一种电解用碳纤维阳极材料的制备方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及有色金属电解精炼用惰性阳极材料制备方法技术领域。
【背景技术】
[0002]目前，工业应用的阳极材料主要以铅银合金电极和钛基涂层电极为主。铅银合金阳极存在以下问题:(1)消耗贵金属，材料成本高；⑵阳极导电性较差，析氧电位高，槽电压高，直流电耗大；(3)力学性能较差，易变形，导致短路事故，电流效率降低；(4)耐蚀性差，铅少量溶解，既消耗阳极，影响阳极寿命，又使铅在阴极上沉积，污染阴极产品。钛基氧化物涂层虽然在盐酸体系中得到应用，但是内阻大，成本高，应用范围受限。
[0003]碳纤维有高的比模量和比强度、耐腐蚀、耐疲劳、耐磨损、比重轻等一系列优异机械性能，同时，导电性好、耐腐蚀性强、强度高易于加工、使用寿命长、制备费用低、电极催化活性高，适合用于有色金属电解精炼惰性阳极。
[0004]中国专利CN104694977A公开了一种碳纤维电极材料的制备方法，该方法首先对碳纤维进行表面处理，再由导电树脂粘接碳纤维布等步骤制备而成。该方法制备的碳纤维电极工艺复杂，机械强度低，同时碳纤维布在电解液中易分层，使用寿命短。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是解决现有技术的不足，提供一种成本低、耐腐蚀性和力学性能好、电流效率高，可消除铅污染、有效提高阴极产品纯的度电解用碳纤维阳极材料的制备方法。
[0006]本发明的目的通过如下技术方案实现:
[0007]—种电解用碳纤维阳极材料的制备方法，方法步骤如下:
[0008](1)将碳纤维粉末与粘结剂按质量比9:1?3:2均匀混合，形成预制配料；
[0009](2)将预制配料置于球磨机中球磨后筛分，得到球磨料；
[0010](3)将球磨料置于成型设备中冷压成型，得到成型料；
[0011](4)将成型料置于氮气或惰性气氛或真空高温气氛中无氧烧结成型，降温冷却后即得到碳纤维阳极材料。
[0012]上述步骤(1)所述碳纤维粉末的粒度为20?100 μπι。步骤(2)得到的球磨料粒度< 200目。步骤(1)所述粘结剂为树脂、沥青、聚乙烯醇中的一种或多种。步骤(3)所述冷压成型，冷压成型的压力为5?20MPa，保压时间为3?lOmin。步骤(4)所述烧结成型的烧结温度为350?500°C，烧结时的升温速率为5?10°C /min，保温时间为10?30min。
[0013]本发明以碳纤维为基体材料，通过添加粘结剂、压力成型、无氧烧结等工艺，制备得到机械强度高、耐腐蚀性能好、使用寿命长的碳纤维阳极材料，能够有效降低能耗和槽电压，提高电流效率。本发明工艺简单，成本低，利于工业化生产。
[0014]本发明通过开发新材料来降低电解过程中的高能耗，同时提高电解过程中阴极产品的纯度。克服了目前电解精炼过程中阳极的高能耗，高槽电压、低电流效率等缺点。
【附图说明】
[0015]图1为本发明的工艺流程图。
【具体实施方式】
[0016]实施例1
[0017]—种电解用碳纤维阳极材料的制备方法，如图1所示，方法步骤如下:
[0018](1)将碳纤维粉末与粘结剂按质量比9:1均匀混合，形成预制配料；碳纤维粉末的粒度为100 μπι，粘结剂为沥青和聚乙稀醇。
[0019](2)将预制配料置于球磨机中球磨，球磨时间30min，之后用200目的筛子筛分，得到球磨料；
[0020](3)称取一定量的球磨料置于成型设备中冷压成型，施加压力为20MPa，保压时间为5min，脱模后得到成型料；
[0021](4)将成型料置于高温炉中，通入氩气，排除高温炉中的空气。设定高温炉升温程序，升温速率为5°C /min,目标温度为500°C，保温时间为lOmin，待升温程序结束后，炉内成型料在保护气氛下随炉冷却，冷却到室温后取出，即得到碳纤维阳极材料。
[0022]实施例2
[0023]—种电解用碳纤维阳极材料的制备方法，方法步骤如下:
[0024](1)将碳纤维粉末与粘结剂按质量比3:2均匀混合，形成预制配料；碳纤维粉末的粒度为80 μ m，粘结剂为树脂。
[0025](2)将预制配料置于球磨机中球磨，球磨时间5min，之后用200目的筛子筛分，得到球磨料；
[0026](3)称取一定量的球磨料置于成型设备中冷压成型，施加压力为lOMPa，保压时间为lOmin，脱模后得到成型料；
