• شماره ركورد
    33523
  • پديد آورنده

    هادي شريفي درآباد

  • عنوان
    ساخت و ارزيابي عملكرد الكترود دي¬اكسيد سرب (Ti/PbO2) به عنوان آند الكترووينينگ سرب
  • مقطع تحصيلي
    دكتري
  • رشته تحصيلي
    مهندسي مواد و متالورژي
  • سال تحصيل
    1396
  • تاريخ دفاع
    1404/01/19
  • استاد راهنما
    دكتر عليرضا ذاكري، دكتر ماندانا عادلي
  • استاد مشاور
    -
  • دانشكده
    مهندسي مواد و متالورژي
  • چكيده
    با اينكه روش مرسوم استحصال فلز سرب از منابع اوليه و ثانويه، فرايندهاي مبتني بر گدازش است، اما اين فرايندها به لحاظ مصرف بالاي انرژي، وابستگي به منابع سوخت فسيلي، انتشار گاز گلخانه¬اي CO2 و همچنين توليد گازهاي آلاينده SO2 و NOx و غبارهاي حاوي سرب با چالش¬هايي روبرو است. از اين رو، دستيابي به روش¬هاي جايگزين دما پايين مبتني بر فرايندهاي هيدرو-الكترومتالورژي مورد توجه محققان زيادي قرار گرفته است و چندين روش استحصال سرب تا مرحله نيمه صنعتي توسعه داده شده اما تاكنون صنعتي نشده است. يكي از مهم¬ترين چالشهاي¬ صنعتي شدن فرايند الكترووينينگ سرب توسعه و به-كارگيري آند مناسبي است كه در مواجهه با الكتروليت فلوئوريدي و واكنش¬هاي ناخواسته آندي از پايداري شيميايي، الكتروشيميايي و فيزيكي قابل قبولي برخوردار باشد. در اين پژوهش تمركز بر الكترونشست و بهبود عملكرد الكترود دي¬اكسيد سرب (β-PbO2) به عنوان آندي پايدار براي الكترووينينگ سرب بوده است. پس از بررسي تاثير افزودني¬ها به تركيب الكتروليت و حضور لايه مياني α-PbO2 بر عملكرد الكترود دي¬اكسيد سرب مشخص شد كه حضور لايه مياني و افزودني¬هاي يون فلوئور، يون مس و سورفكتانت دودسيل سولفات به تركيب الكتروليت تاثير مستقيم و مثبت در بهبودي خواص الكتروكاتاليستي و بهبود عملكرد الكترود دي-اكسيد سرب دارد. به اين ترتيب در ادامه از روش رويه پاسخ با طرح مركب مركزي براي دستيابي به شرايط بهينه ساخت الكترود Ti/α-PbO2/β-PbO2 بهره برده شد به طوريكه متغيرهاي تاثيرگذار بر پوشش دهي لايه مياني و لايه فعال به صورت همزمان در قالب طراحي آزمايش به همراه چندين پاسخ مورد بررسي قرار گرفتند. نتايج نشان داد كه چگالي جريان تاثير افزايشي بر بار پوشش و پتانسيل تصاعد اكسيژن دارد، اين در حالي است كه تمامي پارامترها تاثيري كاهشي بر پاسخ بار ولتامتري داشتند. در نهايت از طريق يك بهينه سازي چندجانبه با استفاده از نرم افزارDesign Expert سه آند براي ارزيابي در الكترووينينگ سرب انتخاب شدند. ارزيابي¬هاي الكتروشيميايي در محيط الكترووينينگ سرب نشان داد نمونه بهينه در ميان سه الكترود منتخب، الكترود ساخته شده در چگالي جريان (آلفا): A/m2 25/50، چگالي جريان (بتا): A/m2 50/141، دما: 35 درجه سانتي¬گراد و غلظت اسيد: 33/0 مولار است كه به بهبود 17 برابري عملكرد، 5/2 برابري پايداري و كاهش پتانسيل تصاعد اكسيژن از 05/2 به 81/1 ولت مي¬انجامد. در نهايت پايداري آند بهينه از طريق آزمون¬هاي الكتروشيميايي در محيط شبيه به الكترووينينگ سرب ارزيابي شد و مشخص شد كه الكترود ساخته شده پايداري بالايي در محيط HBF4 با طول عمر بيش از 4 ماه دارد. همچنين عملكرد الكترود بهينه در شرايط مشابه شركت Engitec (يكي از پيشروترين شركت¬هاي در حوزه الكترووينينگ سرب) تحت فرآيند الكترووينينگ قرار گرفت و نتايج مطلوب و عملكرد بهتر از لحاظ بازده جريان كاتدي (7/97 درصد)، بازده جريان آندي (1/65 درصد) و مصرف انرژي ويژه (89/0 كيلووات ساعت به ازاي توليد هر كيلوگرم سرب) را نسبت به آند توليدي اين شركت در شرايط يكسان به همراه داشت.
  • تاريخ ورود اطلاعات
    1404/04/29
  • عنوان به انگليسي
    Fabrication an‎d Performance eva‎luation of Lead Dioxide (Ti/PbO2) Electrode as the Anode in Lead Electrowinning
  • تاريخ بهره برداري
    4/8/2026 12:00:00 AM
  • دانشجوي وارد كننده اطلاعات

