隨著時(shí)代的發(fā)展，我國(guó)鋅產(chǎn)量也相繼增加，而電解鋅在整體所占比重超出了65%。在濕法煉鋅中，其中能耗較大的的環(huán)節(jié)是電解鋅過(guò)程，在整個(gè)濕法煉鋅中，其能量消耗大概占據(jù)
63%。在新時(shí)期能源資源越加緊張的環(huán)境下，環(huán)保要求不斷提升，能源價(jià)格也不斷上漲，為此需要加強(qiáng)無(wú)污染、高效率、低能耗電解鋅鈦陽(yáng)極的研究。
1、試驗(yàn)方法
1.1 制備Ti基DSA
在試驗(yàn)中可以選擇2毫米厚度的TA1鈦板，隨后對(duì)鈦板實(shí)施除油處理，并將其放置在由 10% 的氯化氫溶液、10%的H2C2O4 溶液和20%的H2SO4 溶液制成的混合溶液中，并煮沸，維持1.5h之后，通過(guò)蒸餾水清洗干凈，在將其晾干后進(jìn)行備用。
把TI、TA、IR、RU的氯化物根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的質(zhì)量比放置于異丙醇溶液、正丁醇溶液和鹽酸溶液中，將其徹底攪拌均勻，將其制成3種涂層，分別是RULRTATI型、IRTA型和RUTIIR型，通過(guò)軟頭尼龍刷把上述幾種配液在3個(gè)備用的鈦板中進(jìn)行均勻涂抹，隨后將其放置到溫度加熱到100℃的烘箱中進(jìn)行烘干，隨后將其放置到溫度為450℃的馬弗爐中，持續(xù)燒結(jié)十分鐘，隨后將其取出，等待其冷卻到室溫后，繼續(xù)重復(fù)上面幾項(xiàng)步驟，直到把所有的配置溶液全部涂抹完畢，最后將其放置在溫度為450℃的環(huán)境下，持續(xù)退火1h，制成涂層鈦陽(yáng)極3種形式，分別是RULRTA?TI型、IRTA型和RUTIIR型體系電極，并對(duì)其所呈現(xiàn)出來(lái)的化學(xué)性能進(jìn)行分析。
1.2 電極綜合性能分析
利用電子探針對(duì)制作出來(lái)的樣本成品進(jìn)行詳細(xì)觀察，分析其微觀形貌。利用電化學(xué)測(cè)試設(shè)備嚴(yán)格按照相應(yīng)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)針對(duì)3種鉛板和試樣實(shí)施析氯過(guò)電位的測(cè)試活動(dòng)。測(cè)試3種樣
本試樣的應(yīng)用壽命，需要把3種鉛板安置到模擬電解鋅的溶液當(dāng)中，開(kāi)始進(jìn)行壽命老化測(cè)試。
2、結(jié)果和討論
2.1 電極微觀形貌
通過(guò)對(duì)3種類型涂層進(jìn)行分析，可以發(fā)現(xiàn)RULRTI涂層表面氧化物存在晶粒粗大的現(xiàn)象，同時(shí)伴隨著嚴(yán)重的龜裂紋，在對(duì)這種電極實(shí)施點(diǎn)解的過(guò)程中，電解液能夠填滿并充斥整個(gè)龜
縫，隨后開(kāi)始電化學(xué)析氣反應(yīng)，在反應(yīng)中會(huì)出現(xiàn)氣泡不斷擴(kuò)大、聚集和擴(kuò)撒的現(xiàn)象，在氣泡擴(kuò)大的過(guò)程中會(huì)不斷地沖刷龜裂兩側(cè)，并腐蝕涂層。此外，在陽(yáng)極中還會(huì)產(chǎn)生一種新生態(tài)氧，其中部分內(nèi)容會(huì)在電解液界面以及活性涂層表面中出現(xiàn)放電現(xiàn)象，隨后脫離電極表層轉(zhuǎn)化成氧氣融入溶液當(dāng)中。因?yàn)橥繉雨?yáng)極中出現(xiàn)較為明顯的裂縫問(wèn)題，而另一部分是被電極表層所吸附，并在化學(xué)吸附的作用下，附著于鈦基體表層當(dāng)中，和鈦反應(yīng)后，生成一種不具備導(dǎo)電性質(zhì)的氧化膜，生成P-N結(jié)，這是一種反向電阻 [1] 。
2.2 電極析氯過(guò)電位
