电解质渗透对铝电解石墨质阴极材料高温导电性影响

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1、doi：10.3969/j.issn.1007-7545.2014.04.006电解质渗透对铝电解石墨质阴极材料高温导电性的影响朱骏，薛济来，李想，王维，陈通(北京科技大学冶金与生态工程学院，北京100083)摘要：测试了半石墨质(HC35)和全石墨质(HC100)两种工业阴极碳块在铝电解前后的高温电阻率。结果表明，电解前，由于热膨胀引起的有关孔隙结构参数变化影响阴极材料电阻率；电解时，钠和电解质渗透亦影响阴极电阻率。孔隙平均直径和连通率越大、曲折度越小，越有利于钠和电解质的渗透，电解前后阴极材料电阻率变化也越大。关键词：钠/电解质渗透；电阻率；石墨质阴极；铝电解中图分类号：TF821文献

2、标志码：A文章编号：1007-7545（2014）04-0000-00EffectsofElectrolytePenetrationonPyro-conductivityofGraphiticCathodesforAluminumElectrolysisZHUJun,XUEJi-lai,LIXiang,WANGWei,CHENTong(SchoolofMetallurgicalandEcologicalEngineering,UniversityofScienceandTechnologyBeijing,Beijing100083,China)Abstract:Electricalresi

3、stivityoftwoindustrialcathodes,35%graphitic(HC35)and100%graphitic(HC100),athightemperaturewastestedrespectively.Astheresultsindicate,thermalexpansionofcathodesresultsinachangeofparametersofporousstructure,whichinturngiverisetovariationofresistivitybeforeelectrolysis.Afterelectrolysis,thechangeofre

4、sistivityisascribedtopenetrationbetweensodiumandelectrolyte,whichisstronglyaffectedbytheporousstructureofcathodes.Infiltrationofsodiumandelectrolyteintocathodeisfacilitatedbybiggeraveragediameterandconnectivityofpores,andsmallersinuosityofconnectingporesinporousstructure,Inturn,abetterinfiltration

5、resultsinbiggerchangeofresistivityafterelectrolysis.Keywords:sodium/electrolytepenetration;electricalresistivity;graphiticcathode;aluminumelectrolysis阴极材料的高温导电性直接影响铝电解能耗。现代大型预焙铝电解槽阴极发展的趋势是采用高石墨质或石墨化阴极材料，以减小阴极欧姆电压降和由此产生的焦耳热效应，同时保持较长槽寿命[1-2]。铝电解过程中，阴极碳块在电场作用下，受到钠及电解质的侵蚀渗透，内部结构会发生变化[3-4]，并导致阴极碳块导电性发生

6、改变[5]。工业铝电解槽通常在有电解质存在时通电启动，阴极碳块导电性从槽启动初期就已发生变化，并对阴极碳块电流密度分布产生影响。若电流分布不均，可能造成阴极碳块局部过热并产生较大热应力，在钠/电解质渗透膨胀应力同时作用下，最终演变成阴极开裂。目前工业解决措施是采用电流分配器调整，这需要高温下，尤其是钠/电解质渗透后阴极碳块材料的电阻率数据作为技术依据。但实际生产上仍然依赖经验数值来进行操作。本文在200~965℃范围内，对两种常用石墨质(半石墨质HC35和全石墨质HC100)工业阴极碳块材料电解前后电阻率进行测试，结合钠/电解质渗透，分析若干微观结构因素的影响，为铝电解生产和控制提供技术数

7、据。1试验部分1.1阴极试样制备和铝电解试验所用阴极试样取自工业阴极碳块，分别为半石墨质(HC35)和全石墨质(HC100)，均为Ф25mm×50mm圆柱体，石墨含量分别为35%和100%，体积密度分别为1.57g/cm3和1.61g/cm3，开口气孔率分别为14.04%和18.12%，抗压强度分别为27.84MPa和33.06MPa，室温电阻率分别为30.61μΩ·m和16.41μΩ·m。铝电解试验装置参见文献[6]，