[發(fā)明專利]一種鋁電解用TiB2復(fù)合陰極材料及其制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110372221.8
• 申請日: 2011-11-22
• 公開（公告）號: CN102491753A
• 公開（公告）日: 2012-06-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊建紅;喬佳;張剛;李旺興;張艷芳;趙欣
• 申請（專利權(quán)）人: 中國鋁業(yè)股份有限公司
• 主分類號: C04B35/58
• 分類號: C04B35/58;C04B35/622
• 代理公司: 中國有色金屬工業(yè)專利中心 11028
• 代理人: 李迎春;李子健

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及到鋁電解可潤濕性陰極材料的配方及其制備技術(shù)。

背景技術(shù)

現(xiàn)行鋁電解槽的炭素陰極與鋁液潤濕性差，為了保持熔融金屬鋁陰極表面的平穩(wěn)，鋁電解槽中必須保留相當(dāng)厚度的鋁液。由于鋁液受強(qiáng)磁場的作用產(chǎn)生流動和波動,?這不僅使得陰、陽極間必須維持較高的極距，而且增大了鋁的二次反應(yīng)損失。陰極材料不僅要承載導(dǎo)電作用，還要承受高溫冰晶石熔體的化學(xué)侵蝕和鋁液的物理沖蝕，因此，陰極材料性能直接影響到電解槽的使用壽命。炭素陰極易被熔鹽滲透，能和鋁反應(yīng)生另成碳化鋁，容易在不濕潤鋁的炭素陰極表面形成槽底沉淀，引起陰極電壓降增大、電流分布不均，最終導(dǎo)致陰極的膨脹、破損等。

TiB₂由于具有優(yōu)異的導(dǎo)電性能、易被鋁液等熔融金屬潤濕，優(yōu)良的耐腐蝕和抗氧化性能，所以成為制造鋁電解用可潤濕性惰性陰極的首選材料。近年來，鋁電解工業(yè)開發(fā)研制的惰性陰極材料，包括：TiB₂-碳復(fù)合陰極材料，TiB₂-石墨基和TiB₂-氧化鋁陶瓷陰極材料，以及陰極內(nèi)襯涂覆TiB₂-炭膠涂層陰極材料等，工業(yè)生產(chǎn)證明它們均適用于惰性陰極材料，但在不同程度上都有自身缺陷。專利US5651874、CN1448542、CN1405358和CN1537974介紹了一種鋁電解TiB₂-C陰極涂層材料的制備方法，雖然TiB₂-C陰極涂層材料具有較好的熱穩(wěn)定性、導(dǎo)電性、鋁液濕潤性、抗腐蝕性，且與陰極炭塊基體具有相近的線膨脹系數(shù)和良好的黏結(jié)性能，但電解過程中TiB₂-炭膠涂層易出現(xiàn)機(jī)械或物理脫落；涂層局部炭化，熱應(yīng)力大，極易導(dǎo)致早期粉狀脫落或局部塊狀脫落等現(xiàn)象。專利CN1537975介紹TiB₂/Al₂O₃陰極涂層，但該涂層的導(dǎo)電率較低，TiB₂/鋁溶膠陶瓷陰極材料，雖然具有良好的力學(xué)性能和電導(dǎo)率，但材料本身結(jié)合是通過生成9Al₂O₃·2B₂O₃作為粘結(jié)相，Ross?H.?Plovnick通過研究證實9Al₂O₃·2B₂O₃可與鋁液反應(yīng)生成TiB₂和Al₂O₃，最終導(dǎo)致TiB₂/鋁溶膠陶瓷陰極材料整體消耗和結(jié)構(gòu)破損，存在不可逾越的缺陷。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對TiB₂-C陰極涂層、TiB₂/Al₂O₃陰極涂層及TiB₂/鋁溶膠陶瓷陰極材料可能出現(xiàn)機(jī)械或物理剝落、熱應(yīng)力不均導(dǎo)致涂層掉落等、電阻率低及陰極材料與鋁液反應(yīng)等不足。提供一種能夠與鋁液高潤濕、耐熔融電解質(zhì)滲蝕和鋁液沖蝕、高導(dǎo)電和低成本，能夠有效實現(xiàn)低溫活化燒結(jié)、均質(zhì)化材質(zhì)的鋁電解槽用TiB₂復(fù)合陰極材料及其制備方法。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的。

一種鋁電解用TiB₂復(fù)合陰極材料，其特征在于所述的TiB₂復(fù)合陰極材料主要包含TiB₂、金屬氧化物X、粘結(jié)劑Y和分散劑Z。

其中TiB₂粒度為3-8μm；金屬氧化物X為Ti、Zr及Mg類氧化物中的至少一種或它們的組合，其中鈦類氧化物包括TiO₂、鈦溶膠及TiBO₃；鋯類氧化物包括?ZrO₂和鋯溶膠；鎂類氧化物包括MgO和Mg(OH)₂，除溶膠形式外顆粒粒度均為1μm-30μm；粘結(jié)劑為聚乙烯醇（PVA）、石蠟及硬脂酸中的至少一種；分散劑為乙醇、丙酮及異丙醇中的至少一種。

本發(fā)明的一種鋁電解用TiB₂復(fù)合陰極材料的制備方法，其特征在于混料時的TiB₂質(zhì)量百分含量為70%-90%；金屬氧化物X固體質(zhì)量百分含量（簡稱固體含量，下同）為10%-30%；粘結(jié)劑Y添加量為TiB₂和金屬氧化物X總固體含量的1%-3%；分散劑Z添加量為TiB₂和金屬氧化物X總固體含量的10%-30%。