铝电解用惰性可润湿性阴极专题.doc

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1、题目：铝电解用惰性可润湿性阴极学生姓名：彭嘉鑫学号：120840512专业班级：冶金1205班指导老师：方钊2016.04.05目录题目：铝电解用惰性可润湿性阴极1第一章铝电解现状21.1碳素阳极消耗及带来的问题21.2碳素阴极与铝液不润湿及带来的问题2第二章近年来研究应用的惰性可润湿性阴极32.1TiB2陶瓷可润湿性阴极材料32.2TiB2﹣C陶瓷可润湿性阴极材料32.3TiB2可润湿性阴极涂层材料32.3.1电化学沉积法32.3.2常温固化法42.3.3新型等离子喷涂法4第三章采用惰性阴极的电解槽53.1单独采用惰性阴极的电解槽53.1.1“蘑菇状”

2、阴极电解槽53.1.2采用炭素阳极的导流型电解槽53.2惰性阳极和可润湿性阴极联合使用的电解槽53.2.1单聚铝沟惰性阳极导流槽53.2.2多聚铝沟惰性阳极导流槽53.2.3复杂结构惰性阳极导流槽53.2.4竖式电极电解槽63.2.5料浆电解槽6第一章铝电解现状铝作为产量最大的有色金属，是我国国民经济的重要支柱产业。传统的Hall-Herouh熔融盐铝电解是在以冰晶石和氧化铝以主要成分的电解质中，以碳素材料作为阳极在950~970℃的高温电解质中进行熔盐点解，阳极上产生的新生态氧将使碳阳极氧化燃烧产生CO2、CO、CF4、C2F6、SOx、NO等污染气体

3、，没生产1t铝，就要排放约1000㎥的污染气体。因此，传统的铝电解是一种高耗能、高污染和高成本的行业。在Hall-Herouh熔融盐铝电解法生产原铝的工艺中，阳极和阴极是电解的两大核心。1.1碳素阳极消耗及带来的问题碳阳极是电解铝生产的主要原料之一。它作为导体将直流电导入电解槽，并作为电解槽阳极材料参与阳极反应。电解铝反应式为2Al2O3+3C→4Al+3CO2↑可以看出，在电解过程中，碳素阳极是消耗性的，故碳素阳极必须周期性更换。如果电流效率为100%，阳极含碳量为100%，那么吨铝理论碳阳极消耗量为334kg，但是由于Al的二次反应（电流效率低于10

4、0%）以及碳素阳极的空气氧化、CO2氧化及碳渣脱落，致使实际吨铝阳极净消耗量超过400kg。阳极性能影响阳极消耗主要有三种不同的机理，即CO2与阳极的反应破坏性、空气与阳极的反应破坏性和热冲击裂纹掉渣掉块。一方面由于阳极的经常更换使电解槽的电流分布和热平衡受到干扰，维护和更换阳极需要较多的工时和劳动力，增加了生产成本；另一方面由于碳阳极的不均匀的氧化和崩落使电解质中出现碳渣。铝电解槽产生的碳渣严重时可将低电效3%~5%，致使吨铝电耗增加400~700kW▪h，所以对电解槽十分不利，200kA电解槽采取人工捞碳渣每日每槽可捞出碳渣20kg，吨铝13kg，占

5、吨铝碳耗的2.5%左右。1.2碳素阴极与铝液不润湿及带来的问题能耗高、产能低、阴极内衬寿命短、铝的在氧化损失大是现行铝电解生产中存在的主要缺点，碳素材料阴极不能被铝润湿是造成上述缺点的主要原因之一。由于金属Al液与碳阴极材料表面润湿性差，为了不使碳阴极表面暴露于电解质中，电解槽不得不保持一定高度的铝液。铝液在电磁力的作用下发生运动并导致铝液与电解质界面的形变，并且铝液高度越低，铝液运动越强烈，这就是现行铝电解槽的铝液高度必须保持在15cm以上的原因。为防止铝液的运动和界面形变影响电流效率，电解槽不得不保持较高的极距，这就是现行铝电解槽必须保持较高槽电压的

6、原因。据测算统计，铝电解槽两极间的电压降为1.3~2.0V，相比碳阳极电解铝化学理论分解电压1.2V，可以看出，现行电解铝工艺很大一部分能量消耗在两极之间，如果能够适当减小极距，可以大幅度节约吨铝能耗，降低原铝生产成本。金属铝与碳素阴极在点解温度下可反应生成Al4C3，当铝液对阴极未覆盖好时，Al4C3将直接与电解质接触并溶解到电解质中，进而促进Al4C3生成和阴极腐蚀。第一章近年来研究应用的惰性可润湿性阴极铝工业上所用“阴极”一词则是指盛置熔融的铝液和电解液的容器而言。这包括：底部炭块、边部炭块、碳素内衬和阴极导电棒。在底部炭块之下还有耐火材料和保温材

7、料，所有这些都装在一只固定钢壳内。碳阴极的功用除了盛置铝液和电解液之外，主要是用来传导电流，即电子是由它来传导进入电解槽内。铝液经常覆盖在底部炭块之上，铝液便是实际上的阴极。阴极炭块的种类有：石墨、石墨质碳、石墨化碳、无定形碳。在这四种阴极炭块之中，石墨化碳块的导电性最好，钠膨胀系数最小，灰分最低，其主要弱点是不耐磨。因此，如果在石墨炭块上喷涂一层TiB2，则其使用寿命可延长到8~10年，而其炉底电压降明显低于其他三种，但是价格较贵。2.1TiB2陶瓷可润湿性阴极材料TiB2的烧结性能差，较难通过无压烧结获得相对密度大于95%的TiB2材料，通过热压烧结

8、或添加烧结助剂冷压烧结可获得较高致密度的TiB2陶瓷材料。但是热压烧结制备费用高