[發(fā)明專利]一種氧鋁聯(lián)產(chǎn)電解用陶瓷基非碳陽(yáng)極與金屬導(dǎo)桿的連接方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910351572.7
• 申請(qǐng)日: 2019-04-28
• 公開（公告）號(hào): CN110004463A
• 公開（公告）日: 2019-07-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊建紅
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 鎮(zhèn)江慧誠(chéng)新材料科技有限公司
• 主分類號(hào): C25C3/12
• 分類號(hào): C25C3/12;C22C9/06;C22C30/02;B22F7/06
• 代理公司: 北京德崇智捷知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11467
• 代理人: 陳佳佳

本發(fā)明屬于氧鋁聯(lián)產(chǎn)電解非碳陽(yáng)極材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種氧鋁聯(lián)產(chǎn)電解用陶瓷基非碳陽(yáng)極與金屬導(dǎo)桿的連接方法；步驟為：將金屬導(dǎo)桿和陶瓷基非碳陽(yáng)極表面的污染物清理干凈，然后將金屬導(dǎo)桿通過機(jī)械連接的方式與陶瓷基非碳陽(yáng)極連接；在兩者縫隙中加入金屬粉末或?qū)щ娔z，再添加低熔點(diǎn)玻璃粉；金屬導(dǎo)桿露出的部分包裹套管，套管的下端與陶瓷基非碳陽(yáng)極連接，且套管與導(dǎo)桿之間存在縫隙；低熔點(diǎn)玻璃粉、金屬粉末或?qū)щ娔z在電解運(yùn)行溫度下部分轉(zhuǎn)化為液相，與剩余固體粉末作用，緩慢固化，使金屬導(dǎo)桿和陶瓷基非碳陽(yáng)極形成穩(wěn)定的連接，實(shí)現(xiàn)屬金屬導(dǎo)桿的密封和保護(hù)；本發(fā)明工藝過程簡(jiǎn)單，易于操作控制，極大提高了生產(chǎn)效率和實(shí)際應(yīng)用的效果。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于氧鋁聯(lián)產(chǎn)電解非碳陽(yáng)極材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種氧鋁聯(lián)產(chǎn)電解用陶瓷基 非碳陽(yáng)極與金屬導(dǎo)桿的連接方法。

背景技術(shù)

隨著現(xiàn)行Hall-Herout鋁電解槽采用消耗性碳素陽(yáng)極，不僅消耗大量?jī)?yōu)質(zhì)碳素材料，排放 大量溫室效應(yīng)氣體CO₂、強(qiáng)溫室氣體碳氟化合物、SO₂以及碳陽(yáng)極生產(chǎn)過程中排放致癌性的芳 香族化合物(PAH)、SO₂；而且在現(xiàn)行鋁電解過程中，需要不斷地補(bǔ)充陽(yáng)極糊或更換陽(yáng)極碳 塊，導(dǎo)致電解生產(chǎn)不穩(wěn)定，并增加了勞動(dòng)強(qiáng)度，此外，采用碳素陽(yáng)極也是現(xiàn)行鋁電解工藝的 高能耗、高成本等問題的主要原因之一。

非碳陽(yáng)極及其電解新工藝應(yīng)能解決上述問題，使鋁錠生產(chǎn)成本降低10％左右，而成為國(guó) 際鋁業(yè)界和材料界的關(guān)注焦點(diǎn)和研究熱點(diǎn)。非碳陽(yáng)極使用在氧鋁聯(lián)產(chǎn)電解過程中有以下優(yōu)點(diǎn)： (1)電解過程中電極幾乎不消耗，無(wú)需附加的炭素加工廠，降低了生產(chǎn)成本，消除了由炭素 陽(yáng)極生產(chǎn)與使用帶來(lái)的環(huán)境影響與污染；(2)電極不消耗，極距穩(wěn)定，易于控制，陽(yáng)極組質(zhì) 量輕、更換次數(shù)少，勞動(dòng)強(qiáng)度降低；(3)可以采用更高的單位體積電流，使電解槽產(chǎn)能增加； (4)陽(yáng)極產(chǎn)品為氧氣，避免了環(huán)境污染，氧氣還可以作為副產(chǎn)品，估計(jì)回收的氧可能是原鋁 產(chǎn)品價(jià)值的3％。非碳陽(yáng)極的這一系列優(yōu)點(diǎn)，使得研制出合適的非碳陽(yáng)極成為改善傳統(tǒng)鋁生產(chǎn) 方法的重要一環(huán)；但是非碳陽(yáng)極在氧鋁聯(lián)產(chǎn)電解的環(huán)境下必須耐受電解質(zhì)的腐蝕、溶解度小； 而且要能耐受新生態(tài)氧的滲蝕作用，具有良好的導(dǎo)電性(電阻率≤碳陽(yáng)極)、機(jī)械強(qiáng)度高、抗 熱震性強(qiáng)、不易脆裂、容易加工成型、易于與金屬導(dǎo)體連接、原料易于得到以及價(jià)廉的優(yōu)點(diǎn)。

