一种长寿命铱锆系复合氧化物惰性阳极的制备方法技术

一种湿法冶金用长寿命铱锆系复合氧化物阳极的制备方法，包括铱铈锆或铱锡锆三元复合氧化物惰性阳极、铱铈铷锆或铱锡铷锆四元复合氧化物惰性阳极。所制得阳极由钛基体以及氧化物涂层组成，涂层中二氧化锆和氧化铷为非晶相，二氧化铱与二氧化锡为金红石相，二氧化铈为萤石相，铷的加入增强了阳极的导电性能，锆的加入促进了析氧活性物质IrO2晶体的析出，铈掺入起到了细化晶粒的效果，锆或铈的掺入增大了阳极的活性表面积，锆、铈或锡的掺入改善了阳极在硫酸体系中的耐腐蚀性能，延长了阳极的使用寿命。本发明专利技术制备流程简单，所制得阳极具有较好的析氧催化活性以及使用寿命，此外，由于涂层中的贵金属铱元素被非贵金属所取代，降低了阳极的生产成本。

Fabrication of a Long-life Iridium-Zirconium Composite Oxide Inert Anode

【技术实现步骤摘要】
一种长寿命铱锆系复合氧化物惰性阳极的制备方法
本专利技术属于湿法冶金
，尤其涉及一种长寿命铱锆系复合氧化物惰性阳极的制备方法，包括铱铈锆三元复合氧化物惰性阳极、铱锡锆三元复合氧化物惰性阳极、铱铈铷锆四元复合氧化物惰性阳极和铱锡铷锆四元复合氧化物惰性阳极。
技术介绍
近十几年来，我国有色产业发展迅速，特别是铜、锌等金属的产量增长迅速。与火法冶炼相比，湿法冶金具有生产能力大、效率高、操作条件好、污染较轻且有价金属综合回收率高的优点，目前，世界上80％左右的锌以及20％左右的铜靠湿法冶炼提取。阳极作为湿法冶金过程中的核心主体以及重要装备，有着湿法冶金的“心脏”之称，阳极性能的优劣不仅影响湿法冶炼过程中电化学反应速率，还会对阴极产品质量造成影响。目前，湿法冶金行业使用的阳极多为纯Pb阳极以及Pb合金阳极，如：Pb-Ag、Pb-Ag-Sn和Pb-Sb-Sn-Ag等。其虽具有易加工成型、制作成本低、硫酸电解液中耐腐蚀、使用寿命长等优点，但也存在着阳极析氧过电位高、电解过程阳极Pb溶解污染阴极产品、电解过程中大量阳极泥的产生会增加劳动成本等缺点。据统计，纯Pb阳极在电解过程中的析氧过电位可达860mV，而Pb-Ag合金阳极的析氧过电位也在600mV左右，由此增加的无用电耗约占锌电积总能耗的30％左右，因此，高析氧活性阳极的开发与应用受到了广泛的关注。钛被称为阀金属，有稳定的氧化层保护，在电解条件下有良好的耐久性和形稳性。与纯Pb阳极和Pb合金阳极相比，钛基涂层阳极具有外形尺寸稳定、析氧过电位低、电解过程中阳极不会对阴极产品造成污染等优点，近年来在高纯产品的电解生产过程得到了广泛使用。二氧化钌(RuO2)和二氧化铱(IrO2)由于其良好的析氧催化性能，多用于钛基涂层阳极的制备。而在使用过程中发现，Ti/RuO2阳极虽表现出了优异的析氧催化性能，较好的降低了电解过程中阳极的析氧过电位，但在硫酸体系中，Ti/RuO2阳极的使用寿命较短，约100天，制约了其在湿法冶金过程中的应用。Ti/IrO2阳极的析氧催化性能虽略差于Ti/RuO2阳极，但其在硫酸体系中表现出了较好的耐腐蚀性能，其使用寿命可达1年以上，但铱价格昂贵，Ti/IrO2阳极的制作成本较高，限制了其大规模的应用。因此，制备一种析氧活性高，使用寿命长且制作成本低廉的析氧阳极，对有色冶金产业的节能降耗具有十分重要的意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种长寿命铱锆系复合氧化物惰性阳极的制备方法，该制备方法流程简单，所制得的阳极具有较好的析氧催化活性、较长使用寿命以及低廉的制备成本。一种长寿命铱锆系复合氧化物惰性阳极的制备方法，包括铱铈锆三元复合氧化物惰性阳极、铱锡锆三元复合氧化物惰性阳极、铱铈铷锆四元复合氧化物惰性阳极和铱锡铷锆四元复合氧化物惰性阳极。其中铱铈锆三元复合氧化物惰性阳极的制备方法，制备步骤为：步骤1、首先对钛基体进行预处理，具体包括碱洗、草酸蚀刻、超声清洗和烘干；步骤2、将Ce(NO3)3、H2IrCl6和锆酸四丁酯进行混溶，得到配置涂覆溶液所需的溶质。步骤3、将体积比为1:1的正丁醇与异丙醇的混合溶剂加入到所配的溶质中，得到涂覆溶液；涂覆溶液中，铱和铈的摩尔浓度为0.01-0.10mol/L，锆的摩尔浓度为0.05-0.15mol/L。步骤4、将制备好的涂覆溶液作为涂层均匀涂覆在预处理后的钛基体表面，经烘干、烧结处理后得到铱铈锆三元复合氧化物惰性阳极。涂层涂覆为10-40层，烘干温度为100-200℃，烘干时间为10-15分钟；烧结温度为400-600℃，烧结时间为10-15分钟，终烧时间为1小时。所述涂层中二氧化铱为金红石相，二氧化锆为非晶相，二氧化铈为萤石相。