[發明專利]一種銅電積用柵欄型不銹鋼基復合陽極板及其制備方法

在審

• 申請號: 202010961643.8
• 申請日: 2020-09-14
• 公開（公告）號: CN111893518A
• 公開（公告）日: 2020-11-06
• 發明（設計）人: 陳步明;冷和;黃惠;郭忠誠;何亞鵬;董勁;李學龍;李威
• 申請（專利權）人: 昆明理工恒達科技股份有限公司;昆明理工大學;晉寧理工恒達科技有限公司
• 主分類號: C25C7/02
• 分類號: C25C7/02;C25C1/12
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 藏斌

本發明涉及銅電積技術領域，尤其涉及一種銅電積用柵欄型不銹鋼基復合陽極板及其制備方法。本發明提供的復合陽極板包括導電梁、柵欄型陽極板支架、固定架、絕緣護套和絕緣子；所述導電梁由不銹鋼管、設置于所述不銹鋼管表面的銅層與設置于所述銅層表面的第一鉛合金層組成；所述柵欄型陽極板支架與所述導電梁垂直連接；所述柵欄型陽極板支架由若干根平行設置的陽極復合棒組成；所述陽極復合棒由不銹鋼管、設置于所述不銹鋼管表面的第二鉛合金層與設置于所述第二鉛合金層表面的α?PbO₂/活性海綿鈦顆粒復合層組成。本發明提供的復合陽極板具有電催化活性好、槽電壓低、使用壽命長、服役電流密度高、電效和強度高等優點。

技術領域

本發明涉及銅電積技術領域，尤其涉及一種銅電積用柵欄型不銹鋼基復合陽極板及其制備方法。

背景技術

未來電積銅技術的兩大關注焦點是能源消耗和對環境造成的影響。電解設施將轉向低能耗的生產工藝并借以消除這些危險/有害副產品的產生。為了解決這些問題,科學家們正致力于開發高性能陽極材料,研究替代的陽極反應。從能源和環境角度考慮,鉛合金陽極的使用開拓了電解技術改進的新領域。

全濕法生產銅，需要大量鉛合金材料陽極。目前，濕法電積銅時，電流密度一般在200～260A/m²范圍內，電解周期在7～10d，每生產1萬t銅需要3000～4000片陽極板，同時還要配備大量電解槽和不銹鋼陰極板，一次性投資大，回收周期長。在現有條件下，提高電流密度是提高電銅產量的有效方法之一。但電流密度提高，會使濃差極化，導致槽電壓增大，并導致陰極銅顆粒變粗，陽極腐蝕速率加快，溶液中鉛離子含量提高。因此，提高電流密度時，必須同時加大電解液循環速度，適當調整添加劑及改變陽極板結構等。

目前，工業上使用的鉛合金陽極可在電解過程中形成氧化膜保護層，并在生產中有相對高的安全保障，但陽極表面氧化層的腐蝕會使電積槽內產生有害物質,并對陰極造成污染。此外，電解過程中鉛合金陽極需要600mV的附加電勢與氧結合在其表面形成氧化鉛層，這將消耗每個電解槽30％的電力。為了解決電積銅帶來的環境問題和能源消耗問題，已開發出更高性能的陽極替代品。例如：

鉛基陽極板：企業針對陽極板節點所做的努力，都集中在銀、鈣、鍶、鈷、稀土等元素添加，以及板形和板形軋制技術方面，增加其金屬硬度、結晶致密性，雖有節電效果，但鉛合金基體本身導電性差、易彎曲變形及易污染陰極產品等現象不可避免。

涂層鈦陽極：這種陽極是在鈦電極表面涂覆一層貴金屬氧化物(如RuO₂或IrO₂)，其優點是能耗低(10％～17％)，不僅能夠避免電積槽內鉛的沉積和對陰極產物的污染，而且還不必加入硫酸鈷；但這種陽極的主要缺點是使用壽命太短，材料成本太高。

以輕質金屬鋁為內芯與外層鉛合金通過熔鑄或電鍍的形式來互溶得到的陽極：存在一些難以解決的問題，一是解決不了鉛合金液的流動性以及大尺寸陽極板局部可能出現的孔洞；二是鍍層會出現一些晶界縫隙，電解時產生的氧氣透過鍍層的晶界縫隙氧化鋁基體，形成導電性差的三氧化二鋁膜層，惡化陽極性能。

有色金屬電積用柵欄型陽極板：改善了電解液的流動性能，提高了電解有色金屬收集的效果和質量，避免了陰極板進行起吊時，觸碰陽極板的缺陷。采用廉價的鋁棒作為基體，材料成本明顯降低，但依然存在界面電阻、壽命短、強度低和槽電壓高的缺點。

由于傳統陽極β-PbO₂活性層在鉛基體上的附著力低、易剝落，在電解過程中易污染陰極產品。α-PbO₂與鉛基體結合緊密，但α-PbO₂作為陽極析氧過電位低、孔隙率高、耐蝕性較差，不能單獨作為陽極，通過加入顆粒復合電沉積能產生無內應力的鍍層，且其致密性好，能在高電流密度下長時間應用。

因此，進一步開發一種高電流效率、能耗低、高強度、高電流密度下長期使用、陰極銅產品質量高(含鉛少)的陽極十分必要。

發明內容