CN111364061B

CN111364061B - 一种铝电解用可润湿性炭素阴极及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN111364061B
Application number: CN201811591825.XA
Authority: CN
Inventors: 赖延清; 杨凯; 田忠良; 卢俊杭; 李劼
Original assignee: Central South University
Current assignee: Central South University
Priority date: 2018-12-25
Filing date: 2018-12-25
Publication date: 2021-03-16
Anticipated expiration: 2038-12-25
Also published as: CN111364061A

Abstract

本发明属于铝电解领域，具体涉及一种铝电解用可润湿性炭素阴极，为N掺杂或N与P双掺杂的碳材料，所述的碳材料按照材料的质量比石墨：软炭材料：硬炭材料＝35～70：15～25：3～15进行原位复合；所述的炭素阴极中，元素碳：元素氮：元素磷的摩尔比为76～99：1～8：0～6；所述的炭素阴极中，六元碳环中杂化的N的含量不低于总N含量的50％，六元碳环中杂化的P的含量不低于总P含量的50％。本发明还提供了一种所述的炭素阴极的制备方法和应用。本发明通过大规模的原子掺杂，在保证导电率的情况下，提升现有炭素阴极的润湿性；同时，在有效降低成本的基础上，克服了TiB₂材料作为可润湿性阴极存在的诸多为题，有效的推进可润湿性阴极的应用进程。

Description

一种铝电解用可润湿性炭素阴极及其制备方法和应用

技术领域：

本发明涉及铝电解槽阴极材料及其制备方法，属于铝电解槽新型阴极材料及其制备领域。

背景技术：

Hall-Heroult一法是当今世界唯一的工业炼铝法。现行铝电解工业中，阴极材料不仅起着承载电流的作用，还要承受高温电解质熔体的化学侵蚀和铝液的物理冲蚀，现行槽一直采用碳质材料作为阴极材料，由于金属铝液与炭阴极材料表面的润湿性极差，为了避免因碳素阴极表面暴露于电解质之中而引起的电极反应不稳定，现行铝电解槽中通常存留厚度为20cm左右的熔融金属铝，旨在通过厚厚的铝液层自身的重力来稳定碳素阴极表面上的铝液波动。但是，如此厚的铝液在电磁力作用下会产生波动，使铝液与电解质界面都发生变形。铝液的运动和界面形变都会影响电流效率。为了平稳生产并获得较高的电流效率，现行铝电解槽阴、阳极间必须保持较高的极距，由此带来高的槽电压，增大了电能消耗和铝的二次反应损失。为此，人们致力于能被铝液完全湿润的阴极材料的研究和开发，力求与铝液润湿的阴极表面只需要保存较薄的铝液就能形成平稳的阴极电极反应的界面，不再产生主要由磁场引起的铝液波动和界面形变问题，从而可以大幅度降低极距，实现节能目标。

目前，由于TiB₂具有优异的导电性能、易被铝等熔融金属润湿，优良的耐腐蚀和高温抗氧化性能，所以成为制造铝电解用可润湿性惰性阴极的首选材料。其中研究人员对TiB₂陶瓷、TiB₂复合陶瓷、TiB₂/碳素复合材料和TiB₂阴极涂层等均开展了相应研究。但是，上述这些阴极材料在生产制造及应用过程中都或多或少的存在着以下不足：如与铝液润湿性不良、致密性差、脆性大、与基体结合不够紧密、抗热震性差或热膨胀系数不均、制造成本高、寿命短等，制约了TiB₂可润湿性阴极的推广应用。

发明内容：

针对目前TiB₂可润湿性阴极材料及其制备研究中存在的上述缺陷，本发明提供一种铝电解用可润湿性炭素阴极，有效的解决TiB₂可润湿性阴极材料存在的问题，使可润湿性阴极的推广应用成为可能。

本发明第二目的在于，提供一种所述的铝电解用可润湿性炭素阴极的制备方法，旨在制得在铝电解领域具有优异性能的阴极。

本发明第三目的在于，提供种所述的铝电解用可润湿性炭素阴极在铝电解中的应用。

本发明属于铝电解阴极材料领域，旨在提供一种在铝电解中具有优异性能的负极材料。本发明人研究发现，不同于其他领域碳负极材料，在铝电解领域，其首要解决碳素阴极材料在铝液中的润湿性问题，不仅如此，还需要合理控制其致密性、脆性、与基体结合性等多项性能。

