一种电解铜用铅合金阳极材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种电解铜用铅合金阳极材料及其制备方法，属于阳极新材料技术领域。所述电解铜用铅合金阳极材料由铅、锡、铜和钙四种元素组成，各组分按质量百分含量为锡0.3～0.6wt.％，铜0.01～0.05wt.％，钙0.06～0.1wt.％，其余为铅，其通过铸造方法得到。本发明专利技术与现有技术相比，具有的优点在于：本发明专利技术的铅合金阳极材料耐腐蚀性强，在电解铜过程中具有更长的服役寿命，从而有利于降低电解铜生产成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，尤其是一种电解铜过程 中所采用的高强度，低损耗的阳极材料，属于阳极新材料

技术介绍
传统的电解铜工艺一般采用铅锑合金（Pb-4~7wt. %Sb)或铅钙锡合金 (Pb-0. 02~0. 2wt. %Ca-1. 5~2wt. %Sn)为惰性阳极材料。这两种铅合金阳极材料虽然 能够满足目前的电解铜工艺对阳极的强度需求，但仍存在成本高，易腐蚀的缺点。一方面， 由于两种阳极材料的掺杂元素含量较高，导致材料成本上升；另一方面，两种阳极材料在电 解铜过程中易于腐蚀，导致阳极服役寿命短，增加电解铜生产成本。 因此急需一种成本低，高耐蚀的铅基惰性阳极材料替代目前广泛使用的铅锑或铅 钙锡合金阳极材料。
技术实现思路
本专利技术提供了一种低成本，长寿命，易加工的铅合金阳极新材料及其制备方法，得 到的铅合金阳极新材料较传统铅合金阳极材料在电解铜过程中具有更长的服役寿命，从而 有利于降低电解铜生产成本。 本专利技术的技术方案是这样实现的： 本专利技术的电解铜用铅合金阳极材料由铅、锡、铜和钙四种元素组成，锡、铜和钙三 种元素的含量分别为锡〇? 3~0? 6wt. %，铜0? 01~0? 05wt. %，含钙0? 06~0?lwt. %，余 量为铅。此外，铅、锡和铜这三种金属原材料的纯度均多99. 9%，金属钙为钙含量为1. 5~ 6wt. %铅妈母合金。 本专利技术提供的铅合金阳极新材料采用铸造方法制备，工艺步骤如下： 1.按成分比例将固态纯铅加热使其熔化，得到铅液； 2.按成分比例将固态纯锡、铅钙母合金加入步骤1得到的铅液中，使其完全、均匀 熔化，形成合金液； 3.按成分比例将固态纯铜加入步骤2中的合金液中，使其完全、均匀熔化； 4.将模具预热，进行浇铸。（预热的目的是防止在浇铸的过程中，四元合金材料出 现分层现象，不利于后续加工。） 本专利技术得到的铅合金阳极新材料与现有电解铜用阳极材料（铅锑合金或铅钙锡 合金）相比，具有下列优点和效果：采用上述铅锡钙铜四元合金材料，不仅具有成本低的优 点，而且还具有提高阳极表面耐蚀性，增加机械强度等效果。【附图说明】 图1为本专利技术【具体实施方式】中传统铅锑合金阳极、铅钙锡合金阳极和专利技术的铅锡 钙铜合金阳极材料实施例1在电解铜溶液中电解72h后的阳极表面腐蚀产物形貌图【具体实施方式】 下面通过具体实施例进一步说明本专利技术。这些实施例并非是对
技术实现思路
的限制， 任何等同替换或公知改变均属于本专利技术保护范围。 对比例1 市场购买的铸态铅锑二元合金板，尺寸规格为250X100X8mm，化学组成为：锑 4.lwt. %，余铅。 对比例2 市场购买的铸态铅钙锡三元合金板，尺寸规格为250X100X8mm，化学组成为：钙 0? 09wt. %，锡 1. 7wt. %，余铅。 实施例1 1.将纯度为99. 99%的铅块2452g投入熔炼锅中，加热至380~420°C，使其熔化。 2.待铅块完全熔化后，向步骤1中的铅液中加入7. 5g纯度为99. 9 %的锡和40g 含钙5wt. %的铅钙母合金，升温至500°C并机械搅拌至固态金属或金属化合物完全溶解。 3.待步骤2的合金液完全溶解后，向上述合金液中加入1. 25g纯度为99. 9%铜， 升温至550°C并机械搅拌至固态金属或金属化合物完全溶解。 4.将钢模具预热至220~280 °C，并将步骤3的合金液温度降至360~400 °C。 5.将完全熔化的铅钙锡铜合金液灌入模具中，空冷至室温后取出。 实施例2 1.将纯度为99. 