一種鋁基多相惰性復合陽極材料的制備方法技術

本發明專利技術涉及一種多相惰性復合陽極材料的制備方法，屬于金屬表面處理技術領域。采用陽極氧化技術制備摻雜納米級二氧化鈰和微級米碳化鎢的鋁基PbO2-MnO2-CeO2-WC多相惰性復合陽極材料，鍍層表面結晶致密，呈暗黑色，厚度為90~180μm，與基底結合力良好。該復合陽極材料在鋅電積中作陽極時，作為導電多相復合材料，其表面處于非溶狀態，避免了傳統鉛及鉛基合金陽極的溶解對陰極鋅的污染，提高了陰極產品的質量；具有良好電催化活性和導電性的碳化鎢（WC）的加入提升了電極材料的電催化活性，與傳統鉛銀合金陽極相比，槽電壓降低0.2-0.5V，且槽電壓穩定，可以有效降低電耗；稀土氧化物CeO2的加入，能細化鍍層晶粒，使鍍層更加致密平整，可有效提高材料的抗腐蝕性。

【技術實現步驟摘要】
一種鋁基多相惰性復合陽極材料的制備方法
本專利技術涉及一種多相惰性復合陽極材料的制備方法，屬于金屬表面處理

技術介紹
在濕法煉鋅工藝中，Pb-Ag合金陽極被廣泛使用，該類陽極材料可以滿足電積鋅生產的基本需要，但也存在諸多難以改善的固有缺陷，如：易彎折變形造成短路、重量大導致裝配困難、電積過程能耗高、陽極電催化活性較低等。同時，陽極鉛易以Pb2+離子形式溶解進入溶液，并在陰極沉積，使陰極鋅產品等級下降。為了解決上述問題，科學工作者一方面對傳統Pb基合金陽極進行改性，一方面繼續探索研發新型惰性節能陽極，如PbO2和MnO2陽極等。對于Pb基合金陽極的研究，主要集中在Pb-Ag、Pb-Ca、Pb-Ag-Ti、Pb-Ca-Sn等合金材料的研發，在新型惰性節能陽極的研究方面，主要是以Ti為基體的PbO2或MnO2等金屬氧化物作為外層的陽極材料，后者雖有著較低的析氧過電位，但其高成本與低壽命等缺陷使其很難取代傳統鉛基合金陽極。因此，研究開發新型惰性節能陽極材料目前仍是濕法煉鋅領域的重要課題。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種多相惰性復合陽極材料的制備方法，具體包括以下步驟：（1）將鋁基體進行物理打磨和除油的前處理；（2）對步驟（1）處理過的鋁基體依次進行兩步浸鋅；（3）將經過兩步浸鋅處理后的鋁基體進行快速鍍鎳；（4）將步驟（3）中得到的鋁基體作陽極，以不銹鋼板為陰極在溫度60~80℃、陽極電流密度20-40mA/cm2、機械攪拌200-250r/min的條件下電鍍1～2小時，電鍍后的陽極經水洗、吹干后得鋁基PbO2-MnO2-CeO2-WC惰性復合陽極材料。步驟（1）所述物理打磨可以采用120目砂紙進行打磨，用工業堿性除油劑除油。步驟（1）所述打磨和除油處理為常規的處理工藝，具體包括以下步驟：打磨→水洗→除油（Na3PO440g/L，Na2SiO315g/L，1-3min）→水洗→堿浸（NaOH20g/L，Na2CO32g/L，1min）→水洗→酸浸（HF10ml·L-1，HNO3250ml·L-1，H3PO4250ml·L-1，3min）→水洗。步驟（2）中所述的兩步浸鋅為常規的方法：經前處理后的Al基體→水洗→一次鍍鋅(60秒)→水洗→退鋅（20秒，用1:1的HNO3溶液溶解退鋅）→二次鍍鋅(40秒)，溫度控制在常溫；其中，鍍鋅液配方為：氫氧化鈉500g/L，酒石酸鉀鈉50g/L，氧化鋅50g/L，三氯化鐵3g/L，硝酸鈉2g/L。本專利技術步驟（3）中所述的快速鍍鎳：經兩次化學鍍鋅后的Al基體經水洗后，將經兩次化學鍍鋅后的Al基體做陰極，相同面積的石墨板作陽極，在溫度為50℃，電流密度為1.5A·dm-2，電鍍時間為5分鐘的條件下進行快速鍍鎳；其中，鍍鎳液配方：NiSO480g·L-1，二水合檸檬酸三鈉（Na3C6H5O7·2H2O）90g·L-1，H3BO310g·L-1，NaCl10g·L-1，Na2SO4.10H2O35g·L-1，添加劑（明膠）0.4g·L-1。本專利技術步驟（4）中陰極材料的面積為待鍍板材面積的1.5~2倍。本專利技術步驟（4）中在電鍍前采用超聲波將混合后的電解液分散30~40分鐘。本專利技術步驟（4）中所述電鍍過程中電鍍液的成分為硝酸鉛190-250g/L、硝酸錳溶液40-70g/L、氟化鈉1-2g/L、二氧化鈰10-20g/L，碳化鎢20-50g/L。本專利技術步驟（4）中二氧化鈰的粒度為10~30nm，碳化鎢的粒度為1~3μm，二氧化鈰的粒徑為10~30nm，碳化鎢的粒徑為1~3μm。該復合陽極材料表面呈暗黑色，表面結晶致密，鍍層厚度為90-180μm，鍍層與基底結合力優良。