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《铝电解用Fe_Ni_Co_Al_2O_3金属陶瓷惰性阳极》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、2004年8月中国工程科学Aug.2004第6卷第8期EngineeringScienceVol16No18学术论文铝电解用Fe-Ni-Co-Al2O3金属陶瓷惰性阳极邱竹贤,石忠宁,徐君莉(东北大学材料与冶金学院,沈阳110004)[摘要]研制了一种新型铝电解金属陶瓷惰性阳极,阳极基体由Fe-Ni-CoAl2O3构成。在石墨坩埚中,2960e温度下,电解质中的氧化铝质量分数为610%,摩尔比为216;阳极电流密度为110A/cm,阳极尺寸大小为120mm@80mm@15mm,石墨阴极尺寸大小为120mm@40mm@20m
2、m,通入的直流电为100~300A,电解时间各为10h;实验所得的电解铝产品纯度达到98%以上,杂质主要为Fe,Ni,Co;电解后的阳极外观尺寸无明显变化,阳极气体中氧气质量分数达到98%~99%。阳极的反电动势为2145V,比理论分解电压仅高出0125V证明该阳极为惰性阳极,在电解槽中进行的是Al2O3的分解反应。[关键词]铝电解;惰性阳极;反电动势[中图分类号]TF821[文献标识码]A[文章编号]1009-1742(2004)08-0035-05在温度1300K下,Al2O3的分解电压是2121前言[1]V,这是由于
3、炭未参与阳极反应并提供能量所所谓惰性阳极,是指那些在目前通用的冰晶石致。因此理论能量消耗高达9124kW#h/kg,与前-氧化铝熔盐电解中不消耗或微量消耗的阳极。前者相比有很大差别;Al2O3的分解电压二者相差1苏联科学家¶½Ñ¶³是惰性阳极研究的一位先行者。V左右,电耗量相差约3kW#h/kg。但是,惰性阳最近二三十年来,已有许多文献报道了惰性阳极的极具有以下优点:研究资料,旨在取代现代通用的炭阳极(即活性阳1)在应用炭阳极时,阳极上气泡大,阳极过极),实现铝工业的一场重大改革。电压达到014~016V,而应用惰性阳极时
4、,阳极当用炭阳极进行电解时,铝电解的反应式是:气泡小,阳极过电压只有012V,这就可以降低Al2O3(固)+115C(固)y2Al(液)+115CO2(气)013V;(1)2)由于槽电压中占最大份量的是阴极-阳极间距离,有4~5cm,其电压降达到116~118V。在温度1300K下,Al2O3的分解电压是1118如果应用惰性阳极与惰性阴极相配合,构成新型电V;按电流效率100%计算,铝的理论能量消耗为解槽,则极间距离可以收缩,从4~5cm缩短到36132kW#h/kg,理论炭耗量0133kg/kg,而目前cm,可降低槽电压
5、015V;铝厂新式大型槽的实际能量消耗为1315kW#h/kg,3)节省了预焙炭阳极制造过程中所需的价格实际炭耗量为0145~0155kg/kg。如果改用惰性昂贵的石油焦;阳极,则铝电解反应式为:4)阳极不必经常更换,降低了操作费用;Al2O3(固)y2Al(液)+115O2(气)(2)5)阳极上不产生CO2气体和CO气体,有利[收稿日期]2003-12-11;修回日期2004-03-23[基金项目]国家重点基础研究与规划项目基金资助(G1999064903)[作者简介]邱竹贤(1921-),男,江苏海门市人,中国工程院院
6、士,东北大学教授;石忠宁(1975-),男,广西都安县人,东北大学讲师;徐君莉(1975-),女,浙江永康县人,博士研究生36中国工程科学第6卷于环境保护。样,冷压样品尺寸为<40mm@12mm的小样和由于惰性阳极尚未工业化应用,其生产成本仍120mm@80mm@18mm的大样。分别在通入氩是未知数。仅从这几个主要方面比较和推算,铝生气气氛的硅钼炉中烧结,烧结温度为1600e,高产成本大致与现行预焙阳极的相当,甚或稍低,电于合金相的液相线之上,恒温一段时间后在氩气保解槽构造较简单,投资费用也会降低。护下冷却至室温。图1为F
7、e-Ni-Co-Al2O3阳极对惰性阳极的要求有以下几点:的烧结曲线。所制得的金属基复合阳极材料具有优1)选用冰晶石-氧化铝熔液中溶解度小的物良的导电性:在900e下测得的电导率为69S/料制造阳极,以保证产品铝的质量达到工业规范;cm,而NiFe2O4-17NiO-17Cu-3Ni金属陶瓷阳2)阳极上产生对环境有益的、几乎纯净的氧极的电导率在20~23S/cm之间,1000e工业铝[2]气;电解用的炭阳极为143S/cm。3)电解槽的反电动势为214V左右,接近氧化铝的理论分解电压212V;4)能够制成较大型的惰性阳极,
8、容易与导线连接,而且原料价格较低,来源广泛。前面3条是评价惰性阳极的基本判据。目前所研究的惰性阳极主要是金属陶瓷。金属陶瓷一般由超过80%的陶瓷相镍、钴、锌的铁酸盐类尖晶石型化合物为基体,少量金属相(主要有Cu,Ag或其合金等)构成,这使得阳极材料仍然带有陶瓷的固有缺陷,即导电导热性和机械加工性较差。笔
