电解锰用钛基氧化物析氯阳极的制备及性能研究

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金属锰的提炼方式主要有热法(火法)和电解法(湿法)两种,热法生产(金属锰)纯度不超过95~98%,而纯的金属锰则是由电解法制备(电解金属锰),其纯度可达99.7~99.9%以上。电解法生产已成为金属锰生产的主要方式。金属锰的作用是增加合金属材料的硬度,应用最广的有锰铜合金、锰铝合金,200系列不锈钢,锰在这些合金中能提高合金的强度、韧性、耐磨性和耐腐蚀性。电解锰的价格主要受供求关系,电力及原料的影响。金属锰电解是个高能耗的过程,提高电流效率与降低能耗是生产实践中最为关切的问题。本文重点研究了氯化物体系中使用H型电解槽电解金属锰的阳极材料及其改性。本文首先综述了电解锰用阳极的研究进展,然后研究超声前处理、锡钌钴摩尔比和煅烧温度对钛基锡钌钴氧化物电极性能的影响;其次研究锡钌钴锆摩尔比、刷涂次数和煅烧温度对钛基锡钌钴锆氧化物阳极性能的影响;最后将不同电极材料用于H型电解槽氯化物体系中做电解金属锰的小试实验。采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)对制备的镀层的微观形貌和物相进行了分析,并使用电化学工作站测试阳极极化曲线(LSV)、交流阻抗测试(EIS)、循环伏安曲线(CV)来判断电极的电化学性能,在小试实验中对比分析电极在使用过程中的槽电压、电流效率和能耗等经济指标。获得结论如下:采用超声波预处理、控制Sn:Ru:Co=6:1:0.8和温度为550℃,在此条件下获得钛基锡钌钴氧化物涂层电极涂层表面龟裂纹较少,活性面积最大,XRD显示其主要物相是锡钌氧化物的固溶体。通过电化学测试显示其在电流密度为500A·m-2下电极的析氯电位最低(1.165V),电催化活性最佳。通过不同锡锆摩尔比、刷涂次数和煅烧温度对制备的钛基锡钌钴锆氧化物涂层电极结果分析表明,Sn:Ru:Co:Zr=6:1:0.8:0.3,刷涂次数为13次,煅烧温度为500℃时,制备的钛基锡钌钴锆氧化物涂层电极的表面致密程度最大,活性面积最大,在电流密度为500A·m-2下电极析氯电位最低(1.184V),电催化活性最佳,XRD显示其主要物相是锡钌锆氧化物的固溶体。通过在氯化物体系中H型电解槽中电解金属锰的小试实验发现,随着温度和p H的增加金属锰电积的电流效率都呈现先增大后减小的趋势,而能耗都呈现先减小后增大再减小的趋势。当阴极槽液中p H=6.50、电解液温度为35℃时,金属锰电积的经济指标最佳。通过对不同电极的对比发现,制备的钛基锡钌钴锆电极的能耗最低(达到4357.1 k W·h/t·Mn),电流效率最大(72.03%)。而制备的Ti/Sn-Sb-RuOx/α-PbO2/β-PbO2电极表面的二氧化铅层易溶解脱落。
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