本專利技術采用陽極氧化法制備摻雜微米級碳化鎢（WC）和納米級二氧化鈰（CeO2）的鋁基β-PbO2-MnO2-CeO2-WC多相惰性復合陽極材料，在鋅電積中作陽極時，作為導電多相復合材料，其表面處于非溶狀態，避免了傳統鉛及鉛基合金陽極溶解對陰極鋅的污染，提高了陰極產品質量；具有良好導電性的碳化鎢（WC）顆粒的加入提升了電極材料的電催化活性和耐腐蝕性，降低析氧過電位，可使槽電壓降低0.2-0.5V，且槽電壓穩定，有效降低電耗；稀土氧化物CeO2的加入，能細化晶粒，使鍍層更加致密平整，可有效提高陽極材料的抗腐蝕性。本專利技術的有益效果為：（1）所制備的鋅電積用多相惰性復合陽極材料，避免了傳統鉛及鉛基合金陽極溶解對陰極鋅的污染，可有效提高陰極鋅產品的等級；（2）本陽極材料具有良好的電催化活性，可有效降低陽極析氧過電位，從而降低槽電壓，達到節能降耗的目的；（3）稀土氧化物的加入，使電極表面更加致密平整，可有效提高其抗腐蝕性，延長使用壽命。具體實施方式下面結合具體實施方式對本專利技術作進一步詳細說明，但本專利技術的保護范圍并不限于所述內容。實施例1（1）將鋁基體進行物理打磨和除油的前處理：采用120目砂紙進行打磨，用工業堿性除油劑除油。具體步驟為：打磨→水洗→除油（除油劑組成為：Na3PO440g/L，Na2SiO315g/L，1-3min）→水洗→堿浸（NaOH20g/L，Na2CO32g/L，1min）→水洗→酸浸（HF10ml·L-1，HNO3250ml·L-1，H3PO4250ml·L-1，3min）→水洗。（2）對步驟（1）處理過的鋁基體依次進行兩步浸鋅：對前處理過的鋁基體進行兩步浸鋅，兩步浸鋅工藝配方：經前處理后的Al基體→水洗→一次鍍鋅(60秒)→水洗→退鋅（20秒，用1:1的HNO3溶液溶解退鋅）→二次鍍鋅(40秒)，溫度控制在常溫；其中，鍍鋅液配方為：氫氧化鈉500g/L，酒石酸鉀鈉50g/L，氧化鋅50g/L，三氯化鐵3g/L，硝酸鈉2g/L。（3）將經過兩步浸鋅處理后的鋁基體進行快速鍍鎳：經兩次化學鍍鋅后的Al基體經水洗后，將經兩次化學鍍鋅后的Al基體做陰極，相同面積的石墨板作陽極，在溫度為50℃，電流密度為1.5A·dm-2，電鍍時間為5分鐘的條件下進行快速鍍鎳；其中，鍍鎳液配方：NiSO480g·L-1，二水合檸檬酸三鈉（Na3C6H5O7·2H2O）90g·L-1，H3BO310g·L-1，NaCl10g·L-1，Na2SO4.10H2O35g·L-1，添加劑（明膠）0.4g·L-1。（4）電沉積制備鋁基β-PbO2-MnO2-CeO2-WC多相惰性復合陽極材料：以不銹鋼板為陰極在溫度70℃、陽極電流密度30mA/cm2、機械攪拌230r/min的條件下電鍍1.5小時，電鍍后的陽極經水洗、吹干后得鋁基PbO2-MnO2-CeO2-WC惰性復合陽極材料；其中，鍍液配方為：硝酸鉛（Pb(NO3)2）190g/L、50%硝酸錳溶液（Mn(NO3)2）40g/L、氟化鈉（NaF）1g/L、二氧化鈰（CeO2粒度為：15nm）10g/L，碳化鎢（WC粒度為2μm）20g/L；電鍍前將電鍍液進行超聲波分散35分鐘。本實施例制備得到的復合鍍層厚度為90~120μm，鍍層中Ce元素含量為5.26~6.78%，W元素含量為1.48~3.91%。實施例2本實施例中步驟（1）~（3）與實施例1相同；不同在于步驟（4）中以不銹鋼板為陰極在溫度80℃、陽極電流密度40mA/cm2、機械攪拌250r/min的條件下電鍍2小時，電本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種多相惰性復合陽極材料的制備方法，其特征在于，具體包括以下步驟：（1）將鋁基體進行物理打磨和除油的前處理；（2）對步驟（1）處理過的鋁基體依次進行兩步浸鋅；（3）將經過兩步浸鋅處理后的鋁基體進行快速鍍鎳；（4）將步驟（3）中得到的鋁基體作陽極，以不銹鋼板為陰極在溫度60~80℃、陽極電流密度20?40mA/cm2、機械攪拌200?250r/min的條件下電鍍1～2小時，電鍍后的陽極經水洗、吹干后得鋁基PbO2?MnO2?CeO2?WC惰性復合陽極材料。

【技術特征摘要】
1.一種多相惰性復合陽極材料的制備方法，其特征在于，具體包括以下步驟：（1）將鋁基體進行物理打磨和除油的前處理；（2）對步驟（1）處理過的鋁基體依次進行兩步浸鋅；（3）將經過兩步浸鋅處理后的鋁基體進行快速鍍鎳；（4）將步驟（3）中得到的鋁基體作陽極，以不銹鋼板為陰極在溫度60~80℃、陽極電流密度20-40mA/cm2、機械攪拌200-250r/min的條件下電鍍1～2小時，電鍍后的陽極經水洗、吹干后得鋁基PbO2-MnO2-CeO2-WC惰性復合陽極材料；步驟（4）中所述電鍍過程中...

【專利技術屬性】
技術研發人員：陳陣，高紫明，余強，范瑩瑩，晁恒，
申請(專利權)人：昆明理工大學，
類型：發明
國別省市：云南;53