稀土金属对铅合金阳极电化学性能和腐蚀行为的影响_胡志同.pdf
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1、第 卷 第 期上 海 金 属,年 月,基金项目:贵州科学院省级科研专项资金资助项目(黔科院科专合字 号)作者简介:胡志同,男,工程师,主要从事有色金属加工制备,:通信作者:黄健,男,副研究员,主要从事电极材料研究,:稀土金属对铅合金阳极电化学性能和腐蚀行为的影响胡志同 黄 健 李武斌 叶昌美 吴占新(贵州省新材料研究开发基地,贵州 贵阳)【摘要】为研究稀土金属对铜电积用铅合金阳极性能的影响,采用二步重熔法制备了不同稀土含量的铅合金。随后检测了合金的硬度、导电性、析氧过电位、耐蚀性能、电流效率和能耗。结果表明:微量稀土金属能改善铅合金的铸造性能,优化显微组织,提高硬度,降低电子散射率,提高电导率
2、,提高电化学活性,降低析氧过电位,提高腐蚀电位,降低腐蚀电流,提高耐蚀性能,降低槽电压,提高电流效率,降低电积能耗;稀土金属质量分数为 的合金硬度为,电导率为 ,析氧过电位为,腐蚀电位为,腐蚀电流为 ,槽电压为 ,电流效率为 ,电积能耗为 铜。【关键词】稀土金属,阳极,硬度,导电性,耐蚀性,能耗中图分类号:文章编号:()(,)【】,(),;,;()(),【】,上 海 金 属第 卷 湿法冶金污染少、成本低,近年来被广泛用于铜的冶炼。电积铜是湿法冶炼铜的重要工艺。用于电积的阳极材料应满足以下基本要求:()导电性良好;()催化活性良好;()机械强度高;()使用寿命长;()耐蚀性好;()析氧过电位低。
3、由于 阳极成本低、易加工,被广泛用作湿法冶金电积铜阳极材料。然而,存在以下不足:()析氧过电位较高,电积过程中有 能量用于析氧反应;()耐蚀性能不足,阳极腐蚀的铅会沉积在阴极上,污染阴极析出的金属,影响产品质量。目前,为克服传统阳极的不足,对湿法冶金用阳极材料的研究已取得了很大进展,但在实际电积过程中仍存在一些问题,如析氧过电位高(即能耗高)、稳定性和力学性能差等。为此,人们一直在开发新型阳极,包括铅基合金阳极、多孔阳极、复合涂层阳极等。等研究表明,合金阳极能有效降低析氧过电位,但其耐蚀性能较差,表面氧化膜极易脱落,将缩短阳极使用寿命并影响阴极产品质量。等研究了多孔阳极,提高了阳极接触面积,能
4、降低析氧过电位,但多孔结构会导致阳极泥堆积在阳极表面,导致阳极的使用寿命和性能显著降低。等研究了 涂层钛阳极,提高了阳极的电催化活性,降低了能耗,但涂层易剥落。稀土金属能用于变质、精炼和合金化等,以稀土元素为变质剂不但能净化熔体、细化晶粒,还能改善材料的力学性能和耐蚀性。为制备具有良好耐蚀性和催化活性的新型阳极,本文采用二步重熔法制备了不同稀土金属含量的 铅合金,研究了稀土含量对合金硬度、导电性和电化学性能的影响,以期为高性能、低成本、耐腐蚀、使用寿命长的湿法冶金用阳极材料的开发提供技术支持。试验 试验材料与仪器设备 试验材料铅锭(纯度,质量分数,下同),钙锭(纯度 ),锡锭(纯度),稀土(纯
5、度),阴极板(不锈钢),硫酸铜(分析纯),浓硫酸(分析纯),葡萄糖(分析纯),氢氧化钠(分析纯)及去离子水。仪器设备中频感应炉(),蠕动泵(),数 显 恒 温 水 浴 锅()磁 力 搅 拌 器(),维氏硬度计(),电化学工作站()。合金制备将 纯铅置于中频感应炉中快速熔化,随后加入氯化铵除渣,按比例加入 合金、合金和纯锡,在 进行二次熔炼,用石英棒搅拌,待其充分混合后保温 ,再次加入氯化铵除渣,最后浇铸。合金的化学成分如表 所示。将铸态合金在室温下交叉轧制,轧制变形量为。表 研究用铅合金的化学成分(质量分数)()铅合金 性能检测 硬度和电导率测定维氏硬度的试验力为 ;采用 型数字金属电导率测定
6、仪检测合金电导率。电化学性能在 电化学工作站测定阳极极化曲线和 曲线,分析合金的电化学性能。工作电极为制备的铅合金,对电极为铂板,参比电极为饱和甘汞电极。测试环境为成分为 、温度为 的电解液。测定阳极极化曲线的扫描速率为 ,扫描范围为 ;测定 曲线的扫描速率为 ,扫描范围为 。电积性能采用直流稳定电源、蠕动泵和恒温水浴锅对制备的铅合金进行铜电积试验,铅合金为阳极,不锈钢为阴极。铜电积工艺参数为:电流密度为 ,电解液成分为 ,温度为 。槽电压(槽)是串联电解槽总电压与导电板第 期胡志同等:稀土金属对铅合金阳极电化学性能和腐蚀行为的影响 电压之差与电解槽数的比值,计算公式为:槽(串 板)()式中:
7、串为串联电解槽的总电压,;板为导电板的电压,;为电解槽数。电流效率()是指通过一定电量时阴极上实际析出的铜质量与通过相同电量时理论析出的铜质量之比,计算公式为:()式中:为实际沉积金属质量,;为电化当量,();为电流强度,;为电积时间,。电积能耗()是指每生产单位质量金属所消耗的电能,计算公式为:()式中:为槽电压,;为电流强度,;为电积时间,;为电化当量,();为电流效率,。结果与讨论 硬度和电导率稀土金属含量对阳极用铅合金的硬度和电导率的影响如图 所示。由图 可知,随着稀土金属含量的增加,铅合金的硬度先升高后降低,稀土质量分数为 的合金硬度最高,为 。合金的电导率与硬度具有相同的变化规律,
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