铝基铅合金复合阳极的制备及电化学性能研究

【摘要】在现代有色金属湿法炼工业中阳极材料的腐蚀速率和析氧电位是影响阴极产品质量和能耗的关键。随着对阴极产品质量要求的日益提高和能源问题的日益严重,传统的Pb合金阳极已经不能满足工业生产的需求。为了得到具有低析氧电位和低腐蚀速率的有色金属电积用阳极,本文在综合了Al的高导电率,Co离子、WC和Co3O4颗粒的高电催化活性的基础上,采用直流电沉积的方法在甲基磺酸铅电解液中制备了Al/Pb、Al/Pb-0.8%Ag、Al/Pb-0.75%Ag-0.03%Co、Al/Pb-Sn、Al/Pb-WC、Al/Pb-Co3O4和Al/Pb-Sn-WC复合阳极。通过阳极极化曲线、塔菲尔曲线、循环伏安曲线、EIS和时间-电位曲线分析了Al/Pb、Al/Pb-0.8%Ag和Al/Pb-0.75%Ag-0.03%Co复合阳极在H2SO4-ZnSO4电解液中的电化学性能及Al/Pb-Sn、Al/Pb-WC、Al/Pb-Co3O4和Al/Pb-Sn-WC复合阳极在H2SO4-CuSO4电解液中的电化学性能。采用SEM和XRD分析了阳极材料的微观形貌。研究了具有低析氧电位和低腐蚀速率阳极材料的制备方法和工艺。得到的结论如下：1)Cu、Ni过渡层Cu和Ni具有较高的电导率可以作为电沉积制备Al/Pb复合阳极的过渡层。电化学分析显示,随着过渡层厚度的增大,Al/Pb复合阳极越容易被极化,锌电积过程中的能耗增大。41μm镍过渡层的Al/Pb复合阳极具有最低的腐蚀速率和析氧电位。2)Al/Pb复合阳极随着镀铅电解液温度的上升Al/Pb复合阳极的腐蚀速率增大和析氧过电位增大,镀铅液温度为40℃时Al/Pb复合阳极的析氧过电位是0.6785V。随着镀铅电流密度的上升Al/Pb复合阳极的腐蚀速率和析氧电位降低。腐蚀速率的实验数据符合电极反应动力学的推导。3)Al/Pb-Ag和Al/Pb-Ag-Co复合阳极与传统Pb-0.8%Ag合金阳极相比,Al/Pb-0.75%Ag-0.03%Co和Al/Pb-0.8%Ag复合阳极具有较低腐蚀速率,Al/Pb-0.75%Ag-0.03%Co析氧电位降低了约22mV,Al/Pb-0.8%Ag复合阳极的析氧电位降低了约10mV。极化前,Pb-0.75%Ag-0.03%Co复合镀层比Pb-0.8%Ag复合镀层具有更致密和更小的晶体结构。极化24h后,Al/Pb-0.75%Ag-0.03%Co阳极的阳极膜主要表现为仙人球状的晶体,Al/Pb-0.8%Ag阳极阳极膜主要表现为枝状的晶体。Al/Pb-0.75%Ag-0.03%Co阳极球形的Ag晶粒附着在复合阳极表面。Al/Pb-0.8%Ag阳极椭球形的的Ag晶粒被铅覆盖在复合阳极表面。4)Al/Pb-Sn复合阳极随着Sn含量的增加Al/Pb-Sn复合阳极的析氧电位降低.Al/Pb-0.62%Sn复合阳极的析氧电位是1.411V。随着Sn含量的增加Al/Pb-Sn复合阳极的腐蚀速率先减小后增大。Al/Pb-0.32%Sn复合阳极腐蚀速率最大,Al/Pb-0.41%Sn复合阳的腐蚀速率最小。极化前,随着Sn含量的增加,Pb-Sn复合镀层的晶粒尺寸增大。极化24h后,Al/Pb-0.32%Sn和Al/Pb-0.41%Sn阳极的阳极膜主要表现为矩形微晶组成的线状晶簇,Al/Pb-0.49%Sn和Al/Pb-0.62%Sn阳极的阳极膜主要表现为晶粒尺寸较大的菱形晶体。5)Al/Pb-Co3O4和Al/Pb-WC复合阳极与传统的Pb-Ca-0.6%Sn阳极相比,Al/Pb-Co3O4复合阳极具有更高的电催化活性,Al/Pb-WC复合阳极具有最低的腐蚀速率。极化前,C0304颗粒主要分布在Pb-Co3O4复合镀层的晶界附近,构成Pb-Sb合金相似的网状结构。WC颗粒均匀地分布在Pb-WC复合镀层表面。极化24h后,Al/Pb-Co3O4复合阳极氧化膜主要表现为线状的微晶集合把大小较均匀的四边形晶体分区,Al/Pb-WC复合阳极极化24h后氧化膜特征是大小较均匀的四边形晶体还有少量微晶。6)Al/Pb-Sn-WC复合阳极与Pb-Ca-0.6%Sn,Al/Pb-Sn和Al/Pb-WC阳极相比,Al/Pb-Sn-WC复合阳极具有最低的腐蚀速率(9.48mgdm-2h-1)和析氧电位(1.297V)。极化前,Al/Pb-Sn-WC复合阳极表面特征是布满片状微晶的不规则晶体。极化24h后,Al/Pb-Sn-WC复合阳极阳极膜表面特征是布满颗粒状微晶的四边形晶体。在本文中,Al/Pb-0.75%Ag-0.03%Co复合阳极具有较低的析氧电位(1.401V)和腐蚀速率是电化学性能最优的锌电积用复合阳极材料。Al/Pb-Sn-WC复合阳极具有最低的析氧电位(1.297V)和最小的腐蚀速率(9.48mgdm-2h-1)是电化学性能最优的铜电积用复合阳极材料。这两种复合阳极的制备及电化学性能研究为制备具有低析氧电位和低腐蚀速率的有色金属电积用阳极提供了研究方向。
【作者】张永春；
【导师】郭忠诚；
【作者基本信息】昆明理工大学，有色金属冶金，2014，博士
【关键词】复合阳极；锌电积；铜电积；腐蚀速率；析氧电位；

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