[发明专利]一种新型锌电解用阳极合金材料及其低损耗制备方法

说明书

本发明公开一种新型锌电解用阳极合金材料及其低损耗制备方法。合金材料的组成满足通式：PbaAgbCacSrdREeCof，式中各合金元素质量百分比为：0.01%≤b≤0.5%，0.01%≤c≤0.5%，0.01%≤d≤0.2%，0.01%≤e≤0.3%，0.01%≤f≤0.3%及余量的a。制备方法包括：按合金材料中Sr、RE、Co含量比值20±2倍备料，铅升温至700左右压入备料熔炼20±5min，浇铸得中间合金A；按合金材料中Ca含量比值20±2倍备料，铅稳定在550左右压入备料，反应后浇铸得中间合金B；铅稳定在550左右后加入Ag、中间合金A及B，反应后升温至580℃左右浇铸得合金板铸锭。

技术领域

本发明属于有色冶金材料技术领域，具体涉及一种具有成本低、耐腐蚀性能好、强度和刚度高、极板寿命长、添加的稀有元素实收率高的新型锌电解用阳极合金材料及其低损耗制备方法。

背景技术

锌电解沉积(electro winning of zinc)是指采用不溶阳极，在直流电作用下使硫酸锌电解液中的锌沉积在阴极上的过程，为湿法炼锌流程的重要组成部分，是湿法炼锌电能消耗最多的一道作业。现有技术中，锌电解沉积阳极板材料一般为含银0.5%~1%的铅银二元合金。

极板被称为锌电积过程“心脏”，其性能的好坏对锌冶炼工艺的综合能耗、生产成本及产品质量有着重要影响作用。铅银二元合金阳极生产工艺成熟、技术稳定；报废后方便回收利用，金属损失不大，是目前有色冶金工业中长期以来一直使用的阳极材料。但铅银二元合金阳极在使用过程中也存在如下问题：现有合金极板强度低，在使用过程中容易发生弯曲变形，导致电解槽中出现短路现象，电流效率下降；其次，铅银合金阳极使用过程中在铅的表面上形成的二氧化铅膜与铅基体结合不牢固，且膜层是疏松多孔的，不致密。电解过程中，电解液中的阴离子或着水分子容易透过表面疏松的二氧化铅膜层腐蚀基体铅，基体溶解后二氧化铅膜从基体上脱落下来，同时从基体上溶解下来的铅进入阴极，导致最终产品纯度降低，同时槽电压也会升高，导致耗电量大增；另外，贵金属银的添加量大，生产使用成本高。目前，也有采用Pb-Ag-Ca三元合金作为阳极板材料，但其中Ag的添加量相比铅银二元合金并没有多大变化，因此成本仍然较高；也有为了降低成本而降低Ag的添加量，但又会导致极板的导电性能大幅降低；另外，Pb-Ag-Ca三元合金为了增强极板的机械强度，其中Ca的含量较高，但随着极板使用时间的增长，极板中Ca元素的降低会导致极板性能快速下降。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种具有成本低、耐腐蚀性能好、强度和刚度高、极板寿命长的新型锌电解用阳极合金材料；第二目的在于提供一种实现第一目的新型锌电解用阳极合金材料的低损耗制备方法。

本发明的第一目的是这样实现的：所述阳极合金材料的组成满足通式：PbaAgbCacSrdREeCof，式中a、b、c、d、e、f分别表示对应合金元素的质量百分比，其中：0.01%≤b≤0.5%，0.01%≤c≤0.5%，0.01%≤d≤0.2%，0.01%≤e≤0.3%，0.01%≤f≤0.3%及余量的a。

本发明的阳极合金材料以Pb-Ag-Ca为基础，添加Sr、RE和Co元素的合金，各元素在本发明中的作用简述如下：

Ca：可改善机械强度；

Ag：易在亚晶和晶界处偏聚，晶界和枝晶界区域更耐腐蚀，改善机械强度和抗蠕变强度，但效果有限，能促进致密氧化膜层的形成；

Sr：可以降低氧化物的剥落数量，因此能延长阳极的寿命，提高阴极产品的纯度；

RE：细化晶粒，降低腐蚀，降低PbO₂表面膜层的电阻率；

Co：催化析氧反应从而降低阳极过电位，降低阳极腐蚀，抑制PbSO₄形成，表面形成的氧化膜更薄、结合更牢靠。