一种湿法冶金电沉积工序用铝基复合铅阳极及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种铝基铅复合材料及其制备方法，特别涉及一种湿法冶金电沉积工序用铝基复合铅阳极及其制备方法，属于湿法冶金技术领域。
【背景技术】
[0002]由于湿法冶金具有资源综合利用率高、过程环保以及对低品位矿适应性强等优点，Cu、Zn、N1、Co、Cd、Mn等有色金属通过湿法进行提取占的份额逐渐增大。电沉积是湿法冶炼提取有色金属工艺过程中的一个重要工序，目前工业上大多采用不溶性的Pb合金作为阳极，但由于铅密度大、电导率不高以及抗拉强度小，从而导致阳极在使用过程中容易出现蠕变、阳极压降大以及电流效率低等缺陷的出现；另外，有些阳极中还含有不少含量的银，也导致了阳极原料成本高。因此减轻阳极重量、提高阳极导电性与抗拉强度、降低阳极中贵金属含量对现有湿法冶金技术的提升意义重大。
[0003]将铅与铝复合在一起来制备铝基铅复合阳极是改善阳极性能的一个有效手段，前人也在这方面做了不少工作。专利200710065927.3与专利01135605.7采用了类似的方法，即先通过浸渍、或化学镀的方式在铝表层预镀一层过渡金属层，然后再在预镀层上进行浇铸铅合金，由于铝表面的氧化层很容易形成，这类方法势必难保证预镀层与铝基体的长效结合。专利200910094290.X公布了一类直接在铝基体上电镀铅合金层的方法，该方法除工艺复杂外，镀层厚度的控制以及镀层与铝基体之间的结合依然是其主要问题。专利201110306300.9公布了包含对铝基体表面预处理、表面熔盐化学镀与金属浴三个步骤的铝基铅复合材料制备方法，尽管该法可在一定程度上避免由于铝基体容易氧化而导致铝基体与铅合金层结合不紧密的问题，但由于专利实施中所采用的是氯化物熔盐体系，镀层中可能存在对电积过程危害极大的氯离子。
[0004]针对现有技术所研制铝基铅复合阳极存在铝基体与铅合金表层难以长效结合以及工艺复杂等方面问题，本发明人经反复研宄，发明了一种湿法冶金电沉积工序用铝基复合铅阳极及其制备方法。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于克服现有技术之不足而提供一种铝/铅界面结合强度高，导电性与机械力学性能良好，重量轻，成本低的湿法冶金电沉积工序用铝基复合铅阳极及其制备方法。
[0006]本发明一种湿法冶金电沉积工序用铝基复合铅阳极，所述铝基复合铅阳极具有夹心结构，其芯材为具有“三维通孔结构”的铝合金，在铝合金芯材的“三维通孔结构”中填充铅合金，在铝合金芯材的表面为铅合金面板层。
[0007]本发明一种湿法冶金电沉积工序用铝基复合铅阳极，铝合金芯材的孔隙率(40%，铝合金芯材中各组分的质量百分含量为:
[0008]0.5-1.5wt % Mg
[0009]3-5wt% Si
[0010]0.5-1.5wt% Cu，余量为铝。
[0011]本发明一种湿法冶金电沉积工序用铝基复合铅阳极，铝合金芯材中的三维通孔结构是指在芯材基体中设有横向和/或纵向通孔，通孔之间相交或不相交。
[0012]本发明一种湿法冶金电沉积工序用铝基复合铅阳极，“三维通孔结构”中填充的铅合金以及铅合金面板的成分与湿法冶金电积工序用成熟铅阳极的相同。
[0013]本发明一种湿法冶金电沉积工序用铝基复合铅阳极，铅合金面板的厚度为2-3_，销合金芯材的厚度为4-6mm。
[0014]本发明一种湿法冶金电沉积工序用铝基复合铅阳极的制备方法，包括如下步骤:
[0015]第一步:“三维通孔结构”铝合金芯材的表面处理
[0016]首先，将铝合金芯材置于温度为60-100°C的硝酸蒸汽中氧化，表面产生微孔后，洗涤；然后，将氧化后的铝合金芯材置于氢氧化钠碱液中浸泡，使硝酸氧化形成的微孔扩大，最后，用去离子水漂洗干净、烘干；
