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锌电积用新型铝基铅银合金复合阳极材料的制备及性能研究

杨海涛

  目前,国内湿法炼锌工业中应用的阳极材料主要为Pb-(0.6-0.8)%Ag和Pb-(0.2-0.3)%Ag-(0.06-0.1)%Ca合金阳极。国外的商业化阳极还有Pb-(0.2-0.6)%Ag-(0.06-0.1)%Ca-0.2%Zr。由于铅基合金阳极在高浓度的H2So4体系中的相对良好的耐腐性,所以铅基合金阳极的优势地位现在仍然无法完全被替代。但是铅基合金阳极在使用过程中也存在一些问题:一个问题是铅的腐蚀产物在阴极上的沉积,这种情况降低了阴极产品的纯度;另外一个问题是与槽电压和能源利用效率密切相关的氧的超电势;还有一个问题铅基合金机械性能较差,易发生短路现象。由于这些问题,寻找途径提高阳极性能,降低腐蚀速率和超电压、增强机械性能的研究一直在进行。本论文以金属铝为基体,对铝基体进行表面处理后,在其上浇铸铅银合金,得到新型铝基铅银合金复合阳极材料。铝基经表面处理获得的中间层,是为了改善铝基体与铅合金的结合性能。新型复合阳极提高了阳极的机械性能,降低了阳极材料生产成本,降低了单位能耗,并在锌电积实验中取得了良好的实验效果,有广阔的应用前景。 本论文首先采用重力浇铸法,在一定条件下制备得到Pb-0.3%Ag及Pb-0.5%Ag合金,然后分别对铝基体进行硬质阳极氧化和镀Sn处理,最后在铝基体上浇铸铅银合金得到Al/Pb-0.3%Ag和Al/Pb-0.5%Ag合金复合阳极材料。 通过铅合金的金相分析,发现Ag的加入细化了铅的晶粒,银呈第二相粒子分布在铅基体中,偏析较大。同时,研究了铅合金的维氏硬度,结果表明Ag的加入提高了铅的硬度,其中Pb-0.5%Ag合金铸态的硬度比Pb-0.3%Ag的硬度高1.82kg/mm2;添加了Ag的Al/Pb-0.5%Ag合金轧制压花后的硬度比Pb-0.5%Ag铸态的高3.66kg/mm2,说明轧制对合金起到了应变强化的作用。 通过对复合阳极材料的截面进行分析,结果发现经过硬质阳极氧化的铝块与Pb-Ag合金的结合强度较好,交界处没有明显的孔洞、缝隙以及微裂纹等界面结合缺陷存在,氧原子在合金界面处的扩散作用较剧烈。而经过镀Sn的铝块与Pb-Ag合金的结合强度不如前者,交界处出现了较明显的裂痕,晶粒之间的结合较松散。 在H2So4体系中研究了经过不同方式处理的Pb-0.3%Ag及Pb-0.5%Ag合金阳极试样的腐蚀速率。并分析了不同方式处理的Pb-0.3%Ag合金在H2So4体系中极化8h后阳极氧化膜形貌和物相组成。结果表明,无论是Pb-0.3%Ag还是Pb-0.5%Ag合金,其在H2So4体系中的阳极腐蚀规律均相同,即随着电流密度的增大,阳极腐蚀速率增加。其中Al/Pb-0.5%Ag(阳氧压花)具有最好的耐腐蚀性能,Al/Pb-0.5%Ag(镀锡压花)的次之。Pb-0.3%Ag压花合金阳极氧化膜呈疏松多孔结构,Al/Pb-0.3%Ag (镀锡压花)及Al/Pb-0.3%Ag(阳氧压花)合金阳极氧化膜呈大颗粒堆垛和疏松碎片相结合的结构,疏松碎片的结构排列较为紧密。EDS分析表明,这三种阳极氧化膜的主要成分为元素Pb和O,而S元素含量则较少。XRD结果显示三种阳极的阳极氧化膜组成基本相同,都是铅的氧化物及硫化物,其中Al/Pb-0.3%Ag(阳氧压花)合金阳极氧化膜组成较为复杂。 采用极化曲线、塔菲尔曲线、循环伏安曲线、交流阻抗等电化学手段,在酸性硫酸锌电解液体系中测定了电极试样的动力学参数。通过阳极极化得出经过阳极氧化的Al/Pb-0.5%Ag合金在H2So4体系中的阳极极化电位最低,表现出良好的催化活性。通过塔菲尔曲线分析可知,Al/Pb-0.5%Ag阳氧压花合金的腐蚀电位最大,腐蚀电流密度也最小,耐蚀性最好。循环伏安曲线表明,Al/Pb-0.5%Ag阳氧压花合金对PbSO4→PbO2的反应有良好的促进作用,同时也相应地增强了阳极的耐蚀性。由合金的交流阻抗曲线分析可得到,Al/Pb-0.3%Ag阳氧压花及Al/Pb-0.5%Ag阳氧压花合金阳极曲率半径较小,有较高的催化活性,其中Al/Pb-0.5%Ag阳氧压花合金阳极曲率半径最小,催化活性最高。其中相同组分的压花合金比未压花合金普遍有较好的催化活性。 最后,本论文还测试了新型复合阳极材料在锌电解中的主要经济技术指标,结果表明新型复合阳极材料在槽电压,电流效率等方面优于传统铅基合金阳极。……   
[关键词]:铝基;铅合金;复合阳极材料;电化学性能;锌电积
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:昆明理工大学2011年