[發明專利]一種鉛基陽極材料使用壽命的評價方法

有效

• 申請號: 201510920083.0
• 申請日: 2015-12-10
• 公開（公告）號: CN105543903B
• 公開（公告）日: 2017-08-11
• 發明（設計）人: 李建中;王運凱;畢營;楊中東;田彥文
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: C25C7/02
• 分類號: C25C7/02;C25C7/06;C25D17/10;C25D21/00;C25D11/34;G01L1/24;G01L1/25
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司21109
• 代理人: 梁焱

技術領域

本發明屬于濕法冶金領域，特別涉及一種鉛基陽極材料使用壽命的評價方法。

背景技術

鉛基陽極材料具有(1)良好的導電性；(2)耐腐蝕性強；(3)機械強度和加工性能好；(4)使用壽命長、費用低；(5)對電極反應具有良好的電催化性能等特點，其不僅在無錫鋼電鍍領域有著重要的應用，而且在電鍍錫(或鋅)、鉛酸電池、電解(鋅、銅、錳等)以及氯堿工業等濕法冶金領域也有著廣泛的應用。在這些濕法冶金領域，電場作用下鉛基陽極材料在較為惡劣的溶液環境長期服役(短則3-6個月，長達24個月或者更長)，如強酸性溶液環境(含硫酸溶液)，強氧化性溶液環境(含鉻酸溶液)，或強腐蝕性溶液環境(含氟化物或氯化物溶液)，造成鉛基陽極表面氧化、腐蝕。隨著氧化的進行，金屬表面的氧化膜組織結構要發生鉛化合物→鉛氧化物的變化，如PbO→β-PbO₂→α-PbO₂，致使氧化膜疏松多孔，局部會發生裂紋和起皺褶，甚至脫落，進而縮短了陽極的使用壽命。

對于鉛基陽極表面形成的氧化膜疏松、多孔，易于脫落等問題，早在二十世紀80年代初，研究人員已開始研究電位對鉛陽極表面氧化膜的影響，此后陸續有人提出了反應保護層概念，即在金屬陽極的表面氧化生成致密的氧化物保護層，從而使內部的金屬基體免受腐蝕。針對提高保護層的致密性及其與金屬鉛基體的附著力，研究多集中于Ag、Ca、Ba、Sr、Sn、Mn、Co、Ti、Bi、Se、Te、As等金屬及非金屬，其與鉛形成合金。但是，無論任何一種合金添加元素，都是作為變質劑，其目的就是細化鉛合金的晶粒，增加鉛板的機械強度和硬度，使鉛板在其表面形成一層致密的二氧化鉛膜，增強合金的耐腐蝕性能，旨在提高陽極的使用壽命。由于鉛陽極含有至少兩三種合金，且針對其使用環境的變化合金種類亦有不同，再加上鉛基陽極制備方法(如澆鑄法和壓延法等)的差異，對陽極使用壽命的評價較為困難，因此關于鉛基陽極的使用壽命也少有評價方法。目前無論是在電解領域，還是在電鍍領域，鉛陽極的使用壽命主要通過現場應用效果來評價。由于鉛基陽極使用時間少則幾個月，多則一年以上，這嚴重影響了鉛基陽極的設計及其質量評價，同時現場應用過程中鉛陽極腐蝕物進入鍍液，對電鍍/電解液的組成、工藝參數均有著不良的影響，甚至降低了陰極還原產品的質量。這也是鉛基陽極應用過程中暴露出的主要缺點之一。因此，提出一種快捷、方便的鉛基陽極使用壽命的評價方法，具有重要的理論和實際意義。

發明內容

針對目前市場上鉛基陽極種類較多，且其應用環境條件復雜，現場應用的鉛基陽極使用壽命無法預判等問題，本發明提供一種以電化學為依托，結合SEM、Raman和XRD等檢測技術分析，鉛基陽極材料使用壽命的評價方法。本方法能簡便、快捷、準確的評價鉛基陽極使用壽命，經濟實用，成本低，有助于掌握電解、電鍍行業鉛陽極的使用更換周期性，確保連續生產，提高陰極產品質量。

鉛基陽極材料使用壽命的評價方法，包括以下步驟：

步驟1：對鉛基陽極材料的表面進行打磨、拋光和化學處理；

步驟2：采用CrO₃+H₂SO₄+NaCl+NH₄F混合溶液對鉛基陽極材料進行電解后，鉛基陽極材料表面生成氧化膜；其中，電解的電流密度20～40A/dm²，電解液溫度40～60℃，電解時間為5～30min；

步驟3：采用SEM對不同電解時間條件下的鉛基陽極材料表面氧化膜的橫截面進行分析，確定鉛基陽極材料表面氧化膜厚度；

步驟4：根據步驟3中的氧化膜厚度，分析氧化膜的內應力變化，建立氧化膜的內應力與氧化膜厚度之間的關系，即公式(Ι)：

σ＝AX+B (Ι)

其中，σ是氧化膜的內應力，MPa；A是應力梯度，MPa/μm；X是氧化膜厚度，μm；B是基體應力，MPa；

步驟5：

(1)根據公式(Ι)，確定應力梯度A；

(2)在以下電解條件下，評價鉛基陽極材料的使用壽命：

電解條件為(a)或(b)：

(a)電解銅時，電解液中H₂SO₄濃度為150～200g/L，Cu²⁺濃度為30～50g/L，電流密度為2～5A/dm²，電解溫度為30～50℃；