专利名称：一种复合阳极及其制备方法
技术领域：
本发明属于电化学技术领域，特别涉及一种复合阳极及其制备方法。
背景技术：
二氧化铅阳极可分为基体和无基体阳极两类。传统的无基体二氧化铅阳极由于机 械强度差，不宜于工业应用。目前应用的一般为基体二氧化铅阳极，其中研究较多的是钛基 二氧化铅阳极。钛是阀型金属，对许多电催化活性材料是良好的载体，钛基体表面镀覆一层 导电、耐蚀的二氧化铅后表现出优良的阳极性能；但这种镀层阳极存在两个缺点一是不 管镀层是a-Pb(^还是P-Pb(^，都存在析氧电位高的缺点；二是二氧化铅镀层会出现一些 晶界缝隙，电解时产生的氧气透过镀层的晶界缝隙氧化钛基体，形成导电性差的二氧化钛， 恶化阳极性能。上述两个缺点使二氧化铅阳极在有色金属电化冶金工业中的应用受到了限 制。 近年来，为了达到降低二氧化铅析氧电位的目的，国内外普遍采用在电极活性层 掺入少量电催化物质的技术。文献上已有向钛基二氧化铅电极活性层中掺入氧化钯、二氧 化锰、钴镍尖晶石、四氧化三钴、二氧化钌等催化剂的报道。但这种阳极在运行过程中仍然 存在钛基体容易钝化的缺点。 为了克服长时间电解生产过程中钛的钝化，提高二氧化铅阳极的工作稳定性和使 用寿命，人们在钛基体和Pb(^镀层之间添加中间层，以抑制钛的钝化。但此工艺增加了阳极 的制作成本和工艺复杂性，且不能从根本上解决钛基体的钝化问题。此后，人们又试制出陶 瓷基体Pb(^阳极。虽然陶瓷基Pb(^不存在基体钝化问题，然而陶瓷本身机械强度低，易破 碎，只能制成圆棒状，不能制成板(片)状，这给大规模生产的电解槽设计带来不便。同时由 于陶瓷管的管壁需有一定的厚度，这便使陶瓷基体自重增加，且高温烧制陶瓷生产周期长， 成品率低，致使陶瓷基体Pb(^阳极成本较高。因此，人们进步考虑采用机械性能良好、化学 性能稳定、表面可镀以质轻、成本低的ABS塑料作为二氧化铅阳极的基体，但其应用尚未见 报道。除此以外，以石墨、环氧塑料、铁板等为基体的制备研究也有报道。但这些技术都是 以电镀法或化学镀法为基本方法，无论以什么材料为基体，都不能从根本上避免由镀层缝 隙引起的腐蚀问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种复合阳极及其制备方法。 —种复合阳极，其特征在于，该复合阳极由二氧化铅粉末、改性金属氧化物粉末和 粘合剂粉末经压片制得，各组分的质量百分比为二氧化铅粉末^ 65%，5%《改性金属氧 化物粉末《30%，粘合剂粉末《5%，其中，粘合剂粉末的平均粒径小于300微米。
所述改性金属氧化物粉末是V205、 Ti02、 Zr02、 Mo03、 W03、 Nb205、 Ta205、 Mn02、 Sb203、 Cr02、Co304中的至少一种。 所述粘合剂粉末是聚四氟乙烯、聚乙烯和聚丙烯粉末中的一种。
—种复合阳极的制备方法，其特征在于，以二氧化铅粉末、改性金属氧化物粉末与 粘合剂粉末为原料，各组分的质量百分比为二氧化铅粉末^ 65%，5%《改性金属氧化物 粉末《30%，粘合剂粉末《5%，按上述比例均匀混合，在10 50MPa压力下压成片状电 极，对成形电极采用高温烘干或预电解老化处理方法进行稳定和改性，其中，高温烘干的温 度为80 350°C ，时间为1 6小时，以提高阳极稳定性；在目标有色金属电解液中预电解， 预电解老化时间为8 32小时，以改善阳极的电催化性能。 上述方法中，可以对复合阳极进步在250 55(TC条件下进行高温处理，以改变粘 合剂的形态，从而改变阳极的微观结构。 上述方法中，二氧化铅和改性金属氧化物粉末来源为市售或化学法制备。 本发明的有益效果为用本发明制备的复合阳极作为有色金属电解过程的阳极，
在节约电耗和提高使用寿命上都比普通的基体Pb02阳极更具优势。 由本发明制备的复合阳极属于无基体制备法，从根本上避免了镀层脱落、析氧电 位高等问题。通过加入电催化性能优异的改性金属氧化物粉末起到降低阳极析氧电位的作 用。加入稳定性极高的聚四氟乙烯粉起粘合作用，既解决了传统无基体二氧化铅阳极机械 强度差的缺点，又不会因为引入杂质而影响整个电解体系的工作。 本发明的复合阳极制备过程十分简单，有利于工业化应用。以该法制备的阳极抗 腐蚀性好，析氧电位低，作为有色金属电解用阳极，对减少有色金属电化冶金的电能消耗和 提高不溶性阳极的使用寿命具有明显的效果。
具体实施例方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明
实施例1 将化学沉淀法制备的二氧化铅粉末、市售的四氧化三钴与工业级聚四氟乙烯粉末 (聚四氟乙烯粉末平均粒径小于100微米)以质量比为85 : 10 : 5均匀混合，在35MPa压 力下压成300mmX260mmX6mm的矩形板。将该阳极板在180 220。C条件下烘2小时后，阳 极表面光滑、牢固紧致。烘干后的复合阳极在硫酸浓度为120g/L， Cu"浓度为50g/L，电流 密度为300A/cm2， 316L不锈钢作为阴极，阴阳极之间间距为60mm的条件下工作6个月后，吨 铜电耗为1620KWh(钛基Pb02阳极为1860KWh)，阳极腐蚀速率为0. 02mg/m2h(钛基Pb02阳 极为5. 6mg/m2h)。
