有色金屬電積可不斷“節(jié)能降耗”

柵欄型鋁基鉛合金復(fù)合陽極板應(yīng)用現(xiàn)場

柵欄型鋁基鉛合金復(fù)合陽極板在鋅電積中的應(yīng)用實例

　　2017年1月10日，一個振奮人心的消息傳來，昆明理工大學(xué)郭忠誠團隊研發(fā)的有色金屬電積用柵欄型鋁基鉛合金復(fù)合陽極制備技術(shù)，在云南省晉寧工業(yè)園區(qū)，國內(nèi)外一條柵欄型鋁基鉛合金復(fù)合陽極板半自動化生產(chǎn)線建成，經(jīng)過現(xiàn)場的生產(chǎn)測試，全面通過驗收，可實現(xiàn)年產(chǎn)能20萬片柵欄型鋁基鉛合金復(fù)合陽極板，該生產(chǎn)線的實施國內(nèi)外創(chuàng)新高。

　　郭忠誠表示，柵欄型鋁基鉛合金復(fù)合陽極板生產(chǎn)線的成功只是起步，雖然我國有色金屬濕法冶金工業(yè)的鋅、銅、鎳、錳和鈷等電積過程一直使用鉛合金作為陽極材料，但是鉛合金陽極析氧過電位高、機械強度低、鉛溶解及污染金屬產(chǎn)品等關(guān)鍵技術(shù)問題未能得到根本解決。誰能提前實現(xiàn)技術(shù)突破使有色金屬電積過程實現(xiàn)“節(jié)能降耗”，誰就能在有色金屬新材料的研發(fā)與加工行業(yè)中淘到“金子”。因此，開發(fā)新型高效節(jié)能降耗電極材料及其加工技術(shù)是昆明理工大學(xué)郭忠誠團隊的研究攻關(guān)重點。

　　從2008年起，郭忠誠團隊率先研究開發(fā)柵欄型鋁基鉛合金復(fù)合陽極制備技術(shù)；到2013年，在云南馳宏鋅鍺股份有限公司曲靖分公司進行了工業(yè)應(yīng)用試驗，經(jīng)過許多廠家多次反復(fù)驗證試驗，最終形成穩(wěn)定型的柵欄型鋁基鉛合金復(fù)合陽極板產(chǎn)品。8年的科學(xué)研究實踐探索，團隊形成了特色鮮明、優(yōu)勢明顯的有色金屬新材料研發(fā)與技術(shù)開發(fā)優(yōu)勢。

　　注重理論研究，實現(xiàn)技術(shù)突破

　　有色金屬是國民經(jīng)濟建設(shè)的重要基礎(chǔ)材料，提煉加工有色金屬新材料和開發(fā)制備技術(shù)備受行業(yè)矚目。在國家自然科學(xué)基金、科技部火炬計劃、云南省科技創(chuàng)新強省計劃等項目支持下，由昆明理工大學(xué)郭忠誠教授為項目負責(zé)人組成的創(chuàng)新團隊，提出“柵欄型鋁基鉛合金復(fù)合陽極”設(shè)計思路，為新技術(shù)的開發(fā)提供了創(chuàng)新思路。

　　該創(chuàng)新團隊首先針對國內(nèi)外傳統(tǒng)鉛合金陽極導(dǎo)電性差、成本高、槽電壓高、耐腐蝕性差等問題，持續(xù)系統(tǒng)地開展了理論研究和相應(yīng)的實踐應(yīng)用，探明了鉛基合金陽極在電積鋅體系腐蝕規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)β-PbO2氧化膜的形成是提高析氧電催化活性和耐腐蝕性的本質(zhì)原因，陽極表面β-PbO2形成越多，電催化活性和耐蝕性越好，為鉛合金陽極表面陶瓷化處理提供理論依據(jù)。同時，該創(chuàng)新團隊自主研發(fā)了柵欄型鋁基鉛合金復(fù)合陽極表面陶瓷化處理新技術(shù)，確定了β-PbO2氧化膜的形成條件和規(guī)律，完成了以活性β-PbO2為核心，WC、ZrO2等納米顆粒摻雜改性β-PbO2-WC-ZrO2復(fù)合陶瓷膜的成分設(shè)計與工藝優(yōu)化，探明了制備體系及材料性能與成分的關(guān)聯(lián)機制。

　　具體應(yīng)用到工業(yè)化生產(chǎn)中，新材料的制備技術(shù)仍在不斷革新。團隊自主研發(fā)了系列有色金屬電積用柵欄型鋁基鉛合金復(fù)合陽極制備新技術(shù)和鉛基多元合金制備技術(shù)。利用鋁優(yōu)良的導(dǎo)電性和鉛合金良好的電化學(xué)性能，采用擠壓拉拔復(fù)合技術(shù)制備鋁基鉛合金復(fù)合材料，并將其加工成柵欄型鋁基鉛合金復(fù)合陽極板；利用微合金化理論開發(fā)出鋅電積用Pb-Ag-Al合金，A1摻雜到鉛合金中，降低貴金屬銀的添加量；銅電積用Pb-Ca-Cu-Sn-RE合金，添加少量銅可細化鉛合金晶粒，加入銅和稀土有利于提高合金電催化活性和耐腐蝕性。該團隊自主研發(fā)“有色金屬電積用鋁基鉛合金復(fù)合陽極制備技術(shù)與應(yīng)用”的科技成果，獲得2016年度中國有色金屬工業(yè)科技進步一等獎。

