[發(fā)明專利]用于鋁電解的浸漬石墨陰極

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 00803372.2
• 申請(qǐng)日: 2000-02-01
• 公開（公告）號(hào): CN1339071A
• 公開（公告）日: 2002-03-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: R·保羅斯;J·M·德賴弗斯
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 薩瓦碳公司
• 主分類號(hào): C25C3/08
• 分類號(hào): C25C3/08
• 代理公司: 上海專利商標(biāo)事務(wù)所
• 代理人: 周承澤

本發(fā)明的主題是提供一種用于鋁電解的石墨陰極。

大多數(shù)鋁生產(chǎn)廠所采用的電解方法中，在具有耐火材料夾套的金屬箱中的電解釜包括裝有數(shù)個(gè)并列陰極塊的陰極底架(sole)。這種組件構(gòu)成的坩鍋用防火襯糊料打底密封，它是在電流作用下電解質(zhì)溶液中的物質(zhì)向鋁轉(zhuǎn)變的場(chǎng)所。該反應(yīng)一般在高于950℃的溫度發(fā)生。為能承受電解釜操作期間的熱條件和化學(xué)條件，以及滿足通電解電流的需要，陰極塊是用含碳材料制造的。這些材料包括從半石墨到石墨。在將原料混合后通過擠壓或振動(dòng)壓實(shí)形成陰極塊，所用原料是：

●若要制造的陰極塊是半石墨狀或石墨狀的材料，是瀝青、煅燒無煙煤和/或石墨的混合物。然后在約1200℃焙燒這些材料。石墨狀的陰極不含無煙煤。由這些材料制成的陰極一般稱作“碳陰極”。

●若要制造的陰極塊是石墨，則是瀝青和焦炭加石墨或不加石墨的混合物。這種情況下，在約800℃焙燒這些材料，然后在2400℃以上的溫度石墨化。這種陰極稱作“石墨陰極”。

已知碳陰極具有中等電性能和熱性能，然而，這種陰極不再適用于現(xiàn)代電解釜的操作條件，尤其是高電流密度情況。降低能量消耗和增加電流密度可能性的要求(尤其在現(xiàn)有釜生產(chǎn)線上)已經(jīng)促進(jìn)了石墨陰極的使用。

為制造石墨陰極在高于2400℃的溫度進(jìn)行的石墨化處理可以增加導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性，因此為電解釜的優(yōu)化操作創(chuàng)造了條件。能耗由于陰極的電阻下降而降低。從電阻下降獲益的另一種方面，是能提高通入電解釜的電流密度，因此有可能提高鋁的產(chǎn)量。陰極的高熱導(dǎo)率可使增加電流產(chǎn)生的過度熱量除去。另外，石墨陰極釜的電穩(wěn)定性較好，與碳陰極釜相比，其電勢(shì)的波動(dòng)較小。

然而，配備石墨陰極的釜壽命比配備碳陰極的釜短。這種釜由于生產(chǎn)的鋁中含有過多的鐵而變得不穩(wěn)定，原因是陰極棒被鋁所腐蝕。由于石墨塊的腐蝕，金屬到達(dá)了陰極棒。碳陰極盡管也已經(jīng)觀察到腐蝕，但腐蝕得很少，不會(huì)影響釜的壽命，它是由于陰極腐蝕以外的其它原因而變得不穩(wěn)定的。

與此對(duì)照，與配備碳陰極的釜情況所記錄的壽命相比，石墨陰極的損耗很迅速，成為鋁電解釜無法操作的重要原因，其壽命可以認(rèn)為是過早結(jié)束的。已記錄各種材料的損耗速率如下：

陰極?????????損耗速率(mm/年)

半石墨狀碳??????10-20

石墨狀碳????????20-40

石墨????????????40-80

所附的示意圖中，圖1所示為陰極塊3，配有陰極供電棒2，陰極塊3的最初輪線如數(shù)字4所示，用虛線標(biāo)出的腐蝕后輪廓線5表明，這種腐蝕著重在陰極塊的兩端。

結(jié)果，石墨陰極的腐蝕速率是其弱點(diǎn)，如果不能增加其壽命，其在增加產(chǎn)量方面的經(jīng)濟(jì)吸引力就會(huì)消失。

盡管由不同的一些原料制造，但是碳陰極和石墨陰極的最終產(chǎn)品都是由固體石墨晶粒組成的，其差別主要在于對(duì)粘合劑進(jìn)行的熱處理。石墨狀產(chǎn)品中的瀝青是在近1200℃焙燒處理的。而石墨陰極的粘合劑在石墨化期間是加熱到高于2400℃，因此轉(zhuǎn)變?yōu)槭?/p>

碳陰極和石墨陰極的孔隙率產(chǎn)生于粘合劑的結(jié)焦。然而，在電解釜操作期間，這些孔隙被電解產(chǎn)物主要是氟化鈉和氟化鋁侵占。這些產(chǎn)物因此與來自粘合劑的碳或石墨接觸。

Chemical?Abstract?Vol.73，No.22指出了陰極的浸漬，為的是堵塞孔隙并防止反應(yīng)產(chǎn)物的滲入?？梢杂脼r青和焦油以外的其它物質(zhì)進(jìn)行這種浸漬，作者認(rèn)為這不是很有效，因?yàn)檫@些物質(zhì)對(duì)碳的潤濕性不夠。

JP?02?2283?677涉及用于放電加工的電極。這種電極在進(jìn)行2600-3000℃的石墨化熱處理之前進(jìn)行了浸漬和退火。

EP?0562591涉及室溫下，使用樹脂處理的瀝青浸漬碳?jí)K和石墨塊的方法，結(jié)果是達(dá)到大于40％的浸漬率，按浸漬物碳化后計(jì)。該文獻(xiàn)既未涉及鋁電解，也未涉及石墨陰極的腐蝕問題。

JP?54027313涉及一種用樹脂浸漬的電極，這種電極用于生產(chǎn)氯。

本發(fā)明的目的是提供一種增加了壽命的石墨陰極。為此目的，這種陰極在其結(jié)構(gòu)的孔隙內(nèi)含有在低于1600℃焙燒后的含碳物質(zhì)，它能保護(hù)石墨化的粘合劑而提高耐腐蝕性。

通過用含碳物質(zhì)浸漬按已知方法制得的石墨陰極，引入該含碳物質(zhì)。