兩步燒結(jié)制備鋁電解惰性陽極材料的研究.pdf

1、傳統(tǒng)Hall-Héroult鋁電解槽由于采用消耗式炭素陽極而存在能耗高，炭耗大，成本高和環(huán)境污染嚴(yán)重等問題。因惰性陽極能夠克服以上問題而成為鋁業(yè)界的研究重點和熱點。研究者們進(jìn)行了大量的研究和嘗試力圖尋求符合鋁電解工業(yè)應(yīng)用的惰性陽極材料。 由于氧化物陶瓷陽極導(dǎo)電性能不佳，金屬合金陽極難以動態(tài)控制其鈍化膜厚度，而金屬陶瓷復(fù)合材料兼?zhèn)溆刑沾傻膹娍垢g性和金屬的良好導(dǎo)電性能，因此本文選擇鎳鐵尖晶石基金屬陶瓷材料作為鋁電解惰性陽極的研究對

2、象。 在合成NiFe2O4尖晶石(NiO過量15％)的過程中，首次向原料Fe2O3和NiO粉末中引入了添加劑MnO2、TiO2、V2O5。研究了各種添加劑對燒結(jié)及NiFe2O4尖晶石性能的影響。研究發(fā)現(xiàn)三種添加劑對燒結(jié)都起到了促進(jìn)作用，另外還能提高材料各方面的性能。添加MnO2后材料的綜合性能良好，材料的密度增加，電導(dǎo)率提高，抗腐蝕性增強，抗彎強度和抗熱震性得到很好改善；TiO2對材料的電導(dǎo)率，抗彎強度和抗熱震性貢獻(xiàn)很大;V2O

3、5對提高材料的抗腐蝕性貢獻(xiàn)非常大，添加2.0％V2O5能使基體材料的靜態(tài)熱腐蝕率降低為無添加劑材料的1/46。 由于一步燒結(jié)存在成品率較低，抗彎強度和抗熱震性較差，陽極在電解的過程中出現(xiàn)裂紋等缺點，本文采用兩步燒結(jié)的工藝制備惰性陽極試樣，首次提出原料采用粒度配比。制備陽極材料時，首先在1000℃的預(yù)燒溫度下合成摻雜的鎳鐵尖晶石基體材料。接著，針對不同規(guī)格的試樣確定出了原料的最佳粒度配比。隨后，通過五因素四水平的正交試驗最終確定制

4、備φ30×Xmm的金屬陶瓷惰性陽極的工藝為：成型壓力160MPa;燒結(jié)溫度1350℃；保溫時間6小時；原料的主顆粒直徑為0.50～0.355mm，填充顆粒直徑為0.105～0.074mm，細(xì)粉為0.074mm以下的粉料；金屬銀的添加量為10％。在最佳工藝條件下制備了陽極試樣，對其性能進(jìn)行了考察，發(fā)現(xiàn)兩步燒結(jié)得到的陽極試樣致密度高，抗腐蝕性強、抗彎強度和抗熱震性好，電解腐蝕過程中沒有出現(xiàn)陽極開裂，剝落的現(xiàn)象。另外還發(fā)現(xiàn)，金屬銀能夠沿著陶瓷

5、顆粒的輪廓分布，形成聯(lián)通的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。這樣的結(jié)構(gòu)能夠使得導(dǎo)電電子形成連通的通路，從而提高試樣的電導(dǎo)率。比較一步燒結(jié)和兩步燒結(jié)得到的陽極試樣的性能，發(fā)現(xiàn)兩步燒結(jié)得到的試樣各方面性能均要優(yōu)于一步燒結(jié)得到的試樣。 研究了添加劑V2O5和MnO2對惰性陽極試樣性能的影響。研究發(fā)現(xiàn)，添加V2O5的惰性陽極試樣電導(dǎo)率和抗腐蝕性明顯提高，添加2.0％V2O5的試樣960℃下的電導(dǎo)率為無添加試樣的6倍；添加2.0％V2O5的試樣電解腐蝕率為無添加