一种湿法冶金电积锌用高强度耐蚀铝合金阴极材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种湿法冶金电积锌用高强度耐蚀铝合金阴极材料及其制备方法，属于阴极材料技术领域。以质量百分数计，本发明专利技术的铝合金阴极材料包括Si 0.05~0.15%、Fe 0.01~0.1%、Mn 0.3~3%、Mg 0.5~1.2%、Cr 0.01~0.15%、Cu 0~0.03%、Zn 0.01~0.08%、Ti 0.05~0.25%、B 0.01~0.05%、Zr 0.05~0.2%、Sb 0.05~0.3%、RE（稀土）0.05~0.5%，不可避免的杂质不高于0.05%，其余为Al。本发明专利技术的铝合金阴极材料通过合金配料、熔炼、精炼、除渣、排气、过滤、铸锭、铣面、除油、均匀化退火、热轧、冷轧、精整、定尺剪切制备而成。本发明专利技术的铝合金阴极材料在电积锌体系中耐腐蚀、电化学性能好、机械强度高、焊接加工性能优异，在含氟、氯离子电积锌熔液中的耐蚀性显著优于传统1060、1070型电积锌铝阴极板。

【技术实现步骤摘要】
一种湿法冶金电积锌用高强度耐蚀铝合金阴极材料及其制备方法
本专利技术涉及一种湿法冶金电积锌用高强度耐蚀铝合金阴极材料及其制备方法，属于阴极材料

技术介绍
在湿法冶金电积锌行业中，常用的阴极材料主要是1060、1070系工业纯铝，其导电性好、加工成型性能优异、塑性高、在大气环境中耐蚀性好等优点使得其广泛应用。随优质锌矿资源的日益匮乏，锌矿资源的多元化及二次资源的大量回收利用，导致湿法冶金电积锌溶液体系中的氟、氯离子超标严重。在电解过程中，铝阴极板长期工作在酸雾腐蚀等恶劣环境中，随着电解液中氟、氯离子浓度的提高，极板腐蚀速率急剧加快，表面发生点蚀、坑蚀现象造成极板表面不平整，从而影响电解效率、极板剥锌性能、电积锌品质等，极板使用寿命也大大缩短，极大的增加了冶炼企业的生产成本。另一方面，常用的1060、1070纯铝阴极，由于其强度偏低，阴极在剥锌及使用过程中易发生变形等现象，严重影响阴极的使用，甚至导致电极的短路、报废等现象。因此，延长电积锌用铝阴极使用寿命，提高阴极材料的强度及耐蚀性能、有效降低生产成本，成为湿法炼锌行业亟待解决的问题。专利CN201010139792.2公开了一种提高锌电解用阴极铝板耐腐蚀性能的方法，其包括采用特殊组成配方的轧制油进行轧制以及铝板轧制后的处理。轧制油组成配方由基础油以及添加剂组成，基础油为馏程在225.7-243.3℃范围润滑油，其闭口闪点为95℃，粘度(40℃)为1.9-2.0mm2/s，添加剂为直链烷酸甲酯以及十二烷基磷酸酯，基础油：直链烷酸甲酯以及十二烷基磷酸酯三者的组成比为100:3:1-100:8:1，铝板轧制后用70-90℃，浓度为0.5-2%硅酸钠溶液处理2-10分钟，其使用寿命提高三倍以上。该专利只是通过对阴极表面进行化学处理，增强铝阴极的耐蚀性，再经过一定剥锌周期后，阴极表面耐腐蚀钝化膜容易被破坏，需要重新进行处理，增加了生产成本的同时其加工工艺也较为复杂，再者，铝阴极板的强度并未得到改善。专利CN201510759943.7提供了一种电积锌阴极铝合金及其制备方法，该电积锌阴极铝合金包含阴极基体金属铝和中间合金铬、镍、锰。制备方法是将金属铝和中间合金经除油处理后用电阻炉熔炼，当炉料软化时，在金属表面均匀撒一层氯盐作为覆盖剂，质量为熔炼合金总量的0.5％，待炉料完全熔化后由下向上进行搅拌，然后将铝箔包裹的六氯乙烷作为精炼剂，质量为熔炼合金总质量的0.3％，压入熔体中进行精炼，最后扒渣、浇铸，得到铝合金坯，再经过热轧、固溶处理和时效处理，获得电积锌阴极铝合金。该专利选用铬、镍、锰作为合金添加元素，而金属铬/镍价格较高，且其添加含量相对较高，无形中增加了阴极板的生产成本，同时过高的合金元素添加极有可能造成在阴极板腐蚀后，合金元素的溶解导致电解液体系的杂质离子含量过高，影响电解体系的稳定性。