NiFe2O4基惰性陽(yáng)極熔鹽腐蝕行為及力學(xué)性能研究.pdf

1、現(xiàn)行鋁電解仍采用Hall-Héroult法，采用這種傳統(tǒng)的鋁冶金技術(shù)不但能耗高，而且污染大，釋放出大量的CO2溫室效應(yīng)氣體和CF4、 C2F6、 SO2、CS2、H2S等有毒氣體，這與當(dāng)今社會(huì)發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)的主題相悖。惰性陽(yáng)極材料因在電解過(guò)程中不參與電化學(xué)反應(yīng)，能避免上述問(wèn)題的發(fā)生而成為研究熱點(diǎn)。目前，作為最具工業(yè)化應(yīng)用前景的NiFe2O4基陶瓷材料具有優(yōu)良的耐熔鹽腐蝕性能，但因抗熱震性和導(dǎo)電性差而使其應(yīng)用受到限制。本文向NiFe2O4基

2、體材料中加入ZrO2顆粒改善陽(yáng)極材料的抗熱震性和金屬提高陽(yáng)極材料的導(dǎo)電性，并模擬工業(yè)鋁電解環(huán)境對(duì)相應(yīng)的陽(yáng)極材料進(jìn)行電解實(shí)驗(yàn)，對(duì)電解后陽(yáng)極材料的腐蝕行為進(jìn)行了相關(guān)的研究。
　　考察NiO含量對(duì)NiFe2O4陶瓷惰性陽(yáng)極材料和NiFe2O4金屬陶瓷惰性陽(yáng)極材料的顯微形貌和力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明，當(dāng)NiO添加量大于5％時(shí)，不利于NiFe2O4陶瓷惰性陽(yáng)極材料的致密，當(dāng)NiO添加量為40％時(shí)，陽(yáng)極材料的抗彎強(qiáng)度達(dá)到最小值27MPa，與N

3、iO含量為5％的陽(yáng)極材料的抗彎強(qiáng)度相比下降了60.87％。NiO能促進(jìn)17％(Cu-Ni)/NiFe2O4金屬陶瓷惰性陽(yáng)極材料的燒結(jié)性能，當(dāng)NiO添加量為20％時(shí)，NiFe2O4金屬陶瓷惰性陽(yáng)極材料的抗彎強(qiáng)度達(dá)到最大值219MPa，陽(yáng)極材料的抗熱震循環(huán)次數(shù)也達(dá)到最大值17次。
　　NiFe2O4，20％NiO-NiFe2O4和17％(Cu-Ni)/(20NiO-NiFe2O4)金屬陶瓷惰性陽(yáng)極材料靜態(tài)腐蝕8h后，陽(yáng)極材料的靜態(tài)腐蝕

4、速率分別為0.5312mg/(cm2·h)、0.6187mg/(cm2·h)和0.7875mg/(cm2·h)?？疾祀娊獠僮鲄?shù)對(duì)17％(Cu-Ni)/(20NiO-NiFe2O4)金屬陶瓷惰性陽(yáng)極材料腐蝕速率的影響，結(jié)果表明，金屬陶瓷惰性陽(yáng)極材料在氧化鋁濃度飽和，分子比CR控制在2.0～2.2之間，電流密度控制在0.5～1A/cm2條件下電解時(shí)，陽(yáng)極材料的腐蝕速率能達(dá)到較低值。
　　討論了2.2NaF·AlF3+5wt％CaF2

5、+5 wt％Al2O3電解質(zhì)對(duì)炭陽(yáng)極和NiFe2O4基惰性陽(yáng)極材料潤(rùn)濕性的影響。在潤(rùn)濕過(guò)程中電解質(zhì)在炭陽(yáng)極表面的潤(rùn)濕角都大于90°，表明二者基本不潤(rùn)濕。對(duì)于NiFe2O4、17％Cu-NiFe2O4、17％Ni-NiFe2O4和17％(Cu-Ni)/(20NiO-NiFe2O4)惰性陽(yáng)極材料在電解質(zhì)剛?cè)诨瘯r(shí)初始潤(rùn)濕角分別為76.98°，75.30°，94.28°和82.30°，初始潤(rùn)濕角都小于90°，表現(xiàn)出良好的潤(rùn)濕性。電解質(zhì)受熱融化后

6、，很快在惰性陽(yáng)極材料表面鋪展開(kāi)，最后完全消失在惰性陽(yáng)極材料表面，潤(rùn)濕角都為0°。
　　20％NiO-NiFe2O4電解8h后，從電解后陽(yáng)極材料的拋光掃描形貌圖可知，在陽(yáng)極材料外側(cè)形成了40μm左右的致密層，致密層的XRD分析表明在陽(yáng)極材料外側(cè)生成了一種(Fe0.847Al0.153)(Fe0.153Al1.847)O4新物質(zhì)。
　　17％(Cu-Ni)/(20NiO-NiFe2O4)金屬陶瓷惰性陽(yáng)極材料電解腐蝕后拋光掃描形貌

7、圖可知，在空氣中燒結(jié)的試樣在電解8h后陽(yáng)極材料外側(cè)腐蝕較嚴(yán)重。在可控氣氛中燒結(jié)的陽(yáng)極材料在電解8h后陽(yáng)極材料外側(cè)出現(xiàn)了多孔層現(xiàn)象，多孔層結(jié)構(gòu)較均勻、致密，金屬在電解過(guò)程中都發(fā)生了優(yōu)先腐蝕。
　　燒結(jié)溫度對(duì)ZrO2/NiFe2O4惰性陽(yáng)極材料的物相、顯微形貌、相對(duì)密度和力學(xué)性能的影響.。結(jié)果表明，隨著燒結(jié)溫度的升高，m-ZrO2衍射峰強(qiáng)度逐漸減弱，最后在1300℃的溫度下燒結(jié)后其衍射峰完全消失，而t-ZrO2衍射峰強(qiáng)度逐漸變強(qiáng)。在燒