第3 3卷 第 "期 "--# 年 3 月
有
色
金
属
N H N ; 2 1 1 H O )J 2 6 + P )
，N 5 K M . 3 3 K . " J ( Q "--#
稀土在铅基合金中的应用
李
"， 鑫!， 王 #， 涛!， 魏绪钧!， 徐秀芝!
（ 沈阳 ! ；% 北京 ! ； ! "东北大学， ! # # # $ "北京矿冶研究总院， # # # & & 沈阳 ! ） ’ "沈阳新松机器人自动化股份有限公司， ! # # ! (
［ ］ " = # 。 性能， 已取得了一些研究成果
近代 电 解 锌 厂 均 使 用 铅 = 银 二 元 合 金 （含 银 ， 该合金的缺点是使用大量的金属 . / 3 0! ! . 0） 银， 机械强度较低， 容易变形， 从而引起短路， 使用寿 命不长， 影响析出锌的产品质量等。探索新的阳极 材质已成当务之急， 有人试用过石墨、 四氧化三铁、 二氧化锰、 二氧化铅等作为阳极材质， 但由于技术上 的原因， 未能应用于工业生产实践。最近锌电解阳 极板的研究集中在两方面： 完善现有铅 = 银合金阳 极预处理和强化阴阳极间绝缘处理； 开发新型铅基 多元合金阳极。试验发现， 加入碱土金属钙、 锶、 钡 的铅基多元合金是较理想的阳极材质， 目前正在国 内外许多湿法炼锌厂推广应用。在铅银合金阳极中 添加钙锶等碱土金属， 是适当降低含银量的有效途 径之一。原沈阳冶炼厂较成功地开发出了四元合金 ） 阳极板， 组成为 （’ ( :) * . ! 0、 + . " 3 0 !. # 0、 , 余量是 $ 。其中 ’ % (和 ) *作为硬化剂代替. 3 0! ， 生产应用获得成功， 阳极制作成本显 . / 3 0的 + , 著降低， 效益可观。 目前铅基四元合金阳极在国内已有多家电解锌 厂应用， 同二元铅银合金阳极相比， 电流效率提高 电耗降低 ! ・ ／ 阳极寿 . 3 0! ! . 0， ! ! 3 ? @ A B锌， 命大于! . 3年。德国鲁尔电锌厂已在" -世纪< -年 代将铅基四元合金阳极投入工业生产， 效果与我国 研制的四元合金阳极相同。加拿大科明科公司特利 尔电锌厂作了 $ % & ’ ( & + B电 , 三元合金阳极日产 8
图, " （" ） 合金中 # $ % & $ ’ ( # $ % & $ ’ ( $ * + 添加稀土对其硬度的影响
# $ & ? ’ ( ( ) * + , ( . ) ) . + /0 ) + . 1 3 . E E $ + $ , 2, 2/ . E 2 ) 3 3 % （ ） , (6 7 8 9 . 8 : -6 7 8 9 . 8 : 8 ; 1 1 , %. 5
图! 稀土对 " # $ % & $ ’ (合金析氧电位的影响
! " $ % & ’ ’ ( ) * + ’ , , ( ( , * ./ ( * 0 1 + 2( 0 ( ) * , + + * ( 2 * " 0 # 3 + ’ + 4 ( 26 ( + 1 " * " + 2+ 27 8 9 : 9 ; , 2 + 6 ( 5 # 3
要： 研究稀土对铅基合金机械性能、 耐腐蚀性能和电化学性能的影响。结果表明， （ ） 合金中添加 $ % & ’ ( & ) * & + . " / 0+ , , ， 银含量由 降为 ， 析氧过电位降低约 。用该合金作锌电解用阳极板， 可满足锌电解阳极板对合金 . # 01 2 . " / 0 . ! # 3 0 ! 4 5 材料的硬度和耐蚀性要求， 降低锌电解的槽电压， 同时降低阳极板生产成本和锌电解生产成本。 关键词： 金属材料； 稀土铅基合金； 合金化； 锌电解； 阳极板 : ； : ； 中图分类号： 6 7 ! 8 9 . 8 3 6 7 ! 8 9 . ! " 6 ; < ! # 文献标识码： + 文章编号： （ ） ! ! = " ! ! " # " = ! 3 = # 摘
# ／ （ 的硫 耐腐蚀性测试： 以 ! C! . " < 3 D 4 ! 3 E） , 酸为电解液， 各电解池串联， 以! 4 + 的电流进行
。 恒电流加速腐蚀试验， 腐蚀时间大约为! 3 F ! 3 F后 将板栅合金取出， 溶去表面氧化膜， 吹干、 称量， 根据 质量损失评价各合金材料的耐腐蚀性能。 电化学性能测试： 采用三电极体系， 铅基合金作 工作电极、 ／ 纯$ G G ) H B作辅助 , , " 8 电极作参比电极、 电极。采用美国 2 7 I 7J K F L M ! / # 电化学综合测试 仪， 动电位法测量各合金阳极极化曲线， 从而进一步 求出各合金的析氧过电位。通过比较各合金阳极极 化的曲线， 考查稀土含量对合金析氧过电位的影响。
收稿日期： " " = ! = ! 9 万方数据 作者简介： 李 鑫 （ ， 男， 新疆塔城市人， 工程师， 硕士 ! > / # =）
