葉昌美，黃 健，李武斌，張 誼，胡志同，任康銘

(貴州省新材料研究開發(fā)基地，貴州 貴陽 550014)

鋅冶煉分為兩種，即濕法冶煉和火法冶煉。目前80%以上的鋅是通過濕法冶煉生產(chǎn)出來的，電積是濕法煉鋅過程中的一道主要工序，其中陽極的組成和性質(zhì)非常重要，它直接影響鋅電積的能耗和陰極鋅的質(zhì)量[1-3]。一般作為電極材料必須滿足以下基本要求：(1)導(dǎo)電性良好；(2)耐腐蝕性強(qiáng)；(3)機(jī)械強(qiáng)度及加工性能好；(4)使用壽命長、費用低；(5)對電極反應(yīng)具有良好的電催化性能[4-5]。陳益超等[6]在鋅電積中陽極鍍層的研究表明，在陽極板上先后沉積PbO2和MnO2，極板的表面附著能力增強(qiáng)，腐蝕速率為2.6 g·m-2·h-1，電解鋅的電流效率增高。宋宏偉等[7]歸納總結(jié)鋅電積中影響鉛合金復(fù)合陽極性能的因素，即析氧過電位、耐腐蝕性、電催化活性等對陽極性能的影響，并作出了展望。張永春等[8-9]對Al/Pb-Ag復(fù)合陽極進(jìn)行電化學(xué)研究，與傳統(tǒng)的Pb-0.8%Ag電極相比，Al/Pb-0.8%Ag具有較高的耐腐蝕性和電催化活性。Yang Haitao等[10]對Al/Pb-Ag-Co復(fù)合材料進(jìn)行制備和性能測試，研究表明鈷的添加能夠降低復(fù)合材料的析氧電位，提高其耐腐蝕性。與鑄件Pb-0.3wt%Ag相比，Al/Pb-0.3wt%Ag和Al/Pb-0.3wt%Ag-0.01wt%Co的陽極氧化層更密，顆粒更細(xì)。在康厚林[11]的研究中，發(fā)現(xiàn)Pb-Ag-Sr-Ca合金陽極是電解鋅行業(yè)投資省、質(zhì)量優(yōu)、壽命最長的一種陽極。安茂忠等[12]采用XRD、EPMA等化學(xué)方法主要分析Zn-12.6%Ni陽極的溶解性和溶解機(jī)理，研究表明該陽極溶解均勻，可以作為電鍍Zn-Ni合金工藝的陽極材料。蔡天曉等[13]研究了涂層鈦陽極在電解鋅中的應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)RuIrTaTi涂層鈦陽極在節(jié)能和提高鋅產(chǎn)率方面都有明顯效果，陽極使用成本大幅度下降。周松兵等[14]對Al/Pb-Ag-Sn陽極的電化學(xué)性能進(jìn)行分析，研究表明Pb-0.8%Ag-0.1%Sn陽極表面的導(dǎo)電性優(yōu)于Pb-0.8%Ag，掃描電鏡圖像顯示Pb-0.8%Ag-0.1%Sn復(fù)合陽極材料表面形貌更加致密均勻。

綜上所述，尋求一種耐腐蝕、低銀的鉛合金陽極是鋅電積中的一個重要課題。本次試驗主要是在低銀鉛鈣合金表面進(jìn)行防腐處理，并進(jìn)行工業(yè)化對比試驗，期望達(dá)到耐腐蝕的目的，延長陽極壽命，從而降低電積鋅生產(chǎn)成本。

1 試驗方法

本次工業(yè)化試驗在某電解鋅廠進(jìn)行。經(jīng)表面鈍化處理后的陽極裝入第7#槽，其余槽為未經(jīng)表面處理的陽極板，其中第6#槽為設(shè)定對比槽。并對電積鋅質(zhì)量和重量進(jìn)行跟蹤，所有槽溶液循環(huán)方式相同。試驗期間，均按常規(guī)生產(chǎn)控制工藝條件。

生產(chǎn)技術(shù)條件：極距：62 mm；析出周期24 h，人工剝鋅；人工平整陽極，平整周期為15日。電解液：Zn 50 g/L；H2SO4170 g/L。槽溫：37～42 ℃；總槽壓：155～158 V；總電流： 30 kA；電流密度：494 A/m2；裝槽板：53塊。