根據(jù)HG/T2471-1993標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)IRTA、RUIRTI、PB和RUIR?TATI這四種電極實(shí)施極化析氯測(cè)試，通過(guò)最終的測(cè)試結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)PB金屬其析氯過(guò)電位較強(qiáng)，基本上沒(méi)有發(fā)生鈍化的問(wèn)題，因?yàn)镻B擁有較高的析氯過(guò)電位，而陽(yáng)極的PB板無(wú)法將CL - 轉(zhuǎn)化成CL 2 ，進(jìn)而導(dǎo)致CL - 時(shí)刻腐蝕PB板，導(dǎo)致持續(xù)出現(xiàn)PB-PB 2+反應(yīng)，而在陽(yáng)極區(qū)中，也出現(xiàn)了 PB 2+ -PB 4+ 反應(yīng)，最終生成了PB0 2 ，其主要是附著于陽(yáng)極當(dāng)中，從而使PB陽(yáng)極很快便失去了應(yīng)有的效用。此外，其他3種涂層的鈦陽(yáng)極都擁有交寬的鈍化區(qū)，按照電化學(xué)相關(guān)理論，使圍鈍電流和鈍電位逐漸降低，鈍化區(qū)的寬度也相繼擴(kuò)大，材料的抗腐蝕能力也相繼提升，為此從析氯抗腐蝕性方面分析，鈦陽(yáng)極要高于PB板。在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中，隨著電位的不斷降低，產(chǎn)品生產(chǎn)中所需要消耗的電能也相繼擴(kuò)大，因此通過(guò)選擇RUIRTATI和RUIRTI涂層可以有效減少能耗，降低電解槽壓 [2] 。
2.3 電極老化壽命測(cè)試
對(duì)煙道中的電解鋅曾進(jìn)行分析，可以發(fā)現(xiàn)其電解液組成介質(zhì)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涂層、IRTA涂層和RUIRTI涂層等四種電極放置在上面幾種介質(zhì)內(nèi)實(shí)施老化試驗(yàn)，把電流密度控制為每平方米20000A，隨后開(kāi)始老化試驗(yàn)。
通過(guò)對(duì)最終的老化試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，RUIRTA?TI涂層擁有最長(zhǎng)的陽(yáng)極老化壽命，大概是PB陽(yáng)極的6～7倍，而在析氧環(huán)境中，IRTA體系的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)較為突出，但對(duì)于析氧和析氯環(huán)境相比，便稍顯遜色。TUIRTI體系于析氯環(huán)境下，盡管整體性能良好，但在這種介質(zhì)環(huán)境中，其應(yīng)用效果卻比較差。
RUIRTATI涂層體系中融合了IRTI析氧體系以及RUIRTI析氯體系等優(yōu)勢(shì)，而性能最好的低析氯過(guò)電元素是RU，至于TA元素可以有效預(yù)防基材的氧化問(wèn)題，為導(dǎo)電元素IR提供可靠的防護(hù)，從使用壽命和低槽壓等方面分析，RUIRTATI這種涂層體系能夠更加適用于電解鋅這種析氧兼析氯的介質(zhì)環(huán)境 [3] 。
3、實(shí)際掛片試驗(yàn)
在某一電鋅廠中實(shí)施掛片實(shí)驗(yàn)，其涂層體系是RUIRTATI，陽(yáng)極尺寸大小是2mm×1010mm×620mm，一共有4片涂層，可以和原電解槽內(nèi)PB板進(jìn)行混合應(yīng)用，在連續(xù)運(yùn)行了十3個(gè)月之后，依然可以維持有序活動(dòng)。
