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21世纪用阳极板材耐磨复合钢板的第一性原理研究

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利用Materials Studio(MS)软件,以castep模块为平台,通过建立铅合金晶体模型、计算铅合金的费米能级、优化电解锌用阳极板合金材料的电化学性能,从理论上得到电极电位最低的耐磨复合钢板合金元素及含量组成。通过实验测定合金材料耐磨复合钢板的电极电位,验证理论结果,得到理论和实验统一的低电极电位阳极材料,为电解生产行业的节能环保做出新的贡献。

通过建立铅银、铅锡、铅锑三种合金耐磨复合钢板的晶体模型,并对模型进行了平衡态的晶格参数、费米能级等计算,得到计算结果如下:在铅银、铅锡、铅锑三种合金耐磨复合钢板中,随着合金元素的加入,三种合金的费米能级均逐渐升高;并且随着合金元素加入量的增多,合金的费米能级逐渐升高。

湿法冶炼的主要耗电工序为电解过程,降低电解能耗可以大幅度降低整个冶炼过程的成本,保护环境。现代湿法冶炼工业所使用的阳极板材主要是铅基二元合金,降低铅基合金材料的电极电位可以有效的降低电解能耗。金属的电极电位与金属的费米能级存在着一定的关系,随着费米能级的升高,金属的电极电位逐渐降低,从而降低电解能耗。本文从现代湿法冶炼工业的存在的实际问题出发,

最后通过实验测试三组合金耐磨复合钢板材料的扫描伏安曲线和循环伏安曲线,测试结果显示随着合金元素的加入,三种合金的电极电位均会降低,并且随着合金元素加入量的增加,电极电位逐渐降低,其中电极电位最低的为铅锑合金,其次为铅锡合金,最高的为铅银合金,与理论计算结果一致。其中费米能级最高的为铅锑合金,意味着铅锑合金耐磨复合钢板的电极电位最低,在电解过程中的能耗最低;其次为铅锡合金,最低的为铅银合金。