CN1986897A - 铝电解金属陶瓷惰性阳极的制备与组装方法 - Google Patents

Abstract

铝电解金属陶瓷惰性阳极的制备和组装方法，该阳极是用Fe₂O₃、NiO或Ni₂O₃及金属Al、或Ni、或Cu和添加剂为原料，分别烘干，过筛，混合均匀；冷压成型，烧结，冷却至室温，得到金属陶瓷惰性阳极产品；然后将阳极板表面打磨、抛光，并在其上方两侧各挖一半圆状凹槽；钻孔并打磨光滑；然后并排排列，用2块不锈钢板夹住，再用不锈钢螺栓连接，并以螺母夹紧，得到金属陶瓷惰性阳极。采用本发明的方法，可以制备大型板状铝电解金属陶瓷惰性阳极，其通过的电流强度达500～600A，与TiB₂制成的铝电解惰性阴极联合使用，可以满足惰性阳极铝电解工业小型电解槽生产的需要，实现金属陶瓷惰性阳极用于工业生产，为用多组惰性阳极设计安装更大的新型电解槽打下基础。

Description

铝电解金属陶瓷惰性阳极的制备与组装方法

技术领域

本发明涉及金属的熔盐电解法生产所用的阳极，进一步而言涉及铝电解所用的金属陶瓷惰性阳极。

背景技术

众所周知，惰性电极是在电解池中电极本身不参与反应的电极。铝电解工业现行使用的碳素阳极存在消耗大量碳素材料、能量损耗高、环境污染等诸多问题。使用惰性阳极可在一定程度上解决上述问题。人们希望将惰性电极用于电解铝工业已有多年历史，中国专利申请件89210028.1号“一种惰性电极的铝电解槽结构”就公开了惰性电极的应用方法，之后，又有00814882.1号“用于金属的电解制备的金属陶瓷惰性阳极”和03132536.X号“电解铝用氧化亚铜基的金属陶瓷惰性阳极材料”等申请件，都肯定了使用惰性电极具有在电解铝过程中能耗低、无环境污染、电极寿命长、材料导电性高、抗腐蚀性强、成本低等优点。

自1886年Ha11-Herout发明铝电解法以来，100多年里，铝冶金在技术、工艺和设备等各方面都取得了很大进展，例如铝电解槽，在铝工业初期曾采用4000-8000A小型电解槽，目前大型电解槽的电流强度达到28-30万A。而到目前为止，对惰性阳极材料的使用，理论上是可行的，但仅仅在实验室里使用，其关键问题是阳极材料难以大型化。如果不能大型化，则电流强度难以达到要求。所以，铝电解用惰性阳极材料大型化的研究一直是国际上革新铝冶金技术的重要发展方向。

发明内容

本发明的目的在于提供一种大型板状铝电解金属陶瓷惰性阳极的制备方法，以满足惰性阳极铝电解工业小型电解槽生产及实验的需要。

本发明的另一目的是提供这种铝电解金属陶瓷惰性阳极的组装方法，为用多组惰性阳极设计安装更大的新型电解槽打下基础。

发明人提供的铝电解金属陶瓷惰性阳极的制备方法是用Fe₂O₃、NiO或Ni₂O₃及金属Al、或Ni、或Cu和添加剂为原料，按下列过程制成的：

(1)取上述金属氧化物、金属材料和添加剂分别烘干，过筛，按比例混合均匀；

(2)将所得到的混合料冷压成型，制备金属陶瓷惰性阳极压坯；

(3)将压坯进行烧结；

(4)冷却至室温，得到金属陶瓷惰性阳极。

上述过程第一步中所用的添加剂是液体石蜡、甘油、凡士林、硬脂酸中的一种；所用的添加剂与金属氧化物、金属材料的质量比例为：添加剂/(NiO+Fe₂O₃+Cu)＝5％～10％，以7％最好；其中NiO或Ni₂O₃、Fe₂O₃、Cu的质量配比是NiO 51％～53％，Fe₂O₃ 30％～32％，Cu 16％～18％，或是Ni₂O₃ 50％～54％，Fe₂O₃ 30％～33％，Cu15％～17％；液体石蜡占物料总量的7％左右。

上述过程第二步中压坯是在250t压力机下使用1MPa/cm²压力冷压成型制成的。

上述过程第三步是在硅碳棒炉内按预定的烧结制度常压升温至1250℃并保温2～5h，使阳极压坯物料烧结，充分反应生成结构致密的金属陶瓷阳极材料。

上述过程第四步制得的金属陶瓷惰性阳极是导电率为72Ω^-1cm^-1，表观密度为5.3g/cm³的板状产品。

发明人指出金属陶瓷惰性阳极虽有较好的抗腐蚀性、抗氧化性能，但机械强度较差，无法制备大规格的惰性阳极；如果要直接制成大尺寸的惰性阳极，则因为抗热震性差，进入高温电解质熔体时会因急热而开裂。为此，发明人的解决方案是将小尺寸的金属陶瓷惰性阳极组装起来，就可以用在较大规模的铝电解槽中。

