一种电解二氧化锰用非金属阴极板及其制备方法和应用与流程

本发明属于电解，尤其涉及一种电解二氧化锰用非金属阴极板及其制备方法和应用。

背景技术：

1、电解二氧化锰（electrolytic manganese dioxide, emd）的制备方法主要有硫酸法、氯化法、硝酸法、碳酸法和“两矿法”等。在众多电解体系中，硫酸体系具有廉价、低腐蚀性和无毒性气体排放等优势，是制备emd的主要介质。电解二氧化锰生产方法大致如下：首先用硫酸浸取碳酸锰矿石制得硫酸锰溶液，再将其配制为含硫酸的电解液，插入阳极、阴极板通电进行电解反应，此时，在阳极上析出固体二氧化锰，在阴极上析出氢气，总的反应式为：

2、mnso4+2h2o→mno2+h2so4+h2↑

3、作为电解二氧化锰制备工艺的必备耗材，目前市面上的阴极板主要为紫铜阴极板、石墨阴极板、碳碳阴极板。

4、由于铜类材质不耐腐蚀，价格高昂，在电解时会为产品引入铜杂质，故碳素类材质的阴极板在整体参数上优于铜材质，在emd量产制作中更具优势。

5、石墨材质的阴极板脆性高，在搬运、清理等维护过程中易损坏，需经常更换，大幅提高了使用成本。

6、添加碳纤维增强相的碳碳阴极板，具有很强的冲击韧性，能很好的解决维护过程中的损耗问题，但是电阻率和耐腐蚀性相较于石墨阴极较低，且在烧结过程中表面容易出现裂纹鼓包，表面光滑度较差。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种电解二氧化锰用非金属阴极板及其制备方法和应用。

2、为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

3、一种电解二氧化锰用非金属阴极板的制备方法，包括下述的步骤：

4、（1）将包含不同目数的石墨粉、超细环氧树脂和表面改性碳纤维在内的原料混合，得到混合料；所述表面改性碳纤维是将碳纤维进行通氧氧化处理得到，处理温度为150~200℃；

5、（2）将混合料进行温等静压压制成型，得到生坯；

6、（3）将生坯置于微波烧结炉中进行微波碳化，碳化处理后的极板进行cvd表面处理，得到所述电解二氧化锰用非金属阴极板；所述微波碳化是在保护气氛下采用微波加热，在设定的升温速率下温度呈阶梯状上升至950~1050℃，然后在设定的降温速率下降温。

7、作为进一步的改进，步骤（1）所述石墨粉包括300~350目、650~900目和1100~1300目的石墨粉，质量比为20~30：10~30：50。

8、作为进一步的改进，步骤（1）所述超细环氧树脂粒度d50为5~15微米。

9、作为进一步的改进，步骤（1）所述碳纤维为短切纤维，短切纤维的长度为2~7mm。

10、作为进一步的改进，步骤（1）所述不同目数的石墨粉、超细环氧树脂、表面改性碳纤维的质量比为65~78:25~18:10~4。

11、作为进一步的改进，步骤（2）所述温等静压控制压制温度为120~150℃，压制压力为100~300mpa。

12、作为进一步的改进，步骤（3）所述微波碳化过程为：依次用0.5~1h升温至150~170℃并保温10~30min，用2~3h升温至220~300℃并保温1.5~2h，用10~16h升温至350~400℃并保温10~30min，用40~80h升温至580~620℃并保温4~6h，用10~16h升温至840~860℃并保温5~8h，用8~10h升温至950~1050℃并保温4~6h，然后用6~10h降温至580~620℃并保温1~2h，再用4~6h降温至390~430℃，保温2~4h后自然冷却至室温。

13、作为进一步的改进，步骤（3）所述cvd表面处理采用碳源气体进行化学气相沉积。

14、本发明还提供一种采用所述制备方法得到的电解二氧化锰用非金属阴极板。

15、本发明还提供一种所述的非金属阴极板在制备电解二氧化锰中的应用。

16、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

17、本发明的电解二氧化锰用非金属阴极板材料，相比铜阴极生产电催化效果和导电性能得到了极大的提升，产品中的铜、铁等杂质显著降低，而且产品具有更小的比表面积和更严密的微观结构。

18、本发明在目前的碳碳阴极板的基础上，通过改进配方和制备工艺，进一步提升了非金属碳碳阴极板的电导性，增加了极板密度，提高了极板的抗腐蚀能力和表面光滑度，表面不会产生裂纹鼓包。

19、本发明制备的阴极板表面密度为1.75~1.85g/cm3，抗弯强度为65~85mpa，电阻率为15~18微欧米。

技术特征：

1.一种电解二氧化锰用非金属阴极板的制备方法，其特征在于，包括下述的步骤：

2.根据权利要求1所述的电解二氧化锰用非金属阴极板的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述石墨粉包括300~350目、650~900目和1100~1300目的石墨粉，质量比为20~30：10~30：50。

3.根据权利要求1或2所述的电解二氧化锰用非金属阴极板的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述超细环氧树脂粒度d50为5~15微米。

4.根据权利要求1或2所述的电解二氧化锰用非金属阴极板的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述碳纤维为短切纤维，短切纤维的长度为2~7mm。

5.根据权利要求1或2所述的电解二氧化锰用非金属阴极板的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述不同目数的石墨粉、超细环氧树脂、表面改性碳纤维的质量比为65~78:25~18:10~4。

6.根据权利要求1或2所述的电解二氧化锰用非金属阴极板的制备方法，其特征在于，步骤（2）所述温等静压控制压制温度为120~150℃，压制压力为100~300mpa。

7.根据权利要求1或2所述的电解二氧化锰用非金属阴极板的制备方法，其特征在于，步骤（3）所述微波碳化过程为：依次用0.5~1h升温至150~170℃并保温10~30min，用2~3h升温至220~300℃并保温1.5~2h，用10~16h升温至350~400℃并保温10~30min，用40~80h升温至580~620℃并保温4~6h，用10~16h升温至840~860℃并保温5~8h，用8~10h升温至950~1050℃并保温4~6h，然后用6~10h降温至580~620℃并保温1~2h，再用4~6h降温至390~430℃，保温2~4h后自然冷却至室温。

8.根据权利要求1或2所述的电解二氧化锰用非金属阴极板的制备方法，其特征在于，步骤（3）所述cvd表面处理采用碳源气体进行化学气相沉积。

9.一种采用权利要求1~8任一项所述制备方法得到的电解二氧化锰用非金属阴极板。

10.一种权利要求9所述的非金属阴极板在制备电解二氧化锰中的应用。

技术总结本发明公开了一种电解二氧化锰用非金属阴极板及其制备方法和应用，包括下述的步骤：将包含不同目数的石墨粉、超细环氧树脂和表面改性碳纤维在内的原料混合，得到混合料；将混合料进行温等静压压制成型，得到生坯；将生坯置于微波烧结炉中进行微波碳化，碳化处理后的极板进行CVD表面处理，得到所述电解二氧化锰用非金属阴极板。本发明提升了非金属碳碳阴极板的电导性，增加了极板密度，提高了极板的抗腐蚀能力和表面光滑度，表面不会产生裂纹鼓包。技术研发人员：赵波,潘俊杰受保护的技术使用者：湖南恒升热工机械设备有限公司技术研发日：技术公布日：2024/8/1