惰性电极材料的发展趋势及应用前景(2)

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1、惰性电极材料国内外研究现状和发展趋势一、惰性电极材料国内外研究现状1、铅和铅基合金电极铅及铅基合金电极是广泛用于硫酸及硫酸盐介质、中性介质和铬酸盐介质中的不溶性阳极。铅阳极具有价格便宜、容易成形、表面氧化物即使破损也能自行修复、在硫酸电解液中操作稳定等优点，所以当湿法炼锌技术开始工业生产时，人们自然地选用金属铅作为电积锌不溶阳极的材质。但长期生产实践发现铅阳极具有致命缺点：（1）铅阳极重量大、强度低，在使用中易发生弯曲变形，造成短路，降低电流效率。（2）铅阳极导电性能不够好，电能消耗比较大。随着

2、国民经济的不断发展，对金属锌的质量要求越来越高，但我国大部分电解锌工厂很难生产纯度高的一级锌，在高温季节时，甚至生产二级锌也难保证。主要问题是锌中含铅量偏高。如果电解液中存在氯离子，Cl-可能取代PbO2晶格中的氧离子，引起晶粒间的破坏，造成铅阳极被氯离子严重腐蚀。因此，逐渐被铅银合金阳极所取代。基于纯铅阳极的以上缺点，很久以前就开始研究用铅合金代替纯铅。不论是任何一种合金添加元素，其目的都是为了提高阳极的电化学催化性能和耐腐蚀性能以及合金的机械强度。前人曾对Ag、Ca、Ba、Sr、Sn、Mn、

3、Co、Tl、Bi、Se、Te、As等众多的金属及非金属与铅形成的合金用作酸性溶液中的析氧阳极进行了大量的研究，获取了大量的基本数据。1.1铅银合金Tainton以及bey分别在1929年和1936年发表了用铅银合金阳极代替纯铅阳极，一系列研究和实践证明，铅-银合金具有最优越的性能。银是析氧反应的催化剂，作为合金元素，少量（1%左右）银的加入使制得的惰性阳极可以降低氧的析出超电位，与纯铅相比，超电位可降低200mV以上，而且，银的加入使生成的二氧化铅膜致密，较耐腐蚀。虽然铅银合金阳极比纯铅阳极性能

4、要优越得多，但其析氧电位仍然很高，由于银会因氧化腐蚀而溶解，进入溶液中的银离子会使铅银阳极比纯铅阳极电积时的电流效率低、电能消耗较大，另外，Pb仍能进入电积锌中。由于银是一种贵金属，为了尽可能地降低电极的成本，所以人们对于银的替代元素及降低铅银合金中的银含量而不降低其工业使用性能而进行了广泛的研究。1.2铅基多元合金阳极为了克服上述缺点，进一步提高铅银阳极的强度、导电性能，以及降低银消耗量等，人们经过多年来的研究与开发，形成了新型阳极的二种功能化技术路线：一是合金化以提高电极的功能，二是在原Pb

5、-Ag阳极基体上复合以DSA功能。（1）通过合金化提高Pb-Ag阳极的功能合金化方面，人们曾研制过三元铅基合金阳极，如Pb-Ag-Ca、Pb-Ag-Ti、Pb-Ag-Sn等，以及四元铅基合金阳极，如Pb-Ca-Ce-Ag、Pb-Ca-Sr-Ag等。德国鲁尔锌有限公司的研究中心于1978年开始研制了新型的阳极合金，研究发现Pb、Ag、Ca合金或Pb、Ag、Sr合金性能优异，其中Ag含量可以降到0.25%，但Ca，Sr含量必须分别为0.05%-0.1%和0.05%-0.25%。这种阳极材料的腐蚀率降

6、低30%，导电率提高9%以上，阳极寿命估计可达8年。为了进一步提高Pb-Ag-Ca系合金阳极的性能，日本学者梅津良昭，野坂等以及德国学者Hein等人，还有国内沈阳冶炼厂、株洲冶炼厂、葫芦岛锌厂、柳州有色总厂及贵州省新材料开发基地杨光棣等人，都对Pb-Ag-Ca系不溶性阳极进行了研究，发现与铅银阳极相比，该阳极可以获得较高品位的电锌，但阳极回收时银钙损失大，而且电锌中铅含量接近于国际（〈0.0030%）的上限，因此有待于进一步研究。9刘良绅、柳松等也对Pb-Ag-Ca三元合金机械性能作了研究，发现

7、该合金具有低的银含量，稳定的机械性能，良好的耐腐蚀性及使用寿命长等优点，认为此种合金在锌电冶金中可以代替传统的Pb-Ag二元合金阳极材料。云南兰坪有色金属冶炼厂使用云南冶金材料研究所制造的低银铅钙带孔阳极已取得较好的经济效益。康厚林、张淑兰等对Pb-Ca-Sr-Ag四元合金阳极作了研究，得出：四元合金阳极槽电压比铅银合金阳极平均下降0.128-0.31V，每吨锌可节电约100kW·h，节银70%左右，年节银量达1500kg，每公斤按3500元计算，价值达525万元，且四元合金板比二元板耐腐蚀性能

8、好、导电率高、槽电压低、板面不易弯曲变形、电解槽产量能大幅度提高等显著优点。王恒章研究了二元、三元、四元合金铅阳对湿法炼锌中析出锌产量、电流效率及电锌质量的影响，最后还比较它们的耐腐蚀性，见下表。阳极种类吨锌阳极单耗/kg使用寿命/月腐蚀率/%Pb-AgPb-Ca-AgPb-Ca-Sr-Ag5.62.011.271215166.93.652.71结果表明，此四元合金阳极能降低阳极的制备成本，提高电效，降低电耗，而且，耐腐蚀性强等优点。（2）活性铅阳极这种阳极是将涂覆有RuO2的海绵钛颗粒用压制或