[發明專利]一種電解鋁用惰性陰極及其制備方法

有效

• 申請號: 201210188425.0
• 申請日: 2012-06-11
• 公開（公告）號: CN103484894A
• 公開（公告）日: 2014-01-01
• 發明（設計）人: 孫松濤;方玉林
• 申請（專利權）人: 內蒙古聯合工業有限公司
• 主分類號: C25C3/08
• 分類號: C25C3/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種用于電解鋁的惰性陰極及其制備方法，屬于有色金屬冶煉領域。

背景技術

電解鋁工業通常采用預焙碳素陽極電解槽對冰晶石-氧化鋁的融鹽進行電解，即以冰晶石Na₃AlF₆氟化鹽熔體為熔劑，將Al₂O₃溶于氟化鹽中，以碳素體作為陽極垂直插入電解槽內，以電解槽底部覆蓋有鋁液的碳素體作為陰極，通入強大的直流電后，在940-960℃的高溫條件下，在電解槽的兩極進行電化學反應，所產生的鋁液產品覆蓋在電解槽底部的陰極上。在上述電解槽中，碳素體陰極對鋁液的潤濕性差，容易導致氧化鋁沉積在槽底陰極表面上。由于氧化鋁為絕緣體材料，被氧化鋁覆蓋的陰極表面導電率下降，從而使陰極整體的過電壓升高，電解鋁工藝的耗電量增大，造成了能量的浪費。

為了解決上述陰極材料對鋁液潤濕性差的問題，有人發現將TiB₂涂覆在碳素基體表面，經燒結后可得到對鋁液潤濕性較好的陰極材料，這種陰極材料可用于預焙碳素陽極電解槽，也可以用于電解鋁中陽極和陰極平行設置且垂直于槽底的電解槽，如中國專利文獻CN1986898A公開了一種惰性電解鋁電解槽，它是將板狀金屬陶瓷惰性陽極以并聯方式與可潤濕陰極連接，并以垂直平行方式設置；所用惰性陰極是以樹脂與TiB₂粉體混合，加熱攪拌成糊狀，涂抹到碳磚上，燒結制成。

上述技術中涂覆有TiB₂的碳磚作為惰性陰極，對鋁液具有較好的潤濕性。但是由于碳磚與TiB₂涂層的膨脹系數不同，在高溫電解的環境下，隨著使用時間的延長，TiB₂涂層容易因受熱膨脹而與碳磚發生分離，并且又由于陰極是垂直于槽底設置并與陽極平行，電解槽內的電解質液體對陰極表面的壓力小，這就使得TiB₂涂層更容易發生膨脹，甚至經長時間的高溫使用TiB₂涂層會從碳磚表面剝離掉，從而降低了這種陰極材料的使用壽命；另外，由于TiB₂材料的價格昂貴，因此使用涂覆有TiB₂單一成分的碳磚作為惰性陰極成本很高，不利于工業化。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是現有技術中在高溫電解的環境下，隨著使用時間的延長，TiB₂涂層容易因受熱膨脹而與碳磚發生分離，使用壽命短，并且涂覆有TiB₂碳磚的惰性陰極價格昂貴；進而提出一種使用壽命長、價格便宜的電解鋁用惰性陰極及其制備方法。

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種電解鋁用惰性陰極，包括TiB₂和Al的復合物；所述復合物是由TiB₂和Al混合、成型后的成型物，或TiB₂、Al和樹脂混合、成型后的成型物經焙燒得到。

所述復合物中，所述TiB₂和Al的質量比為(40～80)∶(20～60)。

所述惰性陰極是由TiB₂和Al組成的復合物，其中所述TiB₂的含量為40～80wt％，所述Al的含量為20～60wt％。

所述焙燒的溫度大于鋁的熔點。

所述惰性陰極的電阻率為0.06～0.12μΩ·m，密度為3.2～3.98g/cm³。

所述惰性陰極的制備方法，包括

(1)將TiB₂和Al混合均勻后放入模具中成型，或將TiB₂、Al和樹脂或樹脂溶液混合均勻、捏合并成型后，得到成型物；

(2)將所述成型物在大于鋁熔點的溫度下進行焙燒即可。

所述TiB₂、Al與樹脂的質量比為(40～80)∶(20～60)∶(4～8)，或所述TiB₂、Al與樹脂溶液的質量比為(40～80)∶(20～60)∶(8～15)。

所述樹脂溶液中的溶劑為乙醇、甲醇、異丙醇和丙酮中的一種或幾種。

所述樹脂與溶劑的質量比為1∶(1～1.15)。

所述焙燒的溫度為800～1200℃，焙燒時間為2小時以上。

本發明所述的電解鋁用惰性陰極及其制備方法與現有技術相比的有益效果為：