CN104831321B - 一种氧化物惰性阳极的制造及应用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明阐述了一种氧化物惰性阳极的制造及应用方法，涉及有色金属冶金技术领域。该类惰性阳极是以RuO2为基础，也涉及到二氧化钌与氧化物、金属、钙钛矿结构等一种或多种物质复合，并压制成型，在空气气氛中保持一定温度，烧结一定时间，制备出致密高强度的块体。然后以该类块体作为阳极，在碱金属或碱土金属的氯化物熔盐电解质中电解提取金属及合金等，本发明的有益效果在于所制备的阳极表现具有良好耐腐蚀性、高导电性、易于加工，是一种适用于绿色电化学冶金的阳极。
Description
技术领域
本发明涉及适用于氯化物基熔盐体系中氧化物惰性阳极材料，特别涉及到二氧化钌与氧化物、金属、钙钛矿结构等一种或多种物质复合及其在氯化物基熔盐中作为惰性阳极材料的应用。
背景技术
在含氧的氯化物或氧化物熔盐电解质中电解还原氧化物制备金属及其合金材料是近十余年来国际冶金界和材料界的研究热点(G.Z.Chen,etal.Nature,(407)2000,361-364；D.R.Sadoway,J.Mater.Res.,(10)1995,487-492)。而该电解过程通常使用石墨作为阳极，在电解过程中O2-在其界面放电会形成大量的温室效应气体。近年来，寻找该类体系中的惰性阳极成为了冶金工作者的研究热点。在目前的氯化物基熔盐体系的研究中，所研究的惰性阳极多为二氧化锡、贵金属铂或氧化物陶瓷(CaRuO3)阳极，但在实际应用中，二氧化锡阳极在经过一段时间使用后会形成不导电的CaSnO3，而贵金属铂在高温的氯化物熔盐中不够稳定，CaRuO3陶瓷阳极稳定性好(S.Q.Jiao,D.J.Fray.Metall.Mater.Trans.B,(2010)74-79)，长时间电解腐蚀速率小。而氧化物熔体电解(Molten Oxide Electrolysis)是在高温熔融氧化物熔盐中直接电解生产液态金属，在高温条件下，目前所使用的惰性阳极多数为金属Ir。因此，研究氯化物或氧化物或其他熔盐体系中的惰性阳极具有重要意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对现有技术中氯化物基熔体中的惰性阳极材料稳定性不足，提供一种耐腐蚀、加工性能好的适用于氯化物基熔盐体系中的惰性阳极。
一种氧化物惰性阳极的制备方法，其特征在于所述惰性阳极是以二氧化钌为基础，通过其他金属或化合物复合的方式，在700-1000℃，烧结0.5小时-24小时，制成阳极块体，其中所述的化合物为氧化物或钙钛矿结构材料。
进一步的，所述的惰性阳极，其特征在与二氧化钌可以与其中一种或多种材料复合制备阳极。
二氧化钌基惰性阳极的应用方法，其特征在于，所述方法是：惰性阳极用于氯化物或氯化物基熔盐体系。
进一步的，其特征在于：所述氯化物熔盐体系为包括LiCl、NaCl、KCl、MgCl2、CaCl2、BaCl2一种或几种氯化物，同时其中会溶解有适量的碱金属氧化物Li2O、CaO及其他非碱金属氧化物。
进一步的，其特征在于：包括以氯化物为基础的氟化物或碳酸盐熔盐体系。
进一步的，其中氟化物包括LiF、NaF、KF、CaF2、BaF2。
进一步的，其中碳酸盐包括Li2CO3、Na2CO3、K2CO3。
在电解过程中，二氧化钌基材料作为惰性阳极使用，金属氧化物溶解在熔盐中或烧结成块体作为阴极块体。从而，在电解时，金属离子在阴极处或阴极区域得到电子成为单质金属或合金，氧离子在二氧化钌基惰性阳极表面放电，析出氧气，相对应的反应为：
2O2--4e-＝O2
析出氧气的时间和析出量采用在线气体监测系统进行在线监测，从而，在获得阴极金属或合金的同时，阳极副产物为绿色无害的氧气，而非使用石墨阳极时具有温室效应的碳氧化合物。
本发明的有益效果在于：本发明的二氧化钌基惰性阳极具有高稳定性、高导电性、易于加工的特点。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作进一步说明，实施例在于进一步说明而非限制本发明。
实施例1以RuO2和TiO2为原料，按不同摩尔比混合，并在研钵中混合均匀后压制成直径20mm的阳极块，在马弗炉中900℃，烧结10h，制成致密的阳极块。
实施例2以RuO2和Ni为原料，按不同摩尔比混合，并在研钵中混合均匀后压制成直径20mm的阳极块，在马弗炉中900℃，烧结10h，制成致密的阳极块。
实施例3以RuO2和CaTiO3为原料，按不同摩尔比混合，并在研钵中混合均匀后压制成直径20mm的阳极块，在马弗炉中900℃，烧结10h，制成致密的阳极块。
实施例4以上述烧结的氧化物为阳极，以Nb2O5块体为阴极，以恒电位或恒电流的方式在850℃的CaCl2-CaO熔盐体系中连续电解，在阴极上Nb2O5还原为金属Nb，阳极上则析出氧气，阳极气体通过气体在线监测系统进行实时监测。
实施例5以上述烧结的氧化物为阳极，利用CaCl2-NaCl-CaO熔盐体系，750℃实现二氧化碳的捕获，以不锈钢为阴极，然后以恒电位或恒电流的方式连续电解，在阴极界面CO3 2-还原为C，阳极上则析出氧气，阳极气体通过气体在线监测系统进行实时监测。
实施例6以上述烧结的氧化物为阳极，利用CaCl2-NaCl-CaO熔盐为电解质，以Nb2O5块体为阴极，以恒电位或恒电流的方式在750℃，电脱氧制备金属。然后向熔盐中通入二氧化碳，实现二氧化碳的捕获，并以上述电脱氧制备的金属为阴极，制备金属碳化物。
Claims (2)
1.一种氧化物惰性阳极的制备方法，其特征在于所述惰性阳极是以二氧化钌为基础，通过其他金属或化合物复合的方式，在900-1000℃，烧结0.5-10小时，制成阳极块体；
二氧化钌与金属或化合物中一种或多种材料复合制备阳极；其中，所述金属为镍，所述化合物为二氧化钛或钛酸钙。
2.根据权利要求1所述的氧化物惰性阳极制备方法制备的氧化物惰性阳极的应用，其特征在于：所述惰性阳极用于氯化物或氯化物基熔盐体系，所述氯化物或氯化物基熔盐体系中的氯化物为LiCl、NaCl、KCl、CsCl、MgCl2、CaCl2、BaCl2中的一种或几种氯化物，同时其中会溶解有0-20mol％的碱金属氧化物Li2O、CaO；
所述惰性阳极或应用于包括以氯化物为基础的氟化物或碳酸盐熔盐体系；
其中氟化物包括LiF、NaF、KF、CaF2、BaF2；
其中碳酸盐包括Li2CO3、Na2CO3、K2CO3。
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