99%的铅块2412g投入熔炼锅中，加热至380~420°C，使其熔化。 2.待铅块完全熔化后，向步骤1中的铅液中加入12. 5g纯度为99. 9 %锡和75g含 钙2wt. %的铅钙母合金，升温至500°C并机械搅拌至固态金属或金属化合物完全溶解。 3.待步骤2的合金液完全溶解后，向上述合金液中加入lg纯度为99. 9 %铜，升温 至550°C并机械搅拌至固态金属或金属化合物完全溶解。 4.将钢模具预热至220~280 °C，并将步骤3的合金液温度降至360~400 °C。 5.将完全熔化的铅钙锡铜合金液灌入模具中，水冷至室温后取出。 由于铅密度大，强度低，在悬挂时阳极易产生蠕变变形，严重时会引起短路，给生 产带来极为不利的影响，因此强度是评价阳极板性能优劣的一个比较重要的指标。 上述对比例及以下实施例中的铅基合金阳极材料的抗拉强度测试在MTS800材 料试验机上完成。将四种铅基合金板材线切割加工成板状的拉伸试样，样品尺寸符合GB/ T228. 1-2010标准。然后将制得的拉伸样置于万能材料试验机上在室温下进行拉伸测试，加 载速率为0. 5mm/min。 阳极材料的导电率高低影响阳极使用过程中的电压，导电率高的阳极使用过程中 的电压低，也降低了槽电压和能源消耗。因此，导电率是铅合金阳极材料的重要性能指标之 一。将四种铅合金板切割成尺寸为200mmX10mmX3mm，在QJ19型单双臂两用电桥上，采用 伏安法对其电阻率进行测试。然后按下式计算导电率e: e=pCu/P 式中：P是电阻率⑷mm2 ?nT1) ;PCu是纯铜的电阻率（0. 017241Dmm2 ?m 〇。 在电解铜过程中，铅基合金阳极材料的腐蚀性能好坏一方面决定了阳极的使用寿 命，另一方面还与电解铜产品质量密切相关，因为阳极表面氧化脱落下来的？13〇2在电解液 中部分转化成Pb2+在阴极放电析出或Pb〇2粒子在电解铜中夹杂或粘附在电解铜表面，都会 使电解铜中含铅，降低电解铜品质。因此，阳极耐腐蚀性能是评价电解铜阳极合金性能优劣 的一个极为重要的指标。 上述对比例及以下实施例中的铅基合金阳极材料的腐蚀性能检测均采用失重法 进行测试，方法如下：将测试电极用金相砂纸打磨平整，洗净，再在真空干燥箱中干燥12h 后称重，得到电解铜铅合金阳极净重，记为叫。将称重后的样品在三电极体系中进行恒电流 极化（电解液为H2S04180g/L，Cu2+45g/L，温度60°C，电流密度250A/m2)，将极化72h后的阳 极取出，于糖碱溶液中去除表面铅氧化膜，洗净后在干燥箱中干燥12h后称重，得到电解后 阳极净重叫，电解前后的阳极重量之差为失重，即阳极的腐蚀量，并用下式计算腐蚀速率。Vc=(mfii^) /(SXt) 式中：V。是腐蚀速率，gAm2 ^h)叫是阳极极化前的重量，g ;m2是阳极极化后的重 量，g;S是阳极工作面积，m2;t是阳极极化时间，h。 所有铅合金阳极材料的性能检测结果见下表。 表1 :铅锡钙铜阳极材料与铅锑、铅钙锡阳极材料的物理、化学性能对比【主权项】1. 一种电解铜用铅合金阳极材料，包含铅、锡、铜和钙四种元素，其特征在于，四种金属 的质量百分含量如下：锡0.3~0.6wt. %，铜0.01~0.05wt. %，钙0.06~0· Iwt. %，其 余为铅。2. 根据权利要求1所述的电解铜用铅合金阳极材料，制备方法如下：（1)按成分比例将 固态金属铅加热使其熔化为铅液；（2)按成分比例将固态金属锡、金属钙加入步骤1所述的 铅液中，升温使其完全、均匀熔化，形成合金液；（3)按成分比例将固态金属铜加入步骤2所 述的合金液中，升温使其完全、均匀熔本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电解铜用铅合金阳极材料，包含铅、锡、铜和钙四种元素，其特征在于，四种金属的质量百分含量如下：锡0.3～0.6wt.％，铜0.01～0.05wt.％，钙0.06～0.1wt.％，其余为铅。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王风田，
申请(专利权)人：青岛英太克锡业科技有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37