进一步地，所述铱锡锆三元复合氧化物惰性阳极的制备步骤包括：步骤1、首先对钛基体进行预处理，具体包括碱洗、草酸蚀刻、超声清洗和烘干；步骤2、将SnCl4、H2IrCl6和锆酸四丁酯进行混溶，得到配置涂覆溶液所需的溶质；步骤3、将体积比为1:1的正丁醇与异丙醇的混合溶剂加入到所配的溶质中，得到涂覆溶液；涂覆溶液中，锡和铱的摩尔浓度为0.01-0.10mol/L，锆的摩尔浓度为0.05-0.15mol/L。步骤4、将制备好的涂覆溶液作为涂层均匀涂覆在预处理后的钛基体表面，经烘干、烧结处理后得到三元复合氧化物惰性阳极。涂层涂覆为10-40层，烘干温度为100-200℃，烘干时间为10-15分钟；烧结温度为400-600℃，烧结时间为10-15分钟，终烧时间为1小时。所述涂层中二氧化铱和二氧化锡为金红石相，二氧化锆为非晶相。进一步地，所述铱铈铷锆四元复合氧化物惰性阳极的制备步骤如下：步骤1、首先对钛基体进行预处理，具体包括碱洗、草酸蚀刻、超声清洗和烘干；步骤2、将RbCl、Ce(NO3)3、H2IrCl6和锆酸四丁酯进行混溶，得到配置涂覆溶液所需的溶质；步骤3、将体积比为1:1的正丁醇与异丙醇的混合溶剂加入到所配的溶质中，得到涂覆溶液；涂覆溶液中，铷、铈和铱的摩尔浓度为0.01-0.10mol/L，锆的摩尔浓度为0.05-0.15mol/L。步骤4、将制备好的涂覆溶液作为涂层均匀涂覆在预处理后的钛基体表面，经烘干、烧结处理后得到铱铈铷锆四元复合氧化物惰性阳极。涂层涂覆为10-40层，烘干温度为100-200℃，烘干时间为10-15分钟；烧结温度为400-600℃，烧结时间为10-15分钟，终烧时间为1小时。所述涂层中二氧化铱为金红石相，二氧化铈为萤石相，二氧化锆和氧化铷为非晶相。进一步地，铱锡铷锆四元复合氧化物惰性阳极的制备步骤如下：步骤1、首先对钛基体进行预处理，具体包括碱洗、草酸蚀刻、超声清洗和烘干；步骤2、将RbCl、SnCl4、H2IrCl6和锆酸四丁酯进行混溶，得到配置涂覆溶液所需的溶质；步骤3、将体积比为1:1的正丁醇与异丙醇的混合溶剂加入到所配的溶质中，得到涂覆溶液；涂覆溶液中，锡、铷和铱的摩尔浓度为0.01-0.10mol/L，锆的摩尔浓度为0.05-0.15mol/L。步骤4、将制备好的涂覆溶液作为涂层均匀涂覆在预处理后的钛基体表面，经烘干、烧结处理后得到铱锡铷锆四元复合氧化物惰性阳极。涂层涂覆为10-40层，烘干温度为100-200℃，烘干时间为10-15分钟；烧结温度为400-600℃，烧结时间为10-15分钟，终烧时间为1小时。所述涂层中二氧化铱和二氧化锡为金红石相，氧化铷和二氧化锆为非晶相。按照本专利技术所述方法制备的阳极与现有阳极相比具有如下特点：1)制备流程简洁，所需设备少而简单，设备投入低，操作简便，技术易推广；2)作为铱铈锆三元复合氧化物惰性阳极，ZrO2的掺入促进了活性物质IrO2晶体的析出，CeO2的掺入起到了细化晶粒的效果，此外，ZrO2与CeO2在硫酸体系中均具有较好的耐腐蚀性能，与传统IrO2氧化物阳极相比，锆和铈的掺入不仅增大了阳极的析氧活性表面积提高了阳极的析氧催化活性，同时也有效的提高了阳极的使用寿命；作为铱锡锆三元复合氧化物惰性阳极，ZrO2的掺入促进了活性物质IrO2晶体的析出，SnO2的掺入会与活性组元IrO2形成固溶体，有效改善活性组元IrO2在硫酸体系中耐腐蚀性能，从而提高了阳极的使用寿命；作为铱铈铷锆四元复合氧化物惰性阳极，Zr本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种长寿命铱锆系复合氧化物惰性阳极的制备方法，其特征在于长寿命铱锆系复合氧化物惰性阳极包括铱铈锆三元复合氧化物惰性阳极、铱锡锆三元复合氧化物惰性阳极、铱铈铷锆四元复合氧化物惰性阳极和铱锡铷锆四元复合氧化物惰性阳极；其中铱铈锆三元复合氧化物惰性阳极的制备方法，制备步骤为：步骤1、首先对钛基体进行预处理，具体包括碱洗、草酸蚀刻、超声清洗和烘干；步骤2、将Ce(NO3)3、H2IrCl6和锆酸四丁酯进行混溶，得到配置涂覆溶液所需的溶质；步骤3、将体积比为1:1的正丁醇与异丙醇的混合溶剂加入到所配的溶质中，得到涂覆溶液；涂覆溶液中，铱和铈的摩尔浓度为0.01‑0.10mol/L，锆的摩尔浓度为0.05‑0.15mol/L；步骤4、将制备好的涂覆溶液作为涂层均匀涂覆在预处理后的钛基体表面，经烘干、烧结处理后得到铱铈锆三元复合氧化物惰性阳极；涂层涂覆为10‑40层，烘干温度为100‑200℃，烘干时间为10‑15分钟；烧结温度为400‑600℃，烧结时间为10‑15分钟，终烧时间为1小时；所述涂层中二氧化铱为金红石相，二氧化锆为非晶相，二氧化铈为萤石相。