为此，本发明提供了一种铝电解用可润湿性炭素阴极，为N掺杂或N与P双掺杂的碳材料，所述的碳材料为质量比为35～70：15～25：3～15的石墨、软炭材料、硬炭材料的原位复合物；

所述的炭素阴极中，元素碳：元素氮：元素磷的摩尔比为76～99：1～8：0～6；

所述的炭素阴极中，六元碳环(石墨中的碳环)中杂化的N的含量不低于总N含量的50％；六元碳环(石墨中的碳环)中杂化的P的含量不低于总P含量的50％。

本发明研究发现，控制石墨、软炭材料、硬炭材料的质量比例以及各成分的原位形态，并对所述的原位复合物的碳环进行所述比例的杂原子掺杂，如此可以出人意料地提升得到的碳素阴极在铝液中表现出优异的润湿性，提升其在铝电解领域的应用性能。

本发明发现，碳素阴极的C、N、P元素比，N/P环内掺杂形态，石墨、软炭材料、硬炭材料成分以及成分的原位复合形态均是赋予其在铝电解领域优良润湿性以及其他应用性能的关键。

作为优选，所述的炭素阴极中，元素碳：元素氮：元素磷的摩尔比为88～92：5～7：3～5。研究发现，控制在该比例范围下，配合所述的杂原子的碳环杂化形态，可以进一步提升其对铝液的润湿性，不仅如此，还有助于改善阴极材料的开孔率、导电率、耐压强度、抗折强度、电阻率等多项性能，使其在铝电解领域具有更优的应用效果。

本发明中，控制N、P杂原子杂化形态可以进一步保证碳素负极在铝电解方面优良润湿性能。现有铝电解以外领域的阴极材料的杂原子大多以共价键形式掺杂，但这种形式在铝电解领域并不适用。本发明研究发现，将N、P掺杂至碳材料的六元骨架中(杂化至碳环中)，并控制嵌入至碳骨架中的N、P含量不低于各自总含量的50％，可以进一步保证该碳素负极在铝电解领域的铝液润湿性。

所述的碳材料为所述的N、P掺杂的石墨、软炭材料、硬炭材料原位复合物。本发明中，进一步控制石墨：软炭材料：硬炭材料的质量比，可以进一步提升该碳素阴极在铝液中的润湿性等各项性能。

优选地，所述的可润湿性炭素阴极中，所述的元素碳：76％～99％(moL％)；优选为88～92％。所述的元素碳中，石墨(质量比)：35％～70％，软炭材料(质量比)：15％～25％，硬炭材料(质量比)：3％～15％；优选为：石墨(质量比)：65％～70％，软炭材料(质量比)：15％～25％，硬炭材料(质量比)：10％～15％。元素氮：1％～8％(moL％)；优选为5～7％。所述的元素氮中，进入六元碳环代替碳的氮含量超过总氮含量的50％。元素磷：0％～6％(moL％)优选为3～5％。所述的元素磷中，进入六元碳环代替碳的磷含量超过总磷含量的50％。

所述的可润湿性炭素阴极可通过提供N、P源、石墨、软炭材料前驱体、硬炭材料前驱体在1000℃～1400℃下焙烧得到。在该温度范围下，可以一步制得N/P双掺杂的石墨、软炭材料、硬炭材料的原位复合物，且可以实现N、P对碳环的杂化掺杂，可以保证其在铝电解领域的良好润湿性等其他各项性能的提升。

所述的N、P源可以是N源和P源，或者为可以同时提供N、P的物料。所述元素氮的氮源包括有机氮源和无机氮源中的至少一种，其中有机氮源包括吡啶、吡咯、芳香族硝基化合物、胺类重氮化合物和偶氮化合物中的至少一种，无机氮源包括氨气、氮气、铵盐、氨水中的至少一种。所述磷源包括有机磷源和无机磷源中的至少一种，其中有机磷源包括膦、膦酸、膦酸酯和磷酸酯中的至少一种，无机磷源包括磷酸、磷酸盐、磷酸氢盐、磷酸二氢盐中的至少一种。