[0017]第二步:装模
[0018]按设计的复合铅阳极外形结构制备模具，模具上表面预留浸渗孔；首先，将铝合金芯材一端固定在模具上表面，另一端延伸至模具型腔中，且延伸至模具型腔中的铝合金芯材端部距模具下表面的距离为铅合金面板的厚度；将模具整体安置在“真空压力浸渗”容器中，并将铅块堆放在模具上表面，然后，密封“真空压力浸渗”容器；在“真空压力浸渗”容器上设有连接真空系统的真空阀、连接加压系统的惰性气体入口阀以及卸压阀；
[0019]第三步“真空压力浸渗”铸造
[0020]将“真空压力浸渗”容器整体置于加热炉中，关闭“真空压力浸渗”容器上的入口阀和卸压阀，启动真空系统，将“真空压力浸渗”容器内抽真空后，启动加热炉，升温到350-520°C，保温至少1min后，使堆放在模具上表面的铅块熔化，铅熔体经模具上表面预留的浸渗孔浸渗至模腔，包裹延伸至模具型腔中的铝合金芯材，打开入口阀，通入惰性气体，至“真空压力浸渗”容器内的压力达到15-120Mpa，保压至少30min，进行浸渗后，压力作用下的铅熔体会完全填充铝合金芯材基体中设置的横向和/或纵向通孔，并浸渗至铝合金芯材外表面以及横向和/或纵向通孔内表面的微孔中，一方面，与铝合金芯材实现物理结合；另一方面，利用保温保压的条件，使铝合金芯材中的镁与铅熔体之间形成Mg-Pb或Al-Mg-Pb合金，实现铝合金芯材基体/铅界面的“冶金结合”;然后，随炉降温到150°C以下，卸压，出炉空冷，即得到铝基复合铅阳极；
[0021]本发明一种湿法冶金电沉积工序用铝基复合铅阳极的制备方法，铝合金芯材在硝酸蒸汽中氧化，是将铝合金芯材悬空在密闭反应釜中的硝酸溶液液面上，加热硝酸溶液对芯材进行氧化；所述的硝酸溶液的质量百分浓度为65-68%，其体积占密闭反应釜体积的5-30 %，氧化时间5-30min ;为40_60g/l，氢氧化钠碱液的温度为40-55°C，浸泡时间5-10min ；
[0022]本发明一种湿法冶金电沉积工序用铝基复合铅阳极的制备方法，“真空压力浸渗”容器内抽真空到0.0l-1OPa;
[0023]本发明一种湿法冶金电沉积工序用铝基复合铅阳极的制备方法，在350_520°C，保温 10-30min ；
[0024]本发明一种湿法冶金电沉积工序用铝基复合铅阳极的制备方法，在15_120Mpa进行浸渗时，保压时间为30-60min ；
[0025]本发明一种湿法冶金电沉积工序用铝基复合铅阳极的制备方法，随炉降温时，保持压力在15-120Mpa，降温速率为1_5°C /min ；
[0026]本发明一种湿法冶金电沉积工序用铝基复合铅阳极的制备方法，卸压时，先关闭入口阀，然后，打开卸压阀。
[0027]本发明所述方法之所以可以实现铝基体与铅合金之间的“长效无缝”结合，是因为以下原因:①对泡沫铝基体进行表面处理时，酸气氛与稀碱溶液双重腐蚀，这不仅可去除多孔铝表面的氧化皮，特别是通过硝酸蒸汽对芯材表面腐蚀处理，可以产生腐蚀孔；后续的碱处理时，由于Al2O3与Al都能与碱发生反应，进一步扩大了铝表面微孔尺寸。由于铝、铅界面的湿润性极差，采用常规的铸造工艺，熔融态的铅也不会自动流进铝合金芯材的三维通孔中，因此，本发明采用“真空压力浸渗”，一方面使铅液进入铝基体的“三维连通”大孔中凝固，形成表层铅与铝合金芯材的机械结合，特别是在真空压力浸渗时，还可以使铅液渗进铝合金芯材表面形成的微孔，使阳极铅层内表层与铝合金芯材外表明之间形成凹坑与凸齿相啮合的咬合状态，从而强化了铝合金芯材与表层铅合金之间的物理结合。②本发明铝合金芯材选择的铝合金中，主合金化元素为Mg，在350-520°C左右进行真空压力浸渗时，熔融态的铅与镁形成Mg-Pb或Al-Mg-Pb合金，实现铝合金芯材基体/铅界面的“冶金结合”。本发明通过设置具有