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两步烧结制备铝电解惰性阳极材料的研究

席锦会  
【摘要】:传统Hall-Heroult铝电解槽由于采用消耗式炭素阳极而存在能耗高,炭耗大,成本高和环境污染严重等问题。因惰性阳极能够克服以上问题而成为铝业界的研究重点和热点。研究者们进行了大量的研究和尝试力图寻求符合铝电解工业应用的惰性阳极材料。 由于氧化物陶瓷阳极导电性能不佳,金属合金阳极难以动态控制其钝化膜厚度,而金属陶瓷复合材料兼备有陶瓷的强抗腐蚀性和金属的良好导电性能,因此本文选择镍铁尖晶石基金属陶瓷材料作为铝电解惰性阳极的研究对象。 在合成NiFe_2O_4尖晶石(NiO过量15%)的过程中,首次向原料Fe_2O_3和NiO粉末中引入了添加剂MnO_2、TiO_2、V_2O_5。研究了各种添加剂对烧结及NiFe_2O_4尖晶石性能的影响。研究发现三种添加剂对烧结都起到了促进作用,另外还能提高材料各方面的性能。添加MnO_2后材料的综合性能良好,材料的密度增加,电导率提高,抗腐蚀性增强,抗弯强度和抗热震性得到很好改善;TiO_2对材料的电导率,抗弯强度和抗热震性贡献很大;V_2O_5对提高材料的抗腐蚀性贡献非常大,添加2.0%V_2O_5能使基体材料的静态热腐蚀率降低为无添加剂材料的1/46。 由于一步烧结存在成品率较低,抗弯强度和抗热震性较差,阳极在电解的过程中出现裂纹等缺点,本文采用两步烧结的工艺制备惰性阳极试样,首次提出原料采用粒度配比。制备阳极材料时,首先在1000℃的预烧温度下合成掺杂的镍铁尖晶石基体材料。接着,针对不同规格的试样确定出了原料的最佳粒度配比。随后,通过五因素四水平的正交试验最终确定制备φ30×Xmm的金属陶瓷惰性阳极的工艺为:成型压力160MPa;烧结温度1350℃;保温时间6小时;原料的主颗粒直径为0.50~0.355mm,填充颗粒直径为0.105~0.074mm,细粉为0.074mm以下的粉料;金属银的添加量为10%。在最佳工艺条件下制备了阳极试样,对其性能进行了考察,发现两步烧结得到的阳极试样致密度高,抗腐蚀性强、抗弯强度和抗热震性好,电解腐蚀过程中没有出现阳极开裂,剥落的现象。另外还发现,金


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