    هادي شريفي درآباد

  • چكيده به لاتين
    Although the conventional method of extracting lead from primary an‎d secondary sources is based on pyrometallurgical processes, these methods face challenges due to high energy consumption, dependence on fossil fuels, emission of the greenhouse gas CO₂ an‎d the release of toxic gasses such as SO₂ an‎d NOₓ as well as lead-containing dust. Therefore, the development of low-temperature alternatives based on hydro-electrometallurgical processes has attracted considerable research interest. Although several methods for lead extraction have been developed on a pilot scale, none of them have yet been industrialized. One of the major challenges in the industrialization of the electrowinning of lead is the development an‎d application of an anode that maintains acceptable chemical, electrochemical an‎d physical stability in the presence of fluorinated electrolytes an‎d undesirable anodic reactions. This study focuses on the electrodeposition an‎d performance enhancement of lead dioxide (β-PbO₂) as a stable anode for the electrowinning of lead. After eva‎luating the effects of electrolyte additives an‎d the presence of an α-PbO₂ interlayer on electrode performance, it was found that the use of the interlayer an‎d additives such as fluoride ions, copper ions an‎d sodium dodecyl sulfate (SDS) had a direct an‎d positive impact on improving the electrocatalytic properties an‎d performance of the lead dioxide electrode. Accordingly, the response surface methodology with a central composite design was used to optimize the fabrication conditions of the Ti/α-PbO₂/β-PbO₂ electrode. The influencing variables related to the interlayer an‎d the active layer were investigated simultaneously in a designed experiment considering multiple responses. The results showed that increasing the current density increased both the coating charge an‎d the oxygen evolution potential (OEP), while all variables had a decreasing effect on the voltammetric charge. Finally, a multi-criteria optimization was performed using Design Expert software an‎d three anodes were selec‎ted for further eva‎luation in the electrowinning of lead. Electrochemical tests showed that the optimized electrode fabricated at an α-layer current density of 50.25 A/m², a β-layer current density of 141.50 A/m², a temperature of 35 °C, an‎d an acid concentration of 0.33 mol/L resulted in a 17-fold improvement in performance, a 2.5-fold increase in durability, an‎d a reduction in OEP from 2.05 V to 1.81 V. The long-term stability of the optimized anode was confirmed in a simulated lead electrowinning environment, demonstrating a lifetime of over four months in HBF₄ solution. In addition, the optimized electrode performed well under conditions similar to those at Engitec (a leader in lead electrowinning), including a cathodic current efficiency of 97.7%, an anodic current efficiency of 65.1% an‎d a specific energy consumption of 0.89 kWh per kilogram of lead, outperforming the company’s commercial anode under identical conditions.
  • كليدواژه هاي فارسي
    الكترووينينگ سرب , الكترونشست آندي , الكترود دي اكسيد سرب , طرح مركب مركزي
  • كليدواژه هاي لاتين
    Electrowinning of Lead , Anodic Electrodeposition , Lead Dioxide Electrode , Central composite design
  • Author
    Hadi Sharifidarabad
  • SuperVisor
    Dr. Alireza Zakeri, Dr. Mandana Adeli