一种钛基涂层阳极及其制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种钛基涂层阳极及其制备方法，属于湿法冶金阳极制备【技术领域】。钛基涂层阳极是在阳极钛棒表面附着有厚度为1～7μm的涂层，涂层中锡元素和锑元素的摩尔比为9：0.5～2，包含1wt%～7wt%的聚苯胺热解碳氮材料。制备过程为钛基材涂层前的表面清洁处理；涂层原液的配制；涂层的刷涂及灼烧过程。这样制备的阳极材料在电积时有较高的析氯活性，槽电压相对碳素材料而言也较低，而且由于涂层的物理阻挡作用，阻碍了电极基体材料被氯离子腐蚀的程度，使得该种阳极材料的抗腐蚀性能也较高，使用寿命也较长，是采用湿法电积提取金属用阳极材料的较好选择。
【专利说明】一种钛基涂层阳极及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种钛基涂层阳极及其制备方法，具体是聚苯胺热解物与锡、锑氧化物为涂层的钛基涂层阳极及其制备方法，属于湿法冶金阳极制备【技术领域】。
【背景技术】
[0002]在电积提取金属单质的过程中，氯离子对阳极的腐蚀非常严重。突出的表现是电解产生的氯气首先破坏金属表面的钝化膜进而向金属晶格里面渗透引起金属表面层的腐蚀和脱落，逐渐使阳极溶解和失效。目前，在氯化物体系湿法冶金过程中和在氯碱工业中，钛基稀贵金属氧化物涂 层阳极和碳素阳极是主要的阳极材料。这两种阳极材料都有自身的不足，首先虽然钛基稀贵金属氧化物涂层阳极有较强的析氧、析氯催化特性，抗腐蚀性能也较好，使用寿命较长，但是钛基稀贵金属涂层阳极的钛基体的价格较为昂贵，再加上稀贵金属氧化物涂层价格也不菲，这使得制造钛基稀贵金属氧化物涂层阳极成本较高，增加了生产成本；另外，对碳素阳极材料而言，其主要成分是石墨，在使用的过程中，由于碳的导电率不够高，使得电解时槽电压较高，而且阳极材料中的碳元素会污染阴极产品，降低阴极产品的品质。
【发明内容】
[0003]为克服现有技术的不足，本发明提供一种钛基涂层阳极及其制备方法，该方法涉及到在氯化物体系中电积提取有色金属和氯碱工业用的钛基涂层阳极及其制备技术和在电解过程中的防腐方法的改进。
[0004]本发明的技术方案是:钛基涂层阳极是在阳极钛棒表面附着有厚度为I~7Mffl的涂层，涂层中锡元素和锑元素的摩尔比为9:0.5~9:2，包含lwt%~7wt%的聚苯胺热解碳氮材料。制备钛基聚苯胺经热降解而产生的氮掺杂的碳材料与锡锑氧化物共混物做为涂层的涂层电极材料及其制备，制备过程为钛基材涂层前的表面清洁处理；涂层原液的配制；涂层的刷涂及灼烧过程。具体步骤包括以下:
(I)将钛棒表面用磨砂纸或钢刷刷洗后，用浓度为10wt%~40wt%的草酸水溶液加热煮沸浸泡4~0.5小时，待草酸溶液自然冷却后取出钛棒，用蒸馏水清洗钛棒并干燥，得到表面呈现金属光泽的钛棒；若表面还有明显的黑斑黑点和其他表面反应层，则进行再一次的煮沸，直至钛棒表面完全呈现银白色金属光泽。清洗完毕后，马上将钛棒放入100摄氏度的风炉进行干燥，等待涂层。
[0005](2)按照锑与锡的摩尔比为9:0.5~2，将五水合四氯化锡和三氯化锑按照固液比0.lg/ml~0.4g/ml溶于正丁醇中，再加入混合液体积10%~20%的浓盐酸，得到涂层液；
(3)将涂层液刷到钛棒表面，烘干后进行煅烧，反复进行3~15次；
(4)在涂层液中加入五水合四氯化锡和三氯化锑固体质量0.3~15%的聚苯胺，然后继续涂抹到钛棒表面，烘干后煅烧，反复进行5~10次，即得到钛棒表面获得钛极涂层。[0006]所述步骤(3)和步骤(4)钛棒烘干的温度为100°C，然后在450°C~500°C的条件下煅烧20分钟。
[0007]所述浓盐酸的浓度为37%。