所述的软炭材料前驱体为可以在所述的焙烧条件下可以碳化成软碳材料的物料，优选为石油焦、煤沥青、无烟煤、褐煤、沥青焦、铝电解阳极炭渣中的至少一种。

所述的硬炭材料前驱体为可以在所述的焙烧条件下可以碳化成硬碳材料的物料；优选为酚醛树脂、聚酯树脂、聚酰胺树脂、聚酰亚胺树脂、环氧树脂、聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯中的至少一种。

所述石墨包括人造石墨、天然鳞片石墨、天然土质石墨、天然微晶石墨、铝电解槽废旧阴极中的至少一种。

作为优选，所述的炭素阴极的开孔率为11～16％。

作为优选，所述的炭素阴极的电阻率为23～27μΩ·m^-1。

作为优选，所述的炭素阴极的体积密度为1.65～1.71g·cm^-3。

作为优选，所述的炭素阴极的耐压强度为35～37Mpa。

作为优选，所述的炭素阴极的抗折强度为16～19Mpa。

本发明还提供了一种铝电解用可润湿性炭素阴极的制备方法，将石墨、软炭材料前驱体、硬炭材料前驱体、N源、P源混合挤压成型得阴极前体；

将阴极前体经多段焙烧，其中，各段焙烧产物预先经浸渍液A浸泡后再进行下一段的焙烧，直至最后一段烧结；各段焙烧的温度均为1000℃～1400℃；

浸渍液A中，至少包含软炭材料前驱体、硬炭材料前驱体中的至少一种；还包含N源、P源中的至少一种；

最后一段焙烧后，得到所述的可润湿性炭素阴极。

本发明研究发现，通过所述的原料成分、焙烧工艺线路以及焙烧温度的控制，可以制得N、P双掺杂的石墨、软炭材料、硬炭材料的原位复合物，还可有效控制N/P杂原子在原位复合物中的碳环掺杂形态和掺杂量。研究发现，该碳素材料在铝电解领域具有优异的应用性能。

所述的制备方法中，所述石墨包括人造石墨、天然鳞片石墨、天然土质石墨、天然微晶石墨、铝电解槽废旧阴极中的至少一种；

优选地，石墨中，50mm以上：5～50mm：0.075mm～5mm：0.075mm以下的质量比为36～48：17～31：11～20：0～5；进一步优选为45～48：25～30：16～19：4～5。本发明研究发现，采用优选比例级配的石墨有助于保证阴极材料在铝液中具有良好润湿性的前提下，还有助于进一步控制材料的开孔率，改善材料的导电性和机械强度。

石墨进行粒度配比之前，需要使用颚式破碎机、圆锥破碎机、反击式破碎机、旋回破碎机、辊式破碎机、锤式破碎机和立轴冲击式破碎机中的至少一种进行破碎作业；使用球磨机进行磨细作业；使用筛分机进行粒度分级作业。

所述的制备方法中，所述元素氮的氮源包括有机氮源和无机氮源中的至少一种，其中有机氮源包括吡啶、吡咯、芳香族硝基化合物、胺类重氮化合物和偶氮化合物中的至少一种，无机氮源包括氨气、氮气、铵盐、氨水中的至少一种。

所述的制备方法中，作为优选，有机氮源中N的投加摩尔量为所述的阴极中N摩尔量的2～4倍；进一步优选为2.5～3.5。研究发现，控制在该优选的投加比例下，可以保证杂原子的高比例掺杂量，有助于有效解决阴极材料在铝液中的润湿性。

所述磷源包括有机磷源和无机磷源中的至少一种，其中有机磷源包括膦、膦酸、膦酸酯和磷酸酯中的至少一种，无机磷源包括磷酸、磷酸盐、磷酸氢盐、磷酸二氢盐中的至少一种。

所述的制备方法中，作为优选，有机氮源中P的投加摩尔量为所述的阴极中P摩尔量的3～6倍；进一步优选为3.5～5倍。研究发现，控制在该优选的投加比例下，可以保证杂原子的高比例掺杂量，有助于有效解决阴极材料在铝液中的润湿性。

