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涂层钛阳极的研制分析及在电解锌中的应用
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涂层钛阳极的研制分析及在电解锌中的应用

发布时间 :2021-06-08 06:13:46 浏览次数 :

随着时代的发展,我国锌产量也相继增加,而电解锌在整体所占比重超出了65%。在湿法炼锌中,其中能耗较大的的环节是电解锌过程,在整个湿法炼锌中,其能量消耗大概占据 63%。在新时期能源资源越加紧张的环境下,环保要求不断提升,能源价格也不断上涨,为此需要加强无污染、高效率、低能耗电解锌钛阳极的研究。

涂层钛阳极

1、试验方法

1.1 制备TI 基DSA

在试验中可以选择2毫米厚度的TAI钛板,随后对钛板实施除油处理,并将其放置在由10% 的氯化氢溶液、10% 的H2C2O4溶液和20%的H2SO4溶液制成的混合溶液中,并煮沸,维持1.5h之后,通过蒸馏水清洗干净,在将其晾干后进行备用。把TI、TA、IR、RU的氯化物根据标准的质量比放置于异丙醇溶液、正丁醇溶液和盐酸溶液中,将其彻底搅拌均匀,将其制成3种涂层,分别是RULRTATI型、IRTA型和RUTIIR型,通过软头尼龙刷把上述几种配液在3个备用的钛板中进行均匀涂抹,随后将其放置到温度加热到100℃的烘箱中进行烘干,随后将其放置到温度为450℃的马弗炉中,持续烧结十分钟,随后将其取出,等待其冷却到室温后,继续重复上面几项步骤,直到把所有的配置溶液全部涂抹完毕,最后将其放置在温度为450℃的环境下,持续退火1h,制成涂层钛阳极3种形式,分别是RULRTA⁃TI型、IRTA型和RUTIIR型体系电极,并对其所呈现出来的化学性能进行分析。

1.2 电极综合性能分析

利用电子探针对制作出来的样本成品进行详细观察,分析其微观形貌。利用电化学测试设备严格按照相应的规范标准针对3种铅板和试样实施析氯过电位的测试活动。测试3种样 本试样的应用寿命,需要把3种铅板安置到模拟电解锌的溶液当中,开始进行寿命老化测试。

钛阳极综合性能分析

2、结果和讨论

2.1 电极微观形貌

通过对3种类型涂层进行分析,可以发现RULRTI涂层表面氧化物存在晶粒粗大的现象,同时伴随着严重的龟裂纹,在对这种电极实施点解的过程中,电解液能够填满并充斥整个龟

缝,随后开始电化学析气反应,在反应中会出现气泡不断扩大、聚集和扩撒的现象,在气泡扩大的过程中会不断地冲刷龟裂两侧,并腐蚀涂层。此外,在阳极中还会产生一种新生态氧,其中部分内容会在电解液界面以及活性涂层表面中出现放电现象,随后脱离电极表层转化成氧气融入溶液当中。因为涂层阳极中出现较为明显的裂缝问题,而另一部分是被电极表层所吸附,并在化学吸附的作用下,附着于钛基体表层当中,和钛反应后,生成一种不具备导电性质的氧化膜,生成P-N结,这是一种反向电阻[1]。

2.2 电极析氯过电位

根据HG/T2471-1993标准,对IRTA、RUIRTI、PB和RUIR⁃TATI这四种电极实施极化析氯测试,通过最终的测试结果可以发现PB金属其析氯过电位较强,基本上没有发生钝化的问题,因为PB拥有较高的析氯过电位,而阳极的PB板无法将CL-转化成CL2,进而导致CL-时刻腐蚀PB板,导致持续出现PB-PB2+反应,而在阳极区中,也出现了PB2+-PB4+反应,最终生成了PB02,其主要是附着于阳极当中,从而使PB阳极很快便失去了应有的效用。此外,其他3种涂层的钛阳极都拥有交宽的钝化区,按照电化学相关理论,使围钝电流和钝电位逐渐降低,钝化区的宽度也相继扩大,材料的抗腐蚀能力也相继提升,为此从析氯抗腐蚀性方面分析,钛阳极要高于PB板。在现实应用中,随着电位的不断降低,产品生产中所需要消耗的电能也相继扩大,因此通过选择RUIRTATI和RUIRTI涂层可以有效减少能耗,降低电解槽压[2]。

