一种有色金属电积用压延阳极的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种有色金属电积用压延阳极的制备方法，属于有色金属湿法冶金领域。
【背景技术】
[0002]在有色金属的湿法提取过程中，电沉积过程是重要工序。铅基阳极由于可以在高电流密度、高硫酸浓度的条件下表面形成一层具有良好导电性的氧化物保护膜，被作为不溶阳极广泛应用于湿法冶金电沉积工业。然而，Pb基合金阳极存在以下缺点:1)析氧过电位高，导致大量无用能耗。以金属Zn为例，湿法炼锌电积工序的能耗约为3200kWh/t-Zn，采用铅银合金阳极，无用电耗近1000kWh/t-Zn，约占电积过程能耗的30% ；2)阳极中需添加贵金属银，使得阳极成本较高；3)铅基合金阳极密度大、强度低、易弯曲蠕变，减少使用寿命O
[0003]为了克服铅基阳极存在的不足，国内外对铅基合金阳极的制备工艺进行了改进，采用压延的方法制备阳极。由于压延过程可以破坏铸态铅合金的组织结构，获得细小均匀的晶粒，减小二次相的偏聚程度，同时减少裂缝孔洞等缺陷，在锌电沉积工业中，压延阳极正逐渐取代浇铸阳极。现有的压延阳极工艺为:铅合金液进行浇注，凝固后得到毛坯板，之后乳制得到铅合金板，然后校平、剪切、焊接极耳后得到成品板。现有工艺的不足之处在于:I)由于阳极材料表面在乳制方向上形成取向一致、形状细长、晶界数量少的晶体结构，导致阳极材料表面缺少腐蚀中心，难以快速形成结合力优良的PbO2氧化产物保护层。2)压延阳极板表面光滑，在电解过程中阳极泥不能很好的粘附在阳极板面上，多数呈片状脱落，使得新鲜铅表面暴露在电解液中，不能很好的保护阳极板，缩短了阳极板的寿命，同时还导致析出锌片含铅高，降低产品质量。3)压延前的毛坯板的金相结构的随意性较大，未进行很好的调控，使压延后得到的阳极板合金金相不理想，有可能还会导致Pb基合金机械性能恶化。因此，现有技术还有待于改进和发展。
【发明内容】
[0004]本发明目的在于为了克服上述现有技术存在的缺点，制备提供一种具有较好的电催化活性、机械性能和耐腐蚀性能的有色金属电积用新型阳极。
[0005]本发明一种有色金属电积用压延阳极的制备方法；包括下述步骤:
[0006]步骤一
[0007]以铸态铅基合金为原料，对所取原料进行压延预处理，得到压延备用试样，所述压延预处理过程包括扩散退火和变质热处理中的至少一种；
[0008]所述扩散退火的温度为280?320°C、优选为290_310°C、进一步优选为300°C ；
[0009]所述变质热处理的温度为180?260 °C、优选为200-240 °C、进一步优选为220-230 0C ；
[0010]步骤二
[0011]对步骤一所得压延备用试样进行压延；得到设定尺寸的预成品。
[0012]本发明一种有色金属电积用压延阳极的制备方法；得到预成品后，可直接使用，为了进一步提升质量，可以对步骤二所得预成品进行电场时效处理，得到成品；所述电场时效处理时，控制温度为80?120°C、优选为90-110°C、进一步优选为100_105°C，电场强度为I?8kV/cm、优选为3?6kV/cm、进一步优选为4?5kV/cm。
[0013]本发明一种有色金属电积用压延阳极的制备方法；步骤一中所述扩散退火是:在保护气氛下，于280?320°C、优选为290-310°C，进一步优选为300°C保温30?60min、优选为40_50min、进一步优选为45min后以3?10°C /min、优选为5_8°C /min、进一步优选为6 0C /min的速率冷却至室温，在室温静置I?2h。
[0014]本发明一种有色金属电积用压延阳极的制备方法；步骤一中所述变质热处理条件为:在保护气氛下，于温度180?260°C、优选为200-240°C、进一步优选为220_230°C，保温30?45min、优选为30_40min、进一步优选为35min ;保温后随炉冷却至室温。
[0015]本发明一种有色金属电积用压延阳极的制备方法；对预成品电场时效处理时，控制时间为40?90min、优选为50_80min、进一步优选为60_70min。
[0016]本发明一种有色金属电积用压延阳极的制备方法；包括下述步骤:
[0017]步骤A
[0018]以铸态铅基合金为原料，对所取原料进行压延预处理，得到压延备用试样，所述压延预处理过程是先进行扩散退火处理，然后进行变质热处理；
[0019]所述扩散退火是:在保护气氛下，于280?320°C、优选为290_310°C、进一步优选为300°C;下保温30?60min、优选为优选为40_50min、进一步优选为45min后以3?10°C /min、优选为5-8°C /min、进一步优选为6°C /min的速率冷却至室温，在室温静置I?2h，
[0020]所述变质热处理是:在保护气氛下，将扩散退火处理后的试样加热至180?260 °C、优选为200-240 °C、进一步优选为220-230 °C，保温30?45min、优选为30_40min、进一步优选为35min后随炉冷却至室温；