所述的制备方法中，所述的软炭材料前驱体为可以在所述的焙烧条件下可以碳化成软碳材料的物料，优选为石油焦、煤沥青、无烟煤、褐煤、沥青焦、铝电解阳极炭渣中的至少一种。

所述的制备方法中，所述的硬炭材料前驱体为可以在所述的焙烧条件下可以碳化成硬碳材料的物料；优选为酚醛树脂、聚酯树脂、聚酰胺树脂、聚酰亚胺树脂、环氧树脂、聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯中的至少一种。

本发明中，氮源和磷源先与软炭材料前驱体或/和硬炭材料前驱体进行混合，然后再与石墨材料按比例混合。若氮源为氨气时，需要在500℃～800℃条件下对软炭材料前驱体或/和硬炭材料前驱体焙烧150min～270min；优选为焙烧温度600℃～750℃，焙烧时间180min～240min。采用预先混合的方式将氮源和磷源有效的带入炭素阴极的基体材料，降低后续加工时氮源和磷源的损失。

本发明中，混合方法例如为混捏。混捏温度优选为150℃～220℃。混捏时间优选为150min～200min。

本发明中，可以采用现有方法将混捏的物料成型成阴极前体。阴极前体的形貌、尺寸可根据应用需求控制。

将所述的成分的阴极前体在本发明创新的焙烧工艺以及焙烧温度下进行焙烧，可以获得利于铝电解的阴极。

本发明中，需要对阴极前体进行M段焙烧，其中，第一段～第M-1段焙烧的产物在进行下一段的焙烧前需要经浸渍液A浸泡，最后经第M段焙烧，得到所述的可润湿性炭素阴极。优选地，所述的M为不低于2的正整数，优选为3～6的整数。

本发明中，所述的浸渍液A至少包含软炭材料前驱体、硬炭材料前驱体中的至少一种；还包含N源、P源中的至少一种。研究发现，通过对焙烧过程的产物经该优选的成分浸渍液A的浸泡处理，再配合所述的焙烧的温度的控制，可以显著改善制得的阴极在铝液中的润湿性，还可控制开孔率、改善机械性能和导电性能。

本发明中，浸渍过程使用的软炭材料前驱体和硬炭材料前驱体均按照本发明的权利要求添加氮源和/或磷源。采用含有氮源和磷源的软炭材料前驱体和硬炭材料前驱体进行浸渍，是为了在提升炭素阴极的密实度，减少在焙烧过程中气孔的产生的前提下，保持炭素阴极的润湿性。

作为优选，所述的浸渍液A为至少包含软炭材料前驱体、硬炭材料前驱体中的至少一种；还包含N源、P源中的至少一种。研究发现，采用该优选的焙烧工艺，配合所述的浸渍液A的浸渍工艺，可有效解决碳素阴极材料在铝液中的润湿性，不仅如此，还有效解决材料的开孔率和机械强度等性能。

本发明中，焙烧过程中需要进行M-1次的浸泡操作，作为优选，最后一次浸泡采用的浸渍液A为包含硬碳材料前驱体及至少一种N源或P源；其余浸泡过程采用的浸渍液A为包含软碳材料前驱体及至少一种N源或P源。研究发现，采用该浸泡工艺，可以进一步提升焙烧得到的碳素阴极在铝液中的润湿性、有效控制孔隙，改善机械以及导电性能等各项性能，使其更适用于铝电解领域。

作为优选，浸渍时间为60min～300min；优选的浸渍时间为120min～240min。

本发明中，配合所述的成分以及焙烧工艺线路的设计、进一步控制焙烧温度，可以进一步提升得到的碳素阴极在铝液中的润湿性，控制开孔率、改善机械性能和导电性能。

作为优选，焙烧温度为1100℃～1300℃；进一步优选为1200℃～1300℃。优选温度下更利于提升阴极在铝液中的润湿性，此外，还可提升制得的碳素阴极的机械强度、导电性等多方面性能。