2.3 电极老化寿命测试

对烟道中的电解锌曾进行分析,可以发现其电解液组成介质主要有每升50g 的ZN,每升10g 的PB,每升6g 的MN、每升120g的HSO、每升2000mg的HSO,把6mm厚的PB板、RUIRTA⁃TI涂层、IRTA涂层和RUIRTI涂层等四种电极放置在上面几种介质内实施老化试验,把电流密度控制为每平方米20000A,随后开始老化试验。

通过对最终的老化试验结果进行分析可以发现,RUIRTA⁃TI涂层拥有最长的阳极老化寿命,大概是PB阳极的6~7倍,而在析氧环境中,IRTA体系的应用优势较为突出,但对于析氧和析氯环境相比,便稍显逊色。TUIRTI体系于析氯环境下,尽管整体性能良好,但在这种介质环境中,其应用效果却比较差。

RUIRTATI涂层体系中融合了IRTI析氧体系以及RUIRTI析氯体系等优势,而性能最好的低析氯过电元素是RU,至于TA元素可以有效预防基材的氧化问题,为导电元素IR提供可靠的防护,从使用寿命和低槽压等方面分析,RUIRTATI这种涂层体系能够更加适用于电解锌这种析氧兼析氯的介质环境[3]。

电极老化寿命测试

3、实际挂片试验

在某一电锌厂中实施挂片实验,其涂层体系是RUIRTATI,阳极尺寸大小是2mm×1010mm×620mm,一共有4片涂层,可以和原电解槽内PB板进行混合应用,在连续运行了十3个月之后,依然可以维持有序活动。

同时安装铅阳极和钛阳极,其中钛阳极的槽压是3.4伏,小于3.7伏的铅阳极。经过1周的时间之后,两种电极槽压出现同步上升现象,钛阳极是3.8伏,而铅阳极是4.2伏,和铅阳极相比,钛阳极运行中的电解效率相继提升,两片铅阳极平均单槽的产锌量在12h中达到了4.2伏,而钛阳极电解率上升幅度较为明显,两片铅阳极锌单槽产量在12h内几乎生成出18kg,整体产浪上涨了285。

通过对两种阳极在电锌厂中的实际应用状况分析,如果将单槽改为全面应用铅阳极,则1A材料成本会消耗18万元,如果将钛阳极全部应用到单槽生当中,则需要消耗大概10万元左右,从电力节约层面分析,选择钛阳极,大概能够帮助每年节省电费1.5万元,促进锌产量提升至20%以上,如果全部替换成钛阳极,可以保障锌产品标准达到0#级,进而减少铅阳极应用中所产生的清洗次数和清槽系数,降低了整体劳动强度。此外因为钛阳极属于一种环保型产品,因此在应用中不会造成环境污染现象。当钛阳极的点解失效后,钛基材依然可以在涂层后进行反复应用,进一步减少了基材的应用生产成本。通过对挂片试验进行分析,可以发现其中存在的几种问题,并对应用钛阳极过程中的注意事项进行总结:第一是钛的电阻为铜电阻27倍之多,因此导电性能差,为此在设置中,需要尽量避免钛阳极和铜排接触,钛耳位置,可以选择钛铜复合材料。

4、结语

综上所述,RULRTATI涂层钛阳极其电极应用寿命比较久,而析氯过电位相对较低。通过某一电锌厂中针对钛阳极挂片实施相关试验,发现引用RULRTATI涂层钛阳极能够有效节省投入成本,进一步提升锌品味,控制人工劳动强度,提高及环保效率。在使用钛阳极时还需要注意将铜排和电极两者进行导电接触,对电解液中的F 离子和MN 离子质量浓度进行严格控制。

参考文献:

[1]蔡天晓,杨文柱.涂层钛阳极的研制及在电解锌中的应用[J].湿法冶金,2019,28(04):242-245.

[2]张招贤,李海涛.硫酸盐体系电积金属镍中活性涂层钛阳极的研制[J].广东有色金属学报,2016(01):30-34.

[3]胡葵英,黄斌.一种新型阳极材料——钌-钛-铱-锰涂层钛阳极研制成功[J].海洋科学,2017(02):24.

作者简介:林琳(1984-),女,汉族,陕西渭南人,硕士,昆明冶金研究院助理工程师,主要研究方向:材料成型与控制。

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