[0008]本发明的有益效果是:本法发明采用聚苯胺经热降解而产生的氮掺杂的碳材料与锡锑氧化物共混物做为涂层，制备钛基活性涂层阳极材料。实验表明，这样制备的阳极材料在电积时有较高的析氯活性，在氯化物体系中其槽电压比碳素阳极材料的槽电压要低100mV~400mV，而且由于涂层的物理阻挡作用，阻碍了电极基体材料被氯离子腐蚀的程度，其使用寿命比碳素阳极材料长，是采用湿法电积提取金属用阳极材料的较好选择。
【具体实施方式】
[0009]下面结合【具体实施方式】，对本发明作进一步说明。
[0010]实施方式一:本实施方式制备得到的钛基涂层阳极是在阳极钛棒表面附着有厚度为1.1Mm的涂层，涂层中锡元素和锑元素的摩尔比为9:1.2，包含lwt%的聚苯胺热解碳氮材料。掺入0.5%的聚苯胺(0.056g)，具体制备方法为:
(I)将钛棒用磨砂纸或者钢刷进行表面的简单刷洗后，用含质量百分比浓度40%的草酸水溶液进行完全浸泡，并在电炉上加热煮沸，时间为I小时。I小时后，让钛棒在草酸水溶液中自然冷却当温度降至室温后，取出钛棒，用蒸馏水清洗钛棒表面的草酸，钛棒表面呈现白色金属光泽，若表面还有明显的黑斑黑点和其他表面反应层，则进行再一次的煮沸，直至钛棒表面完全呈现银白色金属光泽。清洗完毕后，马上将钛棒放入100°C的风炉进行干燥，等待涂层。
[0011](2)秤取4.25g的五水合四氯化锡和0.75g的三氯化锑于50ml的小烧杯中。再量取5ml的盐酸和20ml的正丁醇加入，用保鲜膜封住烧杯。再秤取0.056g经盐酸处理过的
聚苯胺，静置待用。
[0012](3)用毛刷将涂液均匀的刷到钛棒的表面。在100°C温度下烘干后将钛棒转移到500摄氏度的电炉中煅烧10分钟。取出钛棒自然冷却后钛棒表面呈现淡蓝色光泽。再次涂上涂液，在100°C温度下干燥，转移进入500摄氏度电炉中煅烧10分钟，这样的过程重复3次。
[0013]将秤取的0.56g聚苯胺加入到涂液中，混合搅拌均匀。取出钛棒自然冷却后，将混合了聚苯胺的涂液再用毛刷均匀的刷涂到钛棒表面，放入100°c温度下干燥，取出钛棒，再次均匀涂上加了聚苯胺的涂液，干燥后放入500°c的温度下煅烧30分钟，这样的过程重复3次。所得既为钛基涂层的阳极材料，通过测量，其涂层厚度为1.1微米，涂层的成分为96wt%Sn02, 3wt%Sb205和lwt%氮惨杂的碳材料。
[0014]实验案例二:本实施方式制备得到的钛基涂层阳极是在阳极钛棒表面附着有厚度为I~7Mm的涂层,涂层中锡元素和铺元素的摩尔比为9:1.2,包含lwt%~7wt%的聚苯胺热解碳氮材料。掺入1%的聚苯胺(0.112g)，具体制备方法为:
(I)将钛棒用磨砂纸或者钢刷进行表面的简单刷洗后，用含质量百分比浓度40%的草酸水溶液进行完全浸泡，并在电炉上加热煮沸，时间为I小时。I小时后，让钛棒在草酸水溶液中自然冷却当温度降至室温后，取出钛棒，用蒸馏水清洗钛棒表面的草酸，钛棒表面呈现白色金属光泽，若表面还有明显的黑斑黑点和其他表面反应层，则进行再一次的煮沸，直至钛棒表面完全呈现银白色金属光泽。清洗完毕后，马上将钛棒放入100°c的风炉进行干燥，等待涂层。
[0015](2)秤取4.25g的五水合四氯化锡和0.75g的三氯化锑于50ml的小烧杯中。再量取5ml的盐酸和20ml的正丁醇加入，用保鲜膜封住烧杯。再秤取0.112g经盐酸处理过的
聚苯胺，静置待用。
[0016](3)用毛刷将涂液均匀的刷到钛棒的表面。在100°C温度下烘干后将钛棒转移到500摄氏度的电炉中煅烧10分钟。取出钛棒自然冷却后钛棒表面呈现淡蓝色光泽。再次涂上涂液，在100°C温度下干燥，转移进入500°C电炉中煅烧10分钟。这样的过程重复15次。