　　2016年8月26日，中國有色金屬工業(yè)協(xié)會對昆明理工大學(xué)等相關(guān)單位所承擔(dān)的“柵欄型鋁基鉛合金復(fù)合陽極制備技術(shù)與應(yīng)用”項目進行了科技技術(shù)成果評價。評價報告中指出，柵欄型鋁基鉛合金復(fù)合陽極，與現(xiàn)有傳統(tǒng)鉛基合金陽極相比，成本降低了5%—20%，鋅電積過程中電流效率提高2%—6%、槽電壓降低0.05—0.15V、直流電耗2800—3100kWh，陰極電流密度可以升高到1000A/m2以上，提高了陰極產(chǎn)品的品級率。

　　加速市場推廣，覆蓋全球范圍

　　在我國，科研與創(chuàng)新成果有一個實難破解的困境——如何將科研成果及時有效轉(zhuǎn)化？而這個問題在郭忠誠團隊的技術(shù)研發(fā)與推廣應(yīng)用過程中并未出現(xiàn)，原因在于產(chǎn)品推廣與研發(fā)在該團隊中是同時進行著。

　　郭忠誠除了昆明理工大學(xué)冶金與能源工程學(xué)院的教授身份外，還有一個在業(yè)界叫得響的身份——昆明理工恒達科技股份有限公司董事長。在整個項目推進過程中，郭忠誠擔(dān)負著多重任務(wù)：既是技術(shù)突破的研發(fā)者，又是產(chǎn)品應(yīng)用推廣的推銷員，還是公司經(jīng)營管理的管理者。

　　昆明理工恒達科技股份有限公司是由自然人、昆明理工大學(xué)、紅塔創(chuàng)新投資股份有限公司等股東構(gòu)成，是一個典型的混合所有制企業(yè)，2014年9月在新三板掛牌上市，時機成熟時到創(chuàng)業(yè)板IPO。作為整個項目的依托主體，公司將核心業(yè)務(wù)確定在新型節(jié)能降耗電極材料、高效儲能材料及其制備技術(shù)，并且以節(jié)能降耗電極新材料、高效儲能新材料的產(chǎn)品設(shè)計和產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)為主業(yè)，因此在從最初的設(shè)計到產(chǎn)品的生產(chǎn)與供應(yīng)，整個產(chǎn)業(yè)鏈條上下游之間的環(huán)節(jié)被全部打通、順利推廣應(yīng)用。

　　2014年昆明理工恒達科技股份有限公司在云南省晉寧工業(yè)園區(qū)建成國內(nèi)外首條柵欄型鋁基鉛合金復(fù)合陽極板半自動化生產(chǎn)線，年生產(chǎn)能力超過20萬片；同年，產(chǎn)品首次在云南金鼎鋅業(yè)有限公司大規(guī)模成功應(yīng)用；2015年，產(chǎn)品逐步推廣應(yīng)用于株洲冶煉集團股份有限公司、湖南軒華鋅業(yè)有限公司、鑫聯(lián)環(huán)?？萍脊煞萦邢薰?、巴彥淖爾紫金有色金屬有限公司、云南祥云飛龍再生科技股份有限公司、云南永昌鉛鋅股份有限公司、西部礦業(yè)股份有限公司等，實現(xiàn)銷售收入2.2億元，利稅4000余萬。近三年來給產(chǎn)品用戶企業(yè)帶來累計新增產(chǎn)值約68.909億元，新增利潤約5.18億元的經(jīng)濟效益。

　　豐厚的市場回報是源于過硬的產(chǎn)品技術(shù)，郭忠誠團隊通過系統(tǒng)的現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集及對比分析表明：柵欄型鋁基鉛合金復(fù)合陽極板與傳統(tǒng)鉛基合金陽極板比，鋅電積過程電流效率可提高2%—6%、槽電壓可降低0.05—0.15V、電流密度可升高至1000A/m2以上、0#鋅的品級率高、產(chǎn)品采購成本低于傳統(tǒng)鉛基合金陽極板。

　　由中國有色金屬工業(yè)協(xié)會組織，邀請有關(guān)院士及專家對該成果進行了鑒定，結(jié)論是：柵欄型鋁基鉛合金復(fù)合陽極制備技術(shù)攻克了多個技術(shù)難題，革新了鍍膜工藝技術(shù)，延長了陽極使用壽命。尤其是對濕法冶金電積過程的節(jié)能降耗和陰極產(chǎn)品質(zhì)量的提高提供了技術(shù)保障，對濕法冶金行業(yè)陽極的升級改造和科技進步具有推動作用。該項目整體技術(shù)在有色金屬電積領(lǐng)域處于國際領(lǐng)先水平，技術(shù)經(jīng)濟指標先進，生產(chǎn)實踐表明技術(shù)先進、工藝穩(wěn)定、重現(xiàn)性好、成熟度高。（高云）