一种铝基多相惰性复合阳极材料的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种多相惰性复合阳极材料的制备方法，属于金属表面处理技术领域。采用阳极氧化技术制备掺杂纳米级二氧化铈和微级米碳化钨的铝基PbO2-MnO2-CeO2-WC多相惰性复合阳极材料，镀层表面结晶致密，呈暗黑色，厚度为90~180μm，与基底结合力良好。该复合阳极材料在锌电积中作阳极时，作为导电多相复合材料，其表面处于非溶状态，避免了传统铅及铅基合金阳极的溶解对阴极锌的污染，提高了阴极产品的质量；具有良好电催化活性和导电性的碳化钨（WC）的加入提升了电极材料的电催化活性，与传统铅银合金阳极相比，槽电压降低0.2-0.5V，且槽电压稳定，可以有效降低电耗；稀土氧化物CeO2的加入，能细化镀层晶粒，使镀层更加致密平整，可有效提高材料的抗腐蚀性。

【技术实现步骤摘要】
一种铝基多相惰性复合阳极材料的制备方法
本专利技术涉及一种多相惰性复合阳极材料的制备方法，属于金属表面处理

技术介绍
在湿法炼锌工艺中，Pb-Ag合金阳极被广泛使用，该类阳极材料可以满足电积锌生产的基本需要，但也存在诸多难以改善的固有缺陷，如：易弯折变形造成短路、重量大导致装配困难、电积过程能耗高、阳极电催化活性较低等。同时，阳极铅易以Pb2+离子形式溶解进入溶液，并在阴极沉积，使阴极锌产品等级下降。为了解决上述问题，科学工作者一方面对传统Pb基合金阳极进行改性，一方面继续探索研发新型惰性节能阳极，如PbO2和MnO2阳极等。对于Pb基合金阳极的研究，主要集中在Pb-Ag、Pb-Ca、Pb-Ag-Ti、Pb-Ca-Sn等合金材料的研发，在新型惰性节能阳极的研究方面，主要是以Ti为基体的PbO2或MnO2等金属氧化物作为外层的阳极材料，后者虽有着较低的析氧过电位，但其高成本与低寿命等缺陷使其很难取代传统铅基合金阳极。因此，研究开发新型惰性节能阳极材料目前仍是湿法炼锌领域的重要课题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种多相惰性复合阳极材料的制备方法，具体包括以下步骤：（1）将铝基体进行物理打磨和除油的前处理；（2）对步骤（1）处理过的铝基体依次进行两步浸锌；（3）将经过两步浸锌处理后的铝基体进行快速镀镍；（4）将步骤（3）中得到的铝基体作阳极，以不锈钢板为阴极在温度60~80℃、阳极电流密度20-40mA/cm2、机械搅拌200-250r/min的条件下电镀1～2小时，电镀后的阳极经水洗、吹干后得铝基PbO2-MnO2-CeO2-WC惰性复合阳极材料。步骤（1）所述物理打磨可以采用120目砂纸进行打磨，用工业碱性除油剂除油。步骤（1）所述打磨和除油处理为常规的处理工艺，具体包括以下步骤：打磨→水洗→除油（Na3PO440g/L，Na2SiO315g/L，1-3min）→水洗→碱浸（NaOH20g/L，Na2CO32g/L，1min）→水洗→酸浸（HF10ml·L-1，HNO3250ml·L-1，H3PO4250ml·L-1，3min）→水洗。步骤（2）中所述的两步浸锌为常规的方法：经前处理后的Al基体→水洗→一次镀锌(60秒)→水洗→退锌（20秒，用1:1的HNO3溶液溶解退锌）→二次镀锌(40秒)，温度控制在常温；其中，镀锌液配方为：氢氧化钠500g/L，酒石酸钾钠50g/L，氧化锌50g/L，三氯化铁3g/L，硝酸钠2g/L。本专利技术步骤（3）中所述的快速镀镍：经两次化学镀锌后的Al基体经水洗后，将经两次化学镀锌后的Al基体做阴极，相同面积的石墨板作阳极，在温度为50℃，电流密度为1.5A·dm-2，电镀时间为5分钟的条件下进行快速镀镍；其中，镀镍液配方：NiSO480g·L-1，二水合柠檬酸三钠（Na3C6H5O7·2H2O）90g·L-1，H3BO310g·L-1，NaCl10g·L-1，Na2SO4.10H2O35g·L-1，添加剂（明胶）0.4g·L-1。本专利技术步骤（4）中阴极材料的面积为待镀板材面积的1.5~2倍。本专利技术步骤（4）中在电镀前采用超声波将混合后的电解液分散30~40分钟。本专利技术步骤（4）中所述电镀过程中电镀液的成分为硝酸铅190-250g/L、硝酸锰溶液40-70g/L、氟化钠1-2g/L、二氧化铈10-20g/L，碳化钨20-50g/L。本专利技术步骤（4）中二氧化铈的粒度为10~30nm，碳化钨的粒度为1~3μm，二氧化铈的粒径为10~30nm，碳化钨的粒径为1~3μm。该复合阳极材料表面呈暗黑色，表面结晶致密，镀层厚度为90-180μm，镀层与基底结合力优良。本专利技术采用阳极氧化法制备掺杂微米级碳化钨（WC）和纳米级二氧化铈（CeO2）的铝基β-PbO2-MnO2-CeO2-WC多相惰性复合阳极材料，在锌电积中作阳极时，作为导电多相复合材料，其表面处于非溶状态，避免了传统铅及铅基合金阳极溶解对阴极锌的污染，提高了阴极产品质量；具有良好导电性的碳化钨（WC）颗粒的加入提升了电极材料的电催化活性和耐腐蚀性，降低析氧过电位，可使槽电压降低0.2-0.5V，且槽电压稳定，有效降低电耗；稀土氧化物CeO2的加入，能细化晶粒，使镀层更加致密平整，可有效提高阳极材料的抗腐蚀性。