让有色金属电积不断“节能降耗”

2017-02-15 09:26 来源:科技日报  我有话说
2017-02-15 09:26:18来源:科技日报作者:责任编辑:白璐

  栅栏型铝基铅合金复合阳极板鉴定会的专家及项目组主要负责成员

  栅栏型铝基铅合金复合阳极板应用现场

  栅栏型铝基铅合金复合阳极板在锌电积中的应用实例

  2017年1月10日,一个振奋人心的消息传来,昆明理工大学郭忠诚团队研发的有色金属电积用栅栏型铝基铅合金复合阳极制备技术,在云南省晋宁工业园区,国内外一条栅栏型铝基铅合金复合阳极板半自动化生产线建成,经过现场的生产测试,全面通过验收,可实现年产能20万片栅栏型铝基铅合金复合阳极板,该生产线的实施国内外创新高。

  郭忠诚表示,栅栏型铝基铅合金复合阳极板生产线的成功只是起步,虽然我国有色金属湿法冶金工业的锌、铜、镍、锰和钴等电积过程一直使用铅合金作为阳极材料,但是铅合金阳极析氧过电位高、机械强度低、铅溶解及污染金属产品等关键技术问题未能得到根本解决。谁能提前实现技术突破使有色金属电积过程实现“节能降耗”,谁就能在有色金属新材料的研发与加工行业中淘到“金子”。因此,开发新型高效节能降耗电极材料及其加工技术是昆明理工大学郭忠诚团队的研究攻关重点。

  从2008年起,郭忠诚团队率先研究开发栅栏型铝基铅合金复合阳极制备技术;到2013年,在云南驰宏锌锗股份有限公司曲靖分公司进行了工业应用试验,经过许多厂家多次反复验证试验,最终形成稳定型的栅栏型铝基铅合金复合阳极板产品。8年的科学研究实践探索,团队形成了特色鲜明、优势明显的有色金属新材料研发与技术开发优势。

  注重理论研究,实现技术突破

  有色金属是国民经济建设的重要基础材料,提炼加工有色金属新材料和开发制备技术备受行业瞩目。在国家自然科学基金、科技部火炬计划、云南省科技创新强省计划等项目支持下,由昆明理工大学郭忠诚教授为项目负责人组成的创新团队,提出“栅栏型铝基铅合金复合阳极”设计思路,为新技术的开发提供了创新思路。

  该创新团队首先针对国内外传统铅合金阳极导电性差、成本高、槽电压高、耐腐蚀性差等问题,持续系统地开展了理论研究和相应的实践应用,探明了铅基合金阳极在电积锌体系腐蚀规律。研究发现β-PbO2氧化膜的形成是提高析氧电催化活性和耐腐蚀性的本质原因,阳极表面β-PbO2形成越多,电催化活性和耐蚀性越好,为铅合金阳极表面陶瓷化处理提供理论依据。同时,该创新团队自主研发了栅栏型铝基铅合金复合阳极表面陶瓷化处理新技术,确定了β-PbO2氧化膜的形成条件和规律,完成了以活性β-PbO2为核心,WC、ZrO2等纳米颗粒掺杂改性β-PbO2-WC-ZrO2复合陶瓷膜的成分设计与工艺优化,探明了制备体系及材料性能与成分的关联机制。

  具体应用到工业化生产中,新材料的制备技术仍在不断革新。团队自主研发了系列有色金属电积用栅栏型铝基铅合金复合阳极制备新技术和铅基多元合金制备技术。利用铝优良的导电性和铅合金良好的电化学性能,采用挤压拉拔复合技术制备铝基铅合金复合材料,并将其加工成栅栏型铝基铅合金复合阳极板;利用微合金化理论开发出锌电积用Pb-Ag-Al合金,A1掺杂到铅合金中,降低贵金属银的添加量;铜电积用Pb-Ca-Cu-Sn-RE合金,添加少量铜可细化铅合金晶粒,加入铜和稀土有利于提高合金电催化活性和耐腐蚀性。该团队自主研发“有色金属电积用铝基铅合金复合阳极制备技术与应用”的科技成果,获得2016年度中国有色金属工业科技进步一等奖。

  2016年8月26日,中国有色金属工业协会对昆明理工大学等相关单位所承担的“栅栏型铝基铅合金复合阳极制备技术与应用”项目进行了科技技术成果评价。评价报告中指出,栅栏型铝基铅合金复合阳极,与现有传统铅基合金阳极相比,成本降低了 5%—20%,锌 电 积 过 程 中 电 流 效 率 提 高 2%—6%、槽 电 压 降 低0.05—0.15V、直流电耗 2800—3100kWh,阴极电流密度可以升高到 1000A/m2以上,提高了阴极产品的品级率。

  加速市场推广,覆盖全球范围

  在我国,科研与创新成果有一个实难破解的困境——如何将科研成果及时有效转化?而这个问题在郭忠诚团队的技术研发与推广应用过程中并未出现,原因在于产品推广与研发在该团队中是同时进行着。

  郭忠诚除了昆明理工大学冶金与能源工程学院的教授身份外,还有一个在业界叫得响的身份——昆明理工恒达科技股份有限公司董事长。在整个项目推进过程中,郭忠诚担负着多重任务:既是技术突破的研发者,又是产品应用推广的推销员,还是公司经营管理的管理者。

  昆明理工恒达科技股份有限公司是由自然人、昆明理工大学、红塔创新投资股份有限公司等股东构成,是一个典型的混合所有制企业,2014年9月在新三板挂牌上市,时机成熟时到创业板IPO。作为整个项目的依托主体,公司将核心业务确定在新型节能降耗电极材料、高效储能材料及其制备技术,并且以节能降耗电极新材料、高效储能新材料的产品设计和产业化生产为主业,因此在从最初的设计到产品的生产与供应,整个产业链条上下游之间的环节被全部打通、顺利推广应用。

  2014年昆明理工恒达科技股份有限公司在云南省晋宁工业园区建成国内外首条栅栏型铝基铅合金复合阳极板半自动化生产线,年生产能力超过20万片;同年,产品首次在云南金鼎锌业有限公司大规模成功应用;2015年,产品逐步推广应用于株洲冶炼集团股份有限公司、湖南轩华锌业有限公司、鑫联环保科技股份有限公司、巴彦淖尔紫金有色金属有限公司、云南祥云飞龙再生科技股份有限公司、云南永昌铅锌股份有限公司、西部矿业股份有限公司等,实现销售收入2.2亿元,利税4000余万。近三年来给产品用户企业带来累计新增产值约68.909亿元,新增利润约5.18亿元的经济效益。

  丰厚的市场回报是源于过硬的产品技术,郭忠诚团队通过系统的现场数据采集及对比分析表明:栅栏型铝基铅合金复合阳极板与传统铅基合金阳极板比,锌电积过程电流效率可提高2%—6%、槽电压可降低0.05—0.15V、电流密度可升高至1000A/m2以上、0#锌的品级率高、产品采购成本低于传统铅基合金阳极板。

  由中国有色金属工业协会组织,邀请有关院士及专家对该成果进行了鉴定,结论是:栅栏型铝基铅合金复合阳极制备技术攻克了多个技术难题,革新了镀膜工艺技术,延长了阳极使用寿命。尤其是对湿法冶金电积过程的节能降耗和阴极产品质量的提高提供了技术保障,对湿法冶金行业阳极的升级改造和科技进步具有推动作用。该项目整体技术在有色金属电积领域处于国际领先水平,技术经济指标先进,生产实践表明技术先进、工艺稳定、重现性好、成熟度高。

[责任编辑:白璐]

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