本发明的金属陶瓷惰性阳极板的组装方法是：

(1)用砂轮将金属陶瓷惰性阳极板表面打磨、抛光，并在其上方两侧各挖一半圆状凹槽；

(2)在金属陶瓷惰性阳极板上钻孔，将钻孔周围打磨光滑，以连接阳极导杆；

(3)将金属陶瓷惰性阳极并排排列，用不锈钢板和螺栓将加工好的金属陶瓷惰性阳极板连接，并以螺母夹紧，得到大型板状的金属陶瓷惰性阳极。

上述组装的第一步中，所挖半圆状凹槽的半径要跟所选用的连接螺栓相适应，确保连接螺栓恰好能穿过。

上述钻孔工艺是采用配备有无级调速器的立式铣床及配套的麻花钻头进行的，成孔速度要控制在1mm/min以下，以防止“崩豁”。

采用本发明提供的铝电解金属陶瓷惰性阳极的制备和组装方法，可以制备大型板状铝电解金属陶瓷惰性阳极，其通过的电流强度可达500～600A，与TiB₂制成的铝电解惰性阴极材料联合使用，可以满足惰性阳极铝电解工业小型电解槽生产及实验的需要，实现金属陶瓷惰性阳极用于工业生产的目的；为用多组惰性阳极设计安装更大的新型电解槽打下基础。

附图说明

以下附图可以更好地说明本发明：

图1为金属陶瓷惰性阳极制备工艺框图，图2为挖了凹槽的板状金属陶瓷惰性阳极，图3为大型板状金属陶瓷惰性阳极板连接示意图。

以上图中，1为金属陶瓷惰性阳极板，2为凹槽，3为不锈钢螺栓，4为不锈钢板。

具体实施方式

实施例  取Fe₂O₃、NiO及金属Cu和液体石蜡分别按常规方法用热风烘干，过60目筛，按照液体石蜡/(NiO+Fe₂O₃+Cu)＝7％的比例混合均匀，其中NiO、Fe₂O₃、Cu的质量配比是NiO 52％，Fe₂O₃ 31％，Cu 17％；将所得到的混合料在250t压力机下使用1MPa/cm²压力冷压成型，制备金属陶瓷惰性阳极压坯；将压坯在硅碳棒炉内按预定的烧结制度常压升温至1250℃并保温5h，使阳极压坯物料烧结，冷却至室温，得到金属陶瓷惰性阳极产品，其尺寸为160mm×100mm，导电率为72Ω^-1cm^-1，表观密度为5.3g/cm³。

用砂轮将金属陶瓷惰性阳极板1表面打磨、抛光，并在其上方两侧按照附图2所示各挖一半圆状凹槽2，所挖半圆状凹槽2的半径要跟所选用的连接螺栓3相适应，并将凹槽2钻孔周围打磨光滑，；在不锈钢板4上钻孔，以备连接阳极导杆；将3块金属陶瓷惰性阳极1如附图3并排排列，用2块不锈钢板4夹住，再用4对不锈钢螺栓3将加工好的金属陶瓷惰性阳极板1连接，并以螺母夹紧，得到尺寸为300mm×160mm大型板状的金属陶瓷惰性阳极。

Claims (5)

1一种铝电解金属陶瓷惰性阳极的制备方法，其特征在于该阳极是用Fe₂O₃.NiO或Ni₂O₃及金属Al、或Ni、或Cu和添加剂为原料，按下列过程制成的：

(1)取上述金属氧化物、金属材料和添加剂分别烘干，过筛，按比例混合均匀；

(2)将所得到的混合料冷压成型，制备金属陶瓷惰性阳极压坯；

(3)将压坯进行烧结；

(4)冷却至室温，得到金属陶瓷惰性阳极。

2按照权利要求1所述的制备方法，其特征在于第一步中所用的添加剂是液体石蜡、甘油、凡士林、硬脂酸中的一种；所用的添加剂与金属氧化物、金属材料的质量比例为：添加剂/(NiO或Ni₂O₃+Fe₂O₃+Cu)＝5％～10％；其中NiO或Ni₂O₃、Fe₂O₃、Cu的质量配比是NiO 51％～53％，Fe₂O₃ 30％～32％，Cu 16％～18％；或是Ni₂O₃ 50％～54％，Fe₂O₃ 30％～33％，Cu15％～17％；液体石蜡占物料总量的7％。

3按照权利要求1所述的制备方法，其特征在于第二步中压坯是在250t压力机下使用1MPa/cm²压力冷压成型制成的。

4按照权利要求1所述的制备方法，其特征在于第三步是在硅碳棒炉内常压升温至1250℃并保温2～5h，烧结生成的。

5按照权利要求1制备的金属陶瓷惰性阳极的组装方法，其特征包括：

(1)用砂轮将金属陶瓷惰性阳极板表面打磨、抛光，并在其上方两侧各挖一半圆状凹槽；

(2)在金属陶瓷惰性阳极板上钻孔，将钻孔周围打磨光滑；

(3)将金属陶瓷惰性阳极并排排列，用不锈钢板和螺栓将加工好的金属陶瓷惰性阳极板连接，并以螺母夹紧，得到大型板状的金属陶瓷惰性阳极。