目前研究來(lái)看，合金陶瓷復(fù)合材料兼有金屬材料優(yōu)良的導(dǎo)電性、加工性和陶瓷材料良好 的抗熔鹽腐蝕性能而成為最有希望取代碳素陽(yáng)極的非碳陽(yáng)極材料。因此能否解決合金陶瓷復(fù) 合材料陽(yáng)極與金屬導(dǎo)桿的連接問題將成為決定合金陶瓷復(fù)合材料非碳陽(yáng)極能否工業(yè)化應(yīng)用的 關(guān)鍵因素之一。在現(xiàn)有技術(shù)中，專利CN 200810031871.4描述了鋁電解用陶瓷基惰性陽(yáng)極與合 金內(nèi)芯連接結(jié)構(gòu)及其制備方法，采用無(wú)機(jī)磷酸鹽將惰性陽(yáng)極與合金導(dǎo)桿粘接起來(lái)，但此種方 法的導(dǎo)電性難以保證，且磷酸鹽高溫下容易分解，結(jié)合強(qiáng)度下降。專利CN200710144687.6描 述了一種真空擴(kuò)散連接陶瓷的方法，主要通過鈦或鈦合金箔擴(kuò)散連接中間層將陶瓷與金屬連 接，利用鈦在擴(kuò)散連接溫度下對(duì)陶瓷中的氧、氮、碳、硅等元素較高的親和力，發(fā)生置換反 應(yīng)或化合反應(yīng)，達(dá)到結(jié)合目的，設(shè)備較為昂貴，且連接結(jié)構(gòu)在高溫熔鹽環(huán)境下強(qiáng)度還有待考 證。專利CN 200610032461.2描述了一種鋁電解用陶瓷基惰性陽(yáng)極與金屬導(dǎo)電桿的連接方法， 首先將粉末釬料鋪展與待連接的陶瓷表面，然后把鍍有銅的導(dǎo)電桿埋與粉末釬料中，通過壓 力擴(kuò)散焊的方式，將二者連接起來(lái)，但此過程工藝復(fù)雜，流程較長(zhǎng)。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明旨在解決所述問題之一，提供了一種氧鋁聯(lián)產(chǎn)電解用 陶瓷基非碳陽(yáng)極與金屬導(dǎo)桿的連接方法，通過在常溫時(shí)簡(jiǎn)單的機(jī)械連接(銷、楔、包裹、擠 壓等方式)，配合填充介質(zhì)在電極使用過程的溫度條件下自行轉(zhuǎn)化形態(tài)，自動(dòng)補(bǔ)償金屬導(dǎo)桿和 陶瓷基非碳陽(yáng)極的膨脹誤差，填充縫隙、增加連接強(qiáng)度和導(dǎo)電性能，緩沖金屬導(dǎo)桿高溫使用 環(huán)境下的膨脹，消除此膨脹造成非碳陽(yáng)極開裂、破損，從而實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)方杯型的非碳陽(yáng)極與金屬 導(dǎo)桿的穩(wěn)定連接；本發(fā)明所獲得陶瓷基非碳陽(yáng)極與金屬導(dǎo)桿的連接結(jié)構(gòu)，在700℃～960℃的 電解溫度下長(zhǎng)期通電運(yùn)行，仍能保證良好的結(jié)合性能與導(dǎo)電性能。