作为优选，焙烧时间720min～1440min，进一步优选为900min～1200min。

本发明中，焙烧气氛为氮气、真空或者还原性气氛。

本发明一种优选的铝电解用可润湿性炭素阴极及其制备方法，其特征在于：

步骤(1)：各原料按照元素碳：元素氮：元素磷的摩尔比为76～99：1～8：0～6的比例配料，且氮源按照摩尔比的2～4倍换算成所对应物质的质量进行添加，磷源按照摩尔比的3～6倍换算成所对应物质的质量进行添加；

各原料按照所述的元素比例进行配比，同时，其中的石墨粒度需按照50mm以上：5～50mm：0.075mm～5mm：0.075mm以下＝36～48：17～31：11～20：0～5进行配料；

步骤(2)：将步骤(1)中按要求配制的原料在130℃～250℃温度下混捏120min～240min；

步骤(3)：将步骤(2)中混捏后的原料挤压成型；

步骤(4)：将步骤(3)挤压成型的阴极在1000℃～1400℃焙烧，氮气、真空或者还原性气氛保护下进行焙烧，焙烧720min～1440min，焙烧过程中需要浸渍3次，前两次在液态软炭材料前驱体中进行浸渍，第三次在液态硬炭材料前驱体中进行浸渍，每次浸渍60min～300min；

步骤(5)将步骤(4)焙烧后的阴极切割加工。

本发明还提供了一种所述的可润湿性炭素阴极的应用，作为电解铝工艺中的阴极。

本发明具有以下有益效果：

(1)本发明采用工业化的炭素阴极作为基体，通过大规模的原子参杂在保证导电率的情况下，提升现有炭素阴极的润湿性，有效的推进可润湿性阴极的应用进程。

(2)本发明继续沿用单一的炭素材料制作铝电解用阴极，降低了加工成本，同时克服了含TiB₂的炭素阴极、TiB₂基陶瓷阴极等可润湿性阴极致密性差、脆性大、与基体结合不够紧密、抗热震性差或热膨胀系数不均、寿命短等问题。

具体实施方式：

一种铝电解用可润湿性炭素阴极其制备方法具体如下：

实施例1：

步骤(1)：各原料按照元素碳：元素氮：元素磷＝92：5：3的摩尔比对各物质进行配料，且氮源按照摩尔比的3倍换算成所对应物质的质量进行添加，氮源由吡啶和碳酸铵按照质量比2:1组合；磷源按照摩尔比的4倍换算成所对应物质的质量进行添加，磷源由膦酸酯和磷酸按照质量比3:1组合；主体炭材料按照质量比由石墨：软炭材料：硬炭材料＝65：25：10组成，其中软炭材料前驱体由石油焦和煤沥青按照质量比5:1构成，硬炭材料前驱体由酚醛树脂和聚苯乙烯按照质量比4:1构成，同时，石墨粒度需按照50mm以上：5～50mm：0.075mm～5mm：0.075mm以下＝45：25：16：4进行配料；

步骤(2)：将步骤(1)中按要求配制的原料在180℃温度下混捏180min；

步骤(3)：将步骤(2)中混捏后的原料挤压成型；

步骤(4)：将步骤(3)挤压成型的阴极在还原性气氛保护下、1200℃下进行四段焙烧，第一段、第二段、第三段焙烧产物在进行下一段焙烧前经浸泡处理，其中，前两次在液态软炭材料前驱体中进行浸渍，第三次在液态硬炭材料前驱体中进行浸渍，每次浸渍200min，且浸渍过程使用的软炭材料前驱体和硬炭材料前驱体均分别添加质量分数10％的氮源和磷源，且氮源和磷源组成与步骤(1)相同；

