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《中南大学》 2004年
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铝电解惰性阳极及腐蚀率预测研究

秦庆伟  
【摘要】:惰性阳极技术是传统铝冶金工业的一次革命。它具有节能、降低投资与成本、增加产能、减少环境污染等一系列优越性,近几十年来已成为工业发达国家在铝冶金领域竞相研究开发的前沿技术。惰性阳极研究的核心在于材料的腐蚀及其控制,而腐蚀率的准确预测是实现腐蚀控制的关键。惰性阳极的腐蚀不仅与其本身的成分、结构有关,还取决于它的使用条件。本论文紧密围绕惰性阳极技术的核心,对电极材料的腐蚀进行了系统研究,取得了如下的结果: 首先,在广泛文献调研的基础上,制备出多种氧化物,分别考察其在冰晶石—氧化铝熔体中的溶解度,筛选出NiFe_2O_4用作电极基体,系统研究了该氧化物的溶解度与电解质组成、温度等参数之间的关系,明确了低温、低分子比、高氧化铝浓度对降低溶解度的重要作用。在此基础上,通过调整烧结速度,提出了制备NiFe_2O_4基金属陶瓷惰性阳极的较佳工艺。另外,还探索了NiFe_2O_4基金属陶瓷的加压烧结。金属陶瓷的其它基本性能,如抗热震性、导电性能等,对于惰性阳极的设计、安装及运行具有重要意义,也得到初步研究。 提出了NiFe_2O_4基金属陶瓷的瞬间液相连接技术。电极与金属导杆的连接是一项关键技术,关系到电极的欧姆压降和使用的耐久性。采用含金属Cu的中间层,成功进行了5%Ni—NiFe_2O_4/Fe的部分瞬间液相连接。 对5%Cu—NiFe_2O_4和5%Ni—NiFe_2O_4金属陶瓷惰性阳极的耐腐蚀性进行了初步电解评估,发现5%Ni—NiFe_2O_4比较容易实现致密化,表现出相对好的耐蚀性,确定为进一步研究的目标。在此基础上,对5%Ni—NiFe_2O_4电极的腐蚀率与电解参数的关系进行了系统深入的研究,对腐蚀破坏形貌提供了较为合理的解释,进一步明确了温度、分子比、氧化铝浓度等基本电解参数对降低腐蚀率的重要作用。 提出了基于灰关联分析的腐蚀因素分析方法。影响惰性阳极腐蚀率的因素多且相互耦合,难以统计出主次因素,不利于有效控制材料的腐蚀。根据灰关联度的计算,实现了电解参数与腐蚀率关系的量化、序化、显化。 铝电解惰性阳极的腐蚀过程十分复杂,采用机理分析法建模困难,采用传统数学模型(幂函数模型、灰预测模型、多元线性回归模型等)对铝电解惰性阳极的腐蚀率进行了预测探索,发现难以实现有效的数据处理。
【学位授予单位】:中南大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:TF821

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