[0021]步骤B
[0022]对步骤一所得压延备用试样进行压延；得到设定尺寸的预成品；
[0023]步骤C
[0024]对步骤二所得预成品进行电场时效处理，得到成品；所述电场时效处理时，控制温度为80?120°C、优选为90-110°C、进一步优选为100_105°C，电场强度为I?8kV/cm、优选为3?6kV/cm、进一步优选为4?5kV/cm，控制时间为40?90min、优选为50_80min、进一步优选为60_70min。
[0025]本发明中，所述保护气氛为惰性气体，如氩气和氮气。
[0026]原理和优势
[0027](I)通过在压延前预处理中增加扩散退火的处理步骤，促进合金元素的扩散，调控合金元素在晶界/晶粒内部的分布比例，减少晶界密度，进而降低压延之后的活性高的二次相在晶界和枝晶界区域偏聚，能够获得更理想的合金力学性能和耐腐蚀性能；
[0028](2)通过在压延前预处理中增加变质热处理的步骤，改变晶界构成和取向，提高CSL晶界比例，破坏完整的晶界和枝晶界网络，从而减小压延之后的枝晶界宽度，抑制晶间腐蚀，从而能够改善合金的耐腐蚀性能；
[0029](3)压延之后的电场时效处理的步骤，能够细化合金晶粒，调节压延过程中析出的第二相粒子的分布，增加空位的密度，为电化学反应提供更多反应位点，从而改善合金的电化学性能。
[0030]总之，本发明在各个工段以及工艺参数的协同作用下(尤其是在压延前先通过适当参数的扩散退火处理，然后通过适当参数的变质热处理)、取得了意想不到的效果，显著的提升了阳极板的电催化活性、机械性能和耐腐蚀性能。
【具体实施方式】
[0031]实施例1
[0032]本实施例中，所述铅-银合金以质量百分比计；Pb = 99.5% ；Ag = 0.5% ；
[0033](I)按常规方法在电阻炉中铸造铅-银合金；
[0034](2)将步骤(I)得到的铅-银合金铸锭置于电阻炉中，进行压延预处理，工艺条件为:在氩气保护气氛下，在300 °C下保温30min，以3°C /min的速率冷却至室温，静置2h ;加热至240°C，保温45min，自然冷却至室温；
[0035](3)压延:将步骤(2)得到的合金通过两辊或四辊乳机进行压延；
[0036](4)电场时效处理:将步骤(3)得到的阳极板置于电场时效装置中，80°C下电场时效40min，电场强度2KV/cm。，
[0037](5)在锌电积体系中(Zn2+50g/L，H2S04160g/L，温度40 °C )应用，与传统的铅银合金阳极板相比，该合金阳极的机械强度提高25% (该实施例所得成品的抗拉强度为23.15MPa)，槽电压降低10% (该实施例所得成品的槽电压为1.64V)，腐蚀率减少17% (该实施例所得成品的腐蚀效率为3.32g/m2.h)。
[0038]对比例I
[0039]本对比例中，所用铅-银合金的组分以及各组分的含量完全和实施例1 一致；
[0040]其制备步骤为:
[0041 ] (I)按常规方法在电阻炉中铸造铅-银合金；
[0042](2)将步骤(I)得到的铅-银合金铸锭置于电阻炉中，进行压延预处理，工艺条件为:在氩气保护气氛下，在200°C下保温30min，以3°C /min的速率冷却至室温后立即加热至240°C，保温45min，自然冷却至室温；
[0043](3)压延:将步骤⑵得到的合金通过两辊或四辊乳机进行压延；
[0044](4)电场时效处理:将步骤(3)得到的阳极板置于电场时效装置中室温下电场时效40min，电场强度2kV/cm。，
[0045](5)在锌电积体系中(Zn2+50g/L，H2S04160g/L，温度40°C )应用，该合金阳极的抗拉强度为17.60MPa、其槽电压为1.83V，腐蚀效率为3.96g/m2.h。
[0046]通过实施例1和对比例I可以看出，当扩散退火处理和变质热处理以及电场时效处理的参数不在本发明所限定范围内时，其所得成品的性质远远低于本发明。
[0047]实施例2
[0048]本实施例中，所述铅-银合金以质量百分比计；Pb = 99.6% ；Ag = 0.4% ；
[0049](I)按常规方法在电阻炉中铸造铅-银合金；
[0050](2)将步骤(I)得到的铅基合金铸锭置于电阻炉中，进行压延预处理，工艺条件为:在氩气保护气氛下，在320°C下保温30min，以10°C /min的速率冷却至室温，静置2h ;
[0051](3)压延:将步骤⑵得到的合金通过两辊或四辊乳机进行压延；
[0052](4)电场时效处理:将步骤(3)得到的阳极板置于电场时效装置中，100°C下电场时效60min，电场强度4KV/cm。，
[0053](5)在锌电积体系中(Zn2+50g/L，H2S04160g/L，温度30 °C )应用，与传统的铅银合金阳极板相比，该合金阳极的机械强度提高40% (该实施例所得成品的抗拉强度为26.04MPa)，槽电压降低15% (该实施例所得成品的槽电压为1.55V)，腐蚀率基本一致(