实施例2 将市售的二氧化铅粉末、二氧化锰与上海三爱富新材料有限公司提供的聚四氟乙 烯粉末(聚四氟乙烯粉末平均粒径为5微米)以质量比为80 : 15 : 5均匀混合，在40MPa 压力下压成300mmX260mmX6mm的矩形板。将该阳极板在260 320。C条件下烘1小时后， 阳极表面光滑、牢固紧致。烘干后的复合阳极在硫酸浓度为180g/L，Zr^+浓度为55g/L，Mr^ 浓度为5g/L，电流密度为600A/cm、铝板作为阴极，阴阳极之间间距为60mm的条件下工作2 个月后，吨锌电耗为2880KWh (钛基Pb02阳极为3210KWh)，阳极腐蚀速率为0. 05mg/m2h (钛 基Pb02阳极为38mg/m2h)。
实施例3 将市售的二氧化铅粉末、二氧化锆与天津市精英有机聚合物有限公司提供的聚四氟乙烯粉末(聚四氟乙烯粉末平均粒径为25微米)以质量比为70 : 17 : 3均匀混合， 在30MPa压力下压成300mmX260mmX6mm的矩形板。将该阳极板在150 180。C条件下烘 3小时后，阳极表面光滑、牢固紧致。烘干后的复合阳极在硫酸浓度为180g/L， Zn"浓度为 55g/L， Mn2+浓度为10g/L，电流密度为500A/cm2，铝板作为阴极，阴阳极之间间距为60mm的 条件下工作5个月后，吨锌电耗为2960KWh(钛基Pb02阳极为3210KWh)，阳极腐蚀速率为 0. 03mg/m2h (钛基Pb02阳极为38mg/m2h)。
实施例4 将化学沉淀法制备的二氧化铅粉末、市售的三氧化二锑与天津市精英有机聚合 物有限公司提供的聚四氟乙烯粉末(聚四氟乙烯粉末平均粒径为25微米)以质量比为 90 : 8 : 2均匀混合，在30MPa压力下压成300mmX 260mmX6mm的矩形板。将该阳极板在 200 23(TC条件下烘1. 5小时后，阳极表面光滑、牢固紧致。烘干后的复合阳极在硫酸浓 度为120g/L，阴极为316L不锈钢，电流密度为250A/cm2的条件下，预电解2小时，然后在硫 酸浓度为180g/L， Zn"浓度为55g/L， Mn2+浓度为10g/L，电流密度为500A/cm2，铝板作为阴 极，阴阳极之间间距为60mm的条件下工作6个月后，吨锌电耗为2820KWh(钛基Pb02阳极 为3210KWh)，阳极腐蚀速率为0. 04mg/m2h(钛基Pb02阳极为38mg/m2h)。
权利要求
一种复合阳极，其特征在于，该复合阳极由二氧化铅粉末、改性金属氧化物粉末和粘合剂粉末经压片制得，各组分的质量百分比为二氧化铅粉末≥65％，5％≤改性金属氧化物粉末≤30％，粘合剂粉末≤5％，其中，粘合剂粉末的平均粒径小于300微米。
2. 根据权利要求1所述的一种复合阳极，其特征在于，所述改性金属氧化物粉末是 V205、 Ti02、 Zr02、 Mo03、 W03、 Nb205、 Ta205、 Mn02、 Sb203、 Cr02、 Co304中的至少一种。
3. 根据权利要求1所述的一种复合阳极，其特征在于，所述粘合剂粉末是聚四氟乙烯、 聚乙烯和聚丙烯粉末中的一种。
4. 一种复合阳极的制备方法，其特征在于，以二氧化铅粉末、改性金属氧化物粉末与粘 合剂粉末为原料，各组分的质量百分比为二氧化铅粉末^ 65%，5% 改性金属氧化物粉 末《30%，粘合剂粉末《5%，按上述比例均匀混合，在10 50MPa压力下压成片状电极， 对成形电极采用高温烘干或预电解老化处理方法进行稳定和改性，其中，高温烘干的温度 为80 350°C，时间为1 6小时；预电解老化时间为8 32小时。
5. 根据权利要求4所述的一种复合阳极的制备方法，其特征在于，对复合阳极进一步 在250 55(TC条件下进行高温处理。
全文摘要
本发明公开了属于电化学技术领域的一种复合阳极及其制备方法。该复合阳极由二氧化铅粉末、改性金属氧化物粉末和粘合剂粉末经压片制得，各组分的质量百分比为二氧化铅粉末≥65％，5％≤改性金属氧化物粉末≤30％，粘合剂粉末≤5％。本发明的复合阳极在节约电耗和提高使用寿命上都比普通的基体PbO2阳极更具优势。本发明制备方法属于无基体制备法，从根本上避免了镀层脱落、析氧电位高等问题。通过加入电催化性能优异的改性金属氧化物粉末起到降低阳极析氧电位的作用。加入稳定性极高的聚四氟乙烯粉起粘合作用，既解决了传统无基体二氧化铅阳极机械强度差的缺点，又不会因为引入杂质而影响整个电解体系的工作。
文档编号C25B11/16GK101705500SQ200910237560
公开日2010年5月12日 申请日期2009年11月12日 优先权日2009年11月12日
发明者华志强, 吕旭东, 李弢, 柴青林, 王磊, 袁学韬 申请人:北京有色金属研究总院