【技术特征摘要】
2018.04.26 CN 2018103853790;2018.04.26 CN 201810381.一种长寿命铱锆系复合氧化物惰性阳极的制备方法，其特征在于长寿命铱锆系复合氧化物惰性阳极包括铱铈锆三元复合氧化物惰性阳极、铱锡锆三元复合氧化物惰性阳极、铱铈铷锆四元复合氧化物惰性阳极和铱锡铷锆四元复合氧化物惰性阳极；其中铱铈锆三元复合氧化物惰性阳极的制备方法，制备步骤为：步骤1、首先对钛基体进行预处理，具体包括碱洗、草酸蚀刻、超声清洗和烘干；步骤2、将Ce(NO3)3、H2IrCl6和锆酸四丁酯进行混溶，得到配置涂覆溶液所需的溶质；步骤3、将体积比为1:1的正丁醇与异丙醇的混合溶剂加入到所配的溶质中，得到涂覆溶液；涂覆溶液中，铱和铈的摩尔浓度为0.01-0.10mol/L，锆的摩尔浓度为0.05-0.15mol/L；步骤4、将制备好的涂覆溶液作为涂层均匀涂覆在预处理后的钛基体表面，经烘干、烧结处理后得到铱铈锆三元复合氧化物惰性阳极；涂层涂覆为10-40层，烘干温度为100-200℃，烘干时间为10-15分钟；烧结温度为400-600℃，烧结时间为10-15分钟，终烧时间为1小时；所述涂层中二氧化铱为金红石相，二氧化锆为非晶相，二氧化铈为萤石相。2.根据权利要求1所述的长寿命铱锆系复合氧化物惰性阳极的制备方法，其特征在于，所述铱锡锆三元复合氧化物惰性阳极的制备步骤包括：步骤1、首先对钛基体进行预处理，具体包括碱洗、草酸蚀刻、超声清洗和烘干；步骤2、将SnCl4、H2IrCl6和锆酸四丁酯进行混溶，得到配置涂覆溶液所需的溶质；步骤3、将体积比为1:1的正丁醇与异丙醇的混合溶剂加入到所配的溶质中，得到涂覆溶液；涂覆溶液中，锡和铱的摩尔浓度为0.01-0.10mol/L，锆的摩尔浓度为0.05-0.15mol/L；步骤4、将制备好的涂覆溶液作为涂层均匀涂覆在预处理后的钛基体表面，经烘干、烧结处理后得到三元复合氧化物惰性阳极；涂层涂覆为10-40层，烘干温度为100-200℃，烘干时间...

【专利技术属性】
技术研发人员：王成彦，刘宝，陈永强，王硕，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：北京,11