各段焙烧的时间均为1080min；

步骤(5)将步骤(4)焙烧后的阴极切割加工。

对比例1

和实施例1相比，区别仅在于，各原料按照元素碳：元素氮：元素磷＝75：15：10的摩尔比对各物质进行配料

对比例2：

和实施例1相比，区别仅在于，氮源按照摩尔比的1.5倍换算成所对应物质的质量进行添加，磷源按照摩尔比的2倍换算成所对应物质的质量进行添加

对比例3：

和实施例1相比，区别仅在于，主体炭材料按照质量比由石墨：软炭材料：硬炭材料＝30：50：20组成

对比例4：

和实施例1相比，区别仅在于，石墨粒度需按照50mm以上：5～50mm：0.075mm～5mm：0.075mm以下＝55：37：8：0进行配料

对比例5：

和实施例1相比，区别仅在于，石墨粒度需按照50mm以上：5～50mm：0.075mm～5mm：0.075mm以下＝32：15：36：17进行配料

对比例6：

和实施例1相比，区别仅在于，将步骤(3)挤压成型的阴极在1200℃焙烧，还原性气氛保护下进行焙烧，焙烧1080min，焙烧过程不浸渍

对比例7：

和实施例1相比，区别仅在于，浸渍过程使用的软炭材料前驱体和硬炭材料前驱体未添加氮源和磷源

实施例2：

步骤(1)：各原料按照元素碳：元素氮：元素磷＝90：6：4的摩尔比对各物质进行配料，且氮源按照摩尔比的2.5倍换算成所对应物质的质量进行添加，氮源由氯化铵和碳酸铵按照质量比1:2组合；磷源按照摩尔比的4.5倍换算成所对应物质的质量进行添加，磷源由磷酸氢钠和磷酸按照质量比2:1组合；主体炭材料按照质量比由石墨：软炭材料：硬炭材料＝70：15：15组成，其中软炭材料前驱体由沥青焦和煤沥青按照质量比5:2构成，硬炭材料前驱体由环氧树脂和聚苯丙烯按照质量比3:1构成，同时，石墨粒度需按照50mm以上：5～50mm：0.075mm～5mm：0.075mm以下＝48：30：17：5进行配料；步骤(2)：将步骤(1)中按要求配制的原料在200℃温度下混捏160min；

步骤(3)：将步骤(2)中混捏后的原料挤压成型；

步骤(4)：将步骤(3)挤压成型的阴极在1300℃焙烧，还原性气氛保护下进行焙烧，焙烧960min，焙烧过程中需要浸渍3次，前两次在液态软炭材料前驱体中进行浸渍，第三次在液态硬炭材料前驱体中进行浸渍，每次浸渍180min，且浸渍过程使用的软炭材料前驱体和硬炭材料前驱体均按照实施方案要求添加氮源和磷源；

步骤(5)将步骤(4)焙烧后的阴极切割加工。

实施例3：

步骤(1)：各原料按照元素碳：元素氮：元素磷＝88：7：5的摩尔比对各物质进行配料，且氮源按照摩尔比的3倍换算成所对应物质的质量进行添加，氮源由吡啶和吡咯按照质量比1:1组合；磷源按照摩尔比的3.5倍换算成所对应物质的质量进行添加，磷源由膦酸酯和膦按照质量比3:1组合；其中主体炭材料按照质量比由石墨：软炭材料：硬炭材料＝70：20：10组成，其中软炭材料前驱体由无烟煤和煤沥青按照质量比4:1构成，硬炭材料前驱体由环氧树脂和聚乙烯按照质量比2:1构成，同时，石墨粒度需按照50mm以上：5～50mm：0.075mm～5mm：0.075mm以下＝47：28：19：4；

步骤(2)：将步骤(1)中按要求配制的原料在160℃温度下混捏200min；

步骤(3)：将步骤(2)中混捏后的原料挤压成型；

步骤(4)：将步骤(3)挤压成型的阴极在1250℃焙烧，还原性气氛保护下进行焙烧，焙烧1020min，焙烧过程中需要浸渍3次，前两次在液态软炭材料前驱体中进行浸渍，第三次在液态硬炭材料前驱体中进行浸渍，每次浸渍160min，且浸渍过程使用的软炭材料前驱体和硬炭材料前驱体均按照实施方案要求添加氮源和磷源；

