了Pb-0.2％Ag合金中Ag的含量，而且提高Pb的相對(duì)含量，同時(shí)引入了納米二氧化鈦顆粒、納米二氧化銥(IrO2)顆粒成分，使得材料的析氧電催化活性大幅度的提高，導(dǎo)電性好，電流效率高，節(jié)約了能源。
[0005]專利號(hào)為CN201810607780.4公開(kāi)了一種泡沫金屬基鉛合金復(fù)合陽(yáng)極材料的制備方法，先對(duì)泡沫金屬基材進(jìn)行面處理，在泡沫金屬基材表面形成錫鉍合金層，再制備納米氧化物復(fù)合鉛合金，之后采用雙金屬連續(xù)擠壓包覆機(jī)，將納米氧化物復(fù)合鉛合金包覆復(fù)合在表面已形成錫鉍合金層的泡沫金屬基材上，制備得到高效析氧電催化泡沫金屬基鉛合金復(fù)合陽(yáng)極材料，本發(fā)明制備得到的泡沫金屬基鉛合金復(fù)合陽(yáng)極材料，充分發(fā)揮了納米氧化物復(fù)合鉛合金的高效析氧電催化活性和泡沫金屬基材的優(yōu)勢(shì)，具有質(zhì)量輕、導(dǎo)電性好、高效析氧電催化性和高耐蝕性等特點(diǎn)，同時(shí)可降低資源消耗、節(jié)約能源。
[0006]專利號(hào)為CN201611088113.7公開(kāi)了一種提高鉛合金壓延陽(yáng)極綜合性能的方法，是將鉛合金壓延陽(yáng)極表面加熱至200-310℃后直接水冷，表面加熱選擇鹽浴爐、油浴爐、高頻加熱、中頻加熱或保護(hù)氣氛爐加熱，該發(fā)明通過(guò)壓延—表面熱處理的制備工藝，可以得到一種具有較好的力學(xué)性能、電化學(xué)性能和耐腐蝕性能的鉛合金陽(yáng)極，較現(xiàn)有技術(shù)制備的壓延陽(yáng)極力學(xué)性能提高了12％-25％、電化學(xué)性能提高了5％-15％，耐腐蝕性能提高了9％-20％，該發(fā)明工藝簡(jiǎn)單，操作方便，制得的陽(yáng)極在保持壓延陽(yáng)極較好的力學(xué)性能的同時(shí)，電化學(xué)性能和耐腐蝕性能得到進(jìn)一步改進(jìn)，應(yīng)用于有色金屬冶煉的電積工序中，能有效降低電解過(guò)程的槽電壓，延長(zhǎng)陽(yáng)極使用壽命，減少對(duì)陰極產(chǎn)品的污染，適用于工業(yè)化應(yīng)用。以上技術(shù)均通過(guò)表面改性的方法制備鉛合金陽(yáng)極。
發(fā)明內(nèi)容
[0007]本發(fā)明提供一種電解金屬錳用陽(yáng)極及其制備方法，通過(guò)連鑄連軋工藝、電流、外加磁場(chǎng)處理，提高了電解錳用陽(yáng)極材料的耐腐蝕性能、機(jī)械強(qiáng)度、電催化活性和使用壽命，同時(shí)大幅度降低了濕法冶金過(guò)程中的材料成本、槽電壓及能耗，獲得了組織均勻和晶粒細(xì)小的薄板，能滿足濕法冶金領(lǐng)域電解金屬錳的技術(shù)要求。
[0008]為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明目的之一是提供一種電解金屬錳用陽(yáng)極，所述電解金屬錳用陽(yáng)極由按重量百分比計(jì)的下列原料制備：Sn1％～6％，Sb1％～6％，Ag0.05％～0.2％，余量為鉛。
[0009]本發(fā)明同時(shí)提供一種電解金屬錳用陽(yáng)極的制備方法，包括如下步驟：
[0010]S1：將金屬Pb、Sn、Sb和Ag按預(yù)定比例加入到坩堝電阻爐中加熱到600-700℃進(jìn)行熔煉；
[0011]S2：在脈沖電流和靜磁場(chǎng)作用下，打開(kāi)冷卻裝置，設(shè)置模具溫度從600℃降溫到100℃，降溫時(shí)間為6小時(shí)，將S1中形成的熔體凝固成型；
[0012]S3：對(duì)軋輥進(jìn)行預(yù)熱，對(duì)S2中凝固成型的金屬進(jìn)行軋制處理，獲得均質(zhì)細(xì)晶金屬板材；
[0013]S4：將細(xì)晶金屬板材進(jìn)行沖孔處理獲得電解金屬錳用陽(yáng)極。
[0014]作為優(yōu)選，所述S2中凝固成型過(guò)程中施加靜磁場(chǎng)和脈沖電流，靜磁場(chǎng)為20-40mT靜磁場(chǎng)，脈沖電流10-30Hz峰值400A的脈沖電流。
[0015]作為優(yōu)選，所述S3中采用連鑄連軋成型，軋輥的鑄軋速度為400-800mm/min。
