锌电积用二氧化铅颗粒增强铅基合金复合材料制备及电化学性能研究

本项目通过复合电沉积的方法来制备具有催化活性的PbO2颗粒，然后以铅基多元合金作为导电支撑，将此活性颗粒通过挤压或爆炸喷涂方式掺入该铅基表面，所得到的阳极材料使用在硫酸锌电解液中，系统地研究PbO2颗粒（如不同大小的PbO2、不同形状的PbO2、不同活性的PbO2以及二氧化铅的含量）和工艺条件（如成型方法、成型温度、成型压力及铅基多元合金成分等）对该阳极材料在锌电解液中的电化学性能影响规律和机理，PbO2颗粒与铅基多元合金的结合和增强机制以及其制备的阳极材料在锌电解中得到的性能指标和阳极破损机理，寻找陶瓷颗粒和金属相形成的根据。本项目的研究成果对陶瓷颗粒增强金属中的相组成预测和制备一种用在有色金属电积的工业化生产中的耐腐蚀、高导电、抗变形、长寿命的新型节能惰性阳极材料具有理论指导意义。通过本项目的研究还可能发现新相和新的现象，丰富人们对有色电解中使用的阳极材料的认识。

在有色金属锌电积过程中，目前普遍使用的Pb-Ag(0.7-1.2%)合金阳极存在许多不足之处。而二氧化铅电极具有耐腐蚀性好、导电性强、电催化活性好、成本低廉等优点，是性能良好的阳极材料，备受关注。因此，设想以Pb基多元合金为基体，通过挤压具有电催化活性的PbO2颗粒，经加工制成惰性阳极材料，替代传统的铅基合金阳极，应用于有色冶金工业的电积过程。.本项目首先从热力学研究分析了复合镀PbO2的沉积机理，采用电沉积和挤压方法制备了复合PbO2颗粒/铅合金新型阳极材料。研究了复合PbO2镀层的表面微观形貌及物相结构，考察了复合PbO2镀层在ZnSO4-H2SO4溶液中的电化学性能参数变化规律；研究了新型阳极材料的力学性能及在ZnSO4-H2SO4溶液中的电化学性能参数变化规律，考察了锌电积模拟实验中新型阳极材料的槽电压、电流效率、电耗、腐蚀速率等经济技术指标，取得的主要研究结果如下：.(1) 镀液温度对生成MnO2和α-PbO2的影响比生成β-PbO2大，且MnO2和β-PbO2共沉积之前已发生了MnO2的沉积。初步提出了两种颗粒的复合共沉积模型。掺纳米ZrO2和WC的β-PbO2镀层中晶粒更加细小，纳米ZrO2和WC弥散分布于β-PbO2基体中，极大地增加了镀层表面的粗糙度。增加硝酸锰含量，复合镀层的晶粒得到细化，二氧化锰的含量将呈指数增加；当浓度超过80g/L时复合镀层因内应力作用而产生裂纹，镀层将由晶态转化为混晶态。.(2) 活性PbO2颗粒粒径越小，铅基阳极的电催化活性越好，耐蚀性越强，力学性能越佳。新型阳极材料的槽电压降低，电流效率增大，电耗下降，腐蚀速率减小。.(3)提出了C1- 离子对铅合金阳极的腐蚀机理:离子半径;吸附理论;电化学角度。对于Pb-0.8%Ag合金的极化，随着电解时间的延长，阳极的电势和过电位下降，阳极表面的粗糙度以及β-PbO2的含量增加；而对于Pb-0.3%Ag-0.06%Ca阳极极化，随着电解时间的延长，PbSO4的晶相逐渐消失，主晶相以α-PbO2为主， α-PbO2晶体呈现（111）择优取向的生长趋势。.(4)提出了一种电积用阳极是由铝棒的表面通过挤压拉拔包覆铅合金组成的，然后在表面复合活性二氧化铅颗粒得到的阳极。.（5）发表学术论文52篇，其中三大检索收录论文14篇，申请发明专利5篇，培养研究生7人。