步骤(5)将步骤(4)焙烧后的阴极切割加工。

下表为本发明中实施例和对比例中所制备阴极的理化指标：

铝电解用可润湿性阴极理化指标对比表

综上分析，采用本发明的制备方法，通过杂原子掺杂量、掺杂形态、碳材料的配比以及复合方式、石墨级配、烧结工艺等参数的控制，可以有效解决阴极材料在铝液中的润湿性，不仅如此，还有助于控制材料的开孔率、机械强度以及导电性等性能，有效提升材料在铝电解方面的应用效果。

Claims

1.一种铝电解用可润湿性炭素阴极，其特征在于，为N与P双掺杂的碳材料，所述的碳材料按照材料的质量比石墨：软炭材料：硬炭材料=35~70：15~25：3~15进行原位复合；

所述的炭素阴极中，元素碳：元素氮：元素磷的摩尔比为76~99：1~8：3~6；

所述的炭素阴极中，六元碳环中杂化的N的含量不低于总N含量的50%，

六元碳环中杂化的P的含量不低于总P含量的50%；

所述的铝电解用可润湿性炭素阴极采用如下步骤制备：

将石墨、软炭材料前驱体、硬炭材料前驱体、N源、P源混合挤压成型得阴极前体；

将阴极前体经多段焙烧，其中，各段焙烧产物预先经浸渍液A浸泡后再进行下一段的焙烧；各段焙烧的温度均为1000℃~1400℃；

最后一段焙烧后，得到所述的可润湿性炭素阴极。

2.如权利要求1所述的铝电解用可润湿性炭素阴极，其特征在于，所述的炭素阴极的开孔率为14~17%；电阻率为23~27μΩ•m^-1；体积密度为1.65~1.71g•cm^-3；耐压强度为35~37MPa；抗折强度为16~19MPa 。

3.如权利要求1所述的铝电解用可润湿性炭素阴极，其特征在于，所述石墨包括人造石墨、天然鳞片石墨、天然土质石墨、天然微晶石墨、铝电解槽废旧阴极中的至少一种。

4.如权利要求1所述的铝电解用可润湿性炭素阴极，其特征在于，石墨中，50mm以上：5~50mm：0.075mm~5mm：0.075mm以下的质量比为36~48：17~31：11~20：0~5。

5.如权利要求3或4所述的铝电解用可润湿性炭素阴极，其特征在于，所述软炭材料前驱体为石油焦、煤沥青、无烟煤、褐煤、沥青焦、铝电解阳极炭渣中的至少一种；

所述硬炭材料前驱体为酚醛树脂、聚酯树脂、聚酰胺树脂、聚酰亚胺树脂、环氧树脂、聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯中的至少一种。

6.如权利要求1所述的铝电解用可润湿性炭素阴极，其特征在于，所述元素氮的来源包括有机氮源和无机氮源中的至少一种，其中，有机氮源包括吡啶、吡咯、芳香族硝基化合物、胺类重氮化合物和偶氮化合物中的至少一种；无机氮源包括氨气、氮气、铵盐、氨水中的至少一种；

所述磷的来源包括有机磷源和无机磷源中的至少一种，其中有机磷源包括膦、膦酸、膦酸酯和磷酸酯中的至少一种，无机磷源包括磷酸、磷酸盐、磷酸氢盐、磷酸二氢盐中的至少一种。

7.如权利要求1或6所述的铝电解用可润湿性炭素阴极，其特征在于，有机氮源中N的投加摩尔量为所述的阴极中N摩尔量的2~4倍。

8.如权利要求7所述的铝电解用可润湿性炭素阴极，其特征在于，有机氮源中P的投加摩尔量为所述的阴极中P摩尔量的3~6倍。

9.如权利要求1所述的铝电解用可润湿性炭素阴极，其特征在于，通过混捏方法将各原料混合。

10.如权利要求9所述的铝电解用可润湿性炭素阴极，其特征在于，混捏温度为130℃~250℃；混捏时间为120min~240min。

11.如权利要求1所述的铝电解用可润湿性炭素阴极，其特征在于，各段焙烧的时间为720min~1440min；浸泡的时间为40min~300min。

12.一种权利要求1~11任一项所述的可润湿性炭素阴极的应用，其特征在于，作为电解铝工艺中的阴极。