[0016]作為優(yōu)選，所述S4中細(xì)晶金屬板材厚度為3-10mm。
[0017]作為優(yōu)選，所述細(xì)晶金屬板材的沖孔直徑為10-50mm。
[0018]本發(fā)明上述一個(gè)或多個(gè)技術(shù)方案具有如下技術(shù)效果：
[0019]本發(fā)明所提供的電解金屬錳用陽(yáng)極，通過(guò)連鑄連軋工藝、電流、外加磁場(chǎng)處理，提高了電解錳用陽(yáng)極材料的耐腐蝕性能、機(jī)械強(qiáng)度、電催化活性和使用壽命，同時(shí)大幅度降低了濕法冶金過(guò)程中的材料成本、槽電壓及能耗，獲得了組織均勻和晶粒細(xì)小的薄板，能滿足濕法冶金領(lǐng)域電解金屬錳的技術(shù)要求。電解金屬錳用陽(yáng)極Ag含量為0.05-0.4％，Ag含量較低，使用成本較低，即節(jié)約成本。在凝固成型過(guò)程中施加靜磁場(chǎng)，施加靜磁場(chǎng)可以起到細(xì)化晶粒的作用，主要原因是鉛合金熔體在凝固過(guò)程中，液相的流動(dòng)對(duì)凝固過(guò)程起到很大的影響，凝固過(guò)程的傳熱和傳質(zhì)受到熔體中對(duì)流的影響，熔體中的對(duì)流也影響凝固組織和成分分布，當(dāng)合金熔體流動(dòng)時(shí)，在周圍施加與其流動(dòng)方向不同的靜磁場(chǎng)會(huì)因?qū)w切割磁感線運(yùn)動(dòng)而在熔體中產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而產(chǎn)生抑制金屬流動(dòng)的洛侖茲力對(duì)熔體產(chǎn)生作用，溶質(zhì)粒子受洛侖茲力的作用沿磁力線方向做螺旋軌道運(yùn)動(dòng)，溶質(zhì)粒子在鉛合金熔體中的無(wú)序自由運(yùn)動(dòng)受到抑制，外力對(duì)熔體做負(fù)功，于是降低了合金元素原子的自由能，同時(shí)在一定程度上增加了熔體的擴(kuò)散激活能，從而使金屬晶粒的長(zhǎng)大速度減慢，達(dá)到細(xì)化晶粒的目的；脈沖電流作用下金屬液劇烈的強(qiáng)迫對(duì)流促進(jìn)晶粒從型壁上游離，增加金屬熔體的形核率，同樣能使晶粒得到了細(xì)化。脈沖電流使共晶合金在晶界和樹(shù)枝晶網(wǎng)的偏聚大大減少，變成了近似球狀的共晶質(zhì)點(diǎn)彌散在晶內(nèi)和晶界附近，有效地改善陽(yáng)極中Sn、Sb、Ag的成分偏析。通過(guò)靜磁場(chǎng)和脈沖電流的共同作用下，晶粒得到了細(xì)化，有效地改善陽(yáng)極中Sn、Sb、Ag的成分偏析，發(fā)生協(xié)同作用較好，電解金屬錳陽(yáng)極具有導(dǎo)電性能好、槽電壓降低、能耗低、耐腐蝕性能好、電催化活性好、機(jī)械強(qiáng)度高和使用壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)。
附圖說(shuō)明
[0020]圖1、一種電解金屬錳用陽(yáng)極的制備工藝流程圖。
具體實(shí)施方式
[0021]本發(fā)明提供一種電解金屬錳用陽(yáng)極及其制備方法，通過(guò)連鑄連軋工藝、電流、外加磁場(chǎng)處理，提高了電解錳用陽(yáng)極材料的耐腐蝕性能、機(jī)械強(qiáng)度、電催化活性和使用壽命，同時(shí)大幅度降低了濕法冶金過(guò)程中的材料成本、槽電壓及能耗，獲得了組織均勻和晶粒細(xì)小的薄板，能滿足濕法冶金領(lǐng)域電解金屬錳的技術(shù)要求。
[0022]為了使本發(fā)明的目的及優(yōu)點(diǎn)更加清楚，以下結(jié)合實(shí)施例和附圖1對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，下面實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明，而不應(yīng)視為限制本發(fā)明的范圍。實(shí)施例中未注明具體條件者，按照常規(guī)條件或制造商建議的條件進(jìn)行。所用試劑或儀器未注明生產(chǎn)廠商者，均為可以通過(guò)市售購(gòu)買(mǎi)獲得的常規(guī)產(chǎn)品。