! 实验方法
! " ! 合金制备 已有的研究成果表明， 稀土在铅基合金中的最
［ ］ 佳范围为 . " 0 !. 8 0 8 。试验中分别配制稀
土含量为 . ! 0， . " 0， . # 0， . 8 0， . 3 0， . / 0， . ! 0， . 3 0的铅基稀土合金及不含稀土 的合金试样。将已配制好的 $ % & ’ ( & ) * & + , 合金按相 同工艺条件重熔、 浇铸。为保证分析的准确性和一 致性， 合金一次浇铸成片状、 圆柱状和棒状 # 种形 状， 其中片状合金两片， 分别用作加速腐蚀试验中的 阳极片和阴极片， 圆柱状合金两块， 一块作硬度分 析， 一块作成分分析， 棒状合金一根， 作合金电化学 性能测试用工作电极。 ! " # 合金性能测试 硬度测试： 以布氏硬度作为评测标准。
图! 不同稀土含量对 " # $ % & $ ’ ( 合金耐蚀性的影响
# $ & " ’ ( ( ) * + , ( . ) ) . + /0 ) + . 1 * , 2 + ) 2 + , 2* , , 3 $ , 2 % ) 3 $ 3 + $ 4 $ + (6 7 8 9 . 8 : . 1 1 , 5, 5
测试结果表明， 6 7 8 9 . 8 : 8 ; %合金中添加稀土后 硬度有所下降， 但下降幅度不大， 仍能满足锌电解阳 极板对硬度的要求。从 6 7 8 ! >9 .和 6 7 8 ! >D ’中 间合金的表观现象来看， 6 7 8 ! >9 .中间合金的硬度 远远大于 6 说明在 6 7 8 ! >D ’ 中间合金， 7 8 9 . 8 D ’合 金中， 对硬度起主要影响作用的是 9 ， . D ’ 虽对提高 铅板的硬度有一定作用， 但远不如 9 .的作用大。
?稀土对铅基合金物理性能的影响
图) 不同稀土含量对 " # $ % & $ ’ ( $ * + 合金耐蚀性的影响
# $ & ! ’ ( ( ) * + , ( . ) ) . + /0 ) + . 1 * , 2 + ) 2 + , 2* , , 3 $ , 2 % ) 3 $ 3 + $ 4 $ + (6 7 8 9 . 8 : 8 ; . 1 1 , 5, % 5
电解锌生产实践表明， 9 0 以上的电能消耗在 锌电解的阳极过程， 阳极的电化学稳定性和机械强 度直接影响电解的运行指标、 阴极析出锌含铅量及
［ ］ ! 铅银阳极的消耗 。
锌工业试验， 不久将大规模应用于工业生产。 锌电解用阳极板合金材料研究中， 在铅基合金 中添加各种有效元素改善和提高阳极板合金的各项
F 稀土对铅基合金电化学性能的影响
作为锌电解用阳极板合金， 除要求具有高的耐 蚀性和一定的硬度外， 电化学性能尤其重要， 要求具 有较低的析氧过电位， 这样可降低锌电解过程的槽 电压， 从而降低电耗。图 F 为稀土对 6 7 8 9 . 8 : -合金 析氧过电位的影响。 由图F可以看出， 析 6 7 8 9 . 8 : -合金与纯铅相比， 氧电位明显低。添加稀土 6 7 8 9 . 8 : -的合金与未添 加稀土的合金相比， 析氧电位明显降低。稀土添加 量在< 析氧电位随稀土含量 & < < >! < & < ? >范围内， 的增加而降低； 稀土含量超过 < 析氧电位 & < ? > 时， 又有所增加。在铅钙锶合金中添加适量稀土可降低 合金析氧过电位约F < 0 G。此外在铅钙锶合金中添
第 G期
李
鑫等：稀土在铅基合金中的应用
@ H
加稀土可明显提高其耐蚀性能， 因此可以认为， 该合 金作为锌电解阳极板具有较好的应用前景。
表明， 含D $ D E F> & 和D $ G H F? 8 9 : 9 ; , 9 ? 9 > & #的 7 # 合金的析氧电位为 @ 明显高于含 D $ A H G C， $ D E F> & 和D $ @ E < F? 8 9 : 9 ; , 9 ? 9 > & 合金的析氧电位 #的 7 # 且相对于不含 > （D @ $ A < I C， &的 7 8 9 : 9 ; , 9 ? $ G H F # ） 合金， 虽然 ? 但由于稀土元素 ? # # 的含量也较高， 对合金析氧电位的影响， 添加稀土后合金的析氧电 位远远低于不含稀土的7 （ ） 合金。 8 9 : 9 ; , 9 ? D $ G H F? # # 说明稀土对降低 7 8 9 : 9 ; ,合金析氧电位有明显的效 果， 而加入 ? 8 9 : 9 ; ,合金的析氧电位。 #则明显提高 7 考虑锌电解的实际情况， 添加D ， 将? $ D E F> & #含量降 低一半， 既可以保证锌电解阳极板的耐蚀性， 又降低了 阳极析氧过电位， 从而降低槽电压， 减少电耗。可以认 为， 在7 8 9 : 9 ; , 9 ? & 部分取代 ? #合金中用 > #用于锌 电解阳极板， 具有很好的应用前景。