[發明專利]一種氧化物金屬陶瓷惰性陽極及其制備方法和應用

無效

• 申請號: 201310056374.0
• 申請日: 2013-02-22
• 公開（公告）號: CN104005054A
• 公開（公告）日: 2014-08-27
• 發明（設計）人: 不公告發明人
• 申請（專利權）人: 王宇棟
• 主分類號: C25C3/12
• 分類號: C25C3/12
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種氧化物金屬陶瓷惰性陽極及其制備方法和應用，屬氧化物金屬陶瓷復合材料技術領域。

背景技術

傳統的鋁電解是在以冰晶石和氧化鋁為主的電解質中，以碳素材料作陽極,在940-970℃的高溫電解質中進行熔鹽電解。電解過程中在陰極上生成金屬鋁，在陽極上產生新生態的氧，在上述高溫下，陽極上產生的新生態氧原子將使碳陽極氧化燃燒，產生CO₂，CO和CF₄，C₂F₆，SO_X.NO污染氣體，據統計，每生產一噸鋁，要排放約1200m³的上述污染氣體；

其次，由于碳陽極被不斷燃燒，每生產一噸電解鋁，碳素陽極的消耗量達400-500kg，此消耗占鋁電解生產成本的20%左右。2011年中國的鋁產量為1400萬噸（約占全世界產量的60%），從而可算出，在中國每年僅碳陽極的消耗就為300億元。再其次，使用碳素陽極電解鋁，電能耗高達（13-13.5kWh/kg·Al），為理論耗電量的2.37倍。由于上述原因，使碳素陽極電解鋁成為當今社會中有名的高能耗、高污染和高消耗的三高產品；

若在鋁電解中使用惰性陽極（即在電解過程中不被氧化燃燒，也不受高溫電解質腐蝕而消耗的相對永久性陽極）取代當今使用的碳素陽極后，僅在中國，每年就能減少陽極消耗約300億元，并每年減少污染氣體排放180億m³。經濟效益和社會效益十分巨大。惰性陽極在鋁電解中應用后，鋁電解高消耗高污染的帽子將被摘掉；

按本發明人的理解，惰性陽極的性能指標應包括如下六個方面：具有優良的導電性和1200℃及其以上的熔點；在電解高溫下，陽極材料在氟化物電解質中不溶解且其組分不污染電解產出的原鋁產品；在高溫急冷急熱的沖擊下不發生脆斷；具有可機械切削加工或焊接加工的性能，能與電解導電匯流牌相連；能方便的制造出大型鋁工業所需的大尺寸和大批量陽極；所需原料資源充足，且材料成本低，目前國內外的商品材料，無任何一種能同時滿足上述六項要求；

在美國能源部和美國工業技術局所制定的“鋁工業技術革命發展戰略規劃中”^[1]，把惰性陽極的研究放在第一位，列為重中之重的發展方向，該戰略規劃的有效期是2020年^[1]；

在上述戰略規劃鼓勵和經費的支持下，美國的研究人員在惰性陽極的材料合成方面做了許多研究，并發表了較多的專利和論文。例如美國專利^[2]公佈了由多元氧化物粉末與金屬粉末合成的金屬陶瓷惰性陽極。其中多元氧化物有（NiFe₂O₄·ZnFe₂O₄），（NiFe₂O₄·NiO），（NiFe₂O₄·ZnFe₂O₄·ZnO），（ZnNi）Fe₂O₄，（ZnNi）Fe₂O₄·NiO，（ZnNi）Fe₂O₄·ZnO，（ZnNi）Fe₂O₄·ZnO·NiO多種組合。而與上述金屬氧化物混合的金屬可從Ni、Cu、Co、Zn、Cr、Ag、Ti、Al、Sc、Zr、No.V.Mn.Y.La金屬中選取。上述氧化物粉末與金屬粉末混合后，經過壓制和燒結成為金屬陶瓷惰性陽極。美國專利^[3]則報導了一種由Fe₂O₃、NiO、Co₂O₃，等氧化物組成陶瓷相，而由Cu、Ag、Pd、Pt、Au中選取其中一種或兩種組成其金屬相。上述氧化物粉末與金屬粉末混合后，經過壓制燒結成為惰性陽極材料；