[0027](4)将成型料置于高温炉中，通入氮气，排除高温炉中的空气。设定高温炉升温程序，升温速率为8°C /min,目标温度为400°C，保温时间为15min，待升温程序结束后，炉内成型料在保护气氛下随炉冷却，冷却到室温后取出，即得到碳纤维阳极材料。
[0028]实施例3
[0029]—种电解用碳纤维阳极材料的制备方法，方法步骤如下:
[0030](1)将碳纤维粉末与粘结剂按质量比7:3均匀混合，形成预制配料；碳纤维粉末的粒度为80 μ m，粘结剂为聚乙稀醇。
[0031](2)将预制配料置于球磨机中球磨，球磨时间lOmin，之后用180目的筛子筛分，得到球磨料；
[0032](3)称取一定量的球磨料置于成型设备中冷压成型，施加压力为5MPa，保压时间为lOmin，脱模后得到成型料；
[0033](4)将成型料置于高温炉中，通入氦气，排除高温炉中的空气。设定高温炉升温程序，升温速率为10°C /min,目标温度为350°C，保温时间为lOmin，待升温程序结束后，炉内成型料在保护气氛下随炉冷却，冷却到室温后取出，即得到碳纤维阳极材料。
[0034]实施例4
[0035]—种电解用碳纤维阳极材料的制备方法，方法步骤如下:
[0036](1)将碳纤维粉末与粘结剂按质量比3:1均匀混合，形成预制配料；碳纤维粉末的粒度为20 μ m，粘结剂为聚乙稀醇。
[0037](2)将预制配料置于球磨机中球磨，之后用120目的筛子筛分，得到球磨料；
[0038](3)称取一定量的球磨料置于成型设备中冷压成型，施加压力为15MPa，保压时间为3min，脱模后得到成型料；
[0039](4)将成型料置于高温炉中，抽真空，排除高温炉中的空气。设定高温炉升温程序，升温速率为6°C /min,目标温度为400°C，保温时间为30min，待升温程序结束后，炉内成型料在保护气氛下随炉冷却，冷却到室温后取出，即得到碳纤维阳极材料。
[0040]本发明所制备的碳纤维阳极与目前工业应用的铅银合金电极、铝基铅银合金电极、钛基电极等相比，重量明显减轻，方便电解过程中施工操作。本发明制备的碳纤维阳极消耗过程中不会产生污染金属，能大幅度提高电解中阴极产品纯度。
[0041]本发明制备的碳纤维阳极可作为有色金属电积用阳极、电池电极、电容器电极，应用于冶金、化工、电化学、污水处理等领域。
【主权项】
1.一种电解用碳纤维阳极材料的制备方法，其特征在于，方法步骤如下: (1)将碳纤维粉末与粘结剂按质量比9:1?3:2均匀混合，形成预制配料； (2)将预制配料置于球磨机中球磨后筛分，得到球磨料； (3)将球磨料置于成型设备中冷压成型，得到成型料； (4)将成型料置于氮气或惰性气氛或真空高温气氛中无氧烧结成型，降温冷却后即得到碳纤维阳极材料。2.根据权利要求1所述的一种电解用碳纤维阳极材料的制备方法，其特征在于，上述步骤(1)所述碳纤维粉末的粒度为20?100 μ m。3.根据权利要求1所述的一种电解用碳纤维阳极材料的制备方法，其特征在于，上述步骤(2)得到的球磨料粒度< 200目。4.根据权利要求1所述的一种电解用碳纤维阳极材料的制备方法，其特征在于，上述步骤(1)所述粘结剂为树脂、沥青、聚乙烯醇中的一种或多种。5.根据权利要求1所述的一种电解用碳纤维阳极材料的制备方法，其特征在于，上述步骤(3)所述冷压成型，冷压成型的压力为5?20MPa，保压时间为3?lOmin。6.根据权利要求1所述的一种电解用碳纤维阳极材料的制备方法，其特征在于，上述步骤(4)所述烧结成型的烧结温度为350?500°C，烧结时的升温速率为5?10°C /min，保温时间为10?30min。
【专利摘要】一种电解用碳纤维阳极材料的制备方法，将碳纤维粉末与粘结剂按质量比9：1～3：2均匀混合，形成预制配料；将预制配料置于球磨机中球磨后筛分，得到球磨料；将球磨料置于成型设备中冷压成型，得到成型料；将成型料置于氮气或惰性气氛或真空高温气氛中无氧烧结成型，降温冷却后即得到碳纤维阳极材料。本发明制备的碳纤维阳极具有良好的导电性，机械强度、耐腐蚀性和化学稳定性；同时有效降低沉积金属中杂质含量，大幅度提高阴极产品的纯度。
【IPC分类】C25C7/02
【公开号】CN105386087
【申请号】CN201510759745
【发明人】黄惠, 王彬彬, 郭忠诚
【申请人】昆明理工大学, 昆明理工恒达科技股份有限公司
【公开日】2016年3月9日
【申请日】2015年11月10日