2 試驗結(jié)果與分析

2.1 電積鋅產(chǎn)量及物理外觀

對一年的生產(chǎn)情況進(jìn)行記錄：第一個月后，兩個試驗電解槽中電鋅產(chǎn)量及質(zhì)量無明顯區(qū)別，因此三個月后只做隨機(jī)抽查，下面將詳細(xì)列出前三個月電解鋅的產(chǎn)量及外觀，整理得 表2及圖1數(shù)據(jù)。

圖1 電積鋅產(chǎn)量Fig.1 Weight of zinc

表2 試驗結(jié)果 Table 2 Test results

從圖1可以看出，7#電解槽中電積鋅在前30天內(nèi)產(chǎn)量明顯高于6#槽，而后逐漸持平，因此，我們以30天為一個周期統(tǒng)計出6#和7#槽中鋅產(chǎn)量，計算結(jié)果如表1所示，結(jié)果顯示，經(jīng)表面處理后的陽極電解槽中日均產(chǎn)鋅比未經(jīng)處理陽極電解槽多37 kg，第二、三個月產(chǎn)量基本持平。而且前兩個月內(nèi)7#槽中電積鋅更致密。為減少工人工作量，三個月之后我們只進(jìn)行隨機(jī)抽查，發(fā)現(xiàn)兩個電解槽中電鋅產(chǎn)量及外觀并無很大差別。

表1 陽極化學(xué)成分Table 1 Chemical constituents of anode

2.2 電積鋅中含鉛量

我們對前三個月內(nèi)產(chǎn)出的鋅中含鉛量進(jìn)行抽樣檢測，繪制出表2顯示，6#和7#電解槽中電積鋅中鉛含量均值分別為0.0023%和0.0025%，7#電解槽中電積鋅中鉛含量略優(yōu)于6#對比槽，均滿足鋅錠化學(xué)成分要求，可以用于生產(chǎn)壓鑄鋅合金。

表2 電積鋅中含鉛量Table 2 Lead content in zinc

2.3 電化學(xué)分析

對試驗陽極進(jìn)行取樣分析，于CHI660E電化學(xué)工作站測試其腐蝕電位及腐蝕電流，如圖2所示。通過圖2我們可以看到：6#試樣極化區(qū)腐蝕電壓約為-0.29 V，腐蝕電流密度大約為 5.6 A/cm2。7#試樣極化區(qū)腐蝕電壓約為-0.18 V，腐蝕電流大約為3.1 A/cm2。數(shù)據(jù)表明經(jīng)表面處理后的合金陽極腐蝕電壓和腐蝕電流密度均有改善，也就是經(jīng)表面改性后的合金陽極更耐腐蝕，工業(yè)化生產(chǎn)試驗證明，經(jīng)改性后陽極單位時間內(nèi)產(chǎn)量更高，能在一定程度上節(jié)約濕法煉鋅生產(chǎn)成本。

圖2 低銀鉛鈣合金陽極Tafel曲線Fig.2 Tafel curves of low-silver lead calcium alloy anode

3 結(jié) 論

我們進(jìn)行了將近一年的鋅電解生產(chǎn)跟蹤，第一個月后，對比陽極各項數(shù)據(jù)基本持平，并重點分析了前三個月的數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)對低銀鉛鈣合金陽極進(jìn)行表面處理后，前期效果比較顯著。因此，有必要對改性工藝進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化，使低銀鉛鈣合金陽極在電解生產(chǎn)中耐腐蝕性能更持久，進(jìn)一步提高單位時間內(nèi)電鋅的產(chǎn)量。以下是主要結(jié)論：

(1)經(jīng)表面鈍化處理后的低銀鉛鈣合金陽極電解生產(chǎn)過程中，第一個月電鋅產(chǎn)量明顯高于未經(jīng)處理的陽極，之后逐漸持平，略優(yōu)于未經(jīng)處理陽極；

(2)電鋅生產(chǎn)過程中，采用表面鈍化處理低銀鉛鈣合金陽極，產(chǎn)品含鉛量比未經(jīng)處理陽極略低，滿足鋅錠對鉛含量的要求，均可用于生產(chǎn)壓鑄鋅合金；

(3)電化學(xué)測試數(shù)據(jù)顯示，經(jīng)表面處理后的陽極具有更好的耐腐蝕性能。