本专利技术的有益效果为：（1）所制备的锌电积用多相惰性复合阳极材料，避免了传统铅及铅基合金阳极溶解对阴极锌的污染，可有效提高阴极锌产品的等级；（2）本阳极材料具有良好的电催化活性，可有效降低阳极析氧过电位，从而降低槽电压，达到节能降耗的目的；（3）稀土氧化物的加入，使电极表面更加致密平整，可有效提高其抗腐蚀性，延长使用寿命。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明，但本专利技术的保护范围并不限于所述内容。实施例1（1）将铝基体进行物理打磨和除油的前处理：采用120目砂纸进行打磨，用工业碱性除油剂除油。具体步骤为：打磨→水洗→除油（除油剂组成为：Na3PO440g/L，Na2SiO315g/L，1-3min）→水洗→碱浸（NaOH20g/L，Na2CO32g/L，1min）→水洗→酸浸（HF10ml·L-1，HNO3250ml·L-1，H3PO4250ml·L-1，3min）→水洗。（2）对步骤（1）处理过的铝基体依次进行两步浸锌：对前处理过的铝基体进行两步浸锌，两步浸锌工艺配方：经前处理后的Al基体→水洗→一次镀锌(60秒)→水洗→退锌（20秒，用1:1的HNO3溶液溶解退锌）→二次镀锌(40秒)，温度控制在常温；其中，镀锌液配方为：氢氧化钠500g/L，酒石酸钾钠50g/L，氧化锌50g/L，三氯化铁3g/L，硝酸钠2g/L。（3）将经过两步浸锌处理后的铝基体进行快速镀镍：经两次化学镀锌后的Al基体经水洗后，将经两次化学镀锌后的Al基体做阴极，相同面积的石墨板作阳极，在温度为50℃，电流密度为1.5A·dm-2，电镀时间为5分钟的条件下进行快速镀镍；其中，镀镍液配方：NiSO480g·L-1，二水合柠檬酸三钠（Na3C6H5O7·2H2O）90g·L-1，H3BO310g·L-1，NaCl10g·L-1，Na2SO4.10H2O35g·L-1，添加剂（明胶）0.4g·L-1。（4）电沉积制备铝基β-PbO2-MnO2-CeO2-WC多相惰性复合阳极材料：以不锈钢板为阴极在温度70℃、阳极电流密度30mA/cm2、机械搅拌230r/min的条件下电镀1.5小时，电镀后的阳极经水洗、吹干后得铝基PbO2-MnO2-CeO2-WC惰性复合阳极材料；其中，镀液配方为：硝酸铅（Pb(NO3)2）190g/L、50%硝酸锰溶液（Mn(NO3)2）40g/L、氟化钠（NaF）1g/L、二氧化铈（CeO2粒度为：15nm）10g/L，碳化钨（WC粒度为2μm）20g/L；电镀前将电镀液进行超声波分散35分钟。本实施例制备得到的复合镀层厚度为90~120μm，镀层中Ce元素含量为5.26~6.78%，W元素含量为1.48~3.91%。实施例2本实施例中步骤（1）~（3）与实施例1相同；不同在于步骤（4）中以不锈钢板为阴极在温度80℃、阳极电流密度40mA/cm2、机械搅拌250r/min的条件下电镀2小时，电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多相惰性复合阳极材料的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：（1）将铝基体进行物理打磨和除油的前处理；（2）对步骤（1）处理过的铝基体依次进行两步浸锌；（3）将经过两步浸锌处理后的铝基体进行快速镀镍；（4）将步骤（3）中得到的铝基体作阳极，以不锈钢板为阴极在温度60~80℃、阳极电流密度20‑40mA/cm2、机械搅拌200‑250r/min的条件下电镀1～2小时，电镀后的阳极经水洗、吹干后得铝基PbO2‑MnO2‑CeO2‑WC惰性复合阳极材料。

【技术特征摘要】
1.一种多相惰性复合阳极材料的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：（1）将铝基体进行物理打磨和除油的前处理；（2）对步骤（1）处理过的铝基体依次进行两步浸锌；（3）将经过两步浸锌处理后的铝基体进行快速镀镍；（4）将步骤（3）中得到的铝基体作阳极，以不锈钢板为阴极在温度60~80℃、阳极电流密度20-40mA/cm2、机械搅拌200-250r/min的条件下电镀1～2小时，电镀后的阳极经水洗、吹干后得铝基PbO2-MnO2-CeO2-WC惰性复合阳极材料；步骤（4）中所述电镀过程中...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈阵，高紫明，余强，范莹莹，晁恒，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：云南;53