[發明專利]一種鋁電解惰性陽極的表面處理方法

有效

• 申請號: 201310671469.3
• 申請日: 2013-12-11
• 公開（公告）號: CN103820816B
• 公開（公告）日: 2016-11-02
• 發明（設計）人: 李冬生;彭偉平;楊建紅;吳恒;張建庭
• 申請（專利權）人: 中國鋁業股份有限公司
• 主分類號: C25C3/12
• 分類號: C25C3/12;C23C4/04;C23C4/18
• 代理公司: 中國有色金屬工業專利中心 11028
• 代理人: 李迎春;李子健

技術領域

一種鋁電解惰性陽極的表面處理方法，涉及一種用于鋁電解惰性陽極的表面處理方法。

背景技術

鋁作為產量最大的有色金屬，是我國國民經濟的重要支柱產業。隨著國民經濟發展和人民生活水平的不斷提高，對鋁的需求還將繼續增長。現行Hall-Herout鋁電解槽采用炭素陰陽極，噸鋁直流電耗高達13200kWh，電能效率低于50%，同時消耗500kg優質炭素材料，巨大的能源消耗、資源消耗和環境負荷等正嚴重制約著鋁電解工業的發展,節能、降耗及降低污染是其未來發展的方向。

基于惰性陽極（析氧陽極）的鋁電解新技術可降低能耗20%以上（按國內現有原鋁產量計算，年節電能力超200億千瓦時），并能消除溫室氣體和致癌物質與瀝青煙氣的排放，因而成為國際鋁業界和材料界的關注焦點和研究熱點。

金屬材料由于具備比陶瓷和金屬陶瓷材料更為優良的導電導熱性和機械加工性能，被認為是最有發展前景的鋁電解惰性陽極材料。然而，在目前的鋁電解過程中，熔鹽介質溫度高達940℃-970℃，即使采用低溫電解質，電解溫度仍會達到750℃-850℃，陽極材料需要經受高溫與熔鹽腐蝕。金屬材料用作電解惰性陽極材料，必須解決其高溫氧化和熔鹽腐蝕問題。鎳基合金材料具有良好的抗高溫氧化與耐熔鹽腐蝕性能，同時通過氧化處理，在其表面生成優先形成以鐵酸鎳為主的保護性氧化膜層，可以進一步提高鎳基材料的抗氧化和熔鹽腐蝕性能。

文獻“High?temperature?oxidation?behaviour?of?Ni–Fe–Co?anodes?for?aluminium?electrolysis”公開了一種適用于鋁電解惰性陽極的Ni–Fe–Co合金材料，并對該合金材料在800℃預氧化氧化膜層進行了分析。分析表明，在800℃條件下氧化10小時后，該合金的氧化膜成分以鐵酸鎳和鐵酸鈷為主，并含有一定量的四氧化三鈷。經氧化試驗測試，其抗氧化性能符合拋物線定律，抗氧化性能較好。但此種氧化膜與基體的粘附性較差，容易開裂或者剝落，從而失去對陽極基體的保護作用。

US4956068公開了一種鋁電解惰性陽極的制備思路，外層選用抗氧化性能較好的Monel合金套管，內心選用導電性能較好的Inconel合金圓棒，使其緊配合后連接在一起，然后在高溫1000℃氧化250小時，以使陽極外層氧化形成的陶瓷氧化物，但在電解過程中雜質含量高。

US6562224描述了一種用于鋁電解槽用惰性陽極的制作方法，該陽極由Fe-Ni基體組成，在放入電解槽之前在氧氣氛圍中或空氣中預氧化，預氧化最佳溫度為1000-1100℃。預氧化后在Fe-Ni基體表面黏附一層鐵氧化物外層，如Fe2O3，該外層對氧離子具有差的導通性，同時對游離氧原子具有單方向導通性，在電解過程中可以減少氧氣擴散至Fe-Ni基體內部，但是以氧化鐵為主的氧化膜增加了鋁中的雜質含量。

US20050178658A1描述了一種鋁電解用非碳素陽極以及其氧化膜層的制備方法，該陽極基體以金屬Ni為主，還包含有一定質量的Fe、Cu、Al。在放入電解槽之前，在陽極表面涂刷一層Fe氧化物和Ti、Y、Ta氧化物的混合漿料，然后經過950℃的燒結，在陽極表面形成一種具有保護性作用的氧化物涂層，但該涂層高溫熱震性較差，容易與基體分離。

發明內容

本發明的目的就是針對上述已有技術存在的直接氧化法材料表面的氧化膜厚度較小，時間長且效率低；直接噴涂存在孔隙率高、均勻性差等問題，提供一種能形成具有良好抗高溫氧化和耐熔鹽腐蝕性能的陶瓷氧化膜的鋁電解惰性陽極的表面處理方法。

本發明的目的是通過以下技術方案實現。

一種鋁電解惰性陽極的表面處理方法，其特征在于其處理過程首先在Ni-Fe基惰性陽極表面采用噴涂的方法形成保護層，其中保護層由底層Fe-Ni-X₁合金層、外層Fe-Ni-X₂-O陶瓷-金屬層構成；然后采用高溫氧化的方法對該保護層進行封孔處理，形成均勻致密的氧化物膜層。

本發明的一種鋁電解惰性陽極的表面處理方法，其特征在于在Ni-Fe基惰性陽極表面采用噴涂的方法為采用等離子噴涂、火焰噴涂中的一種方法。

本發明的一種鋁電解惰性陽極的表面處理方法，其特征在于噴涂底層Fe-Ni-X₁合金層選用Fe-Ni-X₁合金粉末，其中X₁是Cu、Al、Cr、Co等金屬中的一種或幾種。