专利CN201510221461.6提供了一种电解锌用阴极铝板，阴极铝板要求铝纯度≥99.7％，杂质含量：Fe0.10～0.13％；Si0.06～0.09％；阴极铝板经如下的步骤得到：熔炼、在线细化、铸造和冷轧；在线细化采用炉外在线细化，细化剂为铝钛硼丝，用量为3.0～5.0kg/t，在线细化时间为10～20s；冷轧冷加工量为57～67％；轧制时用的轧制油中抗氧化剂的质量百分比为0.5～1.0％。该专利技术的阴极铝板耐腐蚀性能显著提高，使用寿命提高到六至九个月，最长的高达一年以上。该专利只通过控制Fe、Si的含量以及加工工艺提高了铝合金阴极的耐腐蚀性，但极板强度并未得到有效提升。专利CN201611141519.7公开了一种有色金属电积锌用铝合金阴极材料及其制备方法，所述阴极铝合金材料是以防锈铝为阴极基体，加入铝锰中间合金制备而得的合金材料。制备方法是将经预处理的防锈铝和铝锰中间合金在电阻炉中熔炼至软化时，在金属表面均匀撒一层六氯乙烷精炼剂和铝钛硼丝合金变质剂；炉料完全熔化后，由下向上进行搅拌，之后将精炼剂和变质剂压入进行变质处理和精炼；接着撒一层覆盖剂，扒渣、浇铸，制得铝合金，将铝合金进行固溶强化和时效处理以及热轧即可。制备得到的铝合金阴极材料耐腐蚀性能好、机械强度高、可提高锌沉积率、改善析氢情况、避免鼓泡和烧板现象。该专利采用5xxx系防锈铝作为原料，以铝锰中间合金添加进行改性，虽原材料简单，但后续热处理加工工艺较为复杂。上述各技术方案虽从加工工艺、合金成分等不同方面对铝阴极的性能进行了改进，有效的提高了铝合金阴极材料抗腐蚀性和强度，但综合电积锌冶炼行业的特性考虑，以上技术方案存在工艺复杂、极板强度低、生产成本、易烧板等问题，仍需进一步改进。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术的不足，提供一种湿法冶金电积锌用高强度耐蚀铝合金阴极材料及其制备方法，本专利技术的铝合金阴极材料在含氟氯离子电积锌熔液体系中耐蚀性好、机械强度高、板面不易变形、极板使用寿命长、沉积锌性能优异，能有效提高冶炼企业的生产效益。一种湿法冶金电积锌用高强度耐蚀铝合金阴极材料，以质量百分数计，铝合金阴极材料的组成成分为Si0.05~0.15%、Fe0.01~0.1%、Mn0.3~3%、Mg0.5~1.2%、Cr0.01~0.15%、Cu0~0.03%、Zn0.01~0.08%、Ti0.05~0.25%、B0.01~0.05%、Zr0.05~0.2%、Sb0.05~0.3%、RE0.05~0.5%，不可避免的杂质不高于0.05%，其余为Al；所述湿法冶金电积锌用高强度耐蚀铝合金阴极材料的制备方法，具体步骤为：（1）以质量百分数计，按照铝合金阴极材料的组成成分Si0.05~0.15%、Fe0.01~0.1%、Mn0.3~3%、Mg0.5~1.2%、Cr0.01~0.15%、Cu0~0.03%、Zn0.01~0.08%、Ti0.05~0.25%、B0.01~0.05%、Zr0.05~0.2%、Sb0.05~0.3%、RE0.05~0.5%，不可避免的杂质不高于0.05%，其余为Al，称量纯铝锭、中间合金Al-Si、Al-Fe、Al-Mn、Al-Mg、Al-Cr、Al-Cu、Al-Zn、Al-Zr、Al-RE和Al-Sb；（2）将步骤（1）的纯铝锭置于熔化炉中加热熔化并持续加热升温至熔液温度为690~720℃时，依次加入步骤（1）的Al-Si、Al-Fe、Al-Mn、Al-Mg、Al-Cr、Al-Cu、Al-Zn、Al-Zr、Al-RE、Al-Sb中间合金，待熔化炉中物料全部熔化后继续加热升温至温度为725~785℃并在搅拌条件下熔炼10~