[0017]将秤取的0.112g聚苯胺加入到涂液中，混合搅拌均匀。取出钛棒自然冷却后，将混合了聚苯胺的涂液再用毛刷均匀的刷涂到钛棒表面，放入100°c温度下干燥，取出钛棒，再次均匀涂上加了聚苯胺的涂液，干燥后放入500°c的温度下煅烧30分钟。这样的过程重复15次。所得既为钛基涂层的阳极材料，通过测量，其涂层厚度为2.7微米，涂层的成分为95wt%Sn02, 3wt%Sb205和2wt%氮掺杂的碳材料。
[0018]实施方式三:本实施方式制备的钛基涂层阳极是在阳极钛棒表面附着有厚度为I~7Mm的涂层，涂层中锡元素和锑元素的摩尔比为9:1.3，包含lwt%~7wt%的聚苯胺热解碳氮材料。 [0019]具体制备方法为:
(O将钛棒表面用磨砂纸或钢刷刷洗后，用10wt%~40wt%的草酸水溶液加热煮沸浸泡4~0.5小时，待草酸溶液自然冷却后取出钛棒，用蒸馏水清洗钛棒并干燥，得到表面呈现金属光泽的钛棒；
(2)按照锑与锡的摩尔比为9:1，将五水合四氯化锡和三氯化锑按照固液比0.lg/ml~
0.4g/ml溶于正丁醇中，再加入混合液体积10%~20%的浓盐酸(37wt%)，得到涂层液；
(3)将涂层液刷到钛棒表面，烘干后进行煅烧，烘干的温度为100°C，然后在450°C~5000C的条件下煅烧20分钟，反复进行3~15次；
(4)在涂层液中加入其质量0.3%的聚苯胺，然后继续涂抹到钛棒表面，烘干后煅烧，烘干的温度为100°C，然后在450°C~500°C的条件下煅烧20分钟，反复进行5~10次，即得到钛棒表面有活性涂层的电极材料。
[0020]实施方式四:(I)将钛棒表面用磨砂纸或钢刷刷洗后，用10wt%~40wt%的草酸水溶液加热煮沸浸泡4~0.5小时，待草酸溶液自然冷却后取出钛棒，用蒸馏水清洗钛棒并干燥，得到表面呈现金属光泽的钛棒；
(2)按照锑与锡的摩尔比为9:1，将五水合四氯化锡和三氯化锑按照固液比0.lg/ml~
0.4g/ml溶于正丁醇中，然后加入混合液体积10%~20%的浓盐酸(37wt%)作为稳定剂,再向上述溶液中加入溶液质量0.3%—15%的聚苯胺，得到涂层液；
(3)将涂层液刷到钛棒表面，烘干后进行煅烧，烘干的温度为100°C，然后在450°C~500°C的条件下煅烧20分钟，反复进行5~15次，即得到钛棒表面有活性涂层的电极材料。
[0021]以上对本发明的【具体实施方式】作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
【权利要求】
1.一种钛基涂层阳极，其特征在于:钛基涂层阳极是在阳极钛棒表面附着有厚度为I~7Mm的涂层,涂层中锡元素和铺元素的摩尔比为9:0.5~9:2，包含lwt%~7wt%的聚苯胺热解碳氮材料。
2.根据权利要求1所述的钛基涂层阳极的制备方法，其特征在于具体步骤包括: (1)将钛棒表面用磨砂纸或钢刷刷洗后，用浓度为10wt%~40wt%的草酸水溶液加热煮沸浸泡4~0.5小时，待草酸溶液自然冷却后取出钛棒，用蒸馏水清洗钛棒并干燥，得到表面呈现金属光泽的钛棒； (2)按照锑与锡的摩尔比为9:0.5~2，将五水合四氯化锡和三氯化锑按照固液比0.lg/ml~0.4g/ml溶于正丁醇中，再加入混合液体积10%~20%的浓盐酸，得到涂层液； (3)将涂层液刷到钛棒表面，烘干后进行煅烧，反复进行3~15次； (4)在涂层液中加入五水合四氯化锡和三氯化锑固体质量0.3~15%的聚苯胺，然后继续涂抹到钛棒表面，烘干后煅烧，反复进行5~10次，即得到钛棒表面获得钛极涂层。
3.根据权利要求2所述的钛基涂层阳极的制备方法，其特征在于:所述步骤(3)和步骤(4)钛棒烘干的温度为 100°C，然后在450°C~500°C的条件下煅烧20分钟。
【文档编号】C25B1/34GK104005048SQ201410181530
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2014年5月4日 优先权日:2014年5月4日
【发明者】付仁春, 郭忠诚 申请人:昆明理工大学