同時(shí)安裝鉛陽(yáng)極和鈦陽(yáng)極，其中鈦陽(yáng)極的槽壓是3.4伏，小于3.7伏的鉛陽(yáng)極。經(jīng)過(guò)1周的時(shí)間之后，兩種電極槽壓出現(xiàn)同步上升現(xiàn)象，鈦陽(yáng)極是3.8伏，而鉛陽(yáng)極是4.2伏，和鉛陽(yáng)極相比，鈦陽(yáng)極運(yùn)行中的電解效率相繼提升，兩片鉛陽(yáng)極平均單槽的產(chǎn)鋅量在12h中達(dá)到了4.2伏，而鈦陽(yáng)極電解率上升幅度較為明顯，兩片鉛陽(yáng)極鋅單槽產(chǎn)量在12h內(nèi)幾乎生成出18kg，整體產(chǎn)浪上漲了285。
通過(guò)對(duì)兩種陽(yáng)極在電鋅廠中的實(shí)際應(yīng)用狀況分析，如果將單槽改為全面應(yīng)用鉛陽(yáng)極，則1A材料成本會(huì)消耗18萬(wàn)元，如果將鈦陽(yáng)極全部應(yīng)用到單槽生當(dāng)中，則需要消耗大概10萬(wàn)元左右，從電力節(jié)約層面分析，選擇鈦陽(yáng)極，大概能夠幫助每年節(jié)省電費(fèi)1.5萬(wàn)元，促進(jìn)鋅產(chǎn)量提升至20%以上，如果全部替換成鈦陽(yáng)極，可以保障鋅產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到0#級(jí)，進(jìn)而減少鉛陽(yáng)極應(yīng)用中所產(chǎn)生的清洗次數(shù)和清槽系數(shù)，降低了整體勞動(dòng)強(qiáng)度。此外因?yàn)殁侁?yáng)極屬于一種環(huán)保型產(chǎn)品，因此在應(yīng)用中不會(huì)造成環(huán)境污染現(xiàn)象。當(dāng)鈦陽(yáng)極的點(diǎn)解失效后，鈦基材依然可以在涂層后進(jìn)行反復(fù)應(yīng)用，進(jìn)一步減少了基材的應(yīng)用生產(chǎn)成本。通過(guò)對(duì)掛片試驗(yàn)進(jìn)行分析，可以發(fā)現(xiàn)其中存在的幾種問(wèn)題，并對(duì)應(yīng)用鈦陽(yáng)極過(guò)程中的注意事項(xiàng)進(jìn)行總結(jié)：第一是鈦的電阻為銅電阻27倍之多，因此導(dǎo)電性能差，為此在設(shè)置中，需要盡量避免鈦陽(yáng)極和銅排接觸，鈦耳位置，可以選擇鈦銅復(fù)合材料。
4、結(jié)語(yǔ)
綜上所述，RULRTATI涂層鈦陽(yáng)極其電極應(yīng)用壽命比較久，而析氯過(guò)電位相對(duì)較低。通過(guò)某一電鋅廠中針對(duì)鈦陽(yáng)極掛片實(shí)施相關(guān)試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)引用RULRTATI涂層鈦陽(yáng)極能夠有效節(jié)省 投入成本，進(jìn)一步提升鋅品味，控制人工勞動(dòng)強(qiáng)度，提高及環(huán)保效率。在使用鈦陽(yáng)極時(shí)還需要注意將銅排和電極兩者進(jìn)行導(dǎo)電接觸，對(duì)電解液中的 F 離子和 MN 離子質(zhì)量濃度進(jìn)行嚴(yán)格控制。
參考文獻(xiàn)：
[1]蔡天曉,楊文柱.涂層鈦陽(yáng)極的研制及在電解鋅中的應(yīng)用[J].濕法冶金,2019,28(04):242-245.
[2]張招賢,李海濤.硫酸鹽體系電積金屬鎳中活性涂層鈦陽(yáng)極的研制[J].廣東有色金屬學(xué)報(bào),2016(01):30-34.
[3]胡葵英,黃斌.一種新型陽(yáng)極材料 — —釕-鈦-銥-錳涂層鈦陽(yáng)極研制成功[J].海洋科學(xué),2017(02):24.
作者簡(jiǎn)介：林琳（1984-），女，漢族，陜西渭南人，碩士，昆明冶金研究院助理工程師，主要研究方向：材料成型與控制。
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