40min得到合金熔液，然后利用氩气将精炼剂吹入合金熔液面下方的2/3~5/6区域精炼10~30min；扒渣后在合金熔体中加入合金细化剂Al-5%Ti-1%B进行晶粒细化处理，再将覆盖剂均匀覆盖在熔体表面，静置10~30min，通以氩气进行除气精炼20~40min，扒渣，随后经氧化铝陶瓷过滤器双重过滤后，在温度为680~720℃条件下铸锭得到合金锭；（3）将步骤（2）的合金锭铣面、除油后，置于温度为520~650℃条件下进行均匀化退火热处理1~8h，然后依次进行热轧、中温轧制，再进行冷轧，经精整、定尺切割即得铝合金阴极材料；所述中间合金Al-Si为Al-10wt%Si，中间合本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种湿法冶金电积锌用高强度耐蚀铝合金阴极材料，其特征在于，以质量百分数计，铝合金阴极材料的组成成分为Si 0.05~0.15%、Fe 0.01~0.1%、Mn 0.3~3%、Mg 0.5~1.2%、Cr 0.01~0.15%、Cu 0~0.03%、Zn 0.01~0.08%、Ti 0.05~0.25%、B 0.01~0.05%、Zr 0.05~0.2%、Sb 0.05~0.3%、RE 0.05~0.5%，不可避免的杂质不高于0.05%，其余为Al。

【技术特征摘要】
1.一种湿法冶金电积锌用高强度耐蚀铝合金阴极材料，其特征在于，以质量百分数计，铝合金阴极材料的组成成分为Si0.05~0.15%、Fe0.01~0.1%、Mn0.3~3%、Mg0.5~1.2%、Cr0.01~0.15%、Cu0~0.03%、Zn0.01~0.08%、Ti0.05~0.25%、B0.01~0.05%、Zr0.05~0.2%、Sb0.05~0.3%、RE0.05~0.5%，不可避免的杂质不高于0.05%，其余为Al。2.权利要求1所述湿法冶金电积锌用高强度耐蚀铝合金阴极材料的制备方法，其特征在于，具体步骤为：（1）以质量百分数计，按照铝合金阴极材料的组成成分Si0.05~0.15%、Fe0.01~0.1%、Mn0.3~3%、Mg0.5~1.2%、Cr0.01~0.15%、Cu0~0.03%、Zn0.01~0.08%、Ti0.05~0.25%、B0.01~0.05%、Zr0.05~0.2%、Sb0.05~0.3%、RE0.05~0.5%，不可避免的杂质不高于0.05%，其余为Al，称量纯铝锭、中间合金Al-Si、Al-Fe、Al-Mn、Al-Mg、Al-Cr、Al-Cu、Al-Zn、Al-Zr、Al-RE和Al-Sb；（2）将步骤（1）的纯铝锭置于熔化炉中加热熔化并持续加热升温至熔液温度为690~720℃时，依次加入步骤（1）的Al-Si、Al-Fe、Al-Mn、Al-Mg、Al-Cr、Al-Cu、Al-Zn、Al-Zr、Al-RE、Al-Sb中间合金，待熔化炉中物料全部熔化后继续加热升温至温度为725~785℃并在搅拌条件下熔炼10~40min得到合金熔液，然后利用氩气将精炼剂吹入合金熔液面下方的2/3~5/6区域精炼10~30min；扒渣后在合金熔体中加入合金细化剂Al-5%Ti-1%B进行晶粒细化处理，再将覆盖剂均匀覆盖在熔体表面，静置10~30min，通以氩气进行除气精炼20~40min，扒渣，随后经氧化铝陶瓷过滤器双重过滤后，在温度为680~720℃条件下铸锭得到合金锭；（3）将步骤（2）的合金锭铣面、除油后，置于温度为520~650℃条件下进行均匀化退火热处理1~8h，然后依次...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄惠，董劲，郭忠诚，陈步明，何亚鹏，潘明熙，
申请(专利权)人：昆明理工大学，昆明高聚科技有限公司，
类型：发明
国别省市：云南,53