[0023]實(shí)施例1
[0024]一種電解金屬錳用陽(yáng)極的制備方法，具體步驟如下：
[0025](a)按照質(zhì)量百分含量，化學(xué)成分為Sn1.5％、Sb2％、Ag0.2％、余量為Pb，稱量配料后在坩堝電阻爐中加熱到650℃進(jìn)行熔煉；
[0026](b)在脈沖電流和靜磁場(chǎng)作用下，打開(kāi)冷卻裝置，設(shè)置模具溫度從600℃降溫到100℃，降溫時(shí)間為6小時(shí)，將熔體凝固成型；
[0027](c)對(duì)軋輥進(jìn)行預(yù)熱，對(duì)凝固成型后的金屬進(jìn)行軋制處理，獲得厚度為6mm的均質(zhì)細(xì)晶金屬板材；
[0028](d)將金屬板材進(jìn)行沖孔處理，孔徑為20mm，最終獲得電解金屬錳用陽(yáng)極。
[0029]將本實(shí)施例制備的新型電解金屬錳用陽(yáng)極置于錳電解液中,在Mn2+濃度35g/L，pH＝7.5，硫酸銨濃度120g/L，溫度40℃，電流密度350A/m2的條件下電解硫酸錳。與傳統(tǒng)鉛錫銻銀合金陽(yáng)極相比，其槽電壓降低300mV，電流效率提高2.3％，使用壽命提高1.4倍。
[0030]實(shí)施例2
[0031]一種電解金屬錳用陽(yáng)極的制備方法，具體步驟如下：
[0032](a)按照質(zhì)量百分含量，化學(xué)成分為Sn2％、Sb1.5w％、Ag0.2％、余量為Pb，稱量配料后在坩堝電阻爐中加熱到650℃進(jìn)行熔煉；
[0033](b)在脈沖電流和靜磁場(chǎng)作用下，打開(kāi)冷卻裝置，設(shè)置模具溫度從600℃降溫到100℃，降溫時(shí)間為6小時(shí)，將熔體凝固成型；
[0034](c)對(duì)軋輥進(jìn)行預(yù)熱，對(duì)凝固成型后的金屬進(jìn)行軋制處理，獲得厚度為6mm的均質(zhì)細(xì)晶金屬板材；
[0035](d)將金屬板材進(jìn)行沖孔處理，孔徑為20mm，最終獲得電解金屬錳用陽(yáng)極。
[0036]將本實(shí)施例制備的新型電解金屬錳用陽(yáng)極置于錳電解液中,在Mn2+濃度35g/L，pH＝7.5，硫酸銨濃度120g/L，溫度40℃，電流密度350A/m2的條件下電解硫酸錳。與傳統(tǒng)鉛錫銻銀合金陽(yáng)極相比，其槽電壓降低420mV,電流效率提高3.5％，使用壽命提高1.7倍。
[0037]實(shí)施例3
[0038]一種電解金屬錳用陽(yáng)極的制備方法，具體步驟如下：
[0039](a)按照質(zhì)量百分含量，化學(xué)成分為Sn2.5％、Sb1％、Ag0.2％、余量為Pb，稱量配料后在坩堝電阻爐中加熱到650℃進(jìn)行熔煉；
[0040](b)在脈沖電流和靜磁場(chǎng)作用下，打開(kāi)冷卻裝置，設(shè)置模具溫度從600℃降溫到100℃，降溫時(shí)間為6小時(shí)，將熔體凝固成型；
[0041](c)對(duì)軋輥進(jìn)行預(yù)熱，對(duì)凝固成型后的金屬進(jìn)行軋制處理，獲得厚度為6mm的均質(zhì)細(xì)晶金屬板材；
[0042](d)將金屬板材進(jìn)行沖孔處理，孔徑為20mm，最終獲得電解金屬錳用陽(yáng)極。
[0043]將本實(shí)施例制備的新型電解金屬錳用陽(yáng)極置于錳電解液中，在Mn2+濃度35g/L，pH＝7.5，硫酸銨濃度120g/L，溫度40℃，電流密度350A/m2的條件下電解硫酸錳。與傳統(tǒng)鉛錫銻銀合金陽(yáng)極相比，其槽電壓降低320mV,電流效率提高2.4％，使用壽命提高1.5倍。
全文PDf
電解金屬錳用陽(yáng)極及其制備方法.pdf
聲明：
“電解金屬錳用陽(yáng)極及其制備方法” 該技術(shù)專利(論文)所有權(quán)利歸屬于技術(shù)(論文)所有人。僅供學(xué)習(xí)研究，如用于商業(yè)用途，請(qǐng)聯(lián)系該技術(shù)所有人。
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編輯：中冶有色技術(shù)網(wǎng)
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