表面改性低银铅钙合金阳极工业化试验*

叶昌美，黄 健，李武斌，张 谊，胡志同，任康铭

(贵州省新材料研究开发基地，贵州 贵阳 550014)

锌冶炼分为两种，即湿法冶炼和火法冶炼。目前80%以上的锌是通过湿法冶炼生产出来的，电积是湿法炼锌过程中的一道主要工序，其中阳极的组成和性质非常重要，它直接影响锌电积的能耗和阴极锌的质量[1-3]。一般作为电极材料必须满足以下基本要求：(1)导电性良好；(2)耐腐蚀性强；(3)机械强度及加工性能好；(4)使用寿命长、费用低；(5)对电极反应具有良好的电催化性能[4-5]。陈益超等[6]在锌电积中阳极镀层的研究表明，在阳极板上先后沉积PbO2和MnO2，极板的表面附着能力增强，腐蚀速率为2.6 g·m-2·h-1，电解锌的电流效率增高。宋宏伟等[7]归纳总结锌电积中影响铅合金复合阳极性能的因素，即析氧过电位、耐腐蚀性、电催化活性等对阳极性能的影响，并作出了展望。张永春等[8-9]对Al/Pb-Ag复合阳极进行电化学研究，与传统的Pb-0.8%Ag电极相比，Al/Pb-0.8%Ag具有较高的耐腐蚀性和电催化活性。Yang Haitao等[10]对Al/Pb-Ag-Co复合材料进行制备和性能测试，研究表明钴的添加能够降低复合材料的析氧电位，提高其耐腐蚀性。与铸件Pb-0.3wt%Ag相比，Al/Pb-0.3wt%Ag和Al/Pb-0.3wt%Ag-0.01wt%Co的阳极氧化层更密，颗粒更细。在康厚林[11]的研究中，发现Pb-Ag-Sr-Ca合金阳极是电解锌行业投资省、质量优、寿命最长的一种阳极。安茂忠等[12]采用XRD、EPMA等化学方法主要分析Zn-12.6%Ni阳极的溶解性和溶解机理，研究表明该阳极溶解均匀，可以作为电镀Zn-Ni合金工艺的阳极材料。蔡天晓等[13]研究了涂层钛阳极在电解锌中的应用，发现RuIrTaTi涂层钛阳极在节能和提高锌产率方面都有明显效果，阳极使用成本大幅度下降。周松兵等[14]对Al/Pb-Ag-Sn阳极的电化学性能进行分析，研究表明Pb-0.8%Ag-0.1%Sn阳极表面的导电性优于Pb-0.8%Ag，扫描电镜图像显示Pb-0.8%Ag-0.1%Sn复合阳极材料表面形貌更加致密均匀。

综上所述，寻求一种耐腐蚀、低银的铅合金阳极是锌电积中的一个重要课题。本次试验主要是在低银铅钙合金表面进行防腐处理，并进行工业化对比试验，期望达到耐腐蚀的目的，延长阳极寿命，从而降低电积锌生产成本。

1 试验方法

本次工业化试验在某电解锌厂进行。经表面钝化处理后的阳极装入第7#槽，其余槽为未经表面处理的阳极板，其中第6#槽为设定对比槽。并对电积锌质量和重量进行跟踪，所有槽溶液循环方式相同。试验期间，均按常规生产控制工艺条件。

生产技术条件：极距：62 mm；析出周期24 h，人工剥锌；人工平整阳极，平整周期为15日。电解液：Zn 50 g/L；H2SO4170 g/L。槽温：37～42 ℃；总槽压：155～158 V；总电流： 30 kA；电流密度：494 A/m2；装槽板：53块。

2 试验结果与分析

2.1 电积锌产量及物理外观

对一年的生产情况进行记录：第一个月后，两个试验电解槽中电锌产量及质量无明显区别，因此三个月后只做随机抽查，下面将详细列出前三个月电解锌的产量及外观，整理得 表2及图1数据。

图1 电积锌产量Fig.1 Weight of zinc

表2 试验结果 Table 2 Test results

从图1可以看出，7#电解槽中电积锌在前30天内产量明显高于6#槽，而后逐渐持平，因此，我们以30天为一个周期统计出6#和7#槽中锌产量，计算结果如表1所示，结果显示，经表面处理后的阳极电解槽中日均产锌比未经处理阳极电解槽多37 kg，第二、三个月产量基本持平。而且前两个月内7#槽中电积锌更致密。为减少工人工作量，三个月之后我们只进行随机抽查，发现两个电解槽中电锌产量及外观并无很大差别。

表1 阳极化学成分Table 1 Chemical constituents of anode

2.2 电积锌中含铅量

我们对前三个月内产出的锌中含铅量进行抽样检测，绘制出表2显示，6#和7#电解槽中电积锌中铅含量均值分别为0.0023%和0.0025%，7#电解槽中电积锌中铅含量略优于6#对比槽，均满足锌锭化学成分要求，可以用于生产压铸锌合金。

表2 电积锌中含铅量Table 2 Lead content in zinc

2.3 电化学分析

对试验阳极进行取样分析，于CHI660E电化学工作站测试其腐蚀电位及腐蚀电流，如图2所示。通过图2我们可以看到：6#试样极化区腐蚀电压约为-0.29 V，腐蚀电流密度大约为 5.6 A/cm2。7#试样极化区腐蚀电压约为-0.18 V，腐蚀电流大约为3.1 A/cm2。数据表明经表面处理后的合金阳极腐蚀电压和腐蚀电流密度均有改善，也就是经表面改性后的合金阳极更耐腐蚀，工业化生产试验证明，经改性后阳极单位时间内产量更高，能在一定程度上节约湿法炼锌生产成本。

图2 低银铅钙合金阳极Tafel曲线Fig.2 Tafel curves of low-silver lead calcium alloy anode

3 结 论

我们进行了将近一年的锌电解生产跟踪，第一个月后，对比阳极各项数据基本持平，并重点分析了前三个月的数据，发现对低银铅钙合金阳极进行表面处理后，前期效果比较显著。因此，有必要对改性工艺进行进一步优化，使低银铅钙合金阳极在电解生产中耐腐蚀性能更持久，进一步提高单位时间内电锌的产量。以下是主要结论：

(1)经表面钝化处理后的低银铅钙合金阳极电解生产过程中，第一个月电锌产量明显高于未经处理的阳极，之后逐渐持平，略优于未经处理阳极；

(2)电锌生产过程中，采用表面钝化处理低银铅钙合金阳极，产品含铅量比未经处理阳极略低，满足锌锭对铅含量的要求，均可用于生产压铸锌合金；

(3)电化学测试数据显示，经表面处理后的阳极具有更好的耐腐蚀性能。