[發明專利]用于制造鋁熔煉中的可潤濕陰極的組合物

在審

• 申請號: 201410321745.8
• 申請日: 2010-07-28
• 公開（公告）號: CN104087973A
• 公開（公告）日: 2014-10-08
• 發明（設計）人: D·A·小韋勞赫;L·M·斯沃茨;B·J·逖爾施;R·A·迪米里亞
• 申請（專利權）人: 美鋁公司
• 主分類號: C25C3/08
• 分類號: C25C3/08
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 王海寧

相關申請的交叉引用

本專利申請是優先權日為2009年7月28日、發明名稱為“用于制造鋁熔煉中的可潤濕陰極的組合物”的中國發明專利申請第201080040756.9號(國際專利申請號為PCT/US2010/043554)的分案申請。

本專利申請要求于2009年7月28日提交的發明名稱為“用于制造鋁熔煉中的可潤濕陰極的組合物”(COMPOSITION?FOR?MAKING?WETTABLE?CATHODE?IN?ALUMINUM?SMELTING)的美國臨時專利申請No.61/229,083作為優先權，通過引用將其整體并入本文。

背景技術

鋁電解槽使用陽極和陰極的系統。一般地，由耐久且廉價的無定形碳制造陰極。但是，具有更好的鋁潤濕性并通過減少熔融鋁的移動允許更近的陽極-陰極間隔的陰極或陰極部件可改善熱力學效率。二硼化鈦(TiB₂)可被鋁金屬潤濕，并且已努力從TiB₂制造陰極。參見Joo的美國專利No.4,439,382、Lewis的美國專利No.2,915,442、Ransley的美國專利No.3,028,324、Kibby的美國專利No.3,156,639、Ransley的美國專利No.3,314,876(1967年4月18日)，Lewis的美國專利No.3,400,061、Foster的美國專利No.4,071,420、加拿大專利No.922,384(1973年3月6日)和比利時專利No.882,992。但是，據認為當前沒有商用的TiB₂陰極。

發明概述

公開了用于制造有待在鋁電解槽中使用的可潤濕陰極的組合物。一個實施方案公開了通常包含二硼化鈦(TiB₂)的組合物。在一些實施方案中，組合物基本上由以下組成：二硼化鈦和至少一種金屬添加劑，余量為不可避免的雜質。在一些實施方案中，金屬添加劑包括Co、Fe、Ni和W等。

在一種方法中，由該組合物制造電極。該電極包括：(i)二硼化鈦、(ii)約0.01至約0.75wt.％的金屬添加劑和(iii)余量為不可避免的雜質。在一個實施方案中，所述金屬添加劑選自Fe、Ni、Co和W以及它們的組合。在一個實施方案中，該電極包括不大于0.65wt.％的金屬添加劑。在其它實施方案中，該電極包括不大于約0.60wt.％、或者不大于約0.55wt.％、或者不大于約0.50wt.％、或者不大于約0.45wt.％、或者不大于約0.40wt.％、或者不大于約0.35wt.％的金屬添加劑。在一個實施方案中，該電極包括至少約0.025wt.％的金屬添加劑。在其它的實施方案中，該電極包括至少約0.050wt.％、或至少約0.075wt.％、或至少約0.10wt.％的金屬添加劑。使用這些量的金屬添加劑以及少量的不可避免的雜質，至少部分地有利于具有適宜的密度、電性能和耐腐蝕性能的電極的制造和使用。

例如，可從具有與上述類似的組成的粉末制造電極。在一個實施方案中，可通過使用常規的粉末燒結工藝如熱壓或無壓燒結以及其它的粉末燒結工藝來制造電極。燒結是從粉末制造物體的方法，并且包括在燒結爐內在低于材料熔點下加熱至少一種材料(固態燒結)，直到粉末的顆粒相互粘接。可以加入致密化助劑，如上述的金屬添加劑，以制造致密燒制的二硼化鈦組合物本體。致密化助劑可通過在加熱期間產生液相而有利于燒結，從而使得能夠降低能量(例如，溫度和/或壓力)并且減少/限制金屬添加劑的總量。

關于燒結溫度，可通過在約1400℃至約2100℃的溫度下燒結來制造電極。在一些實施方案中，溫度可在約1600℃至約2000℃的范圍內。在一個實施方案中，可以使用壓力輔助致密化工藝來制造電極。在這些實施方案中，可在燒結期間施加約70kg/cm²到至少約350kg/cm²的壓力。

如上所述，使用上述量的金屬添加劑有利于將粉末致密化為電極。在一個實施方案中，選擇金屬添加劑，使得制造的電極的密度是其理論密度的約80％至約99％。制造具有在該范圍內的密度的電極有利于在鋁電解槽(例如，使用碳陽極和/或惰性陽極)中的長期使用。如果密度太高，則電極會在電解槽中使用期間開裂。如果密度太低，那么材料可能沒有足夠的耐久性。

理論密度(ρ_理論)是從原子量和晶體結構計算的、材料能夠達到的最高密度。

其中，

N_c＝單胞